Простой электронный термометр на однопереходном транзисторе
категория
Радиосхемы для дома
И. Нечаев. г. КурскРадио, 1992 год, № 8, стр 17- 18
В этой статье разговор пойдет о возможности конструировать приборы для измерения температуры на расстоянии- за переделами дома или, скажем, в балконном «овощехранилище».Схем, позволяющих выполнять данную функцию, достаточно много, но есть определенные особенности при выборе термочувствительного датчика.
Как правило в большинстве случаев при конструировании подобных устройств чаще всего радиолюбителями применяются терморезисторы. Они обладают достаточно широким тепловым коэффициентом сопротивления (далее ТКС)- до 8% на градус. Однако он сильно изменяется в зоне измеряемых температур. Если для домашних термометров на этот факт можно и закрыть глаза, то если речь идет о широком диапазоне температур (например как в нашем случае- от — 40 град. С, до +40 град.С.) то возникают определенные проблемы с градуировкой измерительной шкалы прибора- она просто потеряет свою линейность.
Мы знаем также что и самый обычных p-n переход любого полупроводникового прибора может служить в качестве термодатчика, однако ТКН простого перехода очень мал- не более 0,3% на градус, и это требует введение дополнительных усилительных цепей, значительно что усложняет конструкцию.
Как показал опыт, для использования в качестве термодатчика лучше всего подходят однопереходные транзисторы типа КТ117 (они применялись в блоках питания телевизоров 2\3УСЦТ и найти их особого труда не составит) если его соединить как показано на картинке
В результате такого включения получим терморезистор сопротивлением 5… 10 кОм с КТС примерно 0,7…0,9% на градус С. При этом во всем диапазоне температур шкала прибора будет линейной. Это свойство однопереходного транзистора и позволило использовать его в качестве термодатчика в приборе, схема которого показана на рисунке
Основой рассматриваемого электронного термометра служит измерительный мост на резисторах R2- R5 в одно плечо которого включен однопереходный транзистор VT1. В диагональ моста установлен микроамперметр PA1 с нулем посередине. Источником питания может служить двухполупериодный выпрямитель- для этой цели в схему введен параметрический стабилизатор на транзисторе VT2 и стабилитроне VD1. Если прибор будет эксплуатироваться короткое время (включил, посмотрел, выключил) то тогда можно использовать и 9- ти Вольтовую батарею типа «Крона», в этом случае цепи стабилизации можно из схемы исключить.
Суть прибора заключается в следующем: все резисторы в схеме установлены постоянные, изменяемым является только лишь сопротивление термодатчика роль которого играет транзистор. При изменении температуры окружающей среды ток через термодатчик будет меняться. Причем меняться ток будет как в сторону увеличения при повышении температуры, так и в сторону уменьшения при уменьшении температуры.Получается что остается только лишь при помощи подбора резисторов измерительного моста и регулировкой подстроечного резистора R1 установить показания стрелки прибора в нулевое положение при 0 градусов С.
При настройке прибора можно воспользоваться следующими рекомендациями- в качестве эталона «нулевой» температуры можно использовать тающий лед из холодильника. Получить температуру в 40… 50 градусов С. также труда не составит- можно просто нагреть духовку до нужной температуры. Таким образом можно установить нулевое положение прибора и максимальное положительное сделав соответствующие отметки на шкале. «Минусовую» отметку можно сделать на таком-же расстоянии как и «плюсовую» потому что шкала измерений будет линейна.
Все детали термометра монтируются на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита, эскиз которой показан на рисунке
Примерный внешний вид устройства показан ни следующем рисунке
Для данного термометра лучше всего подойдет микроамперметр типа М4206 на ток 50 мкА с нулем посередине шкалы. Если вдруг данного прибора в наличие не оказалось, то можно использовать любой другой микроамперметр на указанный ток (желательно с большой измерительной шкалой), но тогда в схему необходимо будет ввести дополнительную кнопку чтобы была возможность контролировать положительные и отрицательные температуры раздельно как показано на рисунке
Ну и под конец: при необходимости прибор можно снабдить несколькими термодатчиками, включив из по следующей схеме
Таким образом мы получим возможность контролировать температуру на нескольких объектах- например дома и на улице.
Что такое резистор
Наиболее простое определение выглядит так: резистор — это элемент электрической цепи, оказывающий сопротивление протекающему через него току. Название элемента происходит от латинского слова «resisto» — «сопротивляюсь», радиолюбители эту деталь часто так и называют — сопротивление.
