De verschillende soorten thermistortemperatuursensoren
Er zijn twee soorten thermistoren:
- de negatieve temperatuurcoëfficiënt (NTC of CTN)
- en de positieve temperatuurcoëfficiënt (PTC of CTP).
Bij een NTC-sonde neemt de weerstand af als de temperatuur stijgt. Omgekeerd, wanneer de temperatuur daalt, neemt de weerstand toe. Dit type thermistor wordt het meest gebruikt.
Een PTC-thermistor werkt iets anders. Als de temperatuur stijgt, neemt de weerstand toe en als de temperatuur daalt, neemt de weerstand af. Typisch bereikt een thermistor een hoge nauwkeurigheid binnen een beperkt temperatuurbereik van ongeveer 50 ° C rond de doeltemperatuur. Dit bereik is afhankelijk van de basisweerstand.
thermistor symbolen
De pijl naast T betekent dat de weerstand variabel is, afhankelijk van de temperatuur. De richting van de pijl of de balk is niet significant.
Thermistorsensoren zijn gebruiksvriendelijk, goedkoop, robuust en reageren voorspelbaar op veranderingen. Hoewel ze niet goed werken bij zeer lage of hoge temperaturen, zijn ze de favoriete sensor voor toepassingen die temperatuur meten over een laag meetbereik. De thermistor is ideaal wanneer nauwkeurige temperatuurregeling vereist is.
Enkele van de meest voorkomende toepassingen voor thermistoren zijn in digitale thermometers, olie- en koelvloeistoftemperatuurmetingen, huishoudelijke apparaten zoals ovens en koelkasten.
 |
Figuur 1: Thermistor-symbool - Verenigde Staten en Japan
Hoe 'meet' de thermistor de temperatuur?
In werkelijkheid "leest" een thermistor niets, de weerstand van een thermistor verandert met de temperatuur. De mate van weerstandsvariatie hangt af van het type materiaal dat in de thermistor wordt gebruikt.
In tegenstelling tot andere meetsondes zijn thermistoren niet-lineair, wat betekent dat de punten op een grafiek die de relatie tussen weerstand en temperatuur weergeven, geen rechte lijn vormen. De constructie van de thermistor bepaalt de locatie van de lijn en zijn koers. Een typische thermistorgrafiek ziet er als volgt uit:
 |
Figuur 2: weerstand als functie van temperatuur
Wat is het verschil tussen een thermistor en andere sensoren?
Naast thermistoren worden verschillende andere soorten temperatuursensoren gebruikt. De meest voorkomende zijn weerstandstemperatuurdetectoren (RTD's) en geïntegreerde schakelingen (IC's). De meetsonde die het beste werkt voor een bepaald doel, is gebaseerd op veel factoren.
Temperatuurbereik: Het geschatte globale temperatuurbereik waarin een sondetype kan worden gebruikt. Binnen een bepaald temperatuurbereik presteren sommige sensoren beter dan andere.
Kosten: relatieve kosten wanneer deze sensoren met elkaar worden vergeleken. Zo zijn thermistors goedkoop in vergelijking met RTD's, deels omdat het materiaal voor RTD's platina is.
Gevoeligheid: geschatte tijd die nodig is om van de ene temperatuurwaarde naar de andere te gaan. Dit is de tijd, in seconden, die een thermistor nodig heeft om 63,2% van het temperatuurverschil tussen de eerste meting en de laatste te bereiken.
Welke vormen van thermistor zijn beschikbaar?
Thermistor-temperatuursensoren zijn er in verschillende vormen - schijf, chip, kraal of staaf - en kunnen op het oppervlak worden gemonteerd of in een systeem worden geïntegreerd. Ze kunnen worden ingekapseld in epoxyhars, glas, gebakken fenolhars of geverfd. De beste vorm hangt vaak af van het materiaal dat wordt gecontroleerd, zoals een vaste stof, vloeistof of gas.
Een thermistorchip wordt normaal gesproken op een printplaat gemonteerd. Er zijn veel, veel verschillende vormen van thermistors.
