Termistory NTC i PTC do pomiarów temperatury

Istnieje wiele zastosowań, które wymagają pomiaru temperatury otoczenia jako części akwizycji danych lub aplikacji kontrolnych. Kiedy potrzebujesz zbierać te pomiary elektrycznie, twoje główne opcje to:

• Pomiary podczerwieni
• Pomiary termoparą
• Pomiary za pomocą sondy RTD
• Termistory NTC i PTC

Każdy z tych komponentów ma swoje miejsce w krajobrazie pomiaru temperatury. Jeśli budujesz kompaktowy system, który musi zbierać wrażliwe pomiary temperatury otoczenia w ograniczonym zakresie temperatur, termistor NTC lub PTC jest idealnym wyborem. Na rynku dostępnych jest wiele komponentów montowanych na PCB, które zapewniają bardzo dokładne pomiary w określonych zakresach temperatur.

Która metoda pomiaru temperatury jest najlepsza dla mojej aplikacji?

Wśród różnych technik pomiaru temperatury, termistory znajdują swoje miejsce w zbieraniu bardzo dokładnych pomiarów w ograniczonych zakresach temperatur. Poniższa tabela pokazuje porównanie możliwości i zastosowań tych komponentów.

| | Termistory | Sondy RTD | Termopary | Czujniki IR | | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | | Typowy zakres | -100 do ~300 °C | Do ~700 °C | Do ~2000 °C | Do ~3000 °C | | Dokładność | 10-2 do 1 °C | 10-1 do 1 °C | 10-1 do 10 °C | 10-3 do 10 °C | | Aktywne czy pasywne | Aktywne (stałe napięcie lub źródło prądu) | Aktywne (stałe napięcie lub źródło prądu) | Pasywne (generuje napięcie) | Zasilane baterią | | Liniowość | Nieliniowe | Dość liniowe | Nieliniowe | Bardzo liniowe | | Podatność na zakłócenia | Niska | Niska | Wysoka | Brak | | Stabilność długoterminowa | Wysoka | Bardzo wysoka | Różna | Różna |

Długoterminowa stabilność termistorów jest bardzo wysoka w porównaniu z innymi urządzeniami i ustępuje tylko stabilności sond RTD. Te komponenty są również najlepiej używane do pomiarów temperatury otoczenia, chociaż mogą być używane z obudową sondy do zbierania pomiarów punktowych w niektórych aplikacjach. Same komponenty są bardzo odporne na zakłócenia, chociaż układ pomiarowy może być nadal podatny na EMI.

Być może najważniejszym aspektem termistorów, który czyni je idealnymi dla kompaktowych urządzeń, takich jak produkty IoT, jest ich mały rozmiar. Te komponenty mają takie same rozmiary jak kondensatory czy rezystory i są dostępne jako komponenty do montażu przewlekanego lub powierzchniowego. Jak widać z powyższej tabeli, jeśli potrzebujesz zbierać dokładne pomiary temperatury otoczenia w ograniczonym zakresie za pomocą małego komponentu, termistor może być idealnym wyborem.

Typy termistorów i pomiarów

Istnieją dwa typy termistorów: termistory o ujemnym współczynniku temperatury (NTC) oraz termistory o dodatnim współczynniku temperatury (PTC). Te dwa typy termistorów reagują na temperaturę w różny sposób. Gdy termistor się nagrzeje, jego oporność ulegnie zmianie. Oporność termistora NTC zmniejszy się wraz ze wzrostem temperatury, i odwrotnie dla termistora PTC.

Oporność tych komponentów musi być mierzona, ponieważ temperatura jest określana na podstawie pomiaru spadku napięcia na termistorze lub prądu przepływającego przez termistor. Ten pomiar jest następnie przekształcany na zmianę temperatury. Wymaga to pewnej kalibracji podczas projektowania urządzenia, a czułość w zmianach mierzonego napięcia/prądu będzie zależeć od obwodu użytego do pomiaru. Typową techniką pomiarową jest użycie obwodu mostka Wheatstone'a lub obwodu dzielnika napięcia. Konwersja na wartość temperatury może być następnie wykonana przy użyciu prostego procesora, takiego jak mikrokontroler.

Termistory NTC i PTC

Vishay, NTCS0603E3473FHT

NTCS0603E3473FHT od Vishay jest częścią rodziny termistorów NTCS0603E3. Te termistory występują w różnych nominalnych pomiarach oporności i mają wartości NTC. Ten konkretny komponent montażu powierzchniowego jest komponentem zatopionym w szkle, co czyni go idealnym do zastosowań przemysłowych lub motoryzacyjnych.

Obraz poniżej pokazuje model LTSpice dla termistora NTCS0603E3473FHT w obwodzie dzielnika napięcia do pomiarów temperatury. Tutaj termistor NTCS0603E3473FHT ma nominalną oporność 47 kOhm, a rezystory w tym dzielniku napięcia są ustawione na 4,7 kOhm. W tego typu symulacji wartości rezystorów R1 i R2 muszą być starannie dobrane, aby mierzony spadek napięcia na termistorze/R2 zapewniał wysoką czułość w pożądanym zakresie temperatur. Upewnij się, że dokładnie wybierasz inne rezystory używane w tych obwodach oraz w obwodach mostka Wheatstone'a.

Model symulacji LTSpice dla obwodu dzielnika napięcia i wyniki symulacji pokazujące spadek napięcia na R2 przy zmianach temperatury. Z noty aplikacyjnej NTCS0603E3473FHT.

EPCOS, B57237S109M

B57237S109M od EPCOS to termistor NTC, który zapewnia również ochronę przed prądem rozruchowym. Ten konkretny termistor do montażu przewlekanego ma długi czas reakcji wynoszący 90 sekund ze względu na pojemność przy wyprowadzeniach. Mimo że ma długi czas reakcji, zapewnia ochronę przed nagłymi dużymi zmianami temperatury, które mogą wystąpić w aplikacjach przemysłowych.

Ograniczenie prądu rozruchowego w termistorze NTC B57237S109M. Z karty katalogowej B57237S109M.

EPCOS, B59980C80A70

Przepływowy termistor PTC B59980C80A70 od EPCOS charakteryzuje się szybkim czasem reakcji i może pracować przy napięciach stałych dochodzących do 63 V. Czas reakcji tego komponentu zależy od prądu płynącego przez komponent podczas przełączania, jak pokazano na poniższym wykresie. Czas reakcji może wahać się od ~100 sekund do ~1 ms przy wysokim prądzie sterującym. Ponieważ prąd w tych komponentach jest również funkcją ich oporności i temperatury, czas reakcji będzie się zmieniać w zależności od temperatury otoczenia. EPCOS dostarczył znaczące dane do projektowania tych systemów i zapewnienia spójnego czasu reakcji w pożądanym zakresie pracy, ale należy to mieć na uwadze przy pracy z tego typu komponentem.

Czas reakcji przy 80 °C i nominalnym prądzie w termistorze PTC B59980C80A70. Z karty katalogowej B59980C80A70.

Kiedy potrzebujesz wybrać termistory NTC i PTC, znajdziesz wiele opcji na Octopart. Znajdziesz tam również wiele opcji wspierających komponenty montażu powierzchniowego lub przepływowego dla Twojej kolejnej PCB.

Zapoznaj się z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.