Trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử, đo lường và kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng.như các thiết bị cảm biến nhiệt độ nhỏ gọn và hiệu quả, đang đóng một vai trò ngày càng quan trọng. Nhưng làm thế nào chính xác các bộ đo nhiệt NTC đạt được cảm biến nhiệt độ?Và làm thế nào các kỹ sư nên lựa chọn và tối ưu hóa NTC thermistors để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng đa dạng? Bài viết này cung cấp một phân tích chuyên sâu về công nghệ nhiệt tần NTC, các đặc điểm chính và các cân nhắc thực tế, cung cấp một hướng dẫn kỹ thuật toàn diện cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu.

1. NTC Thermistors: Cốt lõi của cảm biến nhiệt độ

NTC thermistors là các điện trở bán dẫn chuyên biệt có đặc điểm xác định là sự giảm đáng kể điện trở khi nhiệt độ tăng.Tính nhạy nhiệt độ độc đáo này xuất phát từ thành phần vật liệu và cơ chế vật lý của chúngThông thường được sản xuất từ các vật liệu gốm bán dẫn polycrystalline với cấu trúc spinel, NTC thermistors chủ yếu bao gồm các oxit kim loại như mangan, niken, cobalt, sắt,và đồng.

Không giống như các dây dẫn kim loại thông thường, nơi mà điện trở phát sinh từ rung động nguyên tử cản trở chuyển động điện tử tự do,Nhiệt biến NTC hoạt động trên một cơ chế "chuyển dẫn nhảy" liên quan đến các electron tự do và cặp lỗKhi nhiệt độ tăng lên, nồng độ của các chất mang điện tích này tăng lên trong vật liệu, tăng lưu lượng điện tích và do đó giảm kháng cự.Cơ chế dẫn điện này có thể được giải thích thông qua lý thuyết băng tần, cho thấy mối quan hệ nội tại giữa cấu trúc điện tử của vật liệu và tính chất dẫn của nó.

Bằng cách kiểm soát chính xác thành phần vật liệu và quy trình sản xuất, các kỹ sư có thể tinh chỉnh các đặc điểm nhiệt độ của các bộ nhiệt NTC để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cụ thể.

2Các đặc điểm chính của NTC Thermistors

Sự thay đổi điện trở trong nhiệt kế NTC bị ảnh hưởng bởi cả nhiệt độ môi trường và hiệu ứng tự sưởi ấm.trong khi tự sưởi ấm kết quả từ Joule sưởi ấm khi dòng chảy đi qua nhiệt điệnPhân tích các đặc điểm của nhiệt điện NTC thường phân biệt giữa các điều kiện "không tải" và "đầy".

2.1 Đặc điểm của nhiệt tần NTC không tải

Trong điều kiện không tải, khi tự sưởi ấm là không đáng kể, hành vi của nhiệt tần NTC chủ yếu được xác định bởi tính chất vật liệu và nhiệt độ môi trường xung quanh.

2.1.1 Đặc điểm nhiệt độ kháng (R/T)

Mối quan hệ giữa điện trở của nhiệt điện NTC và nhiệt độ tuyệt đối có thể được ước tính bằng một hàm hàm số:

Ở đâu:

• R₁: Kháng (Ω) ở nhiệt độ T₁(K)
• R₂: Kháng chiếu (Ω) ở nhiệt độ T₂(K)
• B: Hằng số vật liệu (K)

Trong khi phương trình này cung cấp một phương trình toán học,Các ứng dụng thực tế thường sử dụng các bảng R / T toàn diện xác định các giá trị kháng chính xác trên toàn bộ phạm vi nhiệt độ hoạt động, cung cấp độ chính xác cao hơn so với công thức đơn giản.

2.1.2 Giá trị B

Giá trị B là một thông số quan trọng đại diện cho độ nghiêng của đường cong nhiệt độ kháng cự, cho thấy độ nhạy của kháng cự đối với sự thay đổi nhiệt độ.,Nó được tính như sau:

Kể từ khi mô hình biểu thức là một ước tính, giá trị B không hoàn toàn không đổi nhưng thay đổi một chút trên các phạm vi nhiệt độ._25/85Chỉ định phạm vi nhiệt độ (25 °C đến 85 °C trong trường hợp này) để tính giá trị B.

