NTC термистор: характеристики и другая необходима информация

NTC термисторы широко используются в электронике и бытовой технике для измерения температуры. Давайте разберемся, что это за элемент, какие у него основные характеристики и особенности применения. Эта информация будет полезна как для начинающих, так и опытных электронщиков.

Что такое NTC термистор

NTC термистор - это полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого уменьшается с ростом температуры. NTC означает «отрицательный температурный коэффициент» (negative temperature coefficient). В отличие от термисторов PTC, сопротивление которых растет при нагревании.

Терморезистор (термистор, термосопротивление) — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры.

NTC термисторы изготавливаются из материалов с высоким температурным коэффициентом сопротивления, который обычно на порядки выше, чем у металлов и сплавов. NTC термисторы нашли широкое применение как датчики температуры в электронике и бытовой технике.

Устройство NTC термистора

Внутри NTC термистора находится полупроводниковый резистивный элемент. Он изготавливается методом порошковой металлургии из оксидов, галогенидов или халькогенидов металлов.

Резистивный элемент может иметь различную форму и размеры - от микроскопических частиц до стержней или дисков в несколько сантиметров.

NTC термисторы выпускаются в разных типах корпусов:

• Бисерный - сферический корпус из стекла или керамики
• Дисковый - плоский цилиндр с выводами с боков
• Чиповый - кремниевый кристалл в пластмассовом или металлическом корпусе
• Стеклянный - герметичный стеклянный баллон с выводами

Бисерные термисторы отличаются высокой механической прочностью и небольшими размерами. Дисковые более технологичны для монтажа на печатную плату. Стеклянные термисторы могут работать при очень высоких температурах.

Маркировка и обозначения

Маркировка NTC термисторов может наноситься несколькими способами:

• Буквенно-цифровые коды
• Цветные кольца или точки
• Комбинированная маркировка

Расшифровка маркировки бывает довольно сложной и зависит от конкретного производителя. Но в большинстве случаев первая цифра обозначает номинальное сопротивление в омах при 25°C.

Например, термистор с маркировкой 10K будет иметь сопротивление 10 кОм при 25°C. А маркировка 103AT означает номинал 10 кОм и допустимый ток 3 мА.

Все производители уточняют расшифровку маркировки для своей продукции в технической документации.

Поэтому для правильного понимания обозначений лучше обращаться к спецификациям на конкретную модель термистора.

Основные параметры и характеристики

Для выбора подходящего NTC термистора необходимо ориентироваться на его основные характеристики:

• Номинальное сопротивление R25 при 25°C
• Рабочий температурный диапазон
• Температурный коэффициент сопротивления (ТКС)
• Максимальная рассеиваемая мощность
• Допустимое напряжение и ток

Номинальное сопротивление R25 определяет базовое значение сопротивления термистора при комнатной температуре 25°C. Чаще всего используются номиналы от 1 кОм до 1 МОм.

Рабочий температурный диапазон задает пределы, в которых термистор может корректно функционировать. Для NTC термисторов он обычно составляет от -40 до +125°C.

ТКС показывает, на сколько процентов изменится сопротивление термистора при нагреве на 1 градус. У NTC термисторов ТКС всегда отрицательный и составляет около -4%/°C.

По максимальной мощности рассеяния можно рассчитать допустимые ток и напряжение для конкретного термистора.

При подборе термистора нужно учитывать все эти параметры, чтобы обеспечить надежную работу в заданном диапазоне температур.

Способы подключения в схеме

Существует несколько типовых схем включения NTC термисторов:

• В делитель напряжения
• В мостовую схему
• С усилителем

Простейший вариант - использование термистора в делителе напряжения. Напряжение делителя будет зависеть от сопротивления термистора, а значит и от температуры. Это напряжение можно измерять АЦП микроконтроллера.

Для более точных измерений применяют мостовую схему на операционных усилителях. Она позволяет скомпенсировать погрешности от сопротивления соединительных проводов.

Подключение через усилитель увеличивает чувствительность и позволяет более точно измерять малые изменения сопротивления термистора.

Выбор схемы зависит от требований к точности измерения температуры и условий эксплуатации.

Проверка и тестирование термистора

Перед установкой NTC термистора в схему рекомендуется провести его проверку и тестирование. Это позволит убедиться в работоспособности термистора и измерить его фактические характеристики.

Простейший способ проверки - измерение сопротивления мультиметром в режиме омметра. Сопротивление годного термистора должно соответствовать указанному в даташите производителя для данной температуры.

Другой распространенный метод - определение ТКС с помощью паяльника. Нагревая термистор, можно замерить изменение его сопротивления и рассчитать температурный коэффициент.

Типичные неисправности

К типичным неисправностям NTC термисторов относятся:

• Обрыв
• Короткое замыкание
• Увеличение сопротивления из-за старения
• Нарушение герметичности корпуса
• Механические повреждения

При обрыве термистор имеет очень высокое или бесконечное сопротивление. При коротком замыкании наоборот - практически нулевое.

Со временем сопротивление термистора при одной и той же температуре может увеличиваться - это нормальное старение. Но резкий рост говорит о неисправности.

