Терморезисторы назначение параметры конструкция и применение: конструкция, виды, технические параметры, обозначение на схемах

1. Назначение. Типы терморезисторов

Терморезисторы относятся к параметрическим датчикам температуры, поскольку их активное сопротивление зависит от температуры. Терморезисторы называют также термометрами сопротивления или термосопротивлениями. Они применяются для измерения температуры в широком диапазоне от -270 до 1600 °С.

Если терморезистор нагревать проходящим через него электрическим током, то его температура будет зависеть от интенсивности теплообмена с окружающей средой. Так как интенсивность теплообмена зависит от физических свойств газовой или жидкой среды (например, от теплопроводности, плотности, вязкости), в которой находится терморезистор, от скорости перемещения терморезистора относительно газовой или жидкой среды, то терморезисторы используются и в приборах для измерения таких неэлектрических величин, как скорость, расход, плотность и др.

Различают металлические и полупроводниковые терморезисторы.

Металлические терморезисторы изготовляют из чистых металлов: меди, платины, никеля, железа, реже из молибдена и вольфрама. Для большинства чистых металлов температурный коэффициент электрического сопротивления составляет примерно (4—6,5) 10^-3 1/°С, т. е. при увеличении температуры на 1 °С сопротивление металлического терморезистора увеличивается на 0,4—0,65 %. Наибольшее распространение получили медные и платиновые терморезисторы. Хотя железные и никелевые терморезисторы имеют примерно в полтора раза больший температурный коэффициент сопротивления, чем медные и платиновые, однако применяются они реже. Дело в том, что железо и никель сильно окисляются и при этом меняют свои характеристики. Вообще добавление в металл незначительного количества примесей уменьшает температурный коэффициент сопротивления. Сплавы металлов и окисляющиеся металлы имеют низкую стабильность характеристик. Однако при необходимости измерять высокие температуры приходится применять такие жаропрочные металлы, как вольфрам и молибден, хотя терморезисторы из них имеют характеристики, несколько отличающиеся от образца к образцу.

Широкое применение в автоматике получили полупроводниковые терморезисторы, которые для краткости называют термисторами. Материалом для их изготовления служат смеси оксидов марганца, никеля и кобальта; германий и кремний с различными примесями и др.

По сравнению с металлическими терморезисторами полупроводниковые имеют меньшие размеры в большие значения номинальных сопротивлений. Термисторы имеют на порядок больший температурный коэффициент сопротивления (до -6 10^-2 1/ºС). Но этот коэффициент — отрицательный, т. е. при увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается. Существенный недостаток полупроводниковых терморезисторов по сравнению с металлическими — непостоянство температурного коэффициента сопротивления. С ростом температуры он сильно падает, т. е. термистор имеет нелинейную характеристику. При массовом производстве термисторы дешевле металлических терморезисторов, но имеют больший разброс характеристик.

Сопротивление металлического проводника R зависит от температуры:

(1)

где С — постоянный коэффициент, зависящий от материала и конструктивных размеров проводника; α — температурный коэффициент сопротивления; е — основание натуральных логарифмов.

Абсолютная температура (К) связана с температурой в градусах Цельсия соотношением Т К= 273 + Т°С.

Определим относительное изменение сопротивления проводника при его нагреве. Пусть сначала проводник находился при начальной температуре Т

0 и имел сопротивление . При нагреве до температурыT его сопротивление . Возьмем отношение R_T и R₀:

(2)

Известно, что функцию вида e^x можно разложить в степенной ряд:

Для нашего случая . Так как величина α для меди сравнительно мала и в диапазоне температур до +150 °С может быть принята постоянной α = 4,3 10^-3 1/ºС, то и произведение в этом диапазоне температур меньше единицы. Поэтому не будет большой ошибкой пренебречь при разложении членами ряда второй степени и выше:

(3)

Выразим сопротивление при температуре T через начальное сопротивление при T₀

(4)

Медные терморезисторы выпускаются серийно и обозначаются ТСМ (термосопротивления медные) с соответствующей градуировкой: гр. 23 имеет сопротивление 53,00 Ом при 0 ºC; гр. 24 имеет сопротивление 100,00 Ом при 0 ºC. Медные терморезисторы выполняются из проволоки диаметром не менее 0,1 мм, покрытой для изоляции эмалью.

