Датчик ntc: что это такое, виды, способы применения, схемы подключения

NTC-датчики с резисторами, с сопротивлением особо чувствительным к температуре, распространенные из-за простоты, дешевизны, эффективности. Negative Temperature Coefficient означает, что при повышении t° сопротивление сенсора понижается. Изделие ставят везде, где необходимо отследить температуру, в устройствах, зависящих от нее: холодильники, стиралки, бойлеры, теплые полы. Термодатчики используют для самоделок, например на Arduino. Оборудование улавливает сигнал от сенсора НТЦ и срабатывает по настройкам. Рассмотрим принцип работы, виды, характеристики и возможности NTC детекторов и термисторов, где используются, как рассчитать, подобрать.

Понятие NTC температурных датчиков

При обычном применении резисторов не нужно, чтобы их сопротивление (R) менялось с изменением температуры. Зависимость минимальная, иначе элемент влиял бы на схему, например, диод не контролировано менял бы интенсивность свечения. Но если требуется, чтобы его яркость была функцией температуры, то применяют термистор — резистор, сопр. которого чувствительное даже к небольшим сдвигам t°. Такое свойство отображается основной характеристикой — кривой графика зависимости R/T.

Negative Temperature Coefficient — «отрицательный (минусовый) коэффициент t°», он же NTC. Это наиболее часто встречающийся тип температурных сенсоров, так как они дешевле всех прочих, с хорошей эффективностью, достаточной для большинства приборов.

Преимущества, сравнение с иными термодатчиками

Достоинства:

• значительная крутизна кривой R/T, малые отклонения от номиналов, что свидетельствует о хорошей сенситивности;
• минимальное время отклика;
• значительные величины ТКС, то есть большая чувствительность, увеличенная степень изменения R в зависимости от t° (порядка 2–10 % на Кельвин);
• сопротивление демонстрирует большое, точное, прогнозируемое уменьшение по мере роста рабочих температур на ядре резистора;
• чрезвычайная компактность, терморезисторы подойдут на любые платы, даже на пространства, измеряющиеся в мм (есть типоразмеры в виде бусинок), поэтому датчики с ними компактные;
• лучшая прочность, надежность, стабильность, приспособленность для экстремальных сред, помехоустойчивость в своих рабочих диапазонах;
• экономичность, менее трудозатратные в обслуживании. Если кривая правильная, то калибровки не потребуется при монтаже и на всем сроке эксплуатации;
• по кривой легко узнать нужное сопротивление при конкретной температуре.

Преимущества и недостатки:

Коэффициенты параметров, токоограничивающие свойства лучше в несколько раз, чем у термодатчиков из Si. На порядок выше (от 10 раз), чем у RTD (металлические термодетекторы).

Если сравнивать с RTD (платиновыми), то линия R/T более крутая, что отображает лучшую сенситивность. Но все-таки первые наиболее точные (±0.5 % от замеряемой t°) и они лучшие для границ −200…+800° C, что шире, чем у NTC, но преимущество последних в дешевизне и простоте.

термистор ntc — характеристики (ВАХ), подключение, проверка на работоспособность

Термисторы NTC- это особый тип резистора, который имеет отрицательный температурный коэффициент. Это его основная особенность, которая понятна из самого слова «термо». Его внутреннее сопротивление сокращается по мере роста температуры. Обычно, эти радиодетали используются в температурных датчиках из-за своих токоограничивающих свойств.

Величина этого коэффициента у термистора выше в несколько раз, чем у силисторов – температурных датчиков, изготовленных на кремниевой основе и более чем на порядок выше( то есть в 10 раз), чем у датчиков RTD.

Рабочий диапазон термистора лежит в диапазоне от -50 до +200 градусов. В данной статье описаны все особенности и отличия, устройство и схема подключения этой радиодетали, а также как и где их можно применять.

Статья также содержит видеоролик и одну научную статью, посвященную рассматриваемому вопросу.

Характеристики термисторов NTC

В отличие от RTD (температурные детекторы сопротивления), изготовленные из металлов, термисторы NTC обычно изготавливаются из керамики или полимеров. Различные используемые материалы приводят к различным температурным откликам, а также к другим характеристикам.

Хотя большинство термисторов NTC обычно подходят для использования в температурном диапазоне от -55 ° C до 200 ° C, где они дают наиболее точные показания, существуют специальные семейства термисторов NTC, которые могут использоваться при температурах, приближающихся к абсолютному нулю (-273,15 ° C), а также те, которые специально предназначены для использования выше 150 ° C. Температурная чувствительность датчика NTC выражается как «процентное изменение на градус C». В зависимости от используемых материалов и особенностей производственного процесса типичные значения чувствительности к температуре колеблются от -3% до -6% на ° С.

Термистор NTC – термочувствительный резистор, сопротивление которого демонстрирует большое, точное и прогнозируемое снижение по мере того, как температура ядра резистора увеличивается в диапазоне рабочих температур.

