Термисторы NTC и PTC для измерения температуры

Существует множество приложений, требующих измерения окружающей температуры в качестве части сбора данных или управления. Когда вам нужно собрать эти измерения электрически, ваши основные варианты:

• Инфракрасные измерения
• Измерения с использованием термопары
• Измерения с помощью датчика RTD
• Термисторы NTC и PTC

Каждый из этих компонентов имеет свое место в ландшафте измерения температуры. Если вы создаете компактную систему, которая должна собирать чувствительные измерения окружающей температуры в ограниченном диапазоне температур, идеальным выбором будет термистор NTC или PTC. На рынке доступно множество компонентов для монтажа на печатных платах, и эти компоненты обеспечивают высокую точность измерений в определенных температурных диапазонах.

Какое измерение температуры лучше всего подходит для моего приложения?

Среди различных методов измерения температуры термисторы находят свое применение в сборе высокоточных измерений в ограниченных температурных диапазонах. В таблице ниже показано сравнение возможностей и применений этих компонентов.

| | Термисторы | Датчики RTD | Термопары | ИК-датчики | | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | | Типичный диапазон | от -100 до ~300 °C | До ~700 °C | До ~2000 °C | До ~3000 °C | | Точность | 10-2 до 1 °C | 10-1 до 1 °C | 10-1 до 10 °C | 10-3 до 10 °C | | Активный или пассивный | Активный (пост. напряжение или ток) | Активный (пост. напряжение или ток) | Пассивный (выдает напряжение) | На батарейках | | Линейность | Нелинейный | Достаточно линейный | Нелинейный | Высоко линейный | | Восприимчивость к помехам | Низкая | Низкая | Высокая | Отсутствует | | Долговременная стабильность | Высокая | Очень высокая | Различается | Различается |

Долговременная стабильность термисторов очень высока по сравнению с другими устройствами и уступает только стабильности датчиков RTD. Эти компоненты также лучше всего подходят для измерения окружающей температуры, хотя их можно использовать с корпусом датчика для сбора точечных измерений в некоторых приложениях. Сами компоненты очень устойчивы к помехам, хотя измерительная схема все еще может быть подвержена ЭМП.

Возможно, самым важным аспектом термисторов, делающим их идеальными для компактных устройств, таких как продукты IoT, является их малый размер. Эти компоненты имеют такие же размеры, как конденсаторы или резисторы, и доступны в виде компонентов для монтажа сквозь отверстие или на поверхность. Как мы видим из приведенной выше таблицы, если вам нужно собрать точное измерение окружающей температуры в ограниченном диапазоне с использованием маленького компонента, то термистор может быть идеальным выбором.

Типы термисторов и измерения

Существует два типа термисторов: с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) и с положительным температурным коэффициентом (PTC). Эти два типа термисторов имеют различные температурные характеристики. Когда термистор нагревается, его сопротивление изменяется. Сопротивление термистора NTC уменьшается с повышением температуры, и наоборот для термистора PTC.

Сопротивление этих компонентов необходимо измерять, поскольку температура определяется измерением падения напряжения на термисторе или тока через термистор. Затем это измерение преобразуется в изменение температуры. Это требует некоторой калибровки при проектировании устройства, и чувствительность к измеренным изменениям напряжения/тока будет зависеть от схемы, используемой для измерения. Типичная методика измерения заключается в использовании схемы моста Уитстона или схемы делителя напряжения. Преобразование в значение температуры затем может быть выполнено с использованием простого процессора, такого как микроконтроллер.

Термисторы NTC и PTC

Vishay, NTCS0603E3473FHT

NTCS0603E3473FHT от Vishay является частью семейства термисторов NTCS0603E3. Эти термисторы представлены в различных номинальных значениях сопротивления и имеют значения NTC. Этот конкретный компонент для поверхностного монтажа является компонентом, заключенным в стекло, что делает его идеальным для промышленных или автомобильных приложений.

На изображении ниже показана модель LTSpice для термистора NTCS0603E3473FHT в схеме делителя напряжения для измерения температуры. Здесь термистор NTCS0603E3473FHT имеет номинальное сопротивление 47 кОм, а резисторы в этом делителе напряжения установлены на 4,7 кОм. В этом типе симуляции значения резисторов R1 и R2 должны быть тщательно подобраны, чтобы обеспечить высокую чувствительность измеренного падения напряжения на термисторе/R2 в желаемом диапазоне температур. Обязательно тщательно подбирайте другие резисторы, используемые в этих схемах и в схемах моста Уитстона.

Модель симуляции LTSpice для схемы делителя напряжения и результаты симуляции, показывающие падение напряжения на R2 при изменениях температуры. Из примечания к применению NTCS0603E3473FHT.

EPCOS, B57237S109M

B57237S109M от EPCOS является NTC термистором, который также обеспечивает защиту от пускового тока. Этот конкретный термистор с монтажом через отверстие имеет длительное время отклика в 90 секунд из-за емкости на выводах. Несмотря на длительное время отклика, он обеспечивает защиту от внезапных больших изменений температуры, которые могут встречаться в промышленных приложениях.

Ограничение пускового тока в NTC термисторе B57237S109M. Из технического описания B57237S109M.

EPCOS, B59980C80A70

PTC термистор B59980C80A70 от EPCOS с монтажом через отверстие обладает быстрым временем отклика и может работать при постоянных напряжениях до 63 В. Время отклика этого компонента зависит от тока в компоненте во время переключения, как показано на графике ниже. Время отклика может варьироваться от ~100 секунд до ~1 мс при высоком управляющем токе. Поскольку ток в этих компонентах также зависит от их сопротивления и температуры, время отклика будет варьироваться в зависимости от окружающей температуры. EPCOS предоставила значительные данные для проектирования этих систем и обеспечения постоянного времени отклика в пределах желаемого рабочего диапазона, но это следует учитывать при работе с такими компонентами.

Время отклика при 80 °C и номинальном токе в PTC термисторе B59980C80A70. Из даташита B59980C80A70.

Когда вам нужно выбрать NTC и PTC термисторы, вы найдете множество вариантов на Octopart. Также вы найдете множество вариантов для поддержки компонентов для поверхностного монтажа или монтажа через отверстие для вашей следующей печатной платы.

Чтобы быть в курсе наших последних статей, подпишитесь на нашу рассылку.