Thermistor NTC và PTC cho Đo lường Nhiệt độ

Có rất nhiều ứng dụng đòi hỏi việc đo nhiệt độ môi trường như một phần của việc thu thập dữ liệu hoặc ứng dụng điều khiển. Khi bạn cần thu thập các phép đo này bằng điện, các lựa chọn chính của bạn là:

• Phép đo hồng ngoại
• Phép đo bằng cặp nhiệt điện
• Phép đo bằng cảm biến RTD
• Thermistor NTC và PTC

Mỗi thành phần này đều có vị trí của mình trong lĩnh vực đo nhiệt độ. Nếu bạn đang xây dựng một hệ thống nhỏ gọn cần thu thập phép đo nhiệt độ môi trường nhạy cảm trong một phạm vi nhiệt độ hạn chế, một thermistor NTC hoặc PTC là lựa chọn lý tưởng. Có một số thành phần có thể lắp trên PCB có sẵn trên thị trường, và những thành phần này cung cấp phép đo chính xác cao trong các phạm vi nhiệt độ cụ thể.

Phép đo nhiệt độ nào là tốt nhất cho Ứng dụng của Tôi?

Trong số các kỹ thuật đo nhiệt độ khác nhau, thermistor tìm được vị trí của mình trong việc thu thập phép đo chính xác cao trong các phạm vi nhiệt độ hạn chế. Bảng dưới đây cho thấy sự so sánh về khả năng và ứng dụng của các thành phần này.

| | Thermistor | Cảm biến RTD | Cặp nhiệt điện | Cảm biến IR | | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | | Phạm vi điển hình | -100 đến ~300 °C | Đến ~700 °C | Đến ~2000 °C | Đến ~3000 °C | | Độ chính xác | 10-2 đến 1 °C | 10-1 đến 1 °C | 10-1 đến 10 °C | 10-3 đến 10 °C | | Hoạt động hoặc Bị động | Hoạt động (nguồn điện áp hoặc dòng điện cố định) | Hoạt động (nguồn điện áp hoặc dòng điện cố định) | Bị động (phát ra một điện áp) | Dùng pin | | Tính tuyến tính | Phi tuyến tính | Tương đối tuyến tính | Phi tuyến tính | Rất tuyến tính | | Dễ bị nhiễu | Thấp | Thấp | Cao | Không | | Ổn định lâu dài | Cao | Rất cao | Biến thiên | Biến thiên |

Ổn định lâu dài của thermistor rất cao so với các thiết bị khác, và chỉ đứng sau ổn định của cảm biến RTD. Những thành phần này cũng được sử dụng tốt nhất cho việc đo nhiệt độ môi trường, mặc dù chúng có thể được sử dụng với vỏ cảm biến để thu thập phép đo điểm trong một số ứng dụng. Các thành phần bản thân chúng rất kháng nhiễu, mặc dù mạch đo vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi EMI.

Có lẽ khía cạnh quan trọng nhất của thermistor làm cho chúng lý tưởng cho các thiết bị nhỏ gọn, như sản phẩm IoT, là kích thước nhỏ gọn của chúng. Những thành phần này có cùng kích thước với tụ điện hoặc điện trở, và chúng có sẵn dưới dạng thành phần lắp qua lỗ hoặc lắp mặt. Như chúng ta có thể thấy từ bảng trên, nếu bạn cần thu thập một phép đo nhiệt độ môi trường chính xác trong một phạm vi hạn chế bằng một thành phần nhỏ, thì thermistor có thể là lựa chọn lý tưởng.

Các Loại Thermistor và Phép Đo

Có hai loại thermistor: thermistor hệ số nhiệt độ âm (NTC) và thermistor hệ số nhiệt độ dương (PTC). Hai loại thermistor này có phản ứng nhiệt độ khác nhau. Khi thermistor nóng lên, điện trở của nó sẽ thay đổi. Điện trở của thermistor NTC sẽ giảm khi nhiệt độ tăng lên, và ngược lại đối với thermistor PTC.

