NTC-thermistorsonde

De temperatuurgevoeligheid van een NTC-sensor wordt uitgedrukt in "procentuele verandering per graad ° C". Afhankelijk van de gebruikte materialen en de specifieke kenmerken van het productieproces, variëren typische waarden voor temperatuurgevoeligheden van -3% tot -6% per ° C.

Hoewel de meeste NTC-thermistormeetsondes over het algemeen geschikt zijn voor gebruik in het temperatuurbereik van -55°C tot 200°C, zijn er bij het geven van hun meest nauwkeurige metingen speciale families van sonde-CTN's die geschikt zijn voor gebruik bij temperaturen dichtbij het absolute nulpunt (- 273,15°C) en die speciaal zijn ontworpen voor gebruik boven 150°C.

Zoals te zien is in de afbeelding, hebben NTC-thermistors een veel steilere weerstand-temperatuurhelling dan platina-gelegeerde RTD-meters, wat resulteert in een betere gevoeligheid voor temperatuurdetectie.

Ondanks alles blijven RTD-sensoren (Pt100 type PLATINUM RESISTANCE THERMOMETERS) de meest nauwkeurige sensoren met een nauwkeurigheid van ± 0,5% van de gemeten temperatuur en zijn ze bruikbaar in het temperatuurbereik tussen -200 ° C en 800 ° C, een veel groter bereik dan NTC-temperatuursensoren.

Vergeleken met RTD, de NTC zij hebben een kleiner formaat, snellere respons, grotere impact en trillingsbestendigheid tegen lagere kosten. 
Dat gezegd hebbende, biedt dit type sonde iets minder nauwkeurige temperatuurregeling dan RTD's. 

In vergelijking met de thermokoppelsonde is de nauwkeurigheid van de temperatuurmeting vergelijkbaar. Thermokoppels zijn echter bestand tegen zeer hoge temperaturen (tot meer dan 1000°C) en worden in dergelijke toepassingen gebruikt in plaats van NTC - NTC-thermistors, waar ze soms pyrometers worden genoemd.

Ondanks dit, de thermistoren NTC biedt een hogere gevoeligheid, stabiliteit en nauwkeurigheid dan thermokoppels bij lagere temperaturen. Bovendien worden NTC-thermistormeters gebruikt met minder extra circuits en dus tegen lagere totale kosten.
De kosten worden verder verlaagd doordat er geen signaalconditioneringscircuits (versterkers, niveauomvormers, enz.) nodig zijn die vaak nodig zijn voor RTD's en altijd nodig zijn voor thermokoppels.

Gevaar voor zelfverhitting

Het zelfverhittingseffect is een fenomeen dat optreedt wanneer er een stroom door de NTC-thermistormeetsonde vloeit. Omdat de thermistor in feite een weerstand is, dissipeert deze energie als warmte wanneer er een stroom doorheen stroomt.

Deze warmte is gegenereerd in het midden van de thermistor en beïnvloedt de meetnauwkeurigheid. De mate waarin dit gebeurt, hangt af van de hoeveelheid stroom die vloeit, de omgeving (of het vloeistof of gas is, of er flux is op de NTC-sensor, enz.), de temperatuurcoëfficiënt van de thermistor en de thermistorstatus.

Het feit dat de weerstand van de NTC-sensor en dus de stroom die erdoor stroomt, afhangt van de omgeving, wordt vaak gebruikt in detectoren voor de aanwezigheid van vloeistoffen zoals die in opslagtanks.

Thermische capaciteit

De thermische capaciteit vertegenwoordigt de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van de thermistor te verhogen 1 ° C en wordt meestal uitgedrukt in mJ/°C. Het kennen van de precieze warmtecapaciteit is van groot belang bij het gebruik van een NTC-thermistorsensor als inschakelstroombegrenzer, omdat deze de reactiesnelheid van de NTC-temperatuursensor definieert.

Selectie en berekening van de curve

Het rigoureuze selectieproces moet rekening houden met de dissipatieconstante van de thermistor, de thermische tijdconstante, de weerstandswaarde, de weerstand-temperatuurcurve en toleranties, om de belangrijkste factoren te noemen.

