Терморезистор где используется: Терморезистор (термистор)- что такое и где применяется, параметры и конструкция

Терморезистор — Википедия. Что такое Терморезистор

Терморези́стор (термистор, термосопротивление) — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры^[1].

Терморезистор был изобретён Самюэлем Рубеном (Samuel Ruben) в 1930 году^[2].

Терморезисторы изготавливаются из материалов с высоким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), который обычно на порядки выше, чем ТКС металлов и металлических сплавов.

Конструкция и разновидности терморезисторов

Резистивный элемент терморезистора изготавливают методом порошковой металлургии из оксидов, галогенидов, халькогенидов некоторых металлов, в различном конструктивном исполнении, например в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок, тонких пластинок, и размерами от 1—10 микрометров до нескольких сантиметров.

По типу зависимости сопротивления от температуры различают терморезисторы с отрицательным (NTC-термисторы, от слов «Negative Temperature Coefficient») и положительным (PTC-термисторы, от слов «Positive Temperature Coefficient» или позисторы) температурным коэффициентом сопротивления (или ТКС). Для позисторов — с ростом температуры растёт их сопротивление; для NTC-термисторов увеличение температуры приводит к падению их сопротивления.

Терморезисторы с отрицательным ТКС (NTC-термисторы) изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoOx, NiO и CuO), полупроводников типа A^III B^V, стеклообразных, легированных полупроводников (Ge и Si), и других материалов. PTC-термисторы изготовляют из твёрдых растворов на основе BaTiO₃, что даёт положительный ТКС.

Условно терморезисторы классифицируют как низкотемпературные (предназначенные для работы при температуpax ниже 170 К), среднетемпературные (от 170 до 510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Выпускаются терморезисторы, предназначенные для работы при температурах от 900 до 1300 К.

Терморезисторы способны работать в различных климатических условиях и при значительных механических нагрузках. Однако, с течением времени, при жёстких условиях его эксплуатации, например, термоциклировании, происходит изменение его исходных термоэлектрических характеристик, таких как:

• номинального (при 25 °C) электрического сопротивления;
• температурного коэффициента сопротивления.

Также существуют комбинированные приборы, такие как терморезисторы с косвенным нагревом. В этих приборах в одном корпусе совмещены терморезистор с гальванически изолированным нагревательным элементом, задающего температуру терморезистора, и, соответственно, его сопротивление. Такие приборы могут использоваться в качестве переменного резистора, управляемого напряжением, приложенным к нагревательному элементу такого терморезистора.

Температура рассчитывается при помощи уравнения Стейнхарта — Харта:

1 T = A + B ln ⁡ ( R ) + C [ ln ⁡ ( R ) ] 3 {\displaystyle {1 \over T}=A+B\ln(R)+C[\ln(R)]^{3}}

где T — температура в К;
R — сопротивление в Ом;
A,B,C — константы термистора, определённые при градуировке в трёх температурных точках, отстоящих друг от друга не менее, чем на 10 °С.

Одним из существенных недостатков «бусинковых» термисторов, как температурных датчиков, является то, что они не взаимозаменяемы и требуют индивидуальной градуировки^[3]. Не существует стандартов, регламентирующих их номинальную характеристику сопротивление — температура. «Дисковые» термисторы могут быть взаимозаменяемыми, однако при этом лучшая допускаемая погрешность не менее 0,05 °С в диапазоне от 0 до 70 °С. Типичный 10-килоомный термистор в диапазоне 0—100 °С имеет коэффициенты, близкие к следующим значениям:

A = 1 , 03 ∗ 10 − 3 {\displaystyle A=1,03*10^{-3}} ; B = 2 , 93 ∗ 10 − 4 {\displaystyle B=2,93*10^{-4}} ; C = 1 , 57 ∗ 10 − 7 {\displaystyle C=1,57*10^{-7}} .

Режим работы терморезисторов и их применение

Режим работы терморезисторов зависит от выбранной рабочей точки на вольт-амперной характеристике (или ВАХ) такого прибора. В свою очередь ВАХ зависит от приложенной к прибору температуры и конструктивных особенностей терморезистора.

Терморезисторы с рабочей точкой выставленной на линейном участке ВАХ используются для контроля за изменением температуры и компенсации параметров (электрическое напряжение или электрический ток) электрических цепей, возникших вследствие изменения температуры. Терморезисторы с рабочей точкой выставленной на нисходящем участке ВАХ (с «отрицательным сопротивлением») применяются в качестве пусковых реле, реле времени, в системах измерения и контроля мощности электромагнитного излучения на сверхвысоких частотах (или СВЧ), системах теплового контроля и пожарной сигнализации, в установках регулирования расхода жидких и сыпучих сред.

Наиболее широко используются среднетемпературные терморезисторы (с температурным ТКС от −2,4 до −8,4 %/К), работающие в широком диапазоне сопротивлений (от 1 до 10⁶ Ом).