Рассмотрим, что такое резисторы, для чего нужны резисторы. Ответы на эти вопросы подразумевают знакомство с физическим смыслом основных понятий электротехники.
Для разъяснения принципа работы резистора можно использовать аналогию с водопроводными трубами. Если каким-либо образом затруднить протекание воды в трубе (например, уменьшив ее диаметр), произойдет повышение внутреннего давления. Убирая преграду, мы снижаем давление. В электротехнике этому давлению соответствует напряжение — затрудняя протекание электрического тока, мы повышаем напряжение в цепи, снижая сопротивление, понижаем и напряжение.
Изменяя диаметр трубы, можно менять скорость потока воды, в электрических цепях путем изменения сопротивления можно регулировать силу тока. Величина сопротивления обратно пропорциональна проводимости элемента.
Свойства резистивных элементов можно использовать в следующих целях:
- преобразование силы тока в напряжение и наоборот;
- ограничение протекающего тока с получением его заданной величины;
- создание делителей напряжения (например, в измерительных приборах);
- решение других специальных задач (например, уменьшение радиопомех).
Пояснить, что такое резистор и для чего он нужен, можно на следующем примере. Свечение знакомого всем светодиода происходит при малой силе тока, но его собственное сопротивление настолько мало, что если светодиод поместить в цепь напрямую, то даже при напряжении 5 В текущий через него ток превысит допустимые параметры детали. От такой нагрузки светодиод сразу выйдет из строя. Поэтому в схему включают резистор, назначение которого в данном случае — ограничение тока заданным значением.
Все резистивные элементы относятся к пассивным компонентам электрических цепей, в отличие от активных они не отдают энергию в систему, а лишь потребляют ее.
Разобравшись, что такое резисторы, необходимо рассмотреть их виды, обозначение и маркировку.
Нестандартный подход к стандартной характеристике NTC-термисторов
В начале статьи говорилось, что температурная зависимость сопротивления термистора точно описывается выражением (1), однако опытным путем было установлено, что эта же характеристика может быть не менее точно воспроизведена следующим полиномом:
где r(T) — сопротивление терморезистора при температуре Т; А0, А1, А2 … Аn — некие коэффициенты, зависящие лишь от свойств материалов, которые используются при в изготовлении термистора.
Казалось бы, это нисколько не упрощает представление о поведении температурной характеристики термистора, а наоборот — ведет к усложнению из-за переноса температуры в знаменатель и бесконечного числа возможных коэффициентов. Но как показала обработка этой математической модели на «живых» образцах, практически любой термистор можно описать с помощью семи первых членов полинома, так как вклад последующих составляющих в конечное значение сопротивления незначителен:
Тогда, переходя к термопроводимости, мы получим:
где r(T) — сопротивление, кОм; g(T) — проводимость, мСм.
Такая зависимость имеет ряд преимуществ перед экспоненциальной при ее использовании в целях линеаризации характеристики с помощью математического моделирования. Для наглядного представления рассмотрим применение этой зависимости на стандартной R(T) характеристике терморезистора В57861 (S861) с номинальным сопротивлением 10 кОм.
Из представленных данных (табл. 2, рис. 1) видно, что разница между значениями сопротивлений, которые предоставляет производителем в виде табличной характеристики № 8016 , и значениями термосопротивлений, полученными с помощью математической модели, не значительна и не превышает 0,1%, что позволяет в дальнейших математических расчетах пренебречь этими отклонениями. Коэффициенты математической модели, с помощью которых получены расчетные данные, равны:
Рис. 1. Температурная зависимость терморезистора B57861 (S861)
Таблица 2. Характеристика терморезистора В57861 (S861)
Сразу же оговоримся, что представленные коэффициенты подходят только для указанного температурного диапазона и табличной характеристики 8016 NTC-термисторов компании Epcos. Номинальное сопротивление терморезистора в этом случае не имеет значения. Кроме того, ограниченность температурного диапазона не обусловлена невозможностью описания с помощью математической модели, а связана с конкретным применением, для которого проводились эти расчеты.
Последующим этапом реализации практического применения полиноминального представления характеристики термосопротивления является воспроизведение зависимости (12), для чего оказалось достаточным и удобным использование операционного усилителя (ОУ) в неинвертирующей схеме включения (рис. 2).
Рис. 2. Преобразователь R(T) U(T)
Указанная схема будет иметь следующую выходную характеристику:
графическое построение которой представлено на рис. 3.
