Датчик ntc: что это такое, виды, способы применения, схемы подключения

Проверка, замена температурных датчиков NTC

Сама установка элементарная — датчик втыкается в посадочные гнездо, подсоединяются жилы его кабеля на клеммы, также проводки можно соединить скруткой, пайкой, обжимкой. Обычно проводки питания заходят на плату терморегулятора, термостата.

Ниже на фото замена датчика для измерения температуры в комнате с 5-метровым кабелем для котла отопления. Управление и настройка осуществляется терморегулятором, он может быть в комплекте агрегата или докупается отдельно.

Поломки, диагностика, ремонт

Датчики NTC обычно ломаются из-за влияний среды, например, в котлах, бойлерах на них налипает накипь, внутрь попадает теплоноситель.

Проверка состоит в замере мультиметром сопротивления при определенной температуре и в сравнении результата со спецификацией. В нашем случае 2 тестируемые датчики на фото ниже исправные, R около 10 кОм, что соответствует примерно +25° C (температура помещения, где находятся изделия).

Датчик положили на металлическую гирьку для охлаждения, видим, что сопр. при понижении t° растет (показатель на фото соответствует около +21). На втором фото сенсор сняли с охлаждения — R падает при повышении t°.

Итак, для проверки потребуется термометр, мультиметр и таблица зависимости температуры, которую можно скачать в сети для конкретных моделей датчиков для имеющейся марки котла, холодильника и прочего, пример (правая графа — Омы, левая — °C):

Разновидности симптомов поломки:

если на датчике нет никакого сопротивления, это означает обрыв;
если R сильно отличается от спецификации — внутренняя поломка самого термистора;
сопр. соответствует температуре, но в каком-то интервале детектор начинает врать или вообще перестает измерять. Тогда котел тоже уходит в аварийный режим.

Признаки поломки элемента на котле (подобные и на всех бытовых приборах):

сразу (неск. сек.) после включения, активации помпы уходит в аварийный режим;
после сброса ошибки все повторяется;
после открытия крана горячей воды котел выдает ошибку. Скорее всего, сломан сенсор на патрубке для теплой жидкости;
внезапная остановка;
несоответствие выдаваемой температуры настроенным значениям, прибор может постоянно нагревать (пока не сработает ограничение, предохранение от перегрева);
скачки t° или вообще нет нагрева/охлаждения.

NTС датчик, а тем более его терморезистор, не ремонтируется — надо заменить на аналогичный. Исключение составляют случаи, когда закисли контакты, появилась накипь, и это причина поломки, тогда ножки элементов зачищаются.

Для приборов и оборудования (холодильники, стиралки, котлы, автомобили) такие изделия продаются в спецмагазинах, сервисных центрах.

Желательно иметь в запасе заведомо исправную деталь, чтобы провести диагностику со 100 % точностью. Потребуется всего лишь подключить новый термистор и посмотреть, как будет работать агрегат.

Почти всегда, когда котел, бойлер, пол включается, то есть сама электросистема исправная, но наблюдаются странности, некорректности по работе, связанной с температурой причина в термодатчике. Его проверяют в первую очередь, тем более, что процедура простая. Есть также приборы с самодиагностикой — выдают на дисплее, светодиодами, звуком код ошибки, тогда определить неисправность сенсора еще легче.

Диод как датчик температуры- функция полупроводника

Диод — наипростейший по своей комплектации прибор, обладающий свойствами полупроводника.

Между двумя крайностями диода (донорной и акцепторной) пролегает область пространственного заряда, иначе: p-n-переход. Этот «мост» обеспечивает проникновение электронов из одной части в другую, поэтому, в силу разноимённости составляющих его зарядов, внутри диода возникает довольно малый по силе, но всё-таки ток. Движение электронов по диоду происходит только в одну сторону. Обратный ход конечно есть, но совершенно незначительный, а при попытке подключить в этом направлении источник питания диод запирается обратным напряжением. Это увеличивает плотность вещества и возникает диффузия. Кстати, именно по этой причине диод носит название полупроводникового вентиля (в одну сторону движение есть, в другую — нет).

Если попытаться повысить температуру диода, то количество неосновных носителей (электронов двигающихся в обратном основному направлении) увеличится, а p-n-переход начнёт разрушаться.

Принцип взаимодействия между падением напряжения на диодном p-n-переходе и температурой самого диода была выявлена практически сразу после того, как он был сконструирован.

