NTC 및 PTC 서미스터를 이용한 온도 측정

데이터 수집이나 제어 응용 프로그램의 일부로 주변 온도 측정이 필요한 응용 프로그램이 많습니다. 이러한 측정을 전기적으로 수행해야 할 때 주요 옵션은 다음과 같습니다:

• 적외선 측정
• 열전대 측정
• RTD 프로브를 사용한 측정
• NTC 및 PTC 서미스터

이러한 각 구성 요소는 온도 측정 분야에서 자신의 위치를 가지고 있습니다. 제한된 온도 범위에서 민감한 주변 온도 측정을 수집해야 하는 컴팩트 시스템을 구축하는 경우, NTC 또는 PTC 서미스터가 이상적인 선택입니다. 시장에는 PCB 장착 가능한 구성 요소가 많이 있으며, 이러한 구성 요소는 특정 온도 범위 내에서 매우 정확한 측정을 제공합니다.

내 응용 프로그램에 가장 적합한 온도 측정은 무엇일까요?

다양한 온도 측정 기술 중에서 서미스터는 제한된 온도 범위 내에서 매우 정확한 측정을 수집하는 데 자리잡고 있습니다. 아래 표는 이러한 구성 요소의 기능과 응용 프로그램을 비교한 것입니다.

| | 서미스터 | RTD 프로브 | 열전대 | 적외선 센서 | | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | | 전형적인 범위 | -100 ~ 약 300 °C | 최대 ~700 °C | 최대 ~2000 °C | 최대 ~3000 °C | | 정확도 | 10-2 ~ 1 °C | 10-1 ~ 1 °C | 10-1 ~ 10 °C | 10-3 ~ 10 °C | | 능동형 또는 수동형 | 능동형 (일정 전압 또는 전류원) | 능동형 (일정 전압 또는 전류원) | 수동형 (전압 출력) | 배터리 구동 | | 선형성 | 비선형 | 다소 선형적 | 비선형 | 매우 선형적 | | 잡음 감수성 | 낮음 | 낮음 | 높음 | 없음 | | 장기 안정성 | 높음 | 매우 높음 | 다양함 | 다양함 |

서미스터의 장기 안정성은 다른 장치에 비해 매우 높으며, RTD 프로브의 안정성에 이어 두 번째입니다. 이러한 구성 요소는 주변 온도 측정에 가장 적합하지만, 특정 응용 프로그램에서 점 측정을 수집하기 위해 프로브 하우징과 함께 사용할 수도 있습니다. 구성 요소 자체는 잡음에 대해 매우 저항력이 있지만, 측정 회로는 여전히 EMI에 취약할 수 있습니다.

서미스터가 IoT 제품과 같은 컴팩트한 장치에 이상적인 가장 중요한 측면은 아마도 작은 발자국일 것입니다. 이러한 구성 요소는 커패시터나 저항기와 같은 발자국을 가지고 있으며, 스루홀 또는 표면 실장 구성 요소로 제공됩니다. 위의 표에서 볼 수 있듯이, 제한된 범위 내에서 정확한 주변 온도 측정을 소형 구성 요소를 사용하여 수집해야 하는 경우 서미스터가 이상적인 선택일 수 있습니다.

서미스터 및 측정의 유형

온도계수가 음인 서미스터(NTC)와 양인 서미스터(PTC) 두 가지 유형이 있습니다. 이 두 유형의 서미스터는 온도에 대한 반응이 다릅니다. 서미스터가 가열될 때, 그 저항은 변화합니다. NTC 서미스터의 저항은 온도가 상승함에 따라 감소하고, PTC 서미스터는 그 반대입니다.

이러한 부품의 저항은 온도가 서미스터를 통한 전압 강하의 측정 또는 서미스터를 통한 전류의 측정에서 결정되므로 측정되어야 합니다. 이 측정은 그 후 온도 변화로 변환됩니다. 이는 장치 설계 시 일부 교정이 필요하며, 측정된 전압/전류 변화의 민감도는 측정을 위해 사용된 회로에 따라 달라집니다. 전형적인 측정 기법은 휘트스톤 브리지 회로나 전압 분배 회로를 사용하는 것입니다. 그런 다음 간단한 프로세서를 사용하여 온도 값으로 변환할 수 있습니다, 예를 들어 마이크로컨트롤러와 같은.

NTC 및 PTC 서미스터

Vishay, NTCS0603E3473FHT

Vishay의 NTCS0603E3473FHT는 NTCS0603E3 서미스터 제품군의 일부입니다. 이 서미스터들은 다양한 명목 저항 측정값을 가지며 NTC 값을 가집니다. 이 특정 표면 실장 부품은 유리로 캡슐화되어 있어 산업이나 자동차 응용에 이상적입니다.

아래 이미지는 온도 측정을 위한 전압 분배 회로에서 NTCS0603E3473FHT 서미스터의 LTSpice 모델을 보여줍니다. 여기서, NTCS0603E3473FHT 서미스터는 명목 저항이 47 kOhms이며, 이 전압 분배에서 저항들은 4.7 kOhms로 설정됩니다. 이러한 유형의 시뮬레이션에서는 원하는 온도 범위에서 서미스터/R2를 통한 측정된 전압 강하가 높은 민감도를 생성하도록 저항 R1과 R2의 값이 신중하게 선택되어야 합니다. 이러한 회로와 휘트스톤 브리지 회로에서 사용되는 다른 저항들도 신중하게 선택하십시오.

전압 분배 회로 및 온도 변화에 따른 R2를 통한 전압 강하를 보여주는 시뮬레이션 결과의 LTSpice 시뮬레이션 모델. NTCS0603E3473FHT 응용 노트에서.

EPCOS, B57237S109M

EPCOS의 B57237S109M은 또한 인러시 전류 보호를 제공하는 NTC 서미스터입니다. 이 특정 관통 구멍 서미스터는 리드의 커패시턴스로 인해 90초의 긴 응답 시간을 가집니다. 응답 시간이 길지만, 산업 응용에서 발견될 수 있는 갑작스러운 큰 온도 변화에 대한 보호를 제공합니다.

B57237S109M NTC 서미스터에서의 인러시 전류 제한. B57237S109M 데이터시트에서.

EPCOS, B59980C80A70

EPCOS의 관통 구멍 PTC 서미스터 B59980C80A70은 빠른 응답 시간을 가지고 있으며, 최대 63V의 직류 전압으로 작동할 수 있습니다. 이 부품의 응답 시간은 아래 그래프에서 보여주듯이, 스위칭 중 부품 내의 전류에 따라 달라집니다. 응답 시간은 높은 구동 전류에서 약 100초에서 1ms까지 다양할 수 있습니다. 이러한 부품들의 전류는 그들의 저항과 온도의 함수이기도 하므로, 응답 시간은 주변 온도에 따라 달라질 것입니다. EPCOS는 이러한 시스템을 설계하고 원하는 작동 범위 내에서 일관된 응답 시간을 보장하기 위해 상당한 데이터를 제공했지만, 이러한 유형의 부품을 다룰 때 이 점을 염두에 두어야 합니다.

80°C 및 정격 전류에서 B59980C80A70 PTC 서미스터의 응답 시간. B59980C80A70 데이터시트에서 발췌.

NTC 및 PTC 서미스터를 선택할 때, Octopart에서 다양한 옵션을 찾을 수 있습니다. 다음 PCB를 위한 표면 실장 또는 관통 구멍 부품을 지원하는 많은 옵션도 찾을 수 있습니다.

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