Storia e introduzione del termistore
Il termistore NTC è l'acronimo di Negative Temperature Coefficient thermistor.Termistore =Termicoalleato sensibile resistoreFu scoperto nel 1833 da Michael Faraday, che stava studiando i semiconduttori al solfuro d'argento. Notò che la resistenza dei solfuri d'argento diminuiva all'aumentare della temperatura. Venne poi commercializzato da Samuel Reuben negli anni '30. Gli scienziati scoprirono che anche l'ossido rameoso e l'ossido di rame avevano coefficienti di temperatura e prestazioni negativi, e vennero applicati con successo nel circuito di compensazione della temperatura degli strumenti aeronautici. Successivamente, grazie al continuo sviluppo della tecnologia dei transistor, furono compiuti grandi progressi nella ricerca sui termistori e, nel 1960, furono sviluppati i termistori NTC, appartenenti a una vasta classe di...componenti passivi.
Il termistore NTC è un tipo dielemento termico semiconduttore in ceramica fineche è sinterizzato da diversi ossidi di metalli di transizione, principalmente di Mn (manganese), Ni (nichel), Co (cobalto) come materie prime, Mn3-xMxO4 (M = Ni, Cu, Fe, Co, ecc.) è un materiale con un significativo coefficiente di temperatura negativo (NTC), cioè la resistività diminuisceesponenzialmentecon l'aumentare della temperatura. Nello specifico, la resistività e la costante del materiale variano in base alla proporzione della composizione del materiale, all'atmosfera di sinterizzazione, alla temperatura di sinterizzazione e allo stato strutturale.
Perché il suo valore di resistenza cambiaprecisamenteEprevedibilmentein risposta a piccoli cambiamenti nella temperatura corporea (il grado del suo cambiamento di resistenza dipende da diversiformulazioni dei parametri), oltre ad essere compatto, stabile e altamente sensibile, è ampiamente utilizzato nei dispositivi di rilevamento della temperatura per case intelligenti, sonde mediche, nonché nei dispositivi di controllo della temperatura per elettrodomestici, smartphone, ecc. e negli ultimi anni è stato utilizzato in gran numero nelle automobili e nei nuovi campi energetici.
1. Definizioni di base e principi di funzionamento
Cos'è un termistore NTC?
■ Definizione:Un termistore a coefficiente di temperatura negativo (NTC) è un componente ceramico semiconduttore la cui resistenza diminuisceesponenzialmenteall'aumentare della temperatura. È ampiamente utilizzato per la misurazione della temperatura, la compensazione della temperatura e la soppressione della corrente di spunto.
■ Principio di funzionamento:Realizzati con ossidi di metalli di transizione (ad esempio manganese, cobalto, nichel), i cambiamenti di temperatura alterano la concentrazione dei portatori all'interno del materiale, determinando una variazione della resistenza.
Confronto tra i tipi di sensori di temperatura
| Tipo | Principio | Vantaggi | Svantaggi |
|---|---|---|---|
| NTC | La resistenza varia con la temperatura | Alta sensibilità, basso costo | Uscita non lineare |
| RTD | La resistenza del metallo varia con la temperatura | Elevata precisione, buona linearità | Costo elevato, risposta lenta |
| Termocoppia | Effetto termoelettrico (tensione generata dalla differenza di temperatura) | Ampio intervallo di temperatura (da -200°C a 1800°C) | Richiede compensazione della giunzione fredda, segnale debole |
| Sensore di temperatura digitale | Converte la temperatura in un'uscita digitale | Facile integrazione con microcontrollori, alta precisione | Intervallo di temperatura limitato, costo più elevato rispetto a NTC |
| LPTC (PTC lineare) | La resistenza aumenta linearmente con la temperatura | Uscita lineare semplice, ideale per la protezione da sovratemperatura | Sensibilità limitata, ambito di applicazione più ristretto |
2. Parametri chiave delle prestazioni e terminologia
Parametri principali
■ Resistenza nominale (R25):
La resistenza a potenza zero a 25°C, solitamente compresa tra 1 kΩ e 100 kΩ.XIXITRONICApuò essere personalizzato per soddisfare 0,5～5000kΩ
■Valore B (indice termico):
Definizione: B = (T1·T2)/(T2-T1) · ln(R1/R2), che indica la sensibilità della resistenza alle variazioni di temperatura (unità: K).