В результате p-n-переход диода из кремния — это наиболее простой температурный датчик. Его ТКН (температурный коэффициент напряжения) составляет 3 милливольта на градус цельсия, а точка прямого падения напряжения — около 0,7В.

Для нормальной работы данный уровень напряжения излишне мало, поэтому чаще используется не сам диод, а транзисторные p-n-переходы в комплекте с базовым делителем напряжения.

В результате, конструкция по своим качествам соответствует целой последовательности диодов. Как итог, показатель по падению напряжения может быть гораздо большим, чем 0,7В.

Поскольку ТКС (температурный коэффициент сопротивления) диода является отрицательным (- 2mV/°C), то он оказался весьма актуальным для использования в варикапах, где ему отводится роль стабилизатора резонансной частоты колебательного контура. Контроль осуществляется при помощи температуры.

Данные по падению напряжения на диодах

При анализе показаний цифрового мультиметра можно отметить, что данные по падению напряжения на p-n-переходе для кремниевых диодов составляют 690-700 мВ, а у германиевых — 400-450 мВ (хотя этот вид диодов на данный момент практически не используется). Если во время замера температура диода поднимается, то данные мультиметра напротив снизятся. Чем значительнее сила нагрева, тем значительнее падают цифровые данные.

Обычно это свойство используется для стабилизации процесса работы в электронной системе (например, для усилителей звуковых частот).

Схема термометра на диоде.

Датчики температуры для микроконтроллера

На данный момент многие схемы строятся на микроконтроллерах, сюда же можно отнести и разнообразные измерители температуры, в которых могут быть применены полупроводниковые датчики при условии, что температура при их эксплуатации не превысит 125°C.

Поскольку градуирование температурных измерителей происходит ещё на заводе, калибровать и настраивать датчики нет никакой необходимости. Получаемые от них результаты в виде цифровых данных поступают в микроконтроллер.

Применение полученной информации зависит от программного наполнения контроллера.

Помимо прочего, такие датчики могут работать в термостатном режиме, то есть (при заранее заданной программе) включаться или выключаться по достижении определённой температуры.

Однако, если опорными станут другие температурные показатели, программу придётся переписывать.

Прочие сферы применения

Хотя на сегодняшний день выбор температурных датчиков весьма широк, никто не забывает про их диодный вариант, который достаточно часто применяется в электроутюгах, электрокаминах и электронике в самом широком её смысле.

Несмотря на ограничения по температурному режиму диодные датчики имеют свои значительные плюсы:

— относительная дешевизна;

— скромные габариты;

— запросто подойдут к огромному числу электронных приборов;

— превосходная чувствительность и точность.

Благодаря всем этим качествам область применения датчиков данного типа растёт из года в год.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Проверка работоспособности

Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.

Один из видов: силовой Т122-25

Прозвонка мультиметром

Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.

На цифровых мультиметрах есть режим прозвонки, который позволяет проверять полупроводниковые приборы

Далее поочередно прикасаемся щупами к парам выводов:

При подключении щупов к аноду и катоду, прибор должен показывать обрыв — «1» или «OL» в зависимости от мультиметра. Если отображаются иные показатели хоть в одном направлении, тиристор пробит.
Между анодом и управляющим электродом (выводом) должно быть небольшое сопротивление в одном из направлений. В противоположном — обрыв. Если в обоих направлениях или обрыв, или небольшое сопротивление — элемент поврежден.

Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках

Схема проверки работоспособности тиристора мультиметром

На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между анодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.

При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)

Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:

Схема проверки тиристора при помощи лампочки и источника питания

Плюс от источника питания подаем на анод.
К катоду подключаем лампочку, второй ее вывод подключаем к минусу источника питания. Лампочка не горит, так как термистор заперт.
Кратковременно (при помощи куска проволоки или сопротивления) соединяем анод и управляющий вывод.
Лампочка загорается и продолжает гореть, хотя перемычка убрана. Термистор остается в открытом состоянии.
Если выкрутить лампочку или выключить источник питания, то лампочка, естественно, погаснет.
Если восстановить цепь/питание, она не загорится.

Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.

https://youtube.com/watch?v=tXjuTqlggUM

PTC

В отличие от рассмотренных выше терморезисторов, PTC — термисторы, имеющие положительный коэффициент сопротивления. Это означает, что в случае нагрева детали увеличивается и ее сопротивление. Такие изделия активно применялись в старых телевизорах, оборудованных цветными телескопами.