Также существуют терморезисторы с небольшим положительным температурным коэффициентом сопротивления (или ТКС) (от 0,5 до 0,7 %/К) выполненные на основе кремния, сопротивление которых изменяется по закону близкому к линейному. Такие терморезисторы находят применение в системах охлаждения и температурной стабилизации режимов работы транзисторов в различных радиоэлектронных системах.

См. также

Примечания

Литература

• Шефтель И. Т. Терморезисторы.
• Мэклин Э. Д. Терморезисторы.
• Шашков А. Г. Терморезисторы и их применение.
• Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. — 4-е перераб. и доп. изд. — М.: Высшая школа, 1987. — С. 401—407. — 479 с. — 50 000 экз.

Терморезистор — Вікіпедія

Терморези́стор, термі́стор — напівпровідниковий резистор, активний електричний опір якого залежить від температури; терморезистори випускаються у вигляді стрижнів, трубок, дисків, шайб і намистинок; розміри варіюються від декількох мкм до декількох см.

Термісторами також називають термометри, в яких температура визначається за зміною електричного опору.

Перший термістор з негативним температурним коефіцієнтом був створений у 1833 році Майклом Фарадеєм, який виявив напівпровідникову поведінку сульфіду срібла. Фарадей помітив, що опір сульфіду срібла різко зменшується при підвищенні температури (цей дослід був також першим документованим спостереженням напівпровідникового матеріалу).^[1]

Оскільки перші термістори були складними у виготовленні і застосування технології було обмеженим, промислове виробництво терморезисторів почалося лише після 1930 року.^[2] Перший життездатний комерційний зразок термістора був винайдений Самуелем Рубеном у 1930 році (патент США U.S. Patent 2 021 491).^[3]

Для термістора характерні великий температурний коефіцієнт опору (ТКО) (у десятки раз перевищує цей коефіцієнт для металів), простота використання, здатність працювати в різних кліматичних умовах при значних механічних навантаженнях, стабільність характеристик у часі.

Терморезистори виготовляють у вигляді стрижнів, трубок, дисків, шайб, намистинок і тонких пластинок переважно методами порошкової металургії. Їхні розміри можуть варіюватися в межах від 1—10 мкм до 1—2 см.

Основними параметрами терморезистора є: номінальний опір, температурний коефіцієнт опору, інтервал робочих температур, максимально припустима потужність розсіювання.

Розрізняють терморезистори з негативним (термістори) і позитивним (позистори) ТКО. Терморезистори з негативним ТКО виготовляють із суміші полікристалічних оксидів перехідних металів (наприклад, MnO, CoO, NiO, CuO), легованих Ge і Si, напівпровідників типу A^III B^V, скловидних напівпровідників і інших матеріалів.

Розрізняють терморезистори низькотемпературні (розраховані на роботу при температурах нижче 170 К), середньотемпературні (170–510 К) і високотемпературні (вище 570 К). Крім того, існують терморезистори, призначені для роботи при 4,2 К и нижче й при 900–1300 К. Найбільш широко використовуються середньотемпературні терморезистори із ТКС від — 2,4 до —8,4%/ К і номінальним опором 1—10⁶ Ом.

Режим роботи терморезисторів залежить від того, на якій ділянці статичної вольт-амперної характеристики (ВАХ) обрана робоча точка. У свою чергу ВАХ залежить як від конструкції, розмірів і основних параметрів терморезистора, так і від температури теплопровідності навколишнього середовища, тепловому зв’язку між терморезистором і середовищем. Терморезистори з робочою точкою на початковій (лінійній) ділянці ВАХ використовуються для виміру й контролю температури й компенсації температурних змін параметрів електричних кіл і електронних приладів. Терморезистори з робочою точкою на спадній ділянці ВАХ (з негативним опором) застосовуються як пускові реле, реле часу, вимірники потужності електрогмагнітного випромінювання на НВЧ, стабілізатори температури й напруги. Режим роботи терморезистора, при якому робоча точка перебуває також на спадаючій ділянці ВАХ (при цьому використовується залежність опору терморезистора від температури й теплопровідності навколишнього середовища), характерний для терморезисторів, застосовуваних у системах теплового контролю й пожежної сигналізації, регулювання рівня рідких і сипучих середовищ; дія таких терморезисторів заснована на виникненні релейного ефекту в ланцюзі з терморезистором при зміні температури навколишнього середовища або умов теплообміну терморезистора з середовищем.

Виготовляються також терморезистори спеціальної конструкції — з непрямим підігрівом. У таких терморезисторах є обмотка підігріву, ізольована від напівпровідникового резистивного елемента (якщо при цьому потужність, що виділяється в резистивному елементі, мала, то тепловий режим терморезистора визначається температурою підігрівника, тобто струмом у ньому). Таким чином, з’являється можливість змінювати стан терморезистора, не міняючи струм через нього. Такий терморезистор використовується як змінний резистор, керований електрично на відстані.

З терморезисторів з позитивним температурним коефіцієнтом найбільший інтерес являють терморезистори, виготовлені із твердих розчинів на основі batio₃. Такі терморезистори звичайно називають позисторами. Відомі терморезистори з невеликим позитивним температурним коефіцієнтом (0,5—0,7%/ К), виконані на основі кремнію з електронною провідністю; їхній опір змінюється з температурою приблизно за лінійним законом. Такі терморезистори використовуються, наприклад, для температурної стабілізації електронного обладнання на транзисторах.