Рис. 3. Графическое представление линеаризации температурной характеристики
Масштаб координатной сетки температурной зависимости U(T) можно легко менять с помощью резистора обратной связи ROC и резистивного делителя опорного напряжения UREF, состоящего из резисторов R1 и R2. Соответственно, преобразователь R(Т) U(T) с поставленной задачей справляется.
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.
Характеристическая кривая NTC термистора
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.
Диод как датчик температуры- функция полупроводника
Диод — наипростейший по своей комплектации прибор, обладающий свойствами полупроводника.
Между двумя крайностями диода (донорной и акцепторной) пролегает область пространственного заряда, иначе: p-n-переход. Этот «мост» обеспечивает проникновение электронов из одной части в другую, поэтому, в силу разноимённости составляющих его зарядов, внутри диода возникает довольно малый по силе, но всё-таки ток. Движение электронов по диоду происходит только в одну сторону. Обратный ход конечно есть, но совершенно незначительный, а при попытке подключить в этом направлении источник питания диод запирается обратным напряжением. Это увеличивает плотность вещества и возникает диффузия. Кстати, именно по этой причине диод носит название полупроводникового вентиля (в одну сторону движение есть, в другую — нет).
Если попытаться повысить температуру диода, то количество неосновных носителей (электронов двигающихся в обратном основному направлении) увеличится, а p-n-переход начнёт разрушаться.
Принцип взаимодействия между падением напряжения на диодном p-n-переходе и температурой самого диода была выявлена практически сразу после того, как он был сконструирован.
В результате p-n-переход диода из кремния — это наиболее простой температурный датчик. Его ТКН (температурный коэффициент напряжения) составляет 3 милливольта на градус цельсия, а точка прямого падения напряжения — около 0,7В.
Для нормальной работы данный уровень напряжения излишне мало, поэтому чаще используется не сам диод, а транзисторные p-n-переходы в комплекте с базовым делителем напряжения.
В результате, конструкция по своим качествам соответствует целой последовательности диодов. Как итог, показатель по падению напряжения может быть гораздо большим, чем 0,7В.
Поскольку ТКС (температурный коэффициент сопротивления) диода является отрицательным (- 2mV/°C), то он оказался весьма актуальным для использования в варикапах, где ему отводится роль стабилизатора резонансной частоты колебательного контура. Контроль осуществляется при помощи температуры.
Данные по падению напряжения на диодах
При анализе показаний цифрового мультиметра можно отметить, что данные по падению напряжения на p-n-переходе для кремниевых диодов составляют 690-700 мВ, а у германиевых — 400-450 мВ (хотя этот вид диодов на данный момент практически не используется). Если во время замера температура диода поднимается, то данные мультиметра напротив снизятся. Чем значительнее сила нагрева, тем значительнее падают цифровые данные.
Обычно это свойство используется для стабилизации процесса работы в электронной системе (например, для усилителей звуковых частот).
Схема термометра на диоде.
Датчики температуры для микроконтроллера
На данный момент многие схемы строятся на микроконтроллерах, сюда же можно отнести и разнообразные измерители температуры, в которых могут быть применены полупроводниковые датчики при условии, что температура при их эксплуатации не превысит 125°C.
Поскольку градуирование температурных измерителей происходит ещё на заводе, калибровать и настраивать датчики нет никакой необходимости. Получаемые от них результаты в виде цифровых данных поступают в микроконтроллер.
Применение полученной информации зависит от программного наполнения контроллера.
Помимо прочего, такие датчики могут работать в термостатном режиме, то есть (при заранее заданной программе) включаться или выключаться по достижении определённой температуры.
Однако, если опорными станут другие температурные показатели, программу придётся переписывать.
Прочие сферы применения
Хотя на сегодняшний день выбор температурных датчиков весьма широк, никто не забывает про их диодный вариант, который достаточно часто применяется в электроутюгах, электрокаминах и электронике в самом широком её смысле.
Несмотря на ограничения по температурному режиму диодные датчики имеют свои значительные плюсы:
— относительная дешевизна;
— скромные габариты;
— запросто подойдут к огромному числу электронных приборов;
— превосходная чувствительность и точность.
Благодаря всем этим качествам область применения датчиков данного типа растёт из года в год.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
Где используются
Терморезисторы активно применяются в разных сферах, тесно связанных с электроникой. Они особенно важных при реализации процессов, зависящих от правильности настройки температурного режима. Такой подход актуален для компьютерных технологий, устройств передачи информации, высокоточного промышленного оборудования и т. д.