Три различных термистора NTC

Характеристическая кривая NTC

Как видно из рисунка, термисторы NTC имеют гораздо более крутой наклон сопротивления-температуры по сравнению с RTD платинового сплава, что приводит к лучшей температурной чувствительности.

Тем не менее, RTD остаются наиболее точными датчиками, точность которых составляет ± 0,5% от измеренной температуры, и они полезны в температурном диапазоне от -200 ° C до 800 ° C, что намного шире, чем у датчиков температуры NTC.

Таблица основных характеристик NTC термисторов.

Сравнение с другими датчиками температуры

По сравнению с RTD, NTC имеют меньший размер, более быстрый отклик, большую устойчивость к ударам и вибрации и имеют более низкую себестоимость. Они немного менее точны, чем RTD.

По сравнению с термопарами точность, полученная от обоих, аналогична; однако термопары выдерживают очень высокие температуры (порядка 600 ° C) и используются вместо термисторов NTC, где их иногда называют пирометрами.

Тем не менее, термисторы NTC обеспечивают большую чувствительность, стабильность и точность, чем термопары при более низких температурах, и используются с меньшими затратами электроэнергии и, следовательно, имеют более низкие общие затраты.

Стоимость дополнительно снижается из-за отсутствия необходимости в схемах формирования сигнала (усилители, переводчики уровня и т. д.), Которые часто необходимы при работе с RTD и всегда необходимы для термопар.

• Температурный диапазон:приблизительный общий диапазон температур, в которых может использоваться тип датчика. В пределах заданного температурного диапазона некоторые датчики работают лучше, чем другие.
• Относительная стоимость:относительная стоимость, поскольку эти датчики сравниваются друг с другом. Например, термисторы недороги по отношению к термометрам сопротивления, отчасти потому, что предпочтительным материалом для термопреобразователей сопротивления является платина.
• Постоянная времени:приблизительное время, необходимое для перехода от одного значения температуры к другому. Это время в секундах, которое термистору требуется для достижения 63,2% разницы температур от начального показания до окончательного.
• Стабильность:способность контроллера поддерживать постоянную температуру на основе обратной связи датчика температуры.
• Чувствительность:степень реакции на изменение температуры.

Принцип работы

Сплав датчика изменяет токопроводимость при различной t°. Сопротивление при ее росте падает, при понижении — растет. Меняются электропараметры, что и регистрирует схема.

Микроконтроллер обслуживаемого прибора на основе полученных данных, учитывая спецификацию детектора, вычисляет сдвиги t°. Затем подает сигнал исполнительному узлу (реле, системе нагревателя, охлаждения) для действий при том или ином уровне t°.

Пример: учитывая описанный алгоритм на входе компаратора термостата, настроенного по температурной характеристике, происходит управление напряжением, оно претерпевает изменения.

Сами по себе датчик NTC не электронное устройство, он только фиксирует. В основе — нелинейная зависимость сопр. резистора от t° среды. Схема работы может быть и проще: простой вывод на табло значений или реле может реагировать сразу.

Сенсоры чувствительные к электромагнитным излучениям, полям, поэтому их экранируют или монтируют на отдалении от источников таких явлений (силовые провода).

Что такое терморезистор?

Обычный резистор обладает относительно стабильным сопротивлением. Разумеется, электрическое сопротивление обычного резистора может меняться при значительном его нагревании (в пределах допусков). Но в штатном режиме показания этих устройств стабильны, чего, собственно, добиваются разработчики.

При изготовлении терморезисторов умышленно подбирают такие материалы, сопротивление которых зависит от температуры. То есть, терморезистор – это полупроводниковый прибор, обладающий зависимостью его сопротивления от температуры. Можно сказать, что путем нагревания или охлаждения таких полупроводниковых устройств можно управлять их сопротивлениями.

Температурные зависимости полупроводниковых резисторов широко применяются на практике, о чем речь пойдёт ниже. Заметим только, что термисторы являются, по сути, переменными резисторами, сопротивление которых изменяется не механическим способом, а зависит от степени нагрева и температурных характеристик применяемых полупроводниковых материалов. Причем не важно, прямым или косвенным нагревом произошло изменение температурных показателей.

Чем отличаются от термопар

Не надо путать NTC c термопарами: хотя задачи схожие и есть связь с электропараметрами, принцип разный. У первых основывается на изменении сопротивления чувствительной части, у вторых — на изменяющейся при трансформациях температуры разности потенциалов, создающейся двумя сегментами из разных сплавов с разными электросвойствами.

Сенсор NTC из одного цельного кусочка сплава, а термопара — из двух металлов, и измерения базируются именно на трансформациях его сопротивления, а не на разности потенциалов.

Применение

В основном терморезисторы используют для защиты оборудования и различных устройств от перегрева и от возможных перегрузок. Реже зависимостью сопротивления стабилизируют работу нагревательного элемента.

Примеры использования:

В большинстве схем используется способность термисторов преобразовывать внутреннюю энергию в электрический сигнал, который считывается автоматикой.