Варто відзначити, що графік зображений на малюнку «Вольт-амперна характеристика (ВАХ) для позистора» незручний, тому що неправильно розташовані осі — потрібно поміняти їх місцями. Для одержання ВАХ термістора графік необхідно повернути вліво на 90 градусів й інвертувати по вертикалі.

Рівняння Стейнхарта—Харта[ред. | ред. код]

Для точних вимірювань температури в широкому діапазоні значень крива залежності має бути описана більш детально, ніж це робить лінійна залежність. Найчастіше для цього використовуєтиься рівняння Стейнхарта—Харта, яке дає наближення третього порядку і має такий вигляд:

1 T = A + B ln ⁡ ( R ) + C [ ln ⁡ ( R ) ] 3 {\displaystyle {1 \over T}=A+B\ln(R)+C[\ln(R)]^{3}}

де:

Для вираження опору як функції температури, вище поданий вираз може бути поданий як:

R = e x p [ ( x − 1 2 y ) 1 3 − ( x + 1 2 y ) 1 3 ] {\displaystyle R=\mathrm {exp} \left[{{\left(x-{1 \over 2}y\right)}^{1 \over 3}-{\left(x+{1 \over 2}y\right)}^{1 \over 3}}\right]}

де

y = 1 c ( a − 1 T ) x = ( b 3 c ) 3 + ( y 2 ) 2 {\displaystyle {\begin{aligned}y&={1 \over c}\left(a-{1 \over T}\right)\\x&={\sqrt {\left({\frac {b}{3c}}\right)^{3}+\left({\frac {y}{2}}\right)^{2}}}\end{aligned}}}

Похибка рівняння Стейнхарта—Харта, як правило, менша за 0.02 °C при вимірюванні температури в діапазоні 200 °C^[4].

На основі термісторів розроблені системи і пристрої дистанційного та централізованого вимірювання і регулювання температури, пожежної сигналізації та теплового контролю, температурної компенсації різних елементів електричного кола, вимірювання вакууму та швидкості руху рідин і газів та ін., також термістори часто використовуються для обмеження пускових струмів імпульсних блоків живлення.

Терморезистор Википедия

Терморези́стор (термистор, термосопротивление) — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры^[1].

Терморезистор был изобретён Самюэлем Рубеном (Samuel Ruben) в 1930 году^[2].

Терморезисторы изготавливаются из материалов с высоким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), который обычно на порядки выше, чем ТКС металлов и металлических сплавов.

Конструкция и разновидности терморезисторов[ | ]

Резистивный элемент терморезистора изготавливают методом порошковой металлургии из оксидов, галогенидов, халькогенидов некоторых металлов, в различном конструктивном исполнении, например в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок, тонких пластинок, и размерами от 1—10 микрометров до нескольких сантиметров.

По типу зависимости сопротивления от температуры различают терморезисторы с отрицательным (NTC-термисторы, от слов «Negative Temperature Coefficient») и положительным (PTC-термисторы, от слов «Positive Temperature Coefficient» или позисторы) температурным коэффициентом сопротивления (или ТКС). Для позисторов — с ростом температуры растёт их сопротивление; для NTC-термисторов увеличение температуры приводит к падению их сопротивления.

Терморезисторы с отрицательным ТКС (NTC-термисторы) изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoOx, NiO и CuO), полупроводников типа A^III B^V, стеклообразных, легированных полупроводников (Ge и Si), и других материалов. PTC-термисторы изготовляют из твёрдых р

Практические советы по установке и использованию термисторной защиты двигателя

Термисторная защита двигателя

Термистор — это небольших датчиков нелинейного сопротивления , которые могут быть встроены в изоляцию обмотки двигателя, чтобы обеспечить тесную тепловую связь с обмоткой. Он изготовлен из оксида металла или полупроводника.

Связь между сопротивлением и температурой нелинейна, и сопротивление сильно меняется при небольших изменениях температуры вокруг заданного значения.

При правильном расположении термисторы могут быть расположены близко к термически критическим областям или горячим точкам обмотки , где они точно отслеживают температуру меди с определенным запаздыванием по времени, в зависимости от размера термисторов и того, насколько хорошо они установлены в обмотке.

проще всего вставить в невращающиеся части двигателей, такие как обмотка статора двигателя переменного тока или межполюсные и обмотки возбуждения двигателя постоянного тока.

4 преимущества термистора

Основными преимуществами термисторов являются:

1. Их небольшой размер позволяет устанавливать их в непосредственном контакте с обмоткой статора.
2. Их низкая тепловая инерция обеспечивает быструю и точную реакцию на изменение температуры обмотки.
3. Они измеряют температуру напрямую, независимо от того, как эти температуры возникают.
4. Их можно использовать для обнаружения условий перегрузки в двигателях, приводимых в действие преобразователями частоты.

