Термисторы NTC

Термисторы NTC (с отрицательным температурным коэффициентом) являются термочувствительными полупроводниковыми резисторами, сопротивление которых уменьшается при повышении температуры. При –2%/K –6%/K отрицательные температурные коэффициенты сопротивления примерно в 10 раз больше, чем у металлов, и примерно в 5 раз больше, чем у кремниевых датчиков температуры.

Изменения сопротивления термистора NTC могут быть вызваны как внешним путем, колебанием температуры окружающей среды, так и внутренним — путем самонагрева, вызванного протеканием тока через элемент.

Стандарт IEC 60539-1:2022 применим к термисторам прямого нагрева с отрицательным температурным коэффициентом, обычно изготавливаемым из материалов на основе оксидов переходных металлов с полупроводниковыми свойствами. Он устанавливает стандартные условия, процедуры проверки и методы испытаний для использования в секционных и подробных спецификациях электронных компонентов для оценки качества или для любых других целей.

Итак, термисторы NTC — это, по-сути, нелинейные резисторы, которые изменяют свою характеристику сопротивления в зависимости от температуры. Проще говоря, с ростом температуры сопротивление термистора уменьшается, а с уменьшением температуры — увеличивается.

NTC термистор и бета (β)

Есть два важных уравнения, которые обычно используются для определения зависимости сопротивления от температуры для термисторов NTC: уравнение Бета и уравнение Стейнхарта-Харта. Значение бета-константы (β) указывает на форму кривой, которая отображает зависимость между сопротивлением и температурой конкретного термистора.

Расчет значения бета-константы термистора NTC использует двухточечную калибровку для вычисления сопротивление в зависимости от температурной кривой и учитывает требуемое сопротивление в обеих температурных точках. Оно измеряется в градусах Кельвина.

Вот четыре основных компонента расчетов термистора NTC (β):

1. Сопротивление при температуре 1 (RT1 в Ом)
2. Сопротивление при температуре 2 (RT2 в Ом)
3. Температура 1 (T1 в К)
4. Температура 2 (T2 в К)

Формула для расчета:

Как правило, он рассчитывается на основе измерений при 25°C и 100°C, указанных в B 25/100 K, или других нужных температурных точках.

Далее пример расчета бета-коэффициента 10K NTC термистора. Значения R/T, используемые здесь, взяты из паспорта термистора 10K NTC с бета-коэффициентом 3977K ±1% (B (25/85) ).

• RT1 =10000 Ом
• RT2 = 1070 Ом
• T1 = 25°C = 298,15 К
• T2 = 85°C = 358,15 К

Значит коэффициент β (К) = 3977,51

Это и есть значение бета (3977K ±1%), указанное в соответствующем техническом описании к элементу.

В следующем примере расчета цель состоит в том, чтобы найти термистор с указанным сопротивлением для определенного проекта.

Требуемые значения:

• RT1 = 10000 Ом
• RT2 = 1451 Ом
• T1 = 25°C = 298,15 К
• T2 = 85°C = 358,15 К

Значит коэффициент β (К) = 3435,43

По итогам рекомендуется использовать термистор NTC 10K со значением бета 3435K ±1% K (B (25/85) ).

Как видите, значение бета является показателем формы кривой, которая отображает зависимость между сопротивлением и температурой конкретного термистора. Оценка значения бета для получения правильной характеристики при заданной температуре в зависимости от сопротивления для конкретного применения является важным шагом в процессе выбора термистора.

NTC термистор и Steinhart-Hart (SH)

Уравнение Стейнхарта-Харта — это эмпирическое выражение, которое было определено как наиболее подходящее математическое выражение для описания зависимости сопротивления от температуры термисторов NTC. Наиболее распространенное применимое уравнение, когда сопротивление известно, а температуру необходимо найти, выглядит следующим образом:

Где T измеряется в градусах Кельвина (К), а A, B, C — коэффициенты, полученные путем измерения термистора при трех равномерно распределенных различных температурах (не менее 10° друг от друга).

Значение β в K описывает кривую термистора, но не так точно. А вот коэффициенты Стейнхарта-Харта (A, B, C) более точны во всем рабочем диапазоне. То есть, наличие этих параметров позволяет более точно сформировать кривую по всей рабочей температуре.

Производители термисторов могут предоставлять типичные значения коэффициентов A, B, C, или вы можете откалибровать эти значения самостоятельно для большей точности.

Итак, приведём пример. Коэффициенты A, B, C определяются путем измерения сопротивления случайно выбранного термистора NTC сопротивлением 10 кОм при трех уровнях температуры и обработки их с помощью онлайн-калькулятора термисторов.

• T1 = 25,00 °C → R1 = 10000 Ом
• T2 = 45,00 °C → R2 = 4367 Ом
• T3 = 65,00 °C → R3 = 2082 Ом

Для рассматриваемого термистора NTC 10К значения констант A, B, C равны:

• А = 1,130801397 е-3
• В = 2,338433402 е-4
• С = 0,8887342465 е-7

Теперь перейдем к практическому проекту, ведь стандартные NTC-термисторы можно использовать как достаточно хорошие эталонные термометры.

NTC термистор и Arduino

Давайте соберем простую схему для считывания температуры термистора NTC сопротивлением 10 К с помощью Arduino Uno. Вы можете скопировать код здесь.

#include
<LiquidCrystal.h>

int ThermistorPin =
1; //A1
int Vo;
float R1 = 10000;
//R value in Ω
float logR2, R2, T;
float A =
1.130801397e-03, B = 2.338433402e-04, C = 0.8887342465e-07; //S-H Coefficients*
LiquidCrystal
lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
//LiquidCrystal
lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7); //FOR UNO LCD SHIELD

/*
LCD RS pin to digital pin 12
LCD Enable (E) pin to digital pin 11
LCD D4 pin to digital pin 5
LCD D5 pin to digital pin 4
LCD D6 pin to digital pin 3
LCD D7 pin to digital pin 2
LCD R/W pin to GND
LCD VSS pin to GND
LCD VCC (VDD) pin to 5V
LCD LED+ (A) to 5V through a 220Ω resistor
LCD LED- (K) to GND
& Pot Wiper to LCD V0 (VEE) pin 3
*/
void setup() {
Serial.begin(9600);
}

void loop() {
Vo = analogRead(ThermistorPin);
R2 = R1 * (1023.0 / (float)Vo – 1.0);
logR2 = log(R2);
T = (1.0 / (A + B * logR2 + C * logR2 * logR2
* logR2)); //S-H Equation
T = T
– 273.15; //K to ⁰C Conversion
lcd.print(“TEMP = “);
lcd.print(T);
lcd.print(” C”);
delay(500); //Time delay 500 Milliseconds
lcd.clear();
}

После чего не забудьте заменить существующие коэффициенты A, B, C правильными значениями, основанными на расчетах, выполненных для выбранного вами NTC-термистора.

Кроме того, сопротивление термистора NTC при 25 °C и значение подтягивающего резистора R1, используемого в этой схеме, должны иметь одинаковое значение для лучшей точности (например, сопротивление R1 должно быть 10 кОм для термистора NTC 10 кОм).

Если все правильно настроить и спаять, получим на экране показания окружающей температуры. Вы можете проверить отображаемые показания используя стандартный цифровой термометр для сравнения результатов.

Кодировка NTC-термистора

Ну а что касается расшифровки его обозначения — тут всё совсем просто. NTC указывает на тип термистора (отрицательный ТК), далее его сопротивление при температуре 25 С и диаметр корпуса.