Cara Termistor Digunakan untuk Mengukur Suhu: Bekerja, Litar, Aplikasi

Apabila anda menetapkan penggoreng udara dan ia dimatikan tepat pada masa yang betul, atau periuk nasi jatuh untuk memanaskan betul-betul apabila bijirin telah menyerap air yang mencukupi, komponen kecil sedang melakukan pemikiran untuk perkakas. Komponen itu ialah termistor, perintang dua terminal yang rintangannya berubah mengikut suhu. Artikel ini menerangkan cara termistor digunakan untuk mengukur suhu: prinsip fizikal yang menjadikannya berfungsi, litar yang membaca rintangannya, matematik yang menukar bacaan itu kepada suhu dan butiran praktikal yang menentukan sama ada pengukuran kekal tepat sepanjang tahun penggunaan.

Rintangan Yang Berubah mengikut Suhu

Kesimpulan dahulu: termistor NTC mengukur suhu kerana rintangannya jatuh dengan cara yang diketahui dan boleh diulang apabila suhu meningkat. Sifat tunggal itulah yang menjadikan komponen pasif menjadi sensor.

Termistor diperbuat daripada bahan semikonduktor seramik, biasanya oksida logam, disinter ke dalam manik kecil, cip atau cakera. Terdapat dua keluarga. Termistor pekali suhu negatif (NTC) mengurangkan rintangan apabila suhu meningkat; termistor pekali suhu positif (PTC) meningkatkan rintangan dan lebih kerap digunakan untuk perlindungan arus lebih atau pemanas kawal selia. Untuk pengukuran suhu, jenis NTC mendominasi.

Perubahannya cukup besar untuk dibaca tanpa elektronik yang rumit. Termistor NTC 10 kΩ biasa yang dinilai pada 25°C mengukur kira-kira 33.6 kΩ pada 0°C dan kira-kira 700 Ω pada 100°C - ayunan hampir 50 hingga 1 merentasi julat tempat kebanyakan perkakas rumah beroperasi. An Sensor suhu NTC oleh itu hanya memerlukan input analog asas pada mikropengawal, manakala termokopel memerlukan amplifikasi dan pampasan simpang sejuk. Gabungan isyarat besar, kos rendah dan saiz kecil inilah sebabnya termistor muncul dalam hampir setiap perkakas terkawal suhu.

Bagaimana Pengawal Mikro Membaca Termistor

Kesimpulan dahulu: mikropengawal membaca termistor melalui pembahagi voltan, kerana penukar analog-ke-digital (ADC) mengukur voltan, bukan rintangan.

Susunan standard menghubungkan termistor dan perintang tetap secara bersiri merentasi rel bekalan, dengan nod pengukuran di antara mereka. ADC mengukur voltan nod, dan rintangan dikira daripada voltan itu. Jika termistor berada di bahagian bawah dan perintang tetap pada bahagian tinggi:

Vout = Vcc × Rfixed / (Rfixed Rthermistor)

Apabila termistor menjadi panas dan rintangannya jatuh, lebih banyak voltan bekalan menurun merentasi perintang tetap, jadi Vout meningkat. Apabila ia sejuk, Vout jatuh.

Rantai pengukuran praktikal mempunyai empat bahagian:

• Voltan bekalan yang stabil, biasanya 3.3 V atau 5 V
• Perintang tetap dengan toleransi yang ketat, sebaik-baiknya 1% atau lebih baik
• Termistor NTC dalam pakej yang sesuai dengan persekitaran operasi
• ADC dengan resolusi yang mencukupi untuk membezakan langkah suhu terkecil yang penting bagi reka bentuk

Termistor NTC 10 kΩ biasa dengan nilai B 3950, dipasangkan dengan perintang tetap 10 kΩ dan bekalan 5 V, menghasilkan bacaan ini:

Perhatikan jarak yang tidak sekata: antara 0°C dan 25°C output berubah sebanyak 1.35 V, manakala antara 75°C dan 100°C ia berubah sebanyak 0.32 V sahaja. Sensitiviti secara semula jadi lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah. Pereka bentuk sama ada menerima ini, menyusun semula pembahagi kepada kepekaan berat sebelah ke arah tetingkap pengendalian, atau membetulkannya dalam perisian tegar kerana lengkungnya licin dan boleh diulang.

Menukar Rintangan kepada Suhu

Kesimpulan dahulu: setelah rintangan diketahui, tiga kaedah standard menukarnya kepada suhu: jadual carian, persamaan parameter B, atau persamaan Steinhart-Hart. Pilihannya ialah pertukaran antara kesederhanaan, penggunaan memori dan ketepatan.