Температурный коэффициент может быть положительным (PTC — положительный температурный коэффициент), где сопротивление увеличивается с температурой, или отрицательным (NTC — отрицательный температурный коэффициент), где сопротивление уменьшается с температурой.

RRT — номинальная температура срабатывания. Пределы температуры / сопротивления, указанные в IEC, четко обозначены

В промышленности чаще всего используется термистор PTC , типовая характеристика сопротивления которого показана на приведенной выше кривой.

Сопротивление при нормальных температурах относительно низкое и остается почти постоянным до номинальной температуры срабатывания (RRT) . По мере приближения и превышения RRT градиент сопротивления резко увеличивается, что придает термистору PTC высокую чувствительность к небольшим изменениям температуры .

При заданном значении повышение температуры на несколько градусов приводит к значительному увеличению сопротивления. Сопротивление контролируется реле термисторной защиты (TPR) и, когда термисторное реле защиты (TPR) обнаруживает резкое изменение сопротивления, оно приводит в действие контакт для инициирования сигнала тревоги или отключения защищаемого устройства.

Требуются реле термисторной защиты для надежного срабатывания, когда сопротивление датчика поднимается выше примерно 3 кОм .

Они также будут реагировать на разрыв цепи либо в кабеле, либо в термисторном датчике, обеспечивая таким образом отказоустойчивую защиту. Современные TPR также разработаны для обнаружения короткого замыкания термисторного датчика , когда сопротивление датчика падает ниже примерно 50 Ом.

Указанные рабочие уровни:

1. Термисторная защита от перегрева согласно IEC:
   • Уровень срабатывания = 3300 Ом ± 100 Ом
   • Уровень сброса = 1650 Ом ± 100 Ом
2. Термисторная защита от короткого замыкания согласно IEC:
   • Уровень срабатывания ≤ 15 Ом

В приводах переменного тока с регулируемой скоростью обычно используются термисторы PTC для защиты двигателя с короткозамкнутым ротором переменного тока , питаемого от инверторов.Многие современные преобразователи переменного тока имеют встроенный в преобразователь термисторный защитный блок, что позволяет избежать необходимости в отдельном реле термисторной защиты.

В двигателях постоянного тока все чаще используются термисторные датчики PTC вместо микротермов, которые описаны в разделе выше. Номинальные температуры срабатывания (RRT), которые обычно выбираются для различных классов изоляции электродвигателей, приведены в таблице на Рисунке 3.

Рисунок 3 — Типичные настройки уровня температуры, используемые во вращающихся электрических машинах

Из-за относительно медленной передачи тепла датчикам через изоляционную среду термисторы PTC не обеспечивают достаточно быстрой защиты от коротких замыканий в двигателях или трансформаторах.Кроме того, поскольку они обычно расположены в обмотках статора, они не обеспечивают адекватной защиты для двигателей, критичных к ротору, или для запуска с высокой инерцией или в условиях остановки ротора.

В этих случаях для достижения полной защиты рекомендуется использовать термисторы PTC в сочетании с электронными реле защиты двигателя , которые контролируют первичный ток, потребляемый двигателем.

Применение термисторов PTC в качестве датчиков температуры эффективно только тогда, когда:

1. Номинальная температура срабатывания (RRT) термистора правильно выбрана для класса изоляции, используемой на обмотке.
2. Термисторы правильно расположены вблизи термически критических областей.
3. Между обмоткой и термистором PTC имеется низкое тепловое сопротивление. Это зависит от электрической изоляции между обмоткой и термистором. Поскольку термисторы необходимо изолировать от высокого напряжения, труднее добиться низкого сопротивления теплопередаче в высоковольтных двигателях, которые имеют большую толщину изоляции.

Несколько термисторных датчиков могут быть подключены последовательно в одну цепь датчика при условии, что общее сопротивление при температуре окружающей среды не превышает 1,5 кОм . На практике и в соответствии с рекомендациями МЭК до шести термисторных датчиков можно подключить последовательно.

Для трехфазного двигателя переменного тока два термисторных датчика обычно предусмотрены в каждой из трех обмоток и соединены в две группы по три. Одна группа может использоваться для сигнализации, а другая — для отключения двигателя.Группа аварийных сигналов обычно выбирается с более низкой номинальной температурой срабатывания (RRT), обычно на 5 ° C или 10 ° C ниже, чем группа отключения .

Если оператор не предпринимает никаких действий, группа отключения используется для непосредственного отключения двигателя, чтобы предотвратить повреждение изоляции обмотки.

Во многих случаях пользователи выбирают обе группы, чтобы иметь одинаковое RRT. В этом случае используется только одна группа термисторов (по одному на каждую фазу), которые затем используются для отключения двигателя. Обеспечивает по одному запасному термистору на каждую фазу.

Физическое расположение термисторных датчиков в двигателе переменного тока зависит от конструкции двигателя, от того, имеет ли он цилиндрический ротор или ротор с явным полюсом, а также от ряда других конструктивных и производственных переменных. В некоторых случаях оптимальное расположение может быть определено на основе опыта испытаний.