Aangezien de relatie tussen weerstand en temperatuur (de RT-curve) zeer niet-lineair is, moeten bepaalde benaderingen worden gebruikt in praktische systeemontwerpen.

Benadering van de eerste bestelling: Wanneer k de negatieve temperatuurcoëfficiënt is, is ΔT het temperatuurverschil en is ΔR de weerstandsverandering als gevolg van de temperatuurverandering. Deze benadering van de eerste orde is alleen geldig voor een zeer smal temperatuurbereik en kan alleen worden gebruikt voor temperaturen waarbij k bijna constant is over het gehele temperatuurbereik.

Bèta-formule: Een andere vergelijking geeft bevredigende resultaten, met een nauwkeurigheid van ± 1 ° C over het bereik van 0 ° C tot +100 ° C. Het hangt af van een enkele materiaalconstante β die kan worden verkregen door temperatuurmetingen. De vergelijking kan als volgt worden geschreven:

Waar R (T) de weerstand is bij temperatuur T in Kelvin, is R (T 0 ) een referentiepunt bij temperatuur T 0 . De bètaformule vereist een tweepuntskalibratie, die doorgaans niet nauwkeuriger is dan ±5°C over het gehele bruikbare bereik van de NTC-thermistor.

Steinhart-Hart-vergelijking: De bekendste benadering tot nu toe is de Steinhart-Hart-formule, gepubliceerd in 1968. Waarbij ln R de natuurlijke logaritme is van de weerstand bij temperatuur T in Kelvin, en A, B en C coëfficiënten zijn die zijn afgeleid van experimentele metingen. 

Deze coëfficiënten worden meestal gepubliceerd door thermistorleveranciers in het gegevensblad. De Steinhart-Hart-formule is typisch nauwkeurig tot op ongeveer ±0,15°C over het bereik van -50°C tot +150°C, wat voldoende is voor de meeste toepassingen. 

Als een hogere nauwkeurigheid vereist is, moet het temperatuurbereik worden verkleind en is een nauwkeurigheid beter dan ± 0,01 ° C over het bereik van 0 ° C tot + 100 ° C mogelijk.

De keuze van de formule die wordt gebruikt om de temperatuur uit de weerstandsmeting te berekenen, moet gebaseerd zijn op het beschikbare rekenvermogen, evenals op de daadwerkelijke tolerantievereisten.

In sommige toepassingen is een eerste-ordebenadering meer dan voldoende, terwijl in andere zelfs de Steinhart-Hart-vergelijking niet aan de vereisten voldoet.

In dit geval moet de NTC-thermistortemperatuursonde punt voor punt worden gekalibreerd, een groot aantal metingen uitvoeren en een correspondentietabel maken. 

Epoxy ingekapselde thermistoren

Deze NTC-thermistorsondes zijn gemaakt van metaaloxiden (mangaan, kobalt, koper en nikkel) die in het keramische lichaam zijn gesinterd. 

Ze bieden over het algemeen snelle reactietijden, betere stabiliteit en maken werking bij hogere temperaturen mogelijk dan Disk en Chip NTC-sensoren, maar ze zijn kwetsbaarder.

Het is gebruikelijk om ze in glas te verzegelen, om ze te beschermen tegen mechanische schade tijdens montage en om hun meetstabiliteit te verbeteren. Typische maten variëren van 0,075 tot 5 mm in diameter.

Schijf- en chip-thermistors

Deze NTC-thermistormeters hebben gemetalliseerde oppervlaktecontacten. Ze zijn groter en hebben langzamere reactietijden dan NTC-weerstanden van het kogeltype.

Vanwege hun grootte hebben ze echter een hogere dissipatieconstante (vermogen vereist om hun temperatuur met 1°C te verhogen) en aangezien het door de thermistor gedissipeerde vermogen evenredig is met het kwadraat van de stroom, voeren ze thermistoren van het hogere type.

Schijfthermistors worden gemaakt door een mengsel van oxidepoeders in een ronde matrijs te persen, die vervolgens bij hoge temperatuur wordt gesinterd. Chips worden meestal gemaakt door middel van een tape-vormproces waarbij een suspensie van materiaal in een dikke film wordt uitgespreid, gedroogd en gesneden. Typische maten variëren van 0,25 tot 25 mm in diameter.

NTC-thermistors ingekapseld in glas