Kies een vorm die maximaal contact met het oppervlak mogelijk maakt met het apparaat waarvan de temperatuur wordt bewaakt. Ongeacht het type thermistor, de verbinding met het bewaakte apparaat moet worden gemaakt met een pasta met een hoge thermische geleidbaarheid of een epoxylijm. Het is over het algemeen belangrijk dat deze pasta of lijm geen elektriciteit geleidt.
Hoe werkt een thermistor in een gecontroleerd systeem?
De thermistor wordt voornamelijk gebruikt om de temperatuur van een apparaat te meten. In een temperatuurgeregeld systeem is de thermistor een klein maar belangrijk onderdeel van een groter systeem. Een temperatuurregelaar bewaakt de temperatuur van de thermistor. Vervolgens vertelt het een verwarming of koeler wanneer deze moet worden in- of uitgeschakeld om de temperatuur van de sonde te behouden.
De sensorkop is bevestigd op de koelplaat die een bepaalde temperatuur moet handhaven om het apparaat te koelen, en de draden zijn verbonden met de temperatuurregelaar. De temperatuurregelaar is ook elektronisch verbonden met het Peltier-apparaat, dat het doelapparaat verwarmt en koelt. Het koellichaam is aan het Peltier-apparaat bevestigd om de warmteafvoer te vergemakkelijken.
De locatie van de thermistorsonde in het systeem beïnvloedt zowel de stabiliteit als de meetnauwkeurigheid van het regelsysteem. Voor een betere stabiliteit moet de thermistor zo dicht mogelijk bij de thermo-elektrische of resistieve verwarming worden geplaatst. Voor de beste nauwkeurigheid moet de thermistor zich in de buurt van het apparaat bevinden dat temperatuurregeling vereist.
Idealiter is de thermistor ingebouwd in het apparaat, maar deze kan ook worden bevestigd met warmtegeleidende pasta of lijm. Zelfs als een meetapparaat is geïntegreerd, moeten luchtspleten worden geëlimineerd met koelpasta of lijm.
Wat zijn de bovenste en onderste spanningsgrenzen aan de ingang van de temperatuursensor?
De spanningslimieten van de sensor die worden geretourneerd naar een temperatuurregelaar, worden gespecificeerd door de fabrikant. Kies in het ideale geval een thermistor en een combinatie van instelstromen die een spanning produceren binnen het bereik dat is toegestaan door de temperatuurregelaar.
De wet van Ohm
Spanning is gekoppeld aan weerstand (wet van Ohm). Deze vergelijking wordt gebruikt om te bepalen welke biasstroom vereist is. De wet van Ohm bepaalt dat de stroom die door een geleider gaat tussen twee punten recht evenredig is met het potentiaalverschil tussen de twee punten en dat er voor deze biasstroom staat geschreven:
U = R x I
où:
U is de spanning, in Volt (V)
I BIAS is de huidige, in Amperes of in Amperes (A)
I BIAS betekent dat de stroom vast is
R is de weerstand, in Ohm (Ω)
De controller produceert een instelstroom om de weerstand van de thermistor om te zetten in een meetbare spanning. De controller accepteert alleen een bepaald spanningsbereik. Als een controllerbereik bijvoorbeeld tussen 0 en 5 V ligt, mag de thermistorspanning niet lager zijn dan 0,25 V, zodat elektrische ruis van laag niveau de meting niet verstoort en niet niet meer dan 5 V om te kunnen worden gelezen.
Voorbeelden
Stel dat u de controller gebruikt ATR121 en een 10 kΩ thermistor (B25 / 85: 3435K), zoals de sensoren Universeel NTC waterdicht 10kOhm B3435 1500mm - Guilcor , en dat de temperatuur die het apparaat moet handhaven 20 ° C is. Volgens het technische blad is de weerstand 10 Ω bij 000 ° C. Om te bepalen of de thermistor met de controller kan werken, moeten we het bruikbare bereik kennen bias stromen. Door de wet van Ohm te gebruiken om I op te lossen, weten we het volgende:
G / R = ik BIAS
0,25 / 10 = 000 µA is het laagste uiteinde van het bereik
5,0 / 126700 = 500 µA is de hoogste
Ja, deze thermistor werkt als de instelstroom van de temperatuurregelaar kan worden ingesteld tussen 25 µA en 500 µA.