Реле термисторной защиты

(TPR) предназначено для установки внутри шкафа управления или центра управления двигателем (MCC), обычно на стандартной клеммной рейке.На рисунке 6 показано типичное подключение двух реле термисторной защиты и связанных с ними групп термисторных датчиков.

Для управления аварийной сигнализацией и отключением трехфазного асинхронного двигателя переменного тока. На характеристики реле термисторной защиты могут влиять внешние электрические помехи, в результате чего в кабеле датчика могут возникать напряжения.

Следовательно, кабели между реле термисторной защиты и термисторными датчиками PTC следует выбирать и прокладывать таким образом, чтобы свести к минимуму влияние наведенных шумов.

Кабели должны быть как можно короче и избегать прокладки рядом с шумными или высоковольтными кабелями на большие расстояния !

Во время тестирования следует проявлять осторожность, чтобы не допустить перекоса термисторов, так как это может их повредить !! Правильная процедура состоит в том, чтобы соединить все выводы термистора вместе и подать испытательное напряжение между ними и землей или фазами.

Некоторые практические рекомендации по типу кабелей, которые следует использовать, следующие:

• Расстояние ≤ 20 м — Допускается стандартный параллельный кабель
• Расстояния ≥ 20 м, ≤100 м — Необходим кабель витой пары
• Расстояния ≥ 100 м — Необходим кабель с экранированной витой парой (STP)
• Высокий уровень помех — Необходим кабель с экранированной витой парой (STP)
  Экран должен быть заземлен только с одного конца

Для расстояний от кабелей до датчиков более 200 метров следует также учитывать площадь поперечного сечения проводов.Рекомендуются следующие:

Рисунок 7 — Рекомендуемое сечение кабеля термисторных датчиков

Новое поколение реле термисторной защиты двигателя

Ссылка // Практические приводы с регулируемой скоростью и силовая электроника Малкольма Барнса (приобретение в мягкой обложке у Amazon)

PTC Термисторы для ограничения пускового тока

Обзор пускового тока

При включении питания может возникнуть высокий пусковой ток, потому что конденсатор цепи источника питания работает, чтобы гасить пульсации выходного тока. Этот конденсатор действует как короткое замыкание, вызывая скачок тока. Бросок тока длится, пока конденсатор не зарядится. Длина пускового тока зависит от источника питания и соединительного конденсатора.

Низкое внутреннее сопротивление блока питания усугубляет эту проблему.Любое сопротивление в источнике питания приводит к снижению эффективности из-за нагрева. Чтобы минимизировать сопротивление, инженеры обычно используют индуктивную нагрузку. Хотя это улучшает общую эффективность работы источника питания, отсутствие сопротивления позволяет пусковому току проходить в основную систему при включении источника питания.

Временное повышение сопротивления между источником питания и системой при включении ограничивает пусковой ток. Сопротивление отключается, когда начальный скачок тока при включении достигает завершения.

Ограничение на основе NTC

Для многих систем термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) может эффективно ограничивать пусковой ток. Термистор NTC обеспечивает переменное сопротивление в зависимости от его температуры. Размещение термистора NTC между источником питания и системой ограничивает пусковой ток (см. Рисунок 1). Сначала начальная температура термистора NTC низкая, что обеспечивает высокое сопротивление. Когда система включена, она активирует термистор NTC, вызывая повышение температуры и, следовательно, снижение сопротивления.Когда сопротивление падает до низкого значения, ток проходит, не влияя отрицательно на нормальную работу или энергоэффективность.

Ограничители пускового тока обычно устанавливаются в точках A&B или C&D и, в зависимости от приложений, иногда только в точках A или C.

Рисунок 1:

Схема ограничения на основе NTC

To Для ограничения пускового тока между источником питания и системой помещается термистор NTC (см. рисунок 1).При включении термистор NTC обеспечивает высокое сопротивление для ограничения пускового тока. Когда пусковой ток падает, термистор NTC самонагревается, и его сопротивление падает до достаточно низкого значения, чтобы пропустить ток.

Например, рассмотрим систему с постоянным током 10 А и пусковым током 100 А. При включении термистор NTC MS32 100 15 имеет начальное сопротивление 10 Ом. NTC MS32 100 15 пропускает не 100 А, а только 35 А. Затем, когда NTC MS32 100 15 самонагревается, его сопротивление падает и снижает ток до тех пор, пока не закончится пусковой ток.NTC MS32 100 15 все еще продолжает нагреваться, снижая сопротивление до 0,05 Ом, где он достигает устойчивого состояния и пропускает ток за счет минимальной потери эффективности.

Ограничение на основе NTC имеет несколько преимуществ по сравнению со схемой ограничения перенапряжения, в которой используется постоянный резистор и схема байпаса. Схема на основе NTC обычно занимает половину места на плате постоянного резистора. Он также имеет очень простые критерии выбора для проектирования в цепи. Поскольку сопротивление падает при самонагреве, для отключения цепи ограничения не требуется обходной цепи.Наконец, схема на основе NTC имеет более низкую общую стоимость по сравнению с ограничением на основе фиксированного резистора.