Jadual Carian (Jadual R-T)

Pengilang menerbitkan jadual rintangan lawan suhu untuk setiap jenis penderia. Perisian tegar menyimpan jadual itu, mencari dua entri yang mendakap rintangan semasa dan interpolasi secara linear di antara mereka. Ini adalah kaedah terpantas pada mikropengawal kecil dan paling biasa dalam papan kawalan perkakas. Tangkapannya ialah jadual mesti sepadan dengan nilai B sensor. Memadankan jadual B = 3435 dengan penderia B = 3950 menghasilkan ralat beberapa darjah pada kedua-dua hujung julat.

B-Parameter Persamaan

Untuk rentang suhu sederhana, rintangan berikut:

R(T) = R25 × exp[B × (1/T - 1/298.15)]

di mana T dalam kelvin, R25 ialah rintangan pada 25°C dan B ialah pemalar bahan, biasanya antara 3000 K dan 5000 K untuk termistor NTC. Persamaan ini hanya memerlukan dua pemalar dan mudah untuk dilaksanakan. Ia kehilangan ketepatan apabila rentang melebihi kira-kira 50°C, tetapi dalam tetingkap sempit ia adalah cara terpantas untuk menganggarkan suhu tanpa jadual.

Persamaan Steinhart-Hart

Untuk julat terluas dan ketepatan terbaik, persamaan Steinhart-Hart ialah pilihan standard:

1/T = A B × ln(R) C × (ln R)^3

Tiga pekali, A, B dan C (jangan dikelirukan dengan pemalar bahan di atas), dipasang pada lengkung terukur sensor. Dengan pekali yang baik, persamaan ini bertahan dalam beberapa ratus darjah merentasi rentang penarafan. Mikropengawal menilainya beberapa kali sesaat, jadi kos pengiraan boleh diabaikan.

Mana-mana kaedah yang digunakan, sensor itu sendiri membawa toleransi. Termistor NTC standard mempunyai toleransi rintangan kira-kira ±1% pada 25°C dan toleransi nilai B sebanyak ±1%, yang bersama-sama diterjemahkan kepada kira-kira ±0.5°C hingga ±1°C ralat pada 100°C. Jika reka bentuk memerlukan ketepatan yang lebih ketat, nyatakan penderia gred lebih tinggi atau lakukan penentukuran satu titik pada barisan pengeluaran.

Pertimbangan Praktikal Yang Menentukan Ketepatan Sebenar

Kesimpulan dahulu: ketepatan ukuran termistor ditentukan oleh pemasangan dan keadaan operasi seperti oleh elemen sensor itu sendiri. Dalam perkakas sebenar, empat faktor menyebabkan kebanyakan ralat.

Pemanasan sendiri. Arus pincang memanaskan sensor sedikit di atas medium yang diukur, mewujudkan ralat berterusan. Pastikan pelesapan kuasa di bawah kira-kira 1 mW untuk penderia manik kaca. Sebagai rujukan, sensor 10 kΩ dalam pembahagi 10 kΩ dengan bekalan 3.3 V melesap kira-kira 0.27 mW pada 25°C - selamat, tetapi mudah untuk melebihi jika voltan bekalan dinaikkan atau perintang tetap dibuat lebih besar.

Padanan nilai B. Dua penderia dengan rintangan yang sama pada 25°C tetapi nilai B berbeza membaca sama pada suhu bilik dan menyimpang secara progresif daripadanya. Sahkan bahawa nilai B penderia pengeluaran sepadan dengan pencirian dalam perisian tegar; ketidakpadanan ialah punca biasa tingkah laku "baik pada 25°C, salah pada 90°C".

Pembungkusan dan masa tindak balas. Unsur seramik kosong bertindak balas dalam sepersekian saat, tetapi enkapsulasi memperlahankannya. Manik bersalut epoksi bertindak balas dengan cepat dan sesuai dengan udara kering yang bergerak merentasi elemen pemanas; kuar logam atau silikon yang dimeterai lebih perlahan tetapi bertahan dengan air, wap dan agen pembersih. Memilih probe tertutup untuk aplikasi basah, atau manik epoksi pantas untuk aliran udara, sama pentingnya dengan spesifikasi elektrik.

Penempatan. Termistor mengukur suhu tempatannya sendiri. Ia mesti terletak sedekat mungkin dengan titik yang dikawal - elemen pemanasan, rongga memasak atau cecair yang dipanaskan. Beberapa milimeter pemisahan, draf daripada kipas penyejuk atau pendakap logam tebal yang menenggelamkan haba boleh mengalihkan bacaan beberapa darjah.

