Thermistances NTC et PTC pour les mesures de température

Il existe de nombreuses applications nécessitant des mesures de température ambiante dans le cadre de l'acquisition de données ou d'applications de contrôle. Lorsque vous avez besoin de recueillir ces mesures électriquement, vos principales options sont :

• Mesures infrarouges
• Mesures par thermocouple
• Mesures avec une sonde RTD
• Thermistances NTC et PTC

Chacun de ces composants a sa place dans le paysage de la mesure de température. Si vous construisez un système compact qui doit recueillir des mesures de température ambiante sensibles sur une plage de température limitée, une thermistance NTC ou PTC est le choix idéal. Il existe sur le marché un certain nombre de composants montables sur PCB, et ces composants fournissent des mesures très précises dans des plages de température spécifiques.

Quelle mesure de température est la meilleure pour mon application ?

Parmi les différentes techniques de mesure de température, les thermistances trouvent leur place dans la collecte de mesures très précises dans des plages de température limitées. Le tableau ci-dessous montre une comparaison des capacités et des applications de ces composants.

| | Thermistances | Sondes RTD | Thermocouples | Capteurs IR | | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | | Plage typique | -100 à ~300 °C | Jusqu'à ~700 °C | Jusqu'à ~2000 °C | Jusqu'à ~3000 °C | | Précision | 10-2 à 1 °C | 10-1 à 1 °C | 10-1 à 10 °C | 10-3 à 10 °C | | Actif ou Passif | Actif (source de tension ou de courant const.) | Actif (source de tension ou de courant const.) | Passif (produit une tension) | Alimenté par batterie | | Linéarité | Non linéaire | Assez linéaire | Non linéaire | Très linéaire | | Sensibilité au bruit | Faible | Faible | Élevée | Aucune | | Stabilité à long terme | Élevée | Très élevée | Variable | Variable |

La stabilité à long terme des thermistances est très élevée par rapport à d'autres dispositifs, et n'est surpassée que par la stabilité des sondes RTD. Ces composants sont également les mieux utilisés pour les mesures de température ambiante, bien qu'ils puissent être utilisés avec un boîtier de sonde pour recueillir des mesures ponctuelles dans certaines applications. Les composants eux-mêmes sont très résistants au bruit, bien que le circuit de mesure puisse encore être sensible aux EMI.

Peut-être l'aspect le plus important des thermistances qui les rend idéales pour les dispositifs compacts, tels que les produits IoT, est leur petite empreinte. Ces composants ont les mêmes empreintes que les condensateurs ou les résistances, et ils sont disponibles en composants traversants ou montés en surface. Comme nous pouvons le voir dans le tableau ci-dessus, si vous avez besoin de recueillir une mesure précise de la température ambiante dans une plage limitée à l'aide d'un petit composant, alors une thermistance peut être le choix idéal.

Types de thermistances et mesures

Il existe deux types de thermistances : à coefficient de température négatif (NTC) et à coefficient de température positif (PTC). Ces deux types de thermistances ont des réponses de température différentes. Lorsque la thermistance chauffe, sa résistance va changer. La résistance d'une thermistance NTC diminuera à mesure que la température augmente, et vice versa pour une thermistance PTC.

La résistance de ces composants doit être mesurée car la température est déterminée à partir d'une mesure de la chute de tension aux bornes de la thermistance, ou du courant à travers la thermistance. Cette mesure est ensuite convertie en un changement de température. Cela nécessite une certaine calibration lors de la conception de l'appareil, et la sensibilité dans les changements de tension/courant mesurés dépendra du circuit utilisé pour la mesure. Une technique de mesure typique consiste à utiliser un circuit de pont de Wheatstone ou un circuit diviseur de tension. La conversion en une valeur de température peut alors être effectuée à l'aide d'un processeur simple, tel qu'un microcontrôleur.

Thermistances NTC et PTC

Vishay, NTCS0603E3473FHT

Le NTCS0603E3473FHT de Vishay fait partie de la famille de thermistances NTCS0603E3. Ces thermistances sont disponibles dans une variété de mesures de résistance nominale et ont des valeurs NTC. Ce composant monté en surface particulier est un composant encapsulé dans du verre, le rendant idéal pour les applications industrielles ou automobiles.

L'image ci-dessous montre un modèle LTSpice pour la thermistance NTCS0603E3473FHT dans un circuit diviseur de tension pour les mesures de température. Ici, la thermistance NTCS0603E3473FHT a une résistance nominale de 47 kOhms, et les résistances dans ce diviseur de tension sont réglées à 4.7 kOhms. Dans ce type de simulation, les valeurs des résistances R1 et R2 doivent être soigneusement choisies pour garantir que la chute de tension mesurée à travers la thermistance/R2 produit une haute sensibilité dans la plage de température souhaitée. Assurez-vous de sélectionner soigneusement les autres résistances utilisées dans ces circuits et dans les circuits de pont de Wheatstone.

Modèle de simulation LTSpice pour un circuit diviseur de tension et résultats de simulation montrant la chute de tension à travers R2 avec des changements de température. Tiré de la note d'application NTCS0603E3473FHT.

EPCOS, B57237S109M

Le B57237S109M d'EPCOS est une thermistance NTC qui fournit également une protection contre les courants d'appel. Cette thermistance à travers-trou particulière a un long temps de réponse de 90 secondes en raison de la capacitance aux bornes. Bien qu'elle ait un long temps de réponse, elle offre une protection contre les changements brusques et importants de température qui peuvent être trouvés dans les applications industrielles.

Limitation du courant d'appel dans la thermistance NTC B57237S109M. Tiré de la fiche technique B57237S109M.

EPCOS, B59980C80A70

Le thermistor PTC à montage traversant B59980C80A70 d'EPCOS possède un temps de réponse rapide et peut fonctionner avec des tensions continues atteignant 63 V. Le temps de réponse de ce composant est fonction du courant dans le composant lors de la commutation, comme le montre le graphique ci-dessous. Le temps de réponse peut varier de ~100 secondes à ~1 ms à un courant de commande élevé. Comme le courant dans ces composants est également fonction de leur résistance et de leur température, le temps de réponse variera avec la température ambiante. EPCOS a fourni des données significatives pour concevoir ces systèmes et garantir un temps de réponse constant dans votre plage de fonctionnement souhaitée, mais cela doit être pris en compte lors de l'utilisation de ce type de composant.

Temps de réponse à 80 °C et courant nominal dans le thermistor PTC B59980C80A70. Tiré de la fiche technique B59980C80A70.

Lorsque vous avez besoin de sélectionner des thermistances NTC et PTC, vous trouverez de nombreuses options sur Octopart. Vous trouverez également de nombreuses options pour les composants de montage en surface ou à traversant pour votre prochain PCB.

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