как они работают и когда их использовать — Visaya

Между термистором, RTD и термопарой есть фундаментальные различия. В большинстве промышленных приложений для измерения температуры используются либо RTD, либо термопара, но термисторы также очень распространены. Хотя эти три датчика температуры делают одно и то же, у них есть свои особенности и применения.

Если вы заинтересованы в покупке датчика температуры, обратите внимание на нашу подборку.

Принцип работы термистора, RTD и термопары

Принцип работы определяет принцип работы датчика.RTD, сокращение от резистивного датчика температуры, использует электрическое сопротивление для измерения температуры. Термопара считывает электромагнитную силу, создаваемую между двумя разнородными металлами, соединенными вместе, также известную как эффект Зеебека. Термисторы — это термочувствительные резисторы, которые используют сопротивление для измерения температуры.

Endress + Hauser

Easytemp TMR35 Термометр гигиенический компактный

Чтобы узнать больше о датчике температуры, вы можете прочитать нашу статью о типах датчиков температуры

Термистор, RTD Сравнение и термопара

Диапазон измерения

имеют диапазон от -240 до 649 ° C, а термопары — от нуля до 1800 ° C.Как вы можете сказать, RTD лучше работают при температурах ниже точки замерзания, а термопары — при очень высоких температурах. Термисторы могут обеспечивать очень высокую точность в диапазоне около 50 ° C от заданной температуры. За пределами этого диапазона точность быстро снижается. Эти диапазоны играют жизненно важную роль при выборе подходящего датчика для вашего процесса, поэтому запомните эти числа!

Подводя итог: термопары имеют самый большой диапазон измерения, термометры сопротивления лучше работают при отрицательных температурах, а термисторы точны, если вы не ожидаете больших колебаний температуры.

Различия в точности

Точность считается одним из основных факторов при выборе датчиков температуры. РДТ, термисторы и термопары работают с разной точностью в разных диапазонах температур.

В случае резистивных датчиков температуры IEC 60751 определяет идеальное соотношение температуры и сопротивления на выходе. RTD имеет четыре класса точности: класс A, класс B, класс 1/3 DIN и класс 1/10 DIN.

Класс A и B допускает допуск ± (0.15 + 0,002 * T) & ± (0,3 + 0,005 * T), однако, класс ⅓ DIN и класс 1/10 DIN допускают допуск ± (0,1 + 0,00167 * T) и v (0,03 + 0,0007 * T) соответственно.

В случае термопары IEC 60584 определяет три класса допуска: 1, 2 и 3. Тип термопары и класс допуска определяют точность термопары.

Точность термисторов зависит от установки. Для большей точности их следует размещать как можно ближе к измеряемому оборудованию или даже внутри.Однако при правильной установке термисторы могут иметь типичную точность от 0,05 до 1,5 ° C.

Заключение: RTD более точны, чем термопары, а термисторы могут быть более точными, чем любой другой, но только при правильной установке и использовании в ограниченном диапазоне температур.

Стабильность выхода

Датчик температуры должен обеспечивать согласованный выходной сигнал для применяемого входа, если вы планируете полагаться на его данные. Стабильный датчик может обеспечивать измерение без дрейфа в течение почти десяти лет при правильной настройке и обслуживании.

RTD обеспечивает отличную стабильность, обычно 0,05 ° C / год. Измерения термопар ухудшаются на разных скоростях, но они обычно не могут соответствовать этим числам, поэтому их выходной сигнал со временем становится менее воспроизводимым. Обычно у терморезисторов дрейф составляет 0,2 ° C / год.

Термистор против RTD против термопары относительно окружающей среды

Влияет ли окружающая среда на измерение температуры? Да, конечно. Вибрации и механические удары могут повлиять на измерения RTD.Проволочные RTD устойчивы к вибрации, а тонкопленочные RTD выдерживают некоторые удары. Однако керамика в RTD делает их непригодными для защиты от сильных вибраций. К счастью, термопары очень хорошо сопротивляются вибрации. Термисторы в целом относительно стабильны.

Стоимость

Стоимость всего датчика температуры зависит от типа конечного продукта. И, конечно же, вы должны включить установку, поэтому не забудьте добавить это в свои расчеты. Однако в целом термопары, как правило, являются наиболее экономичными, за ними следуют термисторы, а затем RTD.

Время ответа

Время отклика — это то, насколько быстро датчик температуры выдает выходной сигнал при изменении температуры измерения. Стандартным временем отклика считается t50 и t90.

Если мы рассматриваем изменение температуры как реакцию на скачок, то время, затраченное на ответ 50% и 90% скачка температуры, рассматривается как t50 и t90 соответственно. Каждый датчик имеет конечное время отклика. RTD обладают средним временем отклика, однако термопары имеют среднее или быстрое время отклика.Термисторы также имеют время отклика от среднего до быстрого.