Замена и аналоги

При выходе из строя термистор можно заменить на аналогичный с такими же параметрами. Среди популярных аналогов можно выделить:

• Для термистора NTC 15</code> - K157, RA15
• Для термистора NTC 3950 - 2322 640 89802, TH58-2
• Для термистора NTC 100</code> - TS1K0, PT100

Также возможна замена на обычный резистор с определенным номиналом, но при этом будет потеряна функция термокомпенсации.

Примеры применения термисторов

Рассмотрим несколько примеров использования NTC термисторов:

• Датчик температуры воды в бытовом водонагревателе с термистором NTC 15</code>
• Датчик температуры воздуха в автомобиле с термистором NTC 3950
• Защита от перегрева двигателя с термистором NTC 100</code>
• Датчик уровня жидкости в стиральной машине с термистором NTC MF58

Правильный подбор модели термистора позволяет реализовать нужный диапазон измеряемых температур и обеспечить надежную работу устройства.

Безопасность при работе с термисторами

При монтаже и эксплуатации термисторов нужно соблюдать меры электробезопасности:

• Использовать заземление и экранирование
• Учитывать максимально допустимые напряжение и ток
• Обеспечивать надежную изоляцию токоведущих частей
• Исключить возможность короткого замыкания

Также важно правильно рассчитать тепловой режим термистора и предусмотреть при необходимости охлаждение.

Выбор NTC термистора

При выборе конкретной модели NTC термистора для использования в схеме нужно учитывать следующие критерии:

• Необходимый диапазон рабочих температур
• Требуемая точность измерения температуры
• Допустимый ток через термистор
• Совместимость по габаритам и типу корпуса
• Условия эксплуатации: влажность, вибрации, удары

Для precision measurement следует выбирать термисторы с минимальной температурной нестабильностью (порядка 0,02%/°C).

В узлах защиты от перегрева допустимо использовать менее стабильные модели с погрешностью до 1%.

Градуировка термистора

Для повышения точности измерений полезно провести индивидуальную градуировку конкретного экземпляра термистора.

Градуировка выполняется в климатической камере путем измерения зависимости R(T) при различных фиксированных температурах. Полученные данные аппроксимируются подходящей кривой.

В дальнейшем при работе схемы используются коэффициенты из полученного уравнения градуировочной кривой.

Дрейф параметров термистора

Со временем характеристики термистора могут дрейфовать из-за старения, что приводит к появлению дополнительной погрешности.

Для компенсации дрейфа периодически требуется повторная градуировка. Интервал между градуировками выбирается исходя из скорости дрейфа конкретного типа термистора.

Защита термистора от перегрева

Превышение максимально допустимой температуры может привести к необратимому изменению характеристик или выходу термистора из строя.

Для защиты от перегрева рекомендуется использовать термистор с запасом по максимальной температуре и ограничивать ток через него.

Также эффективно применение радиаторов и датчиков температуры для отключения нагревателя при превышении заданного порога, например с термистором NTC 47D-15</code>.

Пайка и монтаж термистора

При монтаже NTC термистора важно обеспечить надежный тепловой контакт с объектом, температуру которого нужно контролировать.

Для улучшения теплопередачи применяют теплопроводящие пасты и клеи. Также важен правильный выбор точки крепления и способа пайки.

Пайку желательно выполнять с использованием термофена, избегая перегрева. После пайки рекомендуется очистить плату от остатков флюса.

Терморегулирование с NTC термисторами

NTC термисторы часто используются в системах терморегулирования для стабилизации температуры объекта.

Простая схема терморегулятора может содержать термистор, реле и нагревательный элемент. При снижении температуры ниже уставки реле включает нагреватель.

Для плавного регулирования применяются схемы на основе ШИМ и транзисторных ключей, изменяющие мощность нагревателя.

Термокомпенсация с помощью NTC термисторов

Еще одно распространенное применение NTC термисторов - термокомпенсация параметров электронных узлов.

Подключая термистор параллельно резистору, можно скомпенсировать температурный дрейф выходного напряжения усилителя.

Термокомпенсация повышает стабильность работы радиоэлектронной аппаратуры в широком диапазоне температур.

Цифровые датчики температуры

Современные микроконтроллеры часто имеют встроенные АЦП, позволяющие подключать NTC термистор напрямую, без дополнительных аналоговых схем.

Это упрощает разработку цифровых датчиков температуры для использования в системах "умный дом", метеостанциях, терморегуляторах и другом оборудовании.

Мостовые измерительные схемы на NTC термисторах

Для прецизионных измерений температуры используют мостовые схемы с термисторами в плечах.

Мост позволяет скомпенсировать сопротивления соединительных проводов и получить высокую точность.

Выходным сигналом служит разбаланс моста, пропорциональный температуре. Его можно усиливать для дальнейшей обработки.

NTC термисторы в промышленности

В промышленных контроллерах и системах АСУ ТП широко применяются NTC термисторы для измерения температуры в технологических процессах.

Они используются в датчиках температуры жидкости, газов, для контроля нагрева оборудования и многих других задач.

В промышленности предъявляются повышенные требования к стабильности и сроку службы термисторов.

Теперь вы знаете, что NTC термистор - это полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого уменьшается с ростом температуры. NTC означает «отрицательный температурный коэффициент» (negative temperature coefficient). В отличие от термисторов PTC, сопротивление которых растет при нагревании.