Для платиновых терморезисторов, которые применяются в более широком диапазоне температур, чем медные, следует учитывать зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры. Для этого берется не два, а три члена разложения в степенной ряд функции e^x.

В диапазоне температур от -50 до 700 °С достаточно точной является формула

(5)

где для платины α = 3,94 10^-3 1/ºС, β = 5,8 10^-7 (1/ºС)².

Платиновые терморезисторы выпускаются серийно и обозначаются ТСП (термосопротивления платиновые) с соответствующей градуировкой; гр. 20 имеет сопротивление 10,00 Ом при 0 °С, гр. 21 — 46,00 Ом; гр. 22 — 100,00 Ом. Платина применяется в виде неизолированной проволоки диаметром 0,05—0,07 мм.

В табл. 1 приведены зависимости сопротивления металлических терморезисторов от температуры; они называются стандартными градуировочными таблицами.

Таблица 1. Зависимость сопротивления терморезисторов от температуры

Температура, °С	Сопротивление, Ом
	Платиновые термометры сопротивления			Медные термометры сопротивления
	гр. 20	гр. 21	гр. 22	гр. 23	гр. 24
-200	1,73	7,95	17,28	—	—
-150	3,88	17,85	38,80	—	—
-100	5,97	27,44	59,65	—	—
-50	8,00	36,80	80,00	41,71	78,70
-30	8,80	40,50	88,04	46,23	87,22
-10	9,60	44,17	96,03	50,74	95,74
0	10,00	46,00	100,00	53,00	100,00
20	10,79	46,94	107,91	57,52	108,52
40	11,58	53,26	115,78	62,03	117,04
60	12,36	56,86	123,60	66,55	125,56
80	13,14	60,43	131,37	71,06	1 34,08
100	13,91	63,99	139,10	75,58	142,60
120	14,68	67,52	146,78	80,09	151,12
140	15,44	71,03	154,41	84,61	159,64
160	16,20	74,52	162,00	89,13	168,16
180	16,95	77,99	169,54	93,64	176,68
300	21,38	98,34	213,79	—	—
400	24,94	114,72	249,38	—	—
500	28,38	130,55	283,80	—	—
600	21,70	145,85	317,06	—	—
650	33,33	153,30	333,25	—	—

На рис. 1 показано устройство платинового термометра сопротивления. Сам терморезистор выполнен из платиновой проволоки 1, намотанной на слюдяную пластину 2 с нарезкой. Слюдяные накладки 3 защищают обмотку и крепятся серебряной лентой 4. Серебряные выводы 5 пропущены через фарфоровые изоляторы 6. Термосопротивление помещается в металлический защитный чехол 7.

Рис. 1. Платиновый термометр сопротивления

Тонкопленочный терморезистор

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве тонкопленочных терморезисторов — датчиков температуры. Тонкопленочный терморезистор содержит диэлектрическую подложку, на которой сформирована тонкопленочная структура из двух покрытых защитным материалом резисторов — основного и дополнительного, соединенных с контактными площадками. Одна площадка является общей для основного и дополнительного резисторов, выполненных в виде меандра из материалов с различной величиной удельного сопротивления, и не менее чем одной секции подгонки. Металлические выводы терморезистора расположены с одной стороны подложки и жестко соединенные пайкой или сваркой по меньшей мере с двумя контактными площадками. Общая для основного и дополнительного резисторов площадка образована жестким соединением пайкой расположенных в непосредственной близости контактных площадок основного и дополнительного резисторов. Технический результат от изобретения — повышение точности и стабильности параметров терморезистора. 3 ил.

Изобретение относится к изделиям электронной техники и может быть использовано в качестве прецизионного первичного преобразователя температуры в измерительной аппаратуре, медицине, бытовой технике и других областях народного хозяйства.

Известны различные типы терморезисторов, выпускаемых отечественной промышленностью: КМТ, ММТ, СТ1-СТ10, ТР и др. (см., например, Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база, книга II, М., 1993, с.300, типография ИТАР-ТАСС, с. 240-243). Однако, известные терморезисторы обладают значительной нелинейностью ВАХ, имеют существенный разброс температурного коэффициента чувствительности и большую тепловую инерционность. Кроме того, многие терморезисторы перечисленных типов достаточно сложны в изготовлении и имеют в своем составе драгметаллы, существенно повышающие их стоимость.