Сегодня выделяется два типа PTC-терморезисторов (от числа выводов) — с двумя и тремя отпайками. Отличие трехвыводных изделий заключается в том, что в их состав входит два позитрона, имеющих вид «таблеток», устанавливаемых в одном корпусе.

Внешне может показаться, что эти элементы идентичны, но на практике это не так. Одна из «таблеток» имеет меньший размер. Отличается и сопротивление — от 1,3 до 3,6 кОм в первом случае, и от 18 до 24 Ом для второй такой таблетки.

Двухвыводные терморезисторы производятся с применением полупроводникового материала (чаще всего Si — кремний). Внешне изделие имеет вид небольшой пластинки с двумя выводами на разных концах.

Терморезисторы PTC применяются в разных сферах. Чаще всего их используют для защиты силового оборудования от перегруза или перегрева, а также поддержания температуры в безопасном режиме.

Главные направления применения:

Защита электрических двигателей. Задача изделия состоит в защите обмотки от перегорания при клине ротора или в случае поломки системы охлаждения. Позистор играет роль датчика, подключаемого к управляющему прибору с исполняющим реле, контакторами и пускателями. При появлении форс-мажорной ситуации сопротивление растет, а сигнал направляется к управляющему элементу, дающему команду на отключение мотора.
Защита трансформаторных обмоток от перегрева или перегруза. В такой схеме позистор устанавливается в цепи первичной обмотки.
Нагревательный узел в пистолетах для приклеивания.
В машинах для нагрева тракта впуска.
Размагничивание ЭЛТ-кинескопов и т. д.

Терморезистор в блоке питания компьютера

Термисторы из-за своей доступности чаще находят свое использование для таких бытовых устройств, как блок питания (БП). Он защищает электрическую цепь в случае резкого нагрева, контролируя температуру до безопасного уровня.

Как блоки питания, так и выпрямители, у которых есть конденсаторные фильтры, обладают существенным недостатком. При включении устройства конденсатору требуется незначительный промежуток времени на его зарядку. Этого времени хватает на кратковременный бросок тока, превышающий рабочие параметры БП в несколько раз.

Естественно, любое превышение токовых нагрузок нежелательно для электронных схем.

Одно из решений этой проблемы — когда в электронную цепь входит среднетемпературный NTC -терморезистор.

Приведенная выше схема актуальна для БП мощностью не выше 800 Вт.

В режиме ожидания (при выключенном питании) терморезисторы с естественной температурой, которая есть в помещении.

Когда БП включается, всплеск тока гасится сопротивлением NTC-термистора. В дальнейшем эта деталь нагреется и выйдет на рабочий режим, который не влияет на работу схемы питания.

Эффекты самонагрева [ править ]

Когда через термистор протекает ток, он выделяет тепло, в результате чего температура термистора становится выше температуры окружающей среды. Если термистор используется для измерения температуры окружающей среды, этот электрический нагрев может привести к значительной погрешности, если не будет сделано исправление. В качестве альтернативы можно использовать сам этот эффект. Он может, например, создать чувствительное устройство для измерения расхода воздуха, используемое в приборе для измерения скорости набора планера , электронный вариометр или служить в качестве таймера для реле, как это раньше делалось на телефонных станциях .

Электрическая мощность на термисторе просто

PE=IV,{\displaystyle P_{E}=IV,}

где I — ток, а V — падение напряжения на термисторе. Эта энергия преобразуется в тепло, и эта тепловая энергия передается в окружающую среду. Скорость переноса хорошо описывается законом охлаждения Ньютона

PT=K(T(R)−T),{\displaystyle P_{T}=K(T(R)-T_{0}),}

где T ( R ) — температура термистора как функция его сопротивления R , — температура окружающей среды, а K — постоянная рассеяния , обычно выражаемая в единицах милливатт на градус Цельсия. В состоянии равновесия две ставки должны быть равны:
T{\displaystyle T_{0}}

PE=PT.{\displaystyle P_{E}=P_{T}.}

Ток и напряжение на термисторе зависят от конкретной конфигурации цепи. В качестве простого примера, если напряжение на термисторе остается фиксированным, то по закону Ома мы имеем , и уравнение равновесия может быть решено для температуры окружающей среды как функции измеренного сопротивления термистора:
I=VR{\displaystyle I=V/R}

T=T(R)−V2KR.{\displaystyle T_{0}=T(R)-{\frac {V^{2}}{KR}}.}

Константа рассеяния — это мера теплового соединения термистора с окружающей средой. Обычно он применяется для термистора в неподвижном воздухе и в хорошо перемешанном масле. Типичные значения для небольшого термистора со стеклянными шариками составляют 1,5 мВт / ° C в неподвижном воздухе и 6,0 мВт / ° C в перемешиваемом масле. Если температура окружающей среды известна заранее, то можно использовать термистор для измерения значения постоянной рассеяния. Например, термистор можно использовать в качестве датчика расхода, поскольку постоянная рассеяния увеличивается с увеличением скорости потока жидкости мимо термистора.