Intervallo di valori B comune: da 3000K a 4600K (ad esempio, B25/85=3950K)
XIXITRONICS può essere personalizzato per soddisfare 2500～5000K
■ Precisione (tolleranza):
Deviazione del valore di resistenza (ad esempio, ±1%, ±3%) e precisione della misurazione della temperatura (ad esempio, ±0,5°C).
XIXITRONICS può essere personalizzato per soddisfare ±0,2℃ nell'intervallo da 0℃ a 70℃, la massima precisione può raggiungere 0,05°C.
■Fattore di dissipazione (δ):
Parametro che indica gli effetti di autoriscaldamento, misurato in mW/°C (valori più bassi indicano un minore autoriscaldamento).
■Costante di tempo (τ):
Tempo necessario al termistore per rispondere al 63,2% di una variazione di temperatura (ad esempio, 5 secondi in acqua, 20 secondi in aria).
Termini tecnici
■ Equazione di Steinhart-Hart:
Un modello matematico che descrive la relazione resistenza-temperatura dei termistori NTC:
(T: Temperatura assoluta, R: Resistenza, A/B/C: Costanti)
■ α (coefficiente di temperatura):
Il tasso di variazione della resistenza per unità di variazione della temperatura:
■ Tabella RT (Tabella Resistenza-Temperatura):
Una tabella di riferimento che mostra i valori di resistenza standard a diverse temperature, utilizzata per la calibrazione o la progettazione dei circuiti.
3. Applicazioni tipiche dei termistori NTC
Campi di applicazione
1. Misurazione della temperatura:
o Elettrodomestici (condizionatori, frigoriferi), attrezzature industriali, automotive (monitoraggio della temperatura del pacco batteria/motore).
2. Compensazione della temperatura:
oCompensazione della deriva termica in altri componenti elettronici (ad esempio, oscillatori a cristallo, LED).
3. Soppressione della corrente di spunto:
oUtilizzo dell'elevata resistenza al freddo per limitare la corrente di spunto durante l'avvio dell'alimentazione.
Esempi di progettazione di circuiti
• Circuito partitore di tensione:
(La temperatura viene calcolata leggendo la tensione tramite un ADC.)
• Metodi di linearizzazione:
Aggiunta di resistori fissi in serie/parallelo per ottimizzare l'uscita non lineare dell'NTC (includere schemi circuitali di riferimento).
4. Risorse e strumenti tecnici
Risorse gratuite
•Schede tecniche:Includere parametri dettagliati, dimensioni e condizioni di prova.
•Modello di tabella RT Excel (PDF): Consente ai clienti di consultare rapidamente i valori di resistenza alla temperatura.
oConsiderazioni sulla progettazione dell'NTC nella protezione della temperatura delle batterie al litio
oMiglioramento della precisione della misurazione della temperatura NTC tramite calibrazione software
Strumenti online
• Calcolatrice del valore B:Inserire T1/R1 e T2/R2 per calcolare il valore B.
•Strumento di conversione della temperatura: Resistenza di ingresso per ottenere la temperatura corrispondente (supporta l'equazione di Steinhart-Hart).
5. Suggerimenti di progettazione (per ingegneri)
• Evitare errori di autoriscaldamento:Assicurarsi che la corrente di esercizio sia inferiore al massimo specificato nella scheda tecnica (ad esempio, 10 μA).
• Protezione ambientale:Per ambienti umidi o corrosivi, utilizzare NTC incapsulati in vetro o rivestiti in resina epossidica.
• Raccomandazioni per la calibrazione:Migliorare la precisione del sistema eseguendo una calibrazione a due punti (ad esempio, 0°C e 100°C).
6.Domande frequenti (FAQ)
1. D: Qual è la differenza tra termistori NTC e PTC?
o A: I termistori PTC (Positive Temperature Coefficient) aumentano la resistenza con la temperatura e sono comunemente utilizzati per la protezione da sovracorrente, mentre i termistori NTC vengono utilizzati per la misurazione e la compensazione della temperatura.
2. D: Come scegliere il valore B corretto?
o A: I valori B elevati (ad esempio, B25/85=4700K) offrono una maggiore sensibilità e sono adatti per intervalli di temperatura ristretti, mentre i valori B bassi (ad esempio, B25/50=3435K) sono migliori per intervalli di temperatura più ampi.
3. D: La lunghezza del filo influisce sulla precisione della misurazione?
oR: Sì, i cavi lunghi introducono una resistenza aggiuntiva, che può essere compensata utilizzando un metodo di collegamento a 3 o 4 fili.
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