Известен резистивный датчик температуры (см. пат. США N 5197804, H 01 C 7/00, G 01 K 7/18, ИСМ N 10-12, 1994), содержащий диэлектрическую подложку с расположенным на ней тонкопленочным терморезистором, выполненным в виде меандра и расположенным по всей длине подложки, две контактные площадки терморезистора, соединенные между собой проволочными перемычками.

Недостатком такой конструкции является то, что в составе материала проволочных перемычек является обязательное присутствие драгоценных металлов, стойких к процессу окисления под воздействием изменяемых температур.

Кроме того, конструкция датчика температуры не может обеспечить высокой точности воспроизведения основного изменяемого параметра преобразователя из-за отсутствия подгоночных секций в топологии пленочного резистора.

Известен тонкопленочный температурный датчик (см. патент Японии N 63-37481, H 01 C 7/02, G 01 K 7/18, ИСМ N 6, 1989), содержащий диэлектрическую подложку с расположенным на ней пленочным платиновым резистором, контактные площадки которого удалены от края подложки и соединены с проволочными биметаллическими выводами датчика, выполненными из неблагородного металла и покрытые платиновой пленкой, причем поверхность кристалла покрыты защитной диэлектрической пленкой.

Основным недостатком известной конструкции термодатчика является наличие в его составе драгоценных металлов и, как следствие, высокая его стоимость, а также его невысокое омическое сопротивление.

Известен тонкопленочный терморезистор (см. патент Японии N 2-14761, H 01 C 7/04, 1/14 ИСМ N 2, 1991), содержащий керамический изолятор, в котором жестко закреплены промежуточные части двух пластинчатых наружных выводов с пазами, направленными навстречу друг другу внутри конструкции, в которые помещена диэлектрическая подложка с тонкопленочным терморезистором, контактные площадки которого электрически соединены с пластинчатыми выводами.

Недостатком данного технического решения является высокая сложность механической обработки, связанная с необходимостью обеспечения надежного и стабильного контакта пластинчатых контактов с контактными площадками тонкопленочного элемента в диапазоне измеряемых температур.

Известно техническое решение (см. патент США N 4929923, H 01 C 1/012, B 23 K 26/00, ИСМ N 12, 1991), в котором тонкопленочный резистор расположен на диэлектрической подложке и сформирован из 2-х участков с разной величиной удельного сопротивления, причем величина удельного сопротивления второго дополнительного участка значительно меньше, чем первого, а второй дополнительный участок является областью подгонки в номинал тонкопленочного резистора, и имеет три контактные площадки, одна из которых расположена в месте соединения первого и второго тонкопленочных участков, а две другие во взаимноперпендикулярных направлениях от первой, четвертая же контактная площадка является токовыводящей тонкопленочного участка с высокой величиной удельного сопротивления.

Несмотря на то, что по своему назначению указанный тонкопленочный резистор может отличаться от предлагаемого, т.е. иметь параметры, не позволяющие его использование в датчиках температуры, его конструкция имеет ряд существенных признаков, близких к заявляемому техническому решению.

Поэтому известная конструкция (патент США N 4929923) может быть использована, по нашему мнению, в качестве прототипа.

Последнее техническое решение, как наиболее близкое по совокупности существенных признаков к предлагаемому, имеет следующие недостатки.

Использование дополнительных контактных площадок на дополнительном участке тонкопленочной структуры с низким удельным сопротивлением приводит к усложнению конструкции в целом, к сложности формирования выводов с одной стороны подложки для удобства монтажа конструкции. Кроме того, топология подгоночной секции не позволяет обеспечить линейность подгонки резистора в номинал, а тем более его ТКС, т.к. геометрия поверхности прохождения тока будет меняться нелинейно при указанной в патенте США N 4929923 геометрии реза подгоночным инструментом.

Следующими недостатками известного технического решения являются незначительный диапазон возможного изменения совокупного сопротивления структуры при подгонке в номинал из-за низкого сопротивления дополнительной подгоночной секции, а также необходимость использования в качестве материала дополнительной подгоночной секции материал с низким удельным сопротивлением. Последнее существенно ограничивает использование известного технического решения для разработки тонкопленочных термометров сопротивления, обладающих дешевизной и высокими метрологическими параметрами.

Основной технический результат, достигаемый предложенным техническим решением, это повышение точности и стабильности двух основных параметров терморезистора: его сопротивления при номинальной температуре и ТКС в диапазоне измеряемых температур от -60 до 200^oC.