В нагревательных приборах терморезистор довольно часто используется в качестве самовосстанавливающегося предохранителя. Его сопротивление возрастает при достижении критической температуры и в результате этого электрическая цепь размыкается.

После остывания прибор восстанавливает работоспособность. Сферы применения можно перечислять очень долго, но и эти примеры показывают, насколько востребованными оказались термисторы и термисторы.

Устройство термодатчиков и терморезисторов NTC

Другие названия — датчики резистивные, термисторы, термические или терморезисторы, датчики НТЦ (NTC) температуры или термометры сопротивления (но именно с NTC термистором, не путать с RTD и изделиями с другими чувствительными частями).

Сенсор NTC состоит из резистивного (чувствительного) сегмента — терморезистора и проводков (ножек) для подачи тока на него.

Термистор изготавливается порошковым способом, запеканием.

Материалы: оксиды, галогениды, халькогениды. Используются полупроводники (часто полимерные), они сами по себе с ТКС «−». Для корпуса, наружного покрытия — керамика, стекло, эпоксидка.

Где заказать термодатчики

Если Вы хотите приобрести датчики температуры на выгодных условиях, обратитесь в нашу компанию. Консультанты помогут подобрать компоненты с подходящими характеристиками, предоставят детальную информацию о выбранных товарах.

Заказывая термисторы NTC на нашем сайте, Вы гарантированно получаете такие преимущества:

• Наличие товаров. Компоненты для холодильного оборудования и климатической техники не придется приобретать под заказ, теряя лишнее время.
• Умеренные цены. Мы придерживаемся лояльной ценовой политики, предлагаем клиентам качественную продукцию по выгодной стоимости.
• Оперативная доставка. Вы своевременно получите заказанные товары. Наши сотрудники организуют отправку термодатчиков в день принятия Вашей заявки.

Свяжитесь с нашими специалистами, чтобы проконсультироваться по возникшим вопросам и совершить покупку.

Наша компания предоставляет широкий выбор товаров и услуг по

Типоразмеры

Типоразмеры самих термисторов: стержни, трубочки, диски, бусинки, пластинки, капли, таблетки. Размеры 1–10 мкм до нескольких мм и 1 см.

Есть также SMD форматы, микропрямоугольнички.

Сразу различим именно датчики как готовые к применению изделия и сами «голые» терморезисторы.

Датчики как приборы могут выполняться в любых формах, корпусах по решению производителя, например, щупы, зонды, «фишки» с разъемами, в водостойком корпусе, с резьбой, на длинном кабеле.

Датчики как готовые приборы

Автомобильные:

Накладные. На поверхность конструкций. Примеры: T2C-NTC 10K для −50…+150° C; ALTF02 S+S для снятия данных с твердых объектов (труб).

Канальные, погружные. Для полостей. T3-NTC 10K с кабелем 30 см, для +50…−50° C; T2I-NTC 10K, 6.5 см, −50…+150° C; TF43T и TM54 для жидкостей в трубах, емкостях.

Наружные. Для погодно-зависимых комплексов, на внешние стены (ATF01 S+S Regeltechnic).

Комнатные. Для внутренних помещений, квартир, офисов.

Многофункциональные. Совмещают иные сенсоры, Исследуют не только температуру, но и давление, плотность и прочее.

Бусинковые

Бисер, шарик, капля, Ø 0.075 до 5 мм. Из свинцовых проводков, сплава с платиной, спекаемых в керамической, стеклокерамической оболочке. Лучший отклик и стабильность, их рабочие температуры выше, чем у дисковых вариантов и чипов.

Минусы: хрупкость выше, нет взаимозаменяемости, требуют индивидуальных градуировок. Нет точных стандартов для их номиналов по отношению R/T.

Диски, пластинки, чипы, трубки

Изделия в форме диска с поверхностными контактами. Форма габаритнее, реакция медленнее, чем у шариков. Но из-за увеличенных габаритов обладают хорошей диссипацией (мощностью для роста t° на 1 градус). Так как рассеиваемая энергия пропорциональная к квадрату тока, лучше работают с высокими токами, чем шарики.

Дисковые изготовляются прессовкой порошкоподобных оксидов в круглую матрицу, затем спекаются. Чипы — литьем под давлением, суспензия распределяется толстым шаром, затем производят сушку, разрезание. Габариты Ø 0.25…25 мм.

Взаимозаменяемые, но есть погрешности, минимально допустимым отклонением считается не менее 0.05° C в рамках 0…+70 °C. Стандартный термистор на 10 кОм в границах 0…+100 обладает коэффициентами близкими к таким:

Термистор в виде трубки:

Инкапсулированные

Инкапсулированные напоминают пластинки, таблетки, могут быть схожие с иными типами. Особенность в их покрытии — оно особо герметичное, воздухонепроницаемое (пузырь, капсула, контейнер), из стекловолокна. Для высоких температур, от +150° C, для плат, где требуется особая прочность. Такое исполнение увеличивает стабильность, защиту, Ø 0.4…10 мм.