Распространенный способ применения терморезисторов — ограничение токов, возникающих в процессе пуска аппаратов. При подаче напряжения к БП конденсатор быстро набирает емкость, что приводит к протеканию повышенного тока. Если не ограничить этот параметр, высок риск повреждения (пробоя) диодного моста.
Для защиты дорогостоящего узла применяется термистор — элемент, ограничивающий ток в случае резкого нагрева. После нормализации режима температура снижается до безопасного уровня, и сопротивление термистора возвращается до первоначального уровня.
Ваши впечатления от статьи
Poll Options are limited because JavaScript is disabled in your browser.
Терморезистор — полупроводниковый элемент, который в зависимости от вида меняет сопротивление при росте/снижении температуры. Сегодня выделяется два вида изделий: Термисторы — детали с негативным температурным коэффициентом (NTC). Их особенность состоит в падении сопротивления при росте температуры.
Позисторы — элементы, имеющие «плюсовой» температурный коэффициент (PTC). В отличие от прошлого вида, при повышении T сопротивление, наоборот, растет. В зависимости от типа полупроводника при его производстве применяются разные элементы. Как отмечалось, при создании резистивных элементов используются оксиды, халькогениды и галогениды различных металлов, а конструктивное исполнение может меняться в зависимости от сферы назначения.
www.radioradar.net
www.volt-info.ru
www.elektrikexpert.ru
www.temperatures.ru
www.remotvet.ru
Предыдущая
РезисторыЧто такое фоторезистор?
Следующая
РезисторыКак прочитать обозначение (маркировку) резисторов
Измерительная цепь
Цепь измерения температуры с использованием термистора состоит из источника тока и самого термистора. Падение напряжения на термисторе прямо пропорционально его сопротивлению и считывается дифференциальным усилителем. Для устранения паразитного влияния помех усилитель должен иметь достаточно большой коэффициент ослабления синфазного сигнала.
Несколько худший результат по температурной чувствительности дают измерительные схемы, в которых ток термистора задается не от идеального источника тока, а от источника напряжения через последовательно включенное сопротивление.
Чувствительность схемы измерения температуры пропорциональна величины тока через термистор. Поэтому этот ток следует выбирать как можно больше, но так, чтобы погрешность. вносимая эффектом саморазогрева термистора, находилась в допустимых пределах. Перегрев термистора на 1 градус вызывается мощностью, равной его коэффициенту рассеяния.
Коэффициент рассеяния существенно зависит от теплопроводности среды, в которой находится терморезистор (вода, воздух, контакт с металлом), поэтому необходимо принимать во внимания условия, при которых он измеряется изготовителем. При использовании термистора в иной среде необходимо предварительно измерять коэффициент рассеяния. Например, если на термисторе рассеивается мощность 2 мВт, а его коэффициент рассеяния равен 10 мВт/град, то саморазогрев термистора составит 0,2 град. Если требуемая погрешность измерения должна быть меньше, следует уменьшить ток через термистор и улучшить экранирование токоподводящих проводов, поскольку при уменьшении тока ухудшается отношение сигнал/помеха.
Для улучшения отношения сигнал/помеха при значительном удалении термодатчика от системы сбора данных используют фильтр нижних частот с полосой, которая зависит от требуемой скорости измерений и тепловой инерционности термодатчика. Типовым применениям удовлетворяет фильтр третьего порядка с полосой 5 Гц, например, фильтр RL-8F3 из серии RealLab!
Расшифровка основных характеристик
Кратко рассмотрим, данные приведенные в таблице на рисунке 3 (для удобства строки пронумерованы).
Рисунок 3. Таблица с основными характеристиками серии B598*1
Краткое описание:
- значение, характеризующее максимальный уровень рабочего напряжения при нагреве устройства до 60°С, в данном случае он соответствует 265 В. Учитывая, что нет определения DC/AC, можно констатировать, что элемент работает как с переменным, так и постоянным напряжением.
- Номинальный уровень, то есть напряжение в штатном режиме работы – 230 вольт.
- Расчетное число гарантированных производителем циклов срабатывания элемента, в нашем случае их 100.
- Значение, описывающее величину опорной температуры, после достижения которой происходит существенное увеличение уровня сопротивления. Для наглядности приведем график (см. рис. 4) температурной корреляции.