Технический результат достигается за счет того, что в конструкции тонкопленочного терморезистора, содержащего диэлектрическую подложку, на которой сформирована тонкопленочная структура из двух, покрытых защитным материалом, резисторов — основного и дополнительного, соединенных с контактными площадками, одна из которых является общей для основного и дополнительного резисторов, выполненных в виде меандра из материалов с различной величиной удельного сопротивления, и не менее, чем одной секции подгонки, и механические выводы терморезистора, расположенные с одной стороны подложки и жестко соединенные пайкой или сваркой по меньшей мере с двумя контактными площадками; общая для основного и дополнительного резисторов площадка образована жестким соединением пайкой расположенных в непосредственной близости контактных площадок основного и дополнительного резисторов.

Дополнительный технический результат в предложенной конструкции терморезистора — это широкий диапазон реализации возможных значений сопротивления в процессе подгонки, благодаря тому, что топология дополнительного резистора выполнена таким образом, что представляет собой широкую полосу тонкопленочного резистивного материала, соединяющую контактные площадки дополнительного резистора, одна грань которой соединена с меандром ячеистой структуры.

Общими признаками предлагаемой конструкции и прототипа является то, что тонкопленочный терморезистор, содержащий диэлектрическую подложку, на которой сформирована тонкопленочная структура из двух покрытых защитным материалом резисторов — основного и дополнительного, соединенных с контактными площадками, одна из которых является общей для основного и дополнительного резисторов, выполненных в виде меандра из материалов с различной величиной удельного сопротивления, и не менее, чем одной секции подгонки, и металлические выводы терморезистора, расположенные с одной стороны подложки и жестко соединенные пайкой или сваркой по меньшей мере с двумя контактными площадками.

Отличительными признаками является то, что общая для основного и дополнительного резисторов площадка образована жестким соединением пайкой расположенных в непосредственной близости контактных площадок основного и дополнительного резисторов.

На фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 представлены элементы конструкции тонкопленочного терморезистора, обозначенные следующими позициями: 1 — диэлектрическая подложка, 2,3 — контактные площадки терморезистора, 4 — дополнительная контактная площадка, используемая в процессе подгонки, 5 — первый основной тонкопленочный резистор, 6 — второй дополнительный тонкопленочный резистор, 7 — первый подгоночные перемычки, 8 — вторые подгоночные перемычки и зона точной подгонки, 9 — защитное покрытие, 10 — металлические выводы терморезистора, 11 — добавочный металлический вывод, 12 — корпус, 13 — теплопроводный диэлектрик-наполнитель, 14 — компаунд (эпоксидная заливка), 15 — пайка, 16 — место расположения на контактной площадке измерительного (подгоночного) вывода, 17 — линия оптимальной подгонки дополнительного резистора.

Добавочный металлический вывод 11 используется в процессе подгонки в номинал терморезистора и значения его ТКС, после чего удаляется, что отражено на его реальной конструкции, фиг. 2 с действительными габаритными размерами, а дополнительная контактная площадка 4 замыкается с контактной площадкой первого основного тонкопленочного резистора 2, образуя параллельное соединение обоих резисторов. Материалом первого основного резистора 5 является никель с ТКС (0,0045 — 0,005) 1/^oC. Топология никелевого резистора предусматривает подгонку его в номинал в широком диапазоне сопротивления (до 200%) при помощи удаления подгоночных перемычек грубой и точной подгонки.

В качестве материала второго дополнительного резистора применяется кермет К30С с ТКС = (-0,0004 — +0,0002) 1/^oC и удельным сопротивлением существенно большим, чем удельное сопротивление никеля.

В зависимости от степени корректировки (подгонки) первоначального ТКС терморезистора, сопротивление дополнительного терморезистора можно менять на два порядка от первоначального значения.

Первая контактная площадка находится в непосредственной близости от дополнительной контактной площадки с таким расчетом, чтобы сразу после подгонки к требуемому значению сопротивления терморезистора и его ТКС, осуществить путем пайки 15 надежное электрическое соединение первой и дополнительной контактной площадок, обеспечивающее минимальное переходное сопротивление.

Данная конструкция позволяет осуществить такое соединение пайкой, без использования дополнительной металлической перемычки, что определенно упрощает технологический процесс изготовления.