Технические параметры

Большое разнообразие моделей термосопротивлений продиктовано потребностями современной электронной промышленности. Технические параметры изделий полупроводникового типа позволяют полностью удовлетворить спрос производителей радиоэлектронных и электротехнических устройств.

К основным параметрам относятся:

Полупроводниковые термисторы обладают высокой чувствительностью в сочетании с отрицательными значениями ТКС. Они просты в изготовлении, имеют крохотные размеры, легко встраиваются в микросхемы. Все эти свойства делают термисторы незаменимыми в микроэлектронике.

Полупроводниковые термисторы подключаются через мостовую схему. Такое подключение позволяет в автоматическом режиме регулировать требуемые параметры электрических цепей. Иногда для этих целей приходится применять довольно сложные схемы автоматики.

Параметры металлических терморезисторов больше подходят для электротехнических устройств, в частности, они используются в качестве датчиков температуры. Их можно увидеть в водонагревательных установках, или в термометрах сопротивления. Такие типы датчиков (рис. 7) очень надежны в работе, имеют довольно широкий диапазон измерения.

Датчики этого типа подключаются по простой схеме. Если требуется провести калибровку или выставить температуру, это обычно делается вручную, с помощью потенциометра. Простая схема подключения датчика температуры показана на рис. 8. Изменяя потенциометром напряжение можно влиять на величину ТКС. Визуально контролировать температуру можно с помощью амперметра, шкала которого проградуирована в градусах.

Температурные детекторы NTC и PTC

Есть два типа термисторов: отличается направление зависимости R от температуры, механизм ТКС. Слово перед сокращением фразы «Temperature Coefficient» отображает данный нюанс:

• Negative. NTC, рассматриваемые нами. С отрицательным t° коэфф. С ростом температуры падает сопр.;
• Positive, PTC. Второе название позисторы. С положительным t° коэфф. R увеличивается.

Для NTC терморезисторов используют смеси многокристаллических оксидов переходных металлов (MnO, СoOx, NiO и CuO), полупроводников определенных типов (A, B), и стеклоподобных (Ge и Si). А PTC (позисторы) состоят из твердых веществ, основанных на BaTiO₃, данный сплав имеет именно позитивную реакцию (ТКС). Но отличия в работе в основном лишь в направлении зависимости R/T.

Наиболее популярные температурные детекторы NTC среднего диапазона: ТКС −2.4…-8.4 %/К, с широкими границами сопр. (1…106 Ом). Если говорить о PTC, то эти цифры 0.5…0.7 %/К, часто они из кремния, их сопротивление, в отличие от NTC, приближается к линейному.

PTC используются на оборудовании охлаждения, температурной стабилизации в радиоэлектронных схемах, как саморегулирующиеся нагревательные детали. Их R увеличивается по мере роста их же нагрева (PTC нагреватели), такая запчасть никогда не перегреется, всегда выдает устойчивые тепломощности при значительном диапазоне напряжений.

Сферы чрезвычайно схожие, а принцип в основе аналогичный — все зависит от того, что требуется, негативный или положительный ТКС:

• NTC следит за понижением температуры;
• PTC — за повышением.

Полупроводниковые термодатчики

В качестве примера температурного измерителя можно привести NTC – датчик температуры, применяемый для контроля за охлаждением и предотвращения переморозки. К примеру, в холодильных камерах в магазинах (витрины со скоропортящимися продуктами).

Устройство с обратным функционалом — термисторы PTC. В отличии от предыдущего, этот датчик следит за повышением температуры, дабы избежать размораживания содержимого.

Термодатчики такого типа производятся в водостойком корпусе, который оберегает чувствительный элемент от попадания влаги. Длина кабеля, в большинстве моделей, около полутора метров (при необходимости этот параметр увеличивается путем наращивания компенсационного провода)

Виды термисторов NTC

По диапазону значений обслуживаемой среды NTC бывают:

• низкотемпературные. Для ниже 170 К (Кельвины, может быть в Цельсиях);
• средне, 170…510 К;
• высоко, от 510 К;
• сверхвысоко, 900…1300 К.

Отдельной разновидностью являются комбинированные, с косвенным нагревом. Совмещают резистор и «гальванически развязанный» от него элемент нагрева, задающий температуру и, соответственно, сопротивление. Применяются как переменные резисторы, управляемые напряжением, подаваемым на их нагревательную часть.

Основные параметры NTC-термисторов и позисторов

В настоящий момент промышленность выпускает огромный ассортимент терморезисторов, позисторов и NTC-термисторов. Каждая отдельная модель или серия изготавливается для эксплуатации в определённых условиях, на них накладываются определённые требования.

Поэтому от простого перечисления параметров позисторов и NTC-термисторов толку будет мало. Мы пойдём немного другим путём.

Каждый раз, когда в ваши руки попадает термистор с легко читаемой маркировкой, необходимо найти справочный листок, или даташит на данную модель термистора.

