Termistori NTC e PTC per misurazioni della temperatura

Ci sono molte applicazioni che richiedono misurazioni della temperatura ambiente come parte dell'acquisizione dati o delle applicazioni di controllo. Quando hai bisogno di raccogliere queste misurazioni elettricamente, le tue opzioni principali sono:

• Misurazioni a infrarossi
• Misurazioni con termocoppia
• Misurazioni con una sonda RTD
• Termistori NTC e PTC

Ognuno di questi componenti ha il suo posto nel panorama delle misurazioni della temperatura. Se stai costruendo un sistema compatto che necessita di raccogliere misurazioni sensibili della temperatura ambiente su un intervallo di temperatura limitato, un termistore NTC o PTC è la scelta ideale. Ci sono numerosi componenti montabili su PCB disponibili sul mercato, e questi componenti forniscono misurazioni altamente accurate all'interno di specifici intervalli di temperatura.

Quale misurazione della temperatura è migliore per la mia applicazione?

Tra le varie tecniche di misurazione della temperatura, i termistori trovano il loro posto nel raccogliere misurazioni altamente accurate all'interno di intervalli di temperatura limitati. La tabella sottostante mostra un confronto delle capacità e delle applicazioni di questi componenti.

| | Termistori | Sonde RTD | Termocoppie | Sensori IR | | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | | Intervallo Tipico | -100 a ~300 °C | Fino a ~700 °C | Fino a ~2000 °C | Fino a ~3000 °C | | Accuratezza | 10-2 a 1 °C | 10-1 a 1 °C | 10-1 a 10 °C | 10-3 a 10 °C | | Attivo o Passivo | Attivo (sorgente di tensione o corrente cost.) | Attivo (sorgente di tensione o corrente cost.) | Passivo (produce una tensione) | Alimentato a batteria | | Linearità | Non lineare | Piuttosto lineare | Non lineare | Altamente lineare | | Suscettibilità al Rumore | Bassa | Bassa | Alta | Nessuna | | Stabilità a Lungo Termine | Alta | Molto alta | Varia | Varia |

La stabilità a lungo termine dei termistori è molto alta rispetto ad altri dispositivi, ed è seconda solo alla stabilità delle sonde RTD. Questi componenti sono anche i migliori per le misurazioni della temperatura ambiente, sebbene possano essere utilizzati con un alloggiamento della sonda per raccogliere misurazioni puntuali in certe applicazioni. I componenti stessi sono altamente resistenti al rumore, sebbene il circuito di misurazione possa comunque essere suscettibile a EMI.

Forse l'aspetto più importante dei termistori che li rende ideali per dispositivi compatti, come i prodotti IoT, è il loro piccolo ingombro. Questi componenti hanno gli stessi ingombri di condensatori o resistori, e sono disponibili come componenti attraverso foro o montaggio superficiale. Come possiamo vedere dalla tabella sopra, se hai bisogno di raccogliere una misurazione accurata della temperatura ambiente all'interno di un intervallo limitato utilizzando un piccolo componente, allora un termistore potrebbe essere la scelta ideale.

Tipi di Termistori e Misurazioni

Ci sono due tipi di termistori: a coefficiente di temperatura negativo (NTC) e a coefficiente di temperatura positivo (PTC). Questi due tipi di termistori hanno risposte alla temperatura differenti. Quando il termistore si riscalda, la sua resistenza cambierà. La resistenza di un termistore NTC diminuirà all'aumentare della temperatura, e viceversa per un termistore PTC.

La resistenza di questi componenti deve essere misurata poiché la temperatura viene determinata da una misurazione della caduta di tensione attraverso il termistore, o della corrente attraverso il termistore. Questa misurazione viene poi convertita in un cambiamento di temperatura. Questo richiede una certa calibrazione durante la progettazione del dispositivo, e la sensibilità nei cambiamenti misurati di tensione/corrente dipenderà dal circuito utilizzato per la misurazione. Una tecnica di misurazione tipica è l'uso di un circuito a ponte di Wheatstone o di un circuito divisore di tensione. La conversione in un valore di temperatura può poi essere eseguita utilizzando un semplice processore, come un microcontrollore.

Termistori NTC e PTC

Vishay, NTCS0603E3473FHT

Il NTCS0603E3473FHT di Vishay fa parte della famiglia di termistori NTCS0603E3. Questi termistori sono disponibili in una varietà di misurazioni di resistenza nominale e hanno valori NTC. Questo particolare componente montato in superficie è un componente incapsulato in vetro, rendendolo ideale per applicazioni industriali o automobilistiche.

L'immagine sottostante mostra un modello LTSpice per il termistore NTCS0603E3473FHT in un circuito divisore di tensione per misurazioni di temperatura. Qui, il termistore NTCS0603E3473FHT ha una resistenza nominale di 47 kOhm, e le resistenze in questo divisore di tensione sono impostate a 4.7 kOhm. In questo tipo di simulazione, i valori delle resistenze R1 e R2 devono essere scelti con cura per garantire che la caduta di tensione misurata attraverso il termistore/R2 produca un'alta sensibilità nell'intervallo di temperatura desiderato. Assicurati di selezionare con cura le altre resistenze utilizzate in questi circuiti e nei circuiti a ponte di Wheatstone.

Modello di simulazione LTSpice per un circuito divisore di tensione e risultati della simulazione che mostrano la caduta di tensione attraverso R2 con cambiamenti di temperatura. Dal nota applicativa NTCS0603E3473FHT.

EPCOS, B57237S109M

Il B57237S109M di EPCOS è un termistore NTC che fornisce anche protezione contro le correnti di accensione. Questo particolare termistore a foro passante ha un lungo tempo di risposta di 90 secondi a causa della capacitanza ai terminali. Sebbene abbia un lungo tempo di risposta, fornisce protezione contro improvvise grandi variazioni di temperatura che possono essere riscontrate in applicazioni industriali.

Limitazione della corrente di accensione nel termistore NTC B57237S109M. Dal datasheet B57237S109M.

EPCOS, B59980C80A70

Il termistore PTC B59980C80A70 a foro passante di EPCOS ha un tempo di risposta rapido e può operare con tensioni in corrente continua fino a 63 V. Il tempo di risposta di questo componente è una funzione della corrente nel componente durante la commutazione, come mostrato nel grafico sottostante. Il tempo di risposta può variare da ~100 secondi fino a ~1 ms a correnti di guida elevate. Poiché la corrente in questi componenti è anche una funzione della loro resistenza e temperatura, il tempo di risposta varierà con la temperatura ambiente. EPCOS ha fornito dati significativi per progettare questi sistemi e garantire un tempo di risposta coerente all'interno del range operativo desiderato, ma questo dovrebbe essere tenuto in considerazione quando si lavora con questo tipo di componente.

Tempo di risposta a 80 °C e corrente nominale nel termistore PTC B59980C80A70. Dal datasheet B59980C80A70.

Quando devi selezionare termistori NTC e PTC, troverai molte opzioni su Octopart. Troverai anche molte opzioni per componenti a montaggio superficiale o a foro passante per il tuo prossimo PCB.

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