Мощность, рассеиваемая термистором, обычно поддерживается на очень низком уровне, чтобы гарантировать незначительную ошибку измерения температуры из-за самонагрева. Однако некоторые применения термистора зависят от значительного «самонагрева», чтобы поднять температуру корпуса термистора значительно выше температуры окружающей среды, поэтому датчик затем обнаруживает даже незначительные изменения теплопроводности окружающей среды. Некоторые из этих приложений включают определение уровня жидкости, измерение расхода жидкости и измерение расхода воздуха.

Классификация резисторов

Три резистора разных номиналов для поверхностного монтажа (SMD), припаянные на печатную плату

Резисторы являются элементами электронной аппаратуры и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части интегральных микросхем. Дискретные резисторы классифицируются по назначению, виду ВАХ, по способу защиты и по способу монтажа, характеру изменения сопротивления, технологии изготовления.

По назначению:

резисторы общего назначения;
резисторы специального назначения:
- высокоомные (сопротивления от десятка МОм до единиц ТОм, рабочие напряжения 100—400 В);
- высоковольтные (рабочие напряжения — десятки кВ);
- высокочастотные (имеют малые собственные индуктивности и ёмкости, рабочие частоты до сотен МГц);
- прецизионные и сверхпрецизионные (повышенная точность, допуск 0,001 — 1 %).

По характеру изменения сопротивления:

Постоянные резисторы (для навесного монтажа).

Переменный резистор.

Подстроечные резисторы.

Прецизионный многооборотный подстроечный резистор.

постоянные резисторы;
переменные регулировочные резисторы;
переменные подстроечные резисторы.

По способу защиты от влаги:

незащищённые;
лакированные;
компаундированные;
впрессованные в пластмассу;
герметизированные;
вакуумные.

По способу монтажа:

для печатного монтажа;
для навесного монтажа;
для микросхем и микромодулей.

По виду вольт-амперной характеристики:

линейные резисторы;
нелинейные резисторы:
- варисторы — сопротивление зависит от приложенного напряжения;
- терморезисторы — сопротивление зависит от температуры;
- фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости;
- тензорезисторы — сопротивление зависит от деформации резистора;
- магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного поля.
- мемристоры (разрабатываются) — сопротивление зависит от протекавшего через него заряда (интеграла тока за время работы).

По виду используемых проводящих элементов:

Проволочный резистор с отводом.

Плёночный угольный резистор (часть защитного покрытия удалена для демонстрации токопроводного слоя).

Проволочные резисторы. Наматываются из проволоки или ленты с высоким удельным сопротивлением на какой-либо каркас. Обычно имеют значительную паразитную индуктивность. Для снижения паразитной индуктивности почти всегда выполняются с бифилярной намоткой. Высокоомные малогабаритные проволочные резисторы иногда изготавливают из микропровода. Иные типы резисторов называются непроволочными резисторами.
Непроволочные резисторы. Резистивный элемент представляет собой объёмную структуру физического тела или поверхностного слоя, образованного на изоляционных деталях (тонкую плёнку металлического сплава или композитного материала с высоким удельным сопротивлением, низким коэффициентом термического сопротивления, обычно нанесённую на цилиндрический керамический сердечник). Концы сердечника снабжены напрессованными металлическими колпачками с проволочными выводами для монтажа. Иногда, для повышения сопротивления, в плёнке исполняется винтовая канавка для формирования спиральной конфигурации проводящего слоя. Сейчас это наиболее распространённый тип резисторов для монтажа в отверстия печатных плат. По такому же принципу выполнены резисторы в составе гибридной интегральной микросхемы: в виде металлических или композитных плёнок, нанесённых на обычно керамическую подложку методом напыления в вакууме или трафаретной печати.