Кто не в курсе, что такое даташит, советую заглянуть на эту страницу. В двух словах, даташит содержит информацию по всем основным параметрам данного компонента. В этом документе перечислено всё, что нужно знать, чтобы применить конкретный электронный компонент.

У меня в наличии оказался вот такой термистор. Взгляните на фото. Поначалу о нём я не знал ничего. Информации было минимум. Судя по маркировке это PTC-термистор, то есть позистор. На нём так и написано – PTC. Далее указана маркировка C975.

Сперва может показаться, что найти хоть какие то сведения о данном позисторе вряд ли удастся. Но, не стоит вешать нос! Открываем браузер, вбиваем в гугле фразу типа этих: «позистор c975», «ptc c975», «ptc c975 datasheet», «ptc c975 даташит», «позистор c975 даташит». Далее остаётся лишь найти даташит на данный позистор. Как правило, даташиты оформляются как pdf-файл.

Из найденного даташита на PTC C975, я узнал следующее. Выпускает его фирма EPCOS. Полное название B59975C0160A070 (серия B599*5). Данный PTC-термистор применяется для ограничения тока при коротком замыкании и перегрузках. Т.е. это своеобразный предохранитель.

Приведу таблицу с основными техническими характеристиками для серии B599*5, а также краткую расшифровку всего того, что обозначают все эти циферки и буковки.

Max.operating voltage (TA = 60°C) – VMAX. Максимальное рабочее напряжение при температуре окружающей среды 60°С. Как видим, оно составляет 20 вольт постоянного (VDC) или переменного (VAC) тока. Это максимальное напряжение, которое может выдержать позистор.

170°C, а температура в 160°С является опорной (Tref). Я бы назвал эту температуру «температурой перехода».

Tolerance of RR – ΔRR. Допустимое отклонение от номинального сопротивления. Выражается в процентах. Например, для позистора C975 номинальное сопротивление RR (Rated resistance) составляет 1,8 Ом. На деле же оно может быть от 1,35 до 2,25 Ом, так как допуск ΔRR составляет ±25%.

Теперь обратим своё внимание на электрические характеристики конкретного изделия, в нашем случае это позистор PTC C975 (полная маркировка B59975C0160A070). Взгляните на следующую таблицу.

Поэтому для максимального тока переключения указывается и напряжение. В данном случае оно равно 20 вольтам. Перемножив 3 ампера на 20 вольт, мы получим мощность в 60 Вт. Именно такую мощность может поглотить наш позистор при ограничении тока.

Что такое RR и Rmin нам поможет понять следующий график.

Расчет, подбор термисторов NTC

Определяют, какой именно терморезистор подходит по кривым R/T, по создаваемым графикам и таблицам значений R-T, по формулам. Процедура сложная, есть целые брошюры и отдельные статьи, поэтому укажем лишь основы.

Лучшей, хотя и сложной, из формул расчетов является таковая «Стейнхарта (Штейнхарта) — Харта»:

Исчисления обычно делают фанаты радиоэлектроники и специалисты, особенно для самоделок. Проще будет подобрать элемент с аналогичной спецификацией, а также воспользоваться уже готовыми рекомендациями специалистов, информация есть в сети на спецсайтах. Модификаций термисторов насчитываются сотни, соответственно, таблицы спецификаций очень габаритные. Часто конкретная партия аналогичных серий термисторов имеет свои данные.

Есть сотни спецификаций NTC термисторов:

Но все-таки исчисления в большинстве случаев крайне желательные, даже если есть данные от производителя о параметрах и рекомендации, так как термисторы с высокой нелинейностью свойств. Разные экземпляры одинаковой спецификации даже, например, при тех же величинах B25/100 (чувствительности, рассмотрим ниже) могут иметь разные сдвиги R. Поэтому формулы для указанного параметра дают лишь приблизительную оценку. Точные результаты требуют сложных вычислений.

Датчики для бытовых или иных приборов в заводских типоразмерах — это уже полностью готовые к применению устройства в корпусе и так далее, все необходимые расчеты сделаны производителями.

Параметры для подбора (обычно отображаются графиками, диаграммами):

• ВАХ;
• кривая соотношение темп./сопр.;
• теплоемкость, константа рассеяния;
• величины R;
• допуски;
• температурный диапазон. Именно в своих границах сенсоры NTC могут работать лучше всех подобных изделий;
• временная постоянная: срок для перехода от одной величины t° к другой. Это период в секундах, требуемый для достижения 63.2 % разницы t° от начального показания до финишного;
• чувствительность: уровень реагирования на сдвиги температуры;
• стабильность контроллера при поддерживании постоянной температуры посредством обратной связи с сенсором.

Приближение первого порядка

Зависимость t°/Ом (график R-T) имеет значительную нелинейность, поэтому для практических схем применяют для расчета так называемые приближения. Пример такового «первого порядка»:

Уравнение справедливо только для небольшого температурного диапазона и для t°, когда k почти постоянная на его разных значениях.