При перерезании первых подгоночных перемычек основного и дополнительного резисторов их сопротивления увеличиваются большими шагами, хотя линейность характеристики остается высокой, что обусловлено отсутствием деформации линий протекающего через резистор тока.

Точная подгонка в номинал сопротивления терморезистора и его ТКС производится перерезанием вторых подгоночных перемычек основного и дополнительного резисторов.

С целью подтверждения технологического эффекта выведем соотношения позволяющие уточнить достижение новых свойств в сравнении со свойствами принятого прототипа.

Известно, что наибольшее сопротивление тонкопленочной структуры на ограниченной площади диэлектрической подложки при заданном удельном сопротивлении материала можно достичь, выбрав его топологию в форме меандра.

В свою очередь, сравнительно высокое сопротивление датчика позволяет использование его в измерительных устройствах без дополнительного согласования, например, в мостовых схемах.

Для получения заданных значений ТКС и сопротивления терморезистора в предложенном техническом решении тонкопленочная структура, состоящая из двух резисторов, после подгонки соединенная беспроводной пайкой благодаря близкорасположенным первой и дополнительной контактным площадкам, образует параллельное соединение: где R₀ — сопротивление термодатчика; R₁ — сопротивление первого (основного) резистора; R₂ — сопротивление второго (дополнительного) резистора.

Причем где ₀ — ТКС термодатчика; ₁ — ТКС первого резистора;
₂ — ТКС второго резистора.

Выполнив алгебраические преобразования, получим:

Преобразуем выражение (3), сократив члены исходя из равенства R₀R₁+R₀R₂= R₁R₂, получаемого из (1) и получим:

Находим из (1)

и подставляем в (4), получим:

Здесь t — диапазон измеряемых температур.

Аналогично находим:

Пренебрегая в (4) членами второго порядка, можно получить упрощенные формулы расчета:


Из (7) и (8) видно, что требуемые значения сопротивления и ТКС терморезистора соответствуют вполне определенным значениям R₁ и R₂.

Таким образом, предложенная конструкция терморезистора позволяет одновременно произвести подгонку значения ТКС и полного сопротивления терморезистора. При этом на установке измерения относительной разности сопротивления и ТКС — 4ИЭ.НРЭ-110-044 измеряют значения ₁ и ₂ , используя при этом добавочный вывод 11 терморезистора.

Используя соотношение (7)-(8), производят расчет и подгонку R₁ и R₂, разрезая подгоночным инструментом соответствующие подгоночные перемычки 7-8, тем самым обеспечивая необходимые значения ТКС и сопротивления терморезисторов. При этом в предлагаемой конструкции в качестве корректирующего резистора можно выбрать структуру из высокоомного недорого материала типа, например, кермета К30С, что является положительным свойством, в отличие от прототипа.

Добавочный вывод устанавливается на позиции 16 (фиг. 3), является технологическим и служит для измерения в процессе подгонки по линии 17 оптимального реза.

После удаления добавочного вывода терморезистор помещается в металлический корпус 12 с габаритными размерами, указанными на фиг. 2 и заполняется теплопроводным диэлектриком — порошком нитрида бора, после чего заливается компаундом (эпоксидная заливка ЭП-730).

Предлагаемое изделие ТРП-1 выполнено в ходе НИР, прошло технологические испытания и обладает в сравнении с изделиями данного класса меньшими габаритами, высокими метрологическими характеристиками, а именно отклонение сопротивления от требуемого номинального значения при заданной температуре не более 0,2%, отклонение ТКС от заданного значения не более 210^-5 1/^oC в диапазоне температур от -60 до 200^oC.

Таким образом, приведенный сравнительный анализ и экспериментальные результаты подтверждают достижение технического эффекта, а именно, повышение точности и стабильности ТКС и сопротивления при номинальной температуре, также предложенная конструкция по сравнению с прототипом имеет ряд преимуществ, и преимущества перед другими техническими изделиями подобного класса и назначения, а именно: отсутствие драгметаллов, малые габариты, высокая линейность характеристики преобразования, наличие односторонних выводов, возможность функциональной подгонки двух основных параметров термодатчика (его номинального сопротивления и ТКС).

Следовательно, предлагаемая конструкция тонкопленочного терморезистора позволяет достичь технический эффект, обладает высокой технологичностью и отвечает всем предъявляемым к данному классу изделий требованиям. Ее опытный вариант реализован в НИОКР и соответствует тематике предприятия НИИЭМП.