Sistem termistor gred perkakas, yang ditentukan dan dipasang dengan mengambil kira empat faktor ini, mengekalkan penentukurannya selama bertahun-tahun. Tahap kebolehramalan ini ialah perkara yang bergantung kepada pengeluar apabila mereka membina algoritma kawalan di sekitar komponen kos rendah.

Pengukuran Termistor dalam Perkakas Rumah Sebenar

Dalam peralatan pengeluaran, termistor tidak pernah berfungsi secara berasingan. Ia bersambung ke papan kawalan melalui abah-abah pendawaian, dan penyambung, wayar plumbum dan penebat adalah sebahagian daripada sistem pengukuran. Penderia dengan terminal longgar atau penebat retak menghasilkan bacaan terputus-putus yang tidak dapat diperbetulkan oleh penentukuran. Oleh itu, pengilang menilai sensor, abah-abah dan penyambung sebagai satu pemasangan dan bukannya sebagai bahagian komoditi yang berasingan.

Dalam penggoreng udara, sensor NTC memantau rongga memasak dan melaporkan kepada pengawal, yang menukar pemanas untuk menahan suhu yang ditetapkan. Penderia mesti bertindak balas dengan cepat dan kekal stabil merentasi perubahan suhu yang luas; sensor yang perlahan menyebabkan overshoot dan keperangan tidak sekata.

Penderia Suhu NTC Penggoreng Udara daripada Cixi Tengyu Penderia NTC tindak balas pantas daripada pengeluar China menyokong kawalan suhu yang stabil dalam penggoreng udara, membantu mengelakkan overshoot dan keperangan tidak sekata semasa kitaran memasak. Lihat Produk →

Cerek elektrik adalah ujian yang berbeza. Sensor dipasang pada plat pemanas dengan pengedap haba, dan perisian tegar memantau kenaikan suhu yang cepat. Jika gandingan haba menjadi lemah, cerek boleh terus memanas melepasi takat didih sebelum pengawal bertindak balas. Elemen tindak balas pantas digabungkan dengan struktur pelekap yang boleh dipercayai menjadikan cerek elektrik dimatikan setiap kali.

Pembekal Penderia Suhu NTC Cerek Elektrik Pembekal ini menawarkan penderia NTC untuk cerek elektrik, dengan gandingan haba dan tindak balas pantas untuk mengelakkan terlalu panas, memastikan penutupan yang boleh dipercayai semasa mendidih. Lihat Produk →

Periuk nasi mengambil prinsip yang sama lebih jauh. Penderia terletak di bawah periuk dalam, dan pengawal memerhatikan kadar kenaikan suhu untuk menentukan bila air telah diserap, kemudian menurunkan kuasa untuk memanaskan badan. Ia adalah aplikasi termistor klasik: penderia kos rendah, pembahagi mudah dan lengkung yang dicirikan dengan baik bekerja bersama-sama untuk menghasilkan hasil memasak yang konsisten. Pendekatan yang sama muncul dalam pembuat susu soya, pemproses makanan dan periuk tekanan elektrik.

Periuk Nasi Pengeluar Sensor Suhu NTC Penderia daripada pembuat ini sesuai untuk periuk nasi, memantau kenaikan suhu untuk menguruskan penyerapan air dan fungsi memanaskan badan, menyokong hasil memasak yang konsisten. Lihat Produk →

Dari sudut perolehan, persoalan praktikal bukanlah sama ada termistor mengukur suhu dengan baik - mereka lakukan - tetapi sama ada sensor yang dibekalkan dicirikan dengan lengkung R-T yang betul, dibungkus untuk persekitaran sebenar dan dihantar dengan pendawaian yang bertahan dalam pemasangan dan penggunaan harian. Memilih a abah-abah pendawaian dan pengeluar penderia suhu NTC yang mengawal semua elemen tersebut bersama-sama mengelakkan masalah ketidakpadanan yang muncul selepas produk sampai ke lapangan.

Garis Bawah

Termistor mengukur suhu kerana rintangannya mengikuti lengkung yang boleh berulang dan difahami dengan baik. Rantaiannya pendek: pembahagi voltan menukar rintangan kepada voltan, ADC mendigitalkan voltan itu, dan jadual carian atau persamaan Steinhart-Hart menukarnya kepada suhu. Ketepatan sebenar datang daripada butiran yang tidak ditunjukkan oleh persamaan - pemanasan sendiri, padanan nilai B, pembungkusan, peletakan dan pendawaian yang menghubungkan sensor ke pengawal. Kendalikan butiran tersebut dengan betul dan komponen yang berharga beberapa sen seunit memegang perkakas dalam satu atau dua darjah sasarannya selama bertahun-tahun operasi harian.