Бета-формула

Есть также бета-уравнение (содержит константу «бета», β). Это самая простая формула из существующих, часто для самоделок, например, на Arduino используют именно ее. Дает результат с точностью ±1 °C. Охватывает диапазон 0…+100° C. Последний зависимый от единственной постоянной материала β, получаемой путем измерений (указывается в спецификации термистора).

Тут нет необходимости в линеаризации реакции сенсора. Формула требует 2-точечной калибровки, стандартно не больше чем ±5 на всем полезном диапазоне.

Уравнение Штейнхарта-Харта

Алгоритм Штейнхарта-Харта — это наилучшее, но более сложное уравнение. Чтобы избежать сложностей, обычно применяют предыдущий метод, но для пользователей со знаниями алгебры и опытом вычислений этот лучший способ. Это общая формула, чтобы подогнать кривую термистора:

Константы A, B, C обычно публикуются производителями, поставщиками как часть таблиц с данными спецификации термисторов. Отклонения по описываемой формуле составляет около ±0.15° C в рамках −50…+150° С, что является отличным показателем. Если требуется высокая корректность, то границы должны быть сужены. Точность ±0,01° C и лучше наблюдается в рамках 0…+100° C.

Какую формулу выбрать

Подбор подходящего исчисления для определения температуры из замеров сопротивления основывается на доступности вычислительных мощностей, а главное, на требованиях допуска. Для некоторых приложений приближение 1-го порядка достаточно, для иных случаев потребуется метод Штейнхарта-Харта, а сенсор должен калиброваться в процессе большого числа измерений по созданной таблице поиска.

Поправка на саморазогрев термистора

При работе в любой электрической схеме через терморезистор протекает измерительный ток, если его величина будет более 100 мкА или же сопротивление термистора будет иметь небольшую величину, то результат измерений искажается. Это явление называется саморазогревом и, как было сказано ранее, зависит не только от нагрузки, но и от применяемых материалов и конструкции датчика. Говоря другими словами, на полученный результат измерений необходимо делать поправку, вычисление которой можно проводить по следующей формуле:

где TA — действительно значение контролируемой температуры; Т — измеренное значение температуры; U — мгновенное значение напряжения на терморезисторе, I — мгновенное значение тока, протекающего через терморезистор; R(T) — значение сопротивления терморезистора, соответствующее температуре Т; δth — коэффициент теплового рассеяния.

Применительно к используемой схеме и при условии использования микроконтроллера с 12-битным АЦП выражение (20) будет выглядеть следующим образом:

В примененной схеме включения (рис. 2) величина поправки будет тем меньше, чем больше значение резистора в обратной связи операционного усилителя RОС. Следует отметить, что полученные значения поправки для температуры (табл. 9) справедливы только для указанных термисторов, преобразователя R(Т)

U(T), а также для значения коэффициента рассеяния в воздухе, равного 1,5 мВт/К. При применении термистора в любой другой среде необходимо определять значение этого коэффициента опытным путем.

Таблица 9. Поправка на саморазогрев для терморезистора В57861S0103F040

Характеристики NTC терморезисторов

Опишем главные позиции и инструменты для определения подходящих термисторов.

Соотношение t°/Ом (кривая R-T)

Большинство NTC детекторов подходят для температурного диапазона −55…+200° C, там они наиболее точные. Но есть и спецсемейство для t° близких к абс. нулю (−273.15 °C), а также для значений выше +200.

На рисунке показана общая тенденция, конкретные цифры зависят от спецификации, номинала. Кривая четко показывает особенность типа NTC: t° растет, сопр. снижается. В позисторах (PTC) наоборот, и они имеют нюанс: обладают своеобразной точкой перелома, при которой сильно изменяют сопр. при некоторых значениях, поэтому работать с ними сложнее. Это одна из причин, по которой большинство не особо дорогих и сравнительно простых приборов снабжаются именно НТЦ детекторами.

Чувствительность по температуре выражена как изменение в % на 1 градус Цельсия. Типичные величины чувствительности находятся в рамках −3…−6 % на 1°.

Теплоемкость и самонагрев

Самонагрев возникает, когда ток течет через терморезистор. Поскольку это резистор, то происходит рассеивание энергии в виде тепла, что влияет на точность замеров. Уровень данного явления зависит от силы тока, среды, а также от ТКС, количества деталей на сегменте. Тот факт, что, нагрев влияет на сопротивление, пропускную способность по току детектора, зависит от окружающих условий, делает деталь незаменимой для использования в резервуарах, содержащих жидкость.

Под теплоемкостью подразумевают количество тепла, требуемого для увеличения температуры сенсора на 1° C, выражена в мДж/° C. Параметр чрезвычайно важен при применении термосенсора как ограничителя пусковых реле, так как ним определяется оперативность отклика этого элемента.