Формула изобретения

Тонкопленочный терморезистор, содержащий диэлектрическую, подложку, сформированную на ней тонкопленочную структуру, которая представляет собой два покрытых защитным материалом основного и дополнительного тонкопленочных резистора, три контактные площадки, одна из которых является общей для основного и дополнительного тонкопленочных резисторов, выполненных в виде меандров с секциями подгоночных перемычек, металлические выводы, расположенные с одной стороны диэлектрической подложки и жестко сцепленные пайкой или сваркой с контактными площадками, отличающийся тем, что тонкопленочная структура дополнительного тонкопленочного резистора выполнена из материала с удельным сопротивлением, превышающим удельное сопротивление тонкопленочной структуры основного тонкопленочного резистора, причем первая контактная площадка основного тонкопленочного резистора расположена в непосредственной близости к дополнительной контактной площадке дополнительного тонкопленочного резистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Часто задаваемые вопросы о термисторах

Часто задаваемые вопросы о термисторах.

Чем они отличаются от RTD?

В отличие от RTD, которые изменяют сопротивление почти линейно, термисторы NTC имеют очень нелинейное изменение сопротивления и фактически уменьшают свое сопротивление с повышением температуры. Причины, по которым термисторы продолжают быть популярными для измерения температуры:

• Более высокое изменение сопротивления на градус температуры обеспечивает более высокое разрешение
• Высокий уровень воспроизводимости и стабильности
• Отличная взаимозаменяемость
• Небольшой размер означает быструю реакцию на изменение температуры

Как термистор работает в контролируемой среде?

Термисторы обычно используются для измерения внутренней температуры электронных устройств. Термистор обеспечивает обратную связь с контроллером температуры, который контролирует температуру термистора и включает или выключает нагревательные и охлаждающие элементы, чтобы поддерживать желаемую температуру.

Контроллер температуры посылает небольшой ток, называемый током смещения, через термистор. Он использует этот ток для измерения падения напряжения на термисторе, который показывает, какое сопротивление создает термистор. Из этого измерения можно рассчитать температуру датчика.

Какой термистор лучше всего подходит для моего приложения?

Независимо от того, заменяете ли вы существующий термистор или выбираете его для нового применения, для получения желаемого результата необходимы 3 ключевых элемента информации. Это:

1. Выберите правильное базовое сопротивление для вашего нового приложения или правильно укажите базовое сопротивление термистора, который необходимо заменить
2. Укажите зависимость сопротивления от температуры («кривая») или в случае замены убедитесь, что вы знаете информацию о существующем термисторе
3. Тип корпуса термистора или датчика

Наиболее распространенные сопротивления термисторов

1. 2252 Ом
2. 3000 Ом
3. 5000 Ом
4. 10 000 Ом
5. 30 000 Ом
6. 50 000 Ом
7. 1 МОм (1 000 000)

Точность термистора

Термисторы являются одним из самых точных типов датчиков температуры. Термисторы OMEGA имеют точность ±0,1°C или ±0,2°C в зависимости от конкретной модели датчика температуры. Однако эти элементы довольно ограничены в своем температурном диапазоне, работая только в номинальном диапазоне от 0°C до 100°C.

Стабильность термистора

Готовые термисторные элементы химически стабильны и практически не подвержены старению.

Размер или тип корпуса датчика

Как только правильное сопротивление и «кривая» установлены, пользователь должен подумать, как будет использоваться термистор. При выборе правильного размера или упаковки термисторного датчика следует помнить, что, как и любой другой датчик, термистор измеряет только собственную температуру.

Шарики термистора, как правило, не предназначены для прямого погружения в технологический процесс. Это небольшие устройства, которые очень быстро меняют температуру, поскольку единственное, что отделяет их от окружающей среды, — это тонкий слой эпоксидной смолы. В OMEGA мы предлагаем полную линейку датчиков, которые защищают термистор и позволяют использовать его в самых разных приложениях. Ниже приведены образцы некоторых из этих стилей.

Общего назначения

Конструкции датчиков общего назначения — это те, которые могут быть адаптированы для широкого спектра применений. Эти датчики просты в установке и мониторинге, начиная от электронного оборудования и заканчивая конструкциями, процессами, конструкциями и приложениями для проверки надежности. OMEGA ON-950 является примером конструкции такого типа. Небольшой корпус из нержавеющей стали с резьбовой шпилькой #8-32 можно установить в любое отверстие с резьбой #8-32, занимая очень мало места.