Рис. 4. Зависимость сопротивления от температуры, красным выделена точка температурного перехода (опорная температура) для С831
Как видно на графике, R резко возрастает в диапазоне от 130°С до 170°С, соответственно, опорной температурой будет 130°C.
- Соответствие номинальному значению R (то есть допуск), указывается в процентном соотношении, а именно 25%.
- Диапазон рабочей температуры для минимального (от -40°С до 125°С) и максимального (0-60°С) напряжения.
Обозначение на схеме, разновидности, применение
В электронике всегда приходится что-то измерять или оценивать. Например, температуру. С этой задачей успешно справляются терморезисторы – электронные компоненты на основе полупроводников, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры.
Здесь я не буду расписывать теорию физических процессов, которые происходят в терморезисторах, а перейду ближе к практике – познакомлю читателя с обозначением терморезистора на схеме, его внешним видом, некоторыми разновидностями и их особенностями.
На принципиальных схемах терморезистор обозначается вот так.
В зависимости от сферы применения и типа терморезистора обозначение его на схеме может быть с небольшими отличиями. Но вы всегда его определите по характерной надписи t или t°.
Основная характеристика терморезистора – это его ТКС. ТКС – это температурный коэффициент сопротивления. Он показывает, на какую величину изменяется сопротивление терморезистора при изменении температуры на 1°С (1 градус Цельсия) или 1 градус по Кельвину.
У терморезисторов несколько важных параметров. Приводить я их не буду, это отдельный рассказ.
На фото показан терморезистор ММТ-4В (4,7 кОм). Если подключить его к мультиметру и нагреть, например, термофеном или жалом паяльника, то можно убедиться в том, что с ростом температуры его сопротивление падает.
Терморезисторы есть практически везде. Порой удивляешься тому, что раньше их не замечал, не обращал внимания. Давайте взглянем на плату от зарядного устройства ИКАР-506 и попробуем найти их.
Вот первый терморезистор. Так как он в корпусе SMD и имеет малые размеры, то запаян на небольшую плату и установлен на алюминиевый радиатор – контролирует температуру ключевых транзисторов.
Второй. Это так называемый NTC-термистор (JNR10S080L). О таких я ещё расскажу. Служит он для ограничения пускового тока. Забавно. Вроде терморезистор, а служит в качестве защитного элемента.
Почему то если заходит речь о терморезисторах, то обычно думают, что они служат для измерения и контроля температуры. Оказывается, они нашли применение и как устройства защиты.
Также терморезисторы устанавливаются в автомобильные усилители. Вот терморезистор в усилителе Supra SBD-A4240. Здесь он задействован в цепи защиты усилителя от перегрева.
Вот ещё пример. Это литий-ионный аккумулятор DCB-145 от шуруповёрта DeWalt. Вернее, его «потроха». Для контроля температуры аккумуляторных ячеек применён измерительный терморезистор.
Его почти не видно. Он залит силиконовым герметиком. Когда аккумулятор собран, то этот терморезистор плотно прилегает к одной из Li-ion ячеек аккумулятора.
Как проверить с помощью мультиметра
Важный вопрос при эксплуатации термисторов — знание принципов их проверки. При оценке исправности нужно понимать, что термисторы бывают двух видов — с положительными и отрицательным температурным коэффициентом (об этом упоминалось выше). Следовательно, сопротивление детали снижается или уменьшается с ростом температуры.
С учетом этого факта для проверки термистора потребуется всего два элемента — паяльник для нагрева и мультиметр.
Алгоритм действий:
- Перевод прибора в режим замера сопротивления.
- Подключение щупов к клеммам терморезистора (расположение не имеет значения).
- Фиксация сопротивления на бумаге и поднесение нагретого паяльника к детали.
- Контроль сопротивления (оно растет или падает в зависимости от вида терморезистора).
- Если сопротивление снижается или увеличивается, полупроводник работает правильно.
Для примера можно использовать термистор NTC типа MF 72. В нормальном режиме он показывает сопротивление 6,9 Ом при обычной температуре.
После поднесения паяльника к изделию ситуация изменилась — сопротивление пошло в сторону снижения и остановилось на уровне двух Ом. По этой проверке можно сделать вывод, что терморезистор исправен.
Если сопротивление меняется резко или вообще не двигается, можно говорить о выходе детали из строя.
Стоит учесть, что такая проверка очень грубая. Для точного контроля нужно проверить температуру и сопротивление термистора, а после сравнить данные с официальными параметрами.