Нагрев и ошибки

в качестве пассивных датчиков требует для работы электрического тока. Поскольку ток проходит через элемент и увеличивает сопротивление, повышенное сопротивление увеличивает температуру. Тепло, рассеиваемое через элемент, называемое эффектом самонагрева, создает небольшую ошибку в показаниях. То же самое и с термисторами.

, как активные датчики, не нуждаются во внешнем питании, поэтому вам не придется беспокоиться об эффекте саморазогрева.

Weidmüller

Преобразователь температуры с термопарой

• Системные компоненты
• Преобразователи и изоляторы сигналов

32767

Приложения

Теперь давайте рассмотрим некоторые приложения, в которых мы используем RTD и термопары.

1. Системы очистки на месте (CIP) нужны точные датчики, поэтому вам понадобятся RTD. Они также предлагают долгосрочную стабильность.

2. Микроволны, автомобили, цифровые термометры и другие предметы повседневного обихода. часто используют термисторы, поскольку их низкий диапазон измерения не является проблемой для человека.

2. В энергетике и энергетике вы найдете множество высокотемпературных приложений, таких как котлы и теплообменники. Для этого требуются прочные датчики, поэтому термопара должна хорошо служить вам, хотя вам может потребоваться термогильза в комплекте.

3. В различных применениях для химической обработки необходимо учитывать коррозию и загрязнение. В таких ситуациях вы можете выбрать RTD.

4. Производство продуктов питания и напитков должно поддерживать стандарты высокого качества. При переработке молока, пивоварении и морозильных камерах часто используются термометры сопротивления.

5. Многие металлообрабатывающие производства используют термопары в тяжелых условиях для контроля нагрева стали, меди, никеля и других материалов.

Вердикт

Из различий, упомянутых выше, мы можем выбрать RTD для диапазонов измерения до 650 ° C с линейным выходом, однако термопары можно выбрать для температур выше 650 ° C и суровых условий. Термисторы пригодятся, когда вам нужны точные измерения в небольшом диапазоне температур, например, чтобы избежать перегрева.

Между RTD, термисторами и термопарами вы можете охватить практически любой процесс, требующий измерения температуры.RTD выдают точные, стабильные и линейные данные, в то время как термопары предлагают более широкий диапазон, большую надежность и меньшую стоимость. Чтобы узнать больше о преобразователях температуры, ознакомьтесь с нашей статьей.

Если вам нужна помощь в выборе подходящего датчика температуры для вашего приложения, обратите внимание на наш новый интеллектуальный помощник по температуре.

Чтобы узнать больше о термисторах, RTD, термопарах и других продуктах, вы можете связаться с нашими инженерами !

Термисторы и 3D-печать | Hackaday

Мне всегда интересно, что 3D-принтеры — по крайней мере, те, которые есть у большинства из нас — в основном являются устройствами с открытым контуром. Вы приказываете голове переместиться на четыре миллиметра в направлении X и предполагаете, что шаговые двигатели сделают это так. Благодаря механике, вы можете рассчитать, что четыре миллиметра — это много шагов, и направить двигатель, чтобы он их сделал. Если что-то препятствует такой поездке, вы получите неудачный отпечаток. Но есть одна часть принтера, которая является частью замкнутого контура.Он очень маленький, очень важный, но о нем мало что слышно. Термистор.

Горячий конец и подогреваемый стол будут иметь датчик температуры, который используется микропрограммой для поддержания температуры как минимум на уровне приблизительного. В зависимости от контроллера, он может просто включать и выключать «взрыва-удар» или может делать что-то столь же сложное, как ПИД-регулирование. Но в любом случае вы устанавливаете желаемую температуру, и контроллер использует обратную связь от термистора, чтобы попытаться удержать ее на этом уровне.

Если вы печатаете на высокотемпературных материалах, у вас может быть термопара в хотэнде, но в большинстве машин используется термистор. Обычно они хороши до 300 ° C. Что заставило меня задуматься об этом, так это установка хотэнда клона E3D V6 в мой самый старый принтер, в котором был хотэнд пятилетней давности. Я накопил множество клонированных деталей и понятия не имел, какой термистор был в тепловом блоке, который я использовал.

Имеет ли это значение?

Когда вы создаете прошивку для своего принтера, вы можете указать ему, какой термистор вы используете.Есть несколько принтеров, которые могут переключать тип термистора во время работы, и, конечно же, вы можете просто отрегулировать настройки температуры, чтобы учесть любую ошибку, если бы вы знали, в чем они заключаются. Обычно вы используете устройство с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), где сопротивление снижается при повышении температуры. Но какое именно сопротивление какой температуре соответствует, зависит от устройства.

Итак, для моего обновления в старом хот-энде был термистор, который, я думаю, был сделан Honeywell, о котором знала прошивка.Новый горячий конец был совершенно неизвестен. Большинство (но не все) распространенные термисторы, которые вы будете использовать в принтере, показывают 100 кОм при комнатной температуре, и это верно и для обоих из них. Я хотел понять, насколько сильно снизятся мои температуры, если я выберу неправильную конверсию. Удивительно, хотя информации о том, как считывать показания термистора, было достаточно, я не видел много данных об ошибках, связанных с использованием неправильной температурной кривой, поэтому я решил взять дело в свои руки.