Чувствительность

Охарактеризуем чувствительность выдержкой из специализированного сайта:

ВАХ, режимы работы и их применение

Также подбор осуществляется по вольт-амперной характеристике (ВАХ), которая зависима от прилагаемой к прибору с НТЦ датчиком температуре и от конструкции такового.

NTC сенсоры с рабочей отметкой на нисходящем сегменте ВАХ используются как реле (пусковые, временные) в оснащении, где производятся замеры и контроль мощности электромагнитных излучений сверхвысоких частот. А также для систем теплоконтроля, пожарной сигнализации, на установках, управляющих расходом жидкости, сыпучих веществ.

Датчик NTC в котле: что это такое и как произвести монтаж?

Перед многими российскими жителями рано или поздно встает необходимость приобретения обогревателя. Сегодня в магазинах бытовой техники можно найти огромное количество разнообразных видов и моделей от различных производителей — как отечественных, так и зарубежных. Газовые обогреватели могут быть одноконтурными или двухконтурными, с открытой камерой сгорания или с закрытой, навесные или напольные.

Можно найти подходящий котел в соответствии с любыми требованиями и предпочтениями. Но объединяет их одно – газ, на котором работает данное оборудование.

Поломка может не только серьезно нарушить работу обогревателя, но и повлечь риск для человеческой жизни. Ведь газ – это всегда опасно. Снизить вероятность возникновения неисправности поможет датчик температуры.

Приборы данной принадлежности выполняют несколько важных и полезных функций, о которых мы поговорим в этой статье.

Большинство современных моделей газовых обогревателей имеют простую и доступную систему настройки. Но каким бы легким ни было управление, оно требует постоянного внимания к регулировке. Гораздо комфортнее автоматизировать всю систему и не волноваться на ее счет.

К счастью, практически все современные котлы оснащены такой возможностью. Однако авторегулятор способен корректно работать, только получая полную и достоверную информацию об окружающих условиях. Эту функцию на себя берут специальные датчики.

Где именно применяются датчики температуры NTC

Конкретизируем, где именно применяются NTC датчики.

Наиболее характерные сферы:

• все возможные температурные датчики;
• холодильные, отопительные, нагревательные системы, где не допускается понижение температуры;
• системы вентиляции, кондиционирования;
• контроль за степенью охлаждения в трубах, на открытых локациях;
• теплые полы, бойлеры (водонагреватели), котлы;
• обнаружение отсутствия или наличия жидкости;
• ограничители тока;
• мониторинг t° в автомобилях и прочих агрегатах.

Если обобщить, то это такие направления по температуре:

• измерение;
• контроль, управление, связанные с t°;
• компенсационные процессы.

Примеры применения на практике:

• различные терморегуляторы, термостаты для окружающей среды в холодильниках, бойлерах, для кабельных стяжек, поверхностей нагревательных конструкций;
• термометры различных сред (жидкости, газы), включая воздух в комнатах;
• нагреватели устройств 3D печати (для контроля рабочих площадок, чтобы материал не прилипал к ним);
• автодвигатели, моторы различного типа, включая электрические (предотвращение перегрева);
• печи (предотвращение пригорания, сжигания готовящейся еды).

При установке пленочных теплых полов выносные сенсоры NTC закладывают в гофротрубу, например, стандартно Ø 16 мм, прямо под одной из нагревательных ИК полос на сегменте наименьшей теплоотдачи (под ковриками, мебелью на коротких ножках).

Детекторы NTC можно разделить на 3 группы в зависимости от того, какая их электрохарактеристика важная для определенных целей.

Для каких целей значимы определенные характеристики

Виды термостатов

Эти устройства служат для поддержания постоянной температуры окружающей среды (воды или воздуха). Термостаты повсеместно используются в бытовой технике, включая посудомоечные машины. Они необходимы для контроля температуры нагревания воды на разных режимах мойки. Различают 3 вида температурных датчиков: газонаполненные, биметаллические и термисторы (терморезисторы). Газонаполненные термостаты включают в себя чувствительный сенсор, баллон с трубкой, заполненной фреоном, и управляющее устройство. Когда повышается температура воды, хладагент расширяется и давит на пластину, которая размыкает контакты и выключает трубчатый электронагреватель.

Принцип работы биметаллических датчиков основан на замыкании (размыкании) контакта в процессе нагрева и остывания пластины, сделанной из 2 металлов с разным температурным коэффициентом расширения. Однако в большинстве современных посудомоек используются термисторы. Материал этих датчиков при повышении температуры измеряемого вещества меняет удельное сопротивление, подавая сигнал на модуль управления. Электронная плата, в свою очередь, отключает ТЭН. Конструктивно терморезисторы гораздо надежнее аналогов, поскольку лишены механической схемы.

Обозначение на схеме

На схемах NTC обозначается прямоугольником (пустым) перечеркнутым косой линией внизу с горизонтальной ножкой, также есть значок «t°» с минусом. У позисторов «+».