Преимущества позисторной керамики
Технология производства позисторной керамики заключается в обжиге и спекании базовых окислов в контролируемом температурном диапазоне от 650 до 1050°C. В результате получается материал с заданными свойствами, которые определяются набором и массовыми соотношениями видов сырья. Потребителей вряд ли интересуют технические подробности того, как изготавливают позисторные нагревательные элементы, зато привлекают преимущества этого материала:
- высокая теплоотдача при минимальном расходе электроэнергии (на 20-30 % ниже, чем у других приборов аналогичного предназначения);
- большой эксплуатационный срок, который втрое превосходит аналогичный параметр трубчатых нагревателей (ТЭНов);
- быстрый выход на рабочую температуру – по этому параметру позисторный нагреватель в 3-4 раза превосходит тот же ТЭН;
- керамическая поверхность не сушит воздух и не снижает в нем содержание кислорода при обогреве помещений.
Высокая теплоотдача обусловлена тем, что керамический нагревательный элемент имеет в разы большую поверхность излучения, поэтому уже при температуре 150°C он выдает столько же тепла, сколько раскаленная до 550-600°C спираль или ТЭН. Кроме того, технологии производства позисторов позволяют изготавливать объемные и плоские керамические нагреватели любой формы и размера, благодаря чему сфера их применения становится практически неограниченной.
NTC
Изделия такого типа обладают отрицательными ТКХ. Их отличие в том, что внутреннее сопротивление термистора способно уменьшаться при увеличении t0, и наоборот. Если температурная нагрузка t0 уменьшается, то сопротивление R увеличивается.
Такие характеристики важны в тех случаях, когда необходимо ограничить пусковой ток при:
- запуске электродвигателя;
- защите Li-ионных аккумуляторных батарей.
Также термистор нужен в блоке питания для понижения зарядных токов.
Терморезисторы NTC-типа находят применение и в автомобильной промышленности, как датчик для автоматического управления системой климат-контроль. Или как датчик контроля перегрева двигателя. Если допустимо безопасный режим превышается, уходит управляющая команда на реле управления и двигатель автоматически глушится.
Элементы NTC-типа — могут быть применены в системах пожаротушения, как датчик пожара, который обнаруживает быстрый рост температуры и включающий пожарную сигнализацию.
На этих миниустройствах может быть нанесена буквенная маркировка или цветовая в виде полосок или колец. Вид рисунка зависит от того где сделан компонент, его типа и ряда других параметров.
Для примера расшифруем маркировку 4D-21.
4D — показывает, что его номинал рассчитан для температур до 24 градусов Цельсия. Цифра 21 — диаметр элемента.
Чтобы правильно подобрать этот элемент существуют специальные таблицы, с рассчитанными параметрами работы. Например, такая как для термисторов SCN-серии:
Аналогичные таблицы помогают выбрать элемент в нужном рабочем диапазоне под свои задачи.
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.
Выводы
Иногда, как разработчикам встраиваемой электроники, нам приходится решать проблему подключения датчика к системе. В этой статье я рассмотрел простую схему датчика температуры на основе термистора и показал, как линеаризовать температурную зависимость сопротивления.
Одним из основных преимуществ использования термисторов является их цена. Как правило, при покупке в небольших количествах эти датчики стоят примерно от $0.05 до $0.10. Точность для этих датчиков вполне приличная. Обычно допуск сопротивления или допуск R25 для этих устройств составляет от ±3% до ±5%. Поэтому схема линеаризации с нелинейностью ±3 °C также может считаться удовлетворительной.
Конечно, мы всегда можем использовать более дорогой датчик, который даст более точный результат. К подобным типам датчиков можно отнести:
- Датчики с PN-переходом. Низкая стоимость, приемлемая точность.
- Микросхемы датчиков температуры. Обычно они представляют собой некоторую разновидность датчиков с PN-переходом.
- Резистивные датчики температуры (RTD). Они, как правило, очень точны и значительно дороже.
- Термопары. Их диапазон измерения обычно намного больше, а цена сравнительно невысока.
- Инфракрасные датчики. Чаще всего их используют для измерения тепловых излучений, уровни которых затем преобразуют в температуру.
Это лишь несколько из тех методов, с помощью которых можно измерять температуру. О некоторых из них, возможно, я смогу рассказать в будущей статье.
А как вы измеряете температуру в своей встраиваемой системе? Вы видите, что я показал очень дешевый способ измерения этого физического параметра. Но помимо него существует еще уйма других методов.