Bij het selecteren van een thermistor en een instelstroom, is het het beste om een sensor te kiezen waarvan de spanning in het midden van het bereik ligt. De retouringang van de controller moet onder spanning staan, afgeleid van de weerstand van de thermistor.
Het meest nauwkeurige model dat wordt gebruikt om de weerstand van thermistors in temperatuur om te zetten, wordt de Steinhart-Hart-vergelijking genoemd.
Wat is de Steinhart-Hart-vergelijking?
De Steinhart-Hart-vergelijking is een model dat is ontwikkeld in een tijd waarin computers niet alomtegenwoordig waren en de meeste wiskundige berekeningen werden uitgevoerd met behulp van rekenlinialen en andere wiskundige hulpmiddelen, zoals dan de transcendentale functietabellen. De vergelijking is ontwikkeld als een eenvoudige methode om thermistortemperaturen gemakkelijk en nauwkeuriger te modelleren. De vergelijking van Steinhart-Hart is als volgt:
1 / T = A + B (lnR) + C (lnR) 2 + D (lnR) 3 + E (lnR) 4 ...
où:
T is de temperatuur, in Kelvin (K, Kelvin = Celsius + 273,15),
R is de weerstand in T, in Ohm (Ω).
A, B, C, D en E zijn de Steinhart-Hart-coëfficiënten die variëren naargelang het type. van de gebruikte thermistor en het gedetecteerde temperatuurbereik.
ln is Natural Log of Log base Napierian 2.71828
De standaard gebruikte vergelijking van Steinhart-Hart is als volgt:
1 / T = A + B (NRL) + C (NRL) 3
Een van de voordelen van computerprogramma's is dat vergelijkingen die dagen of zelfs weken nodig zouden hebben om op te lossen, in enkele ogenblikken worden opgelost. Typ "Steinhart-Hart Equation Calculator" in een zoekmachine en pagina's met links naar online rekenmachines worden geretourneerd.
Hoe wordt de Steinhart-Hart-vergelijking gebruikt?
Deze vergelijking berekent met meer precisie de werkelijke weerstand van een thermistor als functie van de temperatuur. Hoe smaller het temperatuurbereik, hoe nauwkeuriger de weerstandsberekening zal zijn. De meeste thermistorfabrikanten bieden de coëfficiënten A, B en C voor een typisch temperatuurbereik.
Wie zijn Steinhart en Hart?
John S. Steinhart en Stanley R. Hart ontwikkelden en publiceerden voor het eerst de Steinhart-Hart-vergelijking in een artikel getiteld "Calibration curves for thermistors" in 1968, terwijl ze onderzoekers waren van de Carnegie Institution in Washington . Steinhart werd later hoogleraar geologie en geofysica, studeerde vervolgens mariene wetenschappen aan de Universiteit van Wisconsin-Madison en Stanley R. Hart werd senior onderzoeker aan de Woods Hole Oceanographic Institution.
Conclusie
Thermistorsensoren zijn temperatuurafhankelijke weerstanden die van weerstand veranderen bij temperatuurveranderingen. Ze zijn erg gevoelig en reageren op zeer kleine veranderingen in temperatuur. Ze worden het best gebruikt wanneer een specifieke temperatuur moet worden gehandhaafd en bij het bewaken van temperaturen binnen 50°C van de omgevingstemperatuur.
Thermistormeters, als onderdeel van een temperatuurregelsysteem, zijn de beste manier om de verwarming en koeling van een Peltier-apparaat te meten en te regelen. Hun vermogen om per minuut aan te passen zorgt voor maximale systeemstabiliteit. Thermistoren kunnen worden geïntegreerd of aan het oppervlak worden gemonteerd op het apparaat dat temperatuurbewaking vereist. Afhankelijk van het type kunnen ze vloeistoffen, gassen of vaste stoffen meten.
Bent u op zoek naar informatie over PTC en NTC sensoren? Ga direct naar de speciale pagina!
| ↓ | ↓ |
| NTC | PTC |