По виду применяемых материалов:

Углеродистые резисторы. Изготавливаются в виде плёночных и объёмных. Плёнки или резистивные тела представляют собой смеси графита с органическими или неорганическими веществами.
Металлопленочные или металлоокисные резисторы. В качестве резистивного материала используется тонкая металлическая лента.
Композиционные резисторы.
Проволочные резисторы.
Интегральный резистор. Резистивный элемент — слаболегированный полупроводник, формируемый в кристалле микросхемы в виде обычно зигзагообразного канала, изолированного от других цепей микросхемы p-n переходом. Такие резисторы имеют большую нелинейность вольт-амперной характеристики. В основном используются в составе интегральных монокристаллических микросхем, где применить другие типы резисторов принципиально невозможно.

NTC

Основные сведения

Сопротивление NTC-терморезисторов уменьшается при нагреве, их ТКС отрицательный. Зависимость сопротивления от температуры изображена на графике ниже.

Здесь вы можете убедиться, что при нагреве сопротивление NTC-терморезистора уменьшается.

Такие термисторы изготавливают из полупроводников. Принцип действия заключается в том, что с ростом температуры увеличивается концентрация носителей зарядов, электроны переходят в зону проводимости. Кроме полупроводников используются оксиды переходных металлов.

Обратите внимание на такой параметр как бета-коэффициент. Учитывается при использовании терморезистора для измерения температуры, для усреднения графика сопротивления от температуры и проведения расчетов с помощью микроконтроллеров

Бета-уравнение для приближения кривой изменения сопротивления термистора вы видите ниже.

Интересно: в большинстве случаев термисторы используют в диапазоне температур 25-200 градусов Цельсия. Соответственно могут использоваться для измерений в этих диапазонах, в то время как термопары работают и при 600 градусах Цельсия.

Где используется

Терморезисторы с отрицательным ТКС часто используют для ограничения пусковых токов электродвигателей, пусковых реле, для защиты от перегрева литиевых аккумуляторов и в блоках питания для уменьшения зарядных токов входного фильтра (емкостного).

На схеме выше приведен пример использования термистора в блоке питания. Такое применение называется прямым нагревом (когда элемент сам разогревается при протекании тока через него). На плате блока питания NTC-резистор выглядит следующим образом.

На рисунке ниже вы видите, как выглядит NTC-терморезистор. Он может отличаться размерам, формой, а реже и цветом, самый распространенный – это зелёный, синий и черный.

Ограничение пускового тока электродвигателей с помощью NTC-термистора получило широкое распространение в бытовой технике благодаря простоте реализации. Известно, что при пуске двигателя он может потреблять ток в разы и десятки раз превышающий его номинальное потребление, особенно если двигатель пускается не в холостую, а под нагрузкой.

Принцип работы такой схемы:

Когда термистор холодный его сопротивление велико, мы включаем двигатель и ток в цепи ограничивается активным сопротивлением термистора. Постепенно происходит разогрев этого элемента и его сопротивление падает, а двигатель выходит на рабочий режим. Термистор подбирается таким образом, чтобы в горячем состоянии сопротивление было приближено к нулю. На фото ниже вы видите сгоревший терморезистор на плате мясорубки Zelmer, где и используется такое решение.

Недостаток этой конструкции состоит в том, что при повторном пуске, когда термистор еще не остыл – ограничения тока не происходит.

Есть не совсем привычное любительское применение терморезистора для защиты ламп накаливания. На схеме ниже изображен вариант ограничения всплеска тока при включении таких лампочек.

Если терморезистор используется для измерения температуры – такой режим работы называют косвенным нагревом, т.е. он нагревается от внешнего источника тепла.

Интересно: у терморезисторов нет полярности, так что их можно использовать как в цепях постоянного, так и переменного тока не опасаясь переполюсовки.

Маркировка

Терморезисторы могут маркироваться как буквенным способом, так и содержать цветовую маркировку в виде кругов, колец или полос. При этом различают множество способов буквенной маркировки – это зависит от производителя и типа конкретного элемента. Один из вариантов:

На практике, если он применяется для ограничения пускового тока чаще всего встречаются дисковые термисторы, которые маркируются так:

5D-20

Где первая цифра обозначает сопротивление при 25 градусах Цельсия – 5 Ом, а «20» — диаметр, чем он больше – тем большую мощность он может рассеять. Пример такого вы видите на рисунке ниже:

Для расшифровки цветовой маркировки можно воспользоваться таблицей, изображенной ниже.

Из-за обилия вариантов маркировки можно ошибиться в расшифровке, поэтому для точности расшифровки лучше искать техническую документацию к конкретному компоненту на сайте производителя.

Температурные датчики класса ntc