Các vật liệu NTC phổ biến có giá trị B thường dao động từ 3000K đến 5000K. Lựa chọn phụ thuộc vào các yêu cầu ứng dụng và liên quan đến việc cân bằng kháng lượng danh nghĩa với các hạn chế khác,vì không phải tất cả các giá trị B đều phù hợp với mọi loại gói NTC.

2.1.3 Tỷ lệ nhiệt độ

Các hệ số nhiệt độ (α) xác định tỷ lệ tương đối của sự thay đổi kháng với nhiệt độ:

Tỷ lệ này thường là âm, phản ánh hành vi của NTC.Độ lớn của nó trực tiếp ảnh hưởng đến độ nhạy của phép đo nhiệt độ.

2.1.4 Sự khoan dung

Độ khoan dung chỉ định độ lệch cho phép so với các giá trị kháng số, thường được tham chiếu ở 25 °C (mặc dù có thể được chỉ định các nhiệt độ khác).Độ khoan dung kháng cự tổng thể ở nhiệt độ nhất định xem xét cả độ khoan dung kháng cự tham chiếu và biến đổi giá trị B.

Độ khoan dung nhiệt độ có thể được rút ra như sau:

Đối với các phép đo chính xác, bảng R / T tiêu chuẩn được khuyến cáo hơn các phép tính đơn giản.

2.2 Đặc điểm tải điện

2.2.1 Hằng số phân tán nhiệt (δ_th)

Khi dòng chảy qua nhiệt điện, sưởi ấm Joule gây tự sưởi ấm được mô tả bởi:

Như thế:

Được thể hiện trong mW/K, δ_thcho thấy công suất cần thiết để nâng nhiệt độ nhiệt hồi lên 1K. Giá trị cao hơn có nghĩa là phân tán nhiệt tốt hơn cho môi trường.Lưu ý rằng các đặc điểm nhiệt được công bố thường giả định điều kiện không khí tĩnh ôi môi trường khác nhau hoặc xử lý sau sản xuất có thể thay đổi các giá trị này.

2.2.2 Tính năng điện áp/điện

Dưới nguồn điện liên tục, nhiệt độ nhiệt hồi tăng mạnh ban đầu trước khi ổn định khi tiêu hao năng lượng cân bằng sản xuất nhiệt.Mối quan hệ điện áp-điện trong trạng thái cân bằng nhiệt là:

hoặc

Lập kế hoạch điện áp so với dòng điện ở nhiệt độ liên tục cho thấy bốn khu vực đặc trưng:

1. Khu vực tuyến tính với tự sưởi ấm không đáng kể (tiện ích cảm biến nhiệt độ)
2. Sự gia tăng không tuyến tính đến điện áp tối đa
3. Điểm điện áp đỉnh
4. Vùng kháng âm (được sử dụng trong các ứng dụng giới hạn dòng hoặc cảm biến mức độ chất lỏng)

2.2.3 Sức mạnh tối đa (P)₂₅)

P₂₅đại diện cho công suất tối đa mà nhiệt hồi có thể xử lý ở nhiệt độ 25 °C trong không khí tĩnh. Hoạt động ở mức này đặt thiết bị vào vùng tự sưởi ấm,thường nên tránh trừ khi được yêu cầu cụ thể trong ứng dụng.

2.2.4 Hằng số thời gian nhiệt (τ)

Khi cảm biến nhiệt độ ở T₁được đặt trong môi trường ở T₂, nhiệt độ của nó thay đổi theo cấp số nhân:

Hằng số thời gian τ (Tau 63,2) được định nghĩa là thời gian cần thiết để 63,2% tổng thay đổi nhiệt độ xảy ra.

• Thiết kế cảm biến (vật liệu, lắp ráp)
• Phương pháp lắp đặt (đặt trên bề mặt, ngâm)
• Môi trường (dòng không khí, chất lỏng)