Но сначала

Во-первых, возможно, стоит подумать о том, что на самом деле происходит с датчиком температуры типичного 3D-принтера.Конечно, термистор меняет значение, но что тогда? Большинство контроллеров будут иметь резисторный делитель с фиксированным резистором и термистором, а затем использовать аналого-цифровой преобразователь для считывания напряжения.

Вы не хотите пропускать слишком большой ток через термистор, потому что этот ток вызывает некоторый нагрев и является источником ошибки. Типичный принтер будет использовать резистор 4,7 кОм при 5 В для возбуждения термистора и считывания результирующего напряжения. Предположим, что сопротивление термистора составляет 500 Ом. Напряжение на термисторе будет 5 * (500 / (4700 + 500)) или примерно полвольта.

Я упоминал, что большинство термисторов, которые вы найдете в принтере, показывают 100 кОм при комнатной температуре. Вы можете подумать, что 500 Ом — это мало. Фактически, когда устройство нагревается, сопротивление быстро падает. Сопротивление 500 Ом соответствует примерно 190 ° C в типичном термисторе 100 кОм.

Микроконтроллер, на котором запущен принтер, должен делать противоположные вычисления. То есть, он будет использовать приведенное выше уравнение и решать для сопротивления. Другими словами: 0,5 = 5 * (R / 4700 + 500), поэтому решите относительно R.Проблема в том, что вы не хотите устанавливать температуру нити накала в омах! Вы хотите использовать градусы.

Лучший способ вычислить температуру по показаниям термистора — это модель Стейнхарта-Харта. Это требует трех параметров и небольшого количества вычислений. Однако большая часть программного обеспечения для 3D-принтеров использует упрощение, в котором используется только второй параметр, или бета, термистора.

Вместо того, чтобы давать вам формулу, я укажу вам на эту таблицу. В столбце A указаны некоторые значения сопротивления, а в других столбцах — другие значения бета-излучения и температуры в градусах C.Если вы действительно хотите углубиться в математику и другие приложения, посмотрите видео [Питера Ври] ниже.

Большая разница?

Вооружившись этой таблицей, довольно легко понять, насколько важно не совпадать с термистором. Конечно, вы хотели бы иметь правильную стоимость, но в случае с обычным термистором, насколько это важно?

Моя методика была простой. Я пошел в Дигикий и искал термисторы. Я использовал их фильтры, чтобы смотреть только на устройства NTC на 100 кОм, которые могут считывать не менее 300 ° C, и указал бета-версию при 100 ° C.Значения бета варьировались от 3988 до 4280, а в зависимости от цены и количества реальный диапазон был даже меньше. Например, у Digikey было всего около 180 устройств с бета-версией 4280. Не очень научный, признаю, но он дал мне диапазон значений бета, которые вы могли бы ожидать найти «в дикой природе».

Если вы заметили в электронной таблице (и на графике ниже), разница температур не так велика в типичном диапазоне, в котором вы печатаете пластмассы, такие как PLA, ABS и PETG. Конечно, может и не повезет.Если у вас есть эта самая нижняя кривая, температура для нее немного ниже. Или, может быть, у вас есть единственный в своем роде термистор, который имеет какое-то дурацкое значение, которое будет далеко. Но по статистике можно было бы подумать, что у вас все будет в порядке, даже если вы не сможете изменить таблицу термисторов. Теперь, если какой-либо термистор имеет другое сопротивление при комнатной температуре, все ставки отменены. Но большинство 3D-принтеров, которые я видел, действительно используют датчики 100 кОм.

Результат

Хотя это не должно иметь большого значения, я сделал обоснованное предположение на основе некоторых эвристических методов и изменил тип термистора.Я подумал о том, чтобы попытаться установить точную температуру на термисторе, чтобы получить еще несколько точек данных, но решил, что не стоит выламывать плиту sous vide.

В конце концов, каждый принтер немного отличается, и температура, которую видит пластик, вероятно, в любом случае не является температурой термистора, поэтому всегда нужно немного «набрать номер», чтобы определить, какая температура нужна вашему принтеру для конкретной работы. Тогда разница в пять или даже десять градусов будет в шуме.Вы обнаружите, что ваш PLA слишком жидкий при 210 ° C, и понизите температуру до 190 ° C. Или, возможно, ABS вызывает пропуски экструдера, и вы поднимаете температуру на несколько градусов. В любом случае вам придется использовать нить разных марок или цветов.

Но в итоге я получил отличные результаты. Кто знал, что самая маленькая часть 3D-принтера может быть настолько важной? Если вы внимательно посмотрите на фото справа, то из теплового блока выходят два тонких провода с тефлоновым покрытием.Это термистор, какой бы марки и модели он ни был.

, конечно, есть много других применений. Их можно использовать для ограничения пускового тока, обеспечения термостабильного смещения и, конечно же, измерения температуры во многих различных ситуациях. Например, они могут быть сердцем очень минималистичного контроллера паяльника.