Жидкостное иммерсионное измерение

При воздействии жидкостей термисторы необходимо защищать от коррозии, а также помещать в жидкость, чтобы она достигла необходимой температуры. Обычно это достигается с помощью трубок с закрытыми концами и специально разработанных корпусов. Необходимо позаботиться о том, чтобы к термистору был хороший тепловой путь, а тепловая масса была как можно меньше.

Датчик поверхности

Простая, но эффективная конструкция датчика для контроля температуры поверхности — ON-409. съемный поверхностный датчик. Эта конструкция включает в себя тонкую круглую металлическую штамповку, в которую терморезистор залит эпоксидной смолой. Затем металлическую штамповку можно прикрепить к поверхности с помощью эпоксидной смолы или другого метода для измерения температуры поверхности.

• Что такое термистор?
• Термисторы NTC по сравнению с RTD

Чем отличаются термисторы NTC и RTD

(Источник: Mouser Electronics)

Датчики стали неотъемлемой частью многих устройств и систем. Когда дело доходит до измерения физических условий или условий окружающей среды, температура является одним из наиболее часто измеряемых параметров для множества целей. Измерение температуры может показаться тривиальным. Ведь мы привыкли измерять температуру воздуха термометром при проверке погоды. Однако, когда дело доходит до разработки электронного устройства или системы, требующей измерения температуры, в распоряжении разработчиков есть множество вариантов. Иногда выбор лучшего датчика температуры может быть сложной задачей. К счастью, две технологии измерения температуры предлагают функции и функции, необходимые для широкого спектра применений. Этими двумя технологиями являются термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) и датчик температуры сопротивления (RTD). Здесь мы подробно расскажем о различиях между термисторами NTC и RTD и о том, как они лучше всего подходят для удовлетворения требований к точности измерения температуры в широком диапазоне конструкций.

Термисторы NTC

Термисторы NTC представляют собой термочувствительные резисторы, которые имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления за счет уменьшения сопротивления при повышении температуры ( Рисунок 1 ). Эта нелинейная зависимость между сопротивлением и температурой может быть полезной, когда требуется точное измерение температуры в относительно узком диапазоне температур, например, в диапазоне 50°C. Почти экспоненциальное изменение значения сопротивления при изменении температуры на каждый градус Цельсия позволяет измерять температуру с небольшой погрешностью.

Рисунок 1 : Термисторы NTC обеспечивают высокоточные измерения температуры в относительно узком диапазоне температур. (Источник: Mouser Electronics)

NTC изготавливаются из керамических полупроводниковых материалов на основе оксида металла, сопротивление которых зависит от температуры в зависимости от конкретных материалов, используемых в их составе. Они также могут иметь различные формы и форм-факторы и могут использоваться в самых разных приложениях. Поскольку они представляют собой тип переменного резистора, их сигнал представляет собой значение сопротивления, которое является аналоговым значением. NTC часто используются в аналоговых измерительных схемах, где изменение сопротивления можно линеаризовать с помощью схемы делителя напряжения и операционного усилителя. Измеренное значение сопротивления преобразуется в показание температуры либо путем поиска значения в опубликованной таблице зависимости сопротивления термистора от температуры, либо путем расчета температуры с использованием аппроксимирующего уравнения.

При определении наилучшего типа термистора NTC для обеспечения точности измерений разработчик должен быть знаком с доступными типами калибровок термисторов. Термисторы NTC могут быть согласованы по точкам, когда они откалиброваны с допуском сопротивления при одной температуре (обычно 25 ° C) или нескольких дискретных температурных точках. На рынке обычно доступны точечные NTC с допуском сопротивления 1%, 3%, 5% и 10% при 25°C. В качестве альтернативы NTC могут быть взаимозаменяемыми, если они откалиброваны для поддержания диапазона температурной точности (например, ±0,1°C) в диапазоне рабочих температур. Сменные термисторы NTC предназначены для использования там, где их можно заменить термистором другого производителя без необходимости повторной калибровки измерительной цепи. NTC с температурной точностью ±0,1°C и ±0,2°C обычно доступны на рынке и представляют собой экономичные решения для измерения температуры.

