NTC熱敏電阻體積可以小到一粒綠豆那么大,但功能卻非常重要。如果使用不當,就等同于玩火,毀壞整個電路或設備。
以下以株式會社村田制作所的FTN系列NTC熱敏電阻(扁薄頭絕緣溫度傳感器)為例,介紹NTC熱敏電阻的電氣操作、應用事項、測試數據,以及常見問題。
一、電氣操作
(1)電阻- 溫度特性
NTC熱敏電阻產品的電阻-溫度(R-T)特性非常關鍵,電阻值相對于溫度呈指數級變化。R-T曲線顯示了每一攝氏度階躍時的電阻值,其中“R-中心”是各溫度時的典型電阻,“R-低”和“R-高”分別是電阻的下限和上限。
電阻- 溫度特性圖
(2)恒壓驅動
在常用的溫度傳感電路中,通常將熱敏電阻和普通電阻器串聯連接,并施加以恒定電壓(Vin)。這被稱為恒定電壓驅動,熱敏電阻上的電壓(Vout)可以通過公式計算:
Vout = Vin x RNTC / ( RNTC + R )
電壓溫度曲線圖
在寬泛的檢測溫度范圍,可獲取顯著的電壓變化。該電壓變化與溫度相關。具體地說,直接將熱敏電阻連接至微控制器裝置(MCU)的模擬-數字(A/D)端口上以進行A/D轉換,可以通過MCU的邏輯將A/D轉換值視為溫度信息。
例如,為了在一定溫度時顯示警告,需要編程MCU以便在檢測到A/D轉換值相當于溫度時發出警告。
(3)A/D轉換器電壓增益和分辨率
相對于溫度的電壓變化(增益)。即便處于溫度檢測范圍(-20至+85℃)的下限和上限,增益變為最小時,仍可以獲得超過10mV/℃的增益。
電壓增益圖
(4)熱敏電阻和電阻器允許公差的估計誤差
在使用具有±1%電阻偏差偏差的熱敏電阻和電阻器時獲取的電壓-溫度特性,給出了電壓的典型值、下限和上限。
在中心值為零(0)時,幾乎沒有什么溫度差別。+60℃時可觀察到約±1.0℃的溫度誤差,+85℃時可觀察到約±1.5℃的溫度誤差。
雖然熱敏電阻精度可能不佳,但其用于監測電子設備中的溫度仍足夠可靠。使用熱敏電阻和電阻器的正常允許公差,可以提供非常高的性價比。
(5)熱敏電阻和ADC的外施電壓
熱敏電阻的外施電壓(Vin)和MCU中的ADC的電壓(Vref)來自相同的電壓源。ADC的輸入電壓(VNTC)將根據Vin(=Vref)變化,電壓變化在理論上取消。
電壓源將被加以規范,但它還是有一定的誤差或波動。該誤差對溫度感應精度有直接的負面影響。因此,強烈推薦使用此類差分電壓檢測。
(6)取消低頻率噪聲的電容器
建議使用與熱敏電阻或電阻器并聯的電容器。由于ADC的采樣周期和/或電路中周圍部件的影響,將觀察到VNTC的低頻率噪聲。此類噪聲可使用并聯電容器去除。普遍使用的電容器靜電容量為0.01uF至1uF。在選擇靜電容量時,請參考ADC和/或MPU的數據表和/或應用說明。
與熱敏電阻或電阻器并聯的電容器圖
二、參考應用
(1)要檢測皮膚溫度
FTN系列適用于為如可穿戴式設備等醫療保健和醫學應用檢測皮膚溫度。皮膚溫度檢測需要NTC熱敏電阻隔熱。NTC熱敏電阻是半導體,因此NTC熱敏電阻無法直接安裝在機身的金屬上,因為該金屬用于從人體導熱及耐汗液等。FTN系列產品具有隔熱功能。因此,它可以方便地設計和組裝。
皮膚溫度檢測圖像
(2)要檢測機身溫度,防止低溫受傷
FTN系列適合于手持式設備檢測機身溫度,以防止低溫傷害。手持式設備的內部空間非常狹小。因此,FTN系列和其部件之間需要安裝在PCB上的隔熱方法。FTN系列產品具有隔熱功能。因此,它可以方便地設計和組裝。
機身溫度檢測圖像
(3)檢測電源模塊的溫度
FTN系列適用于電源模塊過熱檢測。FTN可用于導線結合安裝方法,使得FTN可設置在如IGBT等功率半導體附近。這意味著FTN可以快速檢測精確的功率半導體的溫度。
電源模塊的溫度檢測圖像
三、測試數據
(1)絕緣電阻和擊穿電壓
FTN系列包含帶樹脂塑模芯片的NTC熱敏電阻,因此FTN系列產品具有隔熱功能。
測試條件圖
(2)響應時間
FTN系列能快速檢測溫度變化。這里的加熱器被假定為人體皮膚的溫度。
測試條件圖
FTN系列NTC熱敏電阻與該公司的普通芯片NTC熱敏電阻相同,可以通過其電子隔離器直接連接到金屬散熱器或機身。由于樹脂塑模結構簡潔,FTN系列具有很高的機械應力強度,良好的耐用性和較長使用壽命,能為電子設備提供安全可靠的發熱保護。
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