Другой вариант обозначения — схематическое изображение спирали (наподобие зубчиков кардиограммы), перечеркнутое косой линией с тем же значком температуры:

Схемы, подключение

Схемы применяются для самоделок и сборок. Данный вопрос, как и исчисления при подборе, — отдельная большая тема, поэтому опишем лишь основы, чтобы сориентировать читателя.

Схема для ATmega и Arduino (потребуется также программирование):

В сборке ниже использован термистор TH10K и резистор 10 кОм в качестве R(баланс):

Еще одна схема:

Датчик NTC: что это такое, виды, способы применения, схемы подключения

Датчики температуры используются везде, где рабочие параметры системы так или иначе зависят от температурных факторов. Сегодня выпускаются различные виды датчиков температуры: термопары, термисторы, терморезистивные датчики с линейной зависимостью выходного сигнала, а также полупроводниковые датчики с цифровым выходом.

Терморезистивные датчики (RTDs — Resistance Temperature Devices) работают при пропускании через них электрического тока и применяются в мостовых схемах.

Проверка, замена температурных датчиков NTC

Сама установка элементарная — датчик втыкается в посадочные гнездо, подсоединяются жилы его кабеля на клеммы, также проводки можно соединить скруткой, пайкой, обжимкой. Обычно проводки питания заходят на плату терморегулятора, термостата.

Ниже на фото замена датчика для измерения температуры в комнате с 5-метровым кабелем для котла отопления. Управление и настройка осуществляется терморегулятором, он может быть в комплекте агрегата или докупается отдельно.

Поломки, диагностика, ремонт

Датчики NTC обычно ломаются из-за влияний среды, например, в котлах, бойлерах на них налипает накипь, внутрь попадает теплоноситель.

Проверка состоит в замере мультиметром сопротивления при определенной температуре и в сравнении результата со спецификацией. В нашем случае 2 тестируемые датчики на фото ниже исправные, R около 10 кОм, что соответствует примерно +25° C (температура помещения, где находятся изделия).

Датчик положили на металлическую гирьку для охлаждения, видим, что сопр. при понижении t° растет (показатель на фото соответствует около +21). На втором фото сенсор сняли с охлаждения — R падает при повышении t°.

Итак, для проверки потребуется термометр, мультиметр и таблица зависимости температуры, которую можно скачать в сети для конкретных моделей датчиков для имеющейся марки котла, холодильника и прочего, пример (правая графа — Омы, левая — °C):

Разновидности симптомов поломки:

• если на датчике нет никакого сопротивления, это означает обрыв;
• если R сильно отличается от спецификации — внутренняя поломка самого термистора;
• сопр. соответствует температуре, но в каком-то интервале детектор начинает врать или вообще перестает измерять. Тогда котел тоже уходит в аварийный режим.

Признаки поломки элемента на котле (подобные и на всех бытовых приборах):

• сразу (неск. сек.) после включения, активации помпы уходит в аварийный режим;
• после сброса ошибки все повторяется;
• после открытия крана горячей воды котел выдает ошибку. Скорее всего, сломан сенсор на патрубке для теплой жидкости;
• внезапная остановка;
• несоответствие выдаваемой температуры настроенным значениям, прибор может постоянно нагревать (пока не сработает ограничение, предохранение от перегрева);
• скачки t° или вообще нет нагрева/охлаждения.

NTС датчик, а тем более его терморезистор, не ремонтируется — надо заменить на аналогичный. Исключение составляют случаи, когда закисли контакты, появилась накипь, и это причина поломки, тогда ножки элементов зачищаются.

Для приборов и оборудования (холодильники, стиралки, котлы, автомобили) такие изделия продаются в спецмагазинах, сервисных центрах.

Желательно иметь в запасе заведомо исправную деталь, чтобы провести диагностику со 100 % точностью. Потребуется всего лишь подключить новый термистор и посмотреть, как будет работать агрегат.

Почти всегда, когда котел, бойлер, пол включается, то есть сама электросистема исправная, но наблюдаются странности, некорректности по работе, связанной с температурой причина в термодатчике. Его проверяют в первую очередь, тем более, что процедура простая. Есть также приборы с самодиагностикой — выдают на дисплее, светодиодами, звуком код ошибки, тогда определить неисправность сенсора еще легче.

Симптомы поломки термистора

Терморезисторы обычно находятся в поддоне посудомойки. Многие пользователи задаются вопросом: какие признаки указывают на проблему с температурным датчиком? Самые распространенные симптомы — полное отсутствие нагрева или наоборот, чрезмерный подогрев воды. Вне зависимости от выбранного температурного режима, вода может нагреваться даже до кипения.

Температура корпуса машинки также возрастает, при открывании дверцы из нее идет горячий пар. В данном случае датчик NTC по какой-то причине не срабатывает, поэтому электронная плата вовремя не отключает ТЭН.

Современная бытовая техника поддерживает функцию автоматической диагностики поломок. К примеру, в посудомоечных машинах Miele на неисправность датчика температуры указывают ошибки F01 и F02 на дисплее.