Điện trở của các linh kiện này cần được đo lường vì nhiệt độ được xác định từ việc đo sự sụt áp qua thermistor, hoặc dòng điện qua thermistor. Phép đo này sau đó được chuyển đổi thành sự thay đổi nhiệt độ. Điều này đòi hỏi một số hiệu chỉnh khi thiết kế thiết bị, và độ nhạy trong sự thay đổi điện áp/dòng điện đo được sẽ phụ thuộc vào mạch sử dụng để đo lường. Kỹ thuật đo lường điển hình là sử dụng mạch cầu Wheatstone hoặc mạch chia điện áp. Việc chuyển đổi sang giá trị nhiệt độ sau đó có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một bộ xử lý đơn giản, như một vi điều khiển.

Thermistor NTC và PTC

Vishay, NTCS0603E3473FHT

NTCS0603E3473FHT từ Vishay là một phần của gia đình thermistor NTCS0603E3. Những thermistor này có sẵn trong một loạt các phép đo điện trở danh nghĩa và có giá trị NTC. Linh kiện gắn mặt này là một linh kiện được bọc kính, làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp hoặc ô tô.

Hình dưới đây cho thấy một mô hình LTSpice cho thermistor NTCS0603E3473FHT trong một mạch chia điện áp để đo nhiệt độ. Tại đây, thermistor NTCS0603E3473FHT có điện trở danh nghĩa là 47 kOhms, và các điện trở trong mạch chia điện áp này được đặt là 4.7 kOhms. Trong loại mô phỏng này, giá trị của các điện trở R1 và R2 cần được chọn cẩn thận để đảm bảo sự sụt áp đo được qua thermistor/R2 tạo ra độ nhạy cao trong phạm vi nhiệt độ mong muốn. Hãy chắc chắn lựa chọn cẩn thận các điện trở khác được sử dụng trong các mạch này và trong mạch cầu Wheatstone.

Mô hình mô phỏng LTSpice cho một mạch chia điện áp và kết quả mô phỏng cho thấy sự sụt áp qua R2 với sự thay đổi nhiệt độ. Từ ghi chú ứng dụng NTCS0603E3473FHT.

EPCOS, B57237S109M

B57237S109M từ EPCOS là một thermistor NTC cũng cung cấp bảo vệ dòng khởi động. Thermistor qua lỗ này có thời gian phản hồi dài là 90 giây do dung lượng tại các chân dẫn. Mặc dù có thời gian phản hồi dài, nó cung cấp bảo vệ chống lại sự thay đổi nhiệt độ đột ngột lớn có thể được tìm thấy trong các ứng dụng công nghiệp.

Hạn chế dòng khởi động trong thermistor NTC B57237S109M. Từ bảng dữ liệu B57237S109M.

EPCOS, B59980C80A70

B59980C80A70 thermistor PTC qua lỗ từ EPCOS có thời gian phản hồi nhanh và có thể hoạt động với điện áp DC lên đến 63 V. Thời gian phản hồi của linh kiện này phụ thuộc vào dòng điện trong linh kiện khi chuyển đổi, như được thể hiện trong biểu đồ dưới đây. Thời gian phản hồi có thể thay đổi từ ~100 giây xuống còn ~1 ms ở dòng điện cao. Vì dòng điện trong các linh kiện này cũng phụ thuộc vào điện trở và nhiệt độ của chúng, nên thời gian phản hồi sẽ thay đổi theo nhiệt độ môi trường xung quanh. EPCOS đã cung cấp dữ liệu đáng kể để thiết kế các hệ thống này và đảm bảo thời gian phản hồi nhất quán trong phạm vi hoạt động mong muốn của bạn, nhưng điều này nên được lưu ý khi làm việc với loại linh kiện này.

Thời gian phản hồi ở 80 °C và dòng điện định mức trong thermistor PTC B59980C80A70. Từ bảng dữ liệu B59980C80A70.

Khi bạn cần chọn thermistor NTC và PTC, bạn sẽ tìm thấy nhiều lựa chọn trên Octopart. Bạn cũng sẽ tìm thấy nhiều lựa chọn cho các linh kiện gắn bề mặt hoặc qua lỗ cho PCB tiếp theo của mình.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.