Термометры сопротивления (RTD)

RTD представляют собой термочувствительные резисторы, подобные термисторам NTC. Однако, в отличие от термисторов с отрицательным температурным коэффициентом, термометры сопротивления имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, т. е. их сопротивление увеличивается при повышении температуры ( рис. 2 ). Зависимость сопротивления от температуры для RTD почти линейна для широкого диапазона температур. Этот линейный отклик может быть полезен, когда речь идет об упрощении преобразования показаний сопротивления в значение температуры. Эта характеристика также делает термометры сопротивления более подходящими для использования в приложениях, где измерения проводятся в широком диапазоне рабочих температур (например, в диапазоне от -50°C до +500°C).

Рис. 2 : RTD показывают почти линейную зависимость между сопротивлением и температурой, что делает их особенно полезными при преобразовании показаний сопротивления в значение температуры. (Источник: Mouser Electronics)

В отличие от термисторов с отрицательным температурным коэффициентом, термометры сопротивления изготавливаются из драгоценных металлов, которые либо формуются в проволочный резистор, либо наносятся на подложку с помощью тонкопленочного процесса. В большинстве устройств RTD в качестве чувствительного элемента используется никель или платина, поскольку эти металлы обладают очень четко определенным температурным коэффициентом сопротивления в широком диапазоне температур. Ассортимент датчиков Littelfuse включает тонкопленочные платиновые термосопротивления, также обычно называемые Pt-RTD, Pt-1000 или другими значениями Pt-xxxx, где xxxx представляет собой номинальное сопротивление.

Как и NTC, RTD также используются в аналоговых измерительных цепях для преобразования показаний сопротивления в показания температуры. Часто термометры сопротивления группируются с другими резисторами в мостовой конфигурации, чтобы обеспечить более точное считывание и минимизировать ошибку в показаниях сопротивления. Для термометров или сборок датчиков температуры, содержащих RTD, обычно включают дополнительные проводные выводы, чтобы сформировать 3-проводную или 4-проводную конфигурацию, позволяющую исключить сопротивление проводов датчика из измерения, чтобы получить еще более точные показания температуры. сам чувствительный элемент RTD.

Термометры сопротивления бывают разных классов точности, которые определяются различными международными стандартами. Платиновые РДТ имеют классы точности, определенные стандартом IEC 60751. Для тонкопленочных платиновых РДТ классы точности определены как F 0,1, F 0,15, F 0,3 и F 0,6, где число представляет точность температуры в ±°C при 0°С. Для каждого из этих классов точности точность измерения температуры увеличивается линейно по мере увеличения или уменьшения температуры при удалении от 0°C. Диапазон температур, в котором каждый RTD сохраняет свою точность, зависит от класса, поэтому важно знать, в каком диапазоне температур требуется желаемая точность.

Резюме

Хотя оба они предлагают одинаковые базовые функции измерения температуры в виде показания сопротивления, термисторы NTC и RTD представляют собой разные технологии, каждая из которых имеет свой собственный набор преимуществ и функций. При выборе наилучшей технологии для измерения температуры важно учитывать ключевые параметры, такие как диапазон рабочих температур, требуемая точность измерения и диапазон температур, в которых будут проводиться измерения, среди других конструктивных факторов. Датчики NTC представляют собой экономичное решение для измерения температуры, но им может не хватать точности и стабильности при работе при экстремальных температурах. RTD, с другой стороны, обеспечивают превосходную точность и стабильность, но по более высокой цене. В конечном счете, при выборе наилучшего решения необходимо учитывать баланс между функциональностью и бюджетом. Littelfuse предлагает широкий ассортимент термисторов, резистивных термометров (RTD), цифровых индикаторов температуры, а также датчиков и сборок для измерения температуры. Помимо одного только чувствительного элемента, Littelfuse также предлагает различные индивидуальные сенсорные решения.

Чтобы просмотреть параллельное сравнение различий между термисторами NTC и RTD, щелкните рисунок ниже.

« Назад

Littelfuse — мировой производитель передовых технологий в области защиты цепей, управления питанием и датчиков. Обслуживая более 100 000 конечных клиентов, наша продукция используется в автомобильных и коммерческих транспортных средствах, промышленных приложениях, данных и телекоммуникациях, медицинских устройствах, бытовой электронике и бытовой технике. Наши 11 000 сотрудников по всему миру сотрудничают с клиентами для разработки, производства и предоставления инновационных высококачественных решений для более безопасного, экологичного и все более взаимосвязанного мира.