NTC热敏电阻体积可以小到一粒绿豆那么大,但功能却非常重要。如果使用不当,就等同于玩火,毁坏整个电路或设备。
以下以株式会社村田制作所的FTN系列NTC热敏电阻(扁薄头绝缘温度传感器)为例,介绍NTC热敏电阻的电气操作、应用事项、测试数据,以及常见问题。
一、电气操作
(1)电阻- 温度特性
NTC热敏电阻产品的电阻-温度(R-T)特性非常关键,电阻值相对于温度呈指数级变化。R-T曲线显示了每一摄氏度阶跃时的电阻值,其中“R-中心”是各温度时的典型电阻,“R-低”和“R-高”分别是电阻的下限和上限。
电阻- 温度特性图
(2)恒压驱动
在常用的温度传感电路中,通常将热敏电阻和普通电阻器串联连接,并施加以恒定电压(Vin)。这被称为恒定电压驱动,热敏电阻上的电压(Vout)可以通过公式计算:
Vout = Vin x RNTC / ( RNTC + R )
电压温度曲线图
在宽泛的检测温度范围,可获取显著的电压变化。该电压变化与温度相关。具体地说,直接将热敏电阻连接至微控制器装置(MCU)的模拟-数字(A/D)端口上以进行A/D转换,可以通过MCU的逻辑将A/D转换值视为温度信息。
例如,为了在一定温度时显示警告,需要编程MCU以便在检测到A/D转换值相当于温度时发出警告。
(3)A/D转换器电压增益和分辨率
相对于温度的电压变化(增益)。即便处于温度检测范围(-20至+85℃)的下限和上限,增益变为最小时,仍可以获得超过10mV/℃的增益。
电压增益图
(4)热敏电阻和电阻器允许公差的估计误差
在使用具有±1%电阻偏差偏差的热敏电阻和电阻器时获取的电压-温度特性,给出了电压的典型值、下限和上限。
在中心值为零(0)时,几乎没有什么温度差别。+60℃时可观察到约±1.0℃的温度误差,+85℃时可观察到约±1.5℃的温度误差。
虽然热敏电阻精度可能不佳,但其用于监测电子设备中的温度仍足够可靠。使用热敏电阻和电阻器的正常允许公差,可以提供非常高的性价比。
(5)热敏电阻和ADC的外施电压
热敏电阻的外施电压(Vin)和MCU中的ADC的电压(Vref)来自相同的电压源。ADC的输入电压(VNTC)将根据Vin(=Vref)变化,电压变化在理论上取消。
电压源将被加以规范,但它还是有一定的误差或波动。该误差对温度感应精度有直接的负面影响。因此,强烈推荐使用此类差分电压检测。
(6)取消低频率噪声的电容器
建议使用与热敏电阻或电阻器并联的电容器。由于ADC的采样周期和/或电路中周围部件的影响,将观察到VNTC的低频率噪声。此类噪声可使用并联电容器去除。普遍使用的电容器静电容量为0.01uF至1uF。在选择静电容量时,请参考ADC和/或MPU的数据表和/或应用说明。
与热敏电阻或电阻器并联的电容器图
二、参考应用
(1)要检测皮肤温度
FTN系列适用于为如可穿戴式设备等医疗保健和医学应用检测皮肤温度。皮肤温度检测需要NTC热敏电阻隔热。NTC热敏电阻是半导体,因此NTC热敏电阻无法直接安装在机身的金属上,因为该金属用于从人体导热及耐汗液等。FTN系列产品具有隔热功能。因此,它可以方便地设计和组装。
皮肤温度检测图像
(2)要检测机身温度,防止低温受伤
FTN系列适合于手持式设备检测机身温度,以防止低温伤害。手持式设备的内部空间非常狭小。因此,FTN系列和其部件之间需要安装在PCB上的隔热方法。FTN系列产品具有隔热功能。因此,它可以方便地设计和组装。
机身温度检测图像
(3)检测电源模块的温度
FTN系列适用于电源模块过热检测。FTN可用于导线结合安装方法,使得FTN可设置在如IGBT等功率半导体附近。这意味着FTN可以快速检测精确的功率半导体的温度。
电源模块的温度检测图像
三、测试数据
(1)绝缘电阻和击穿电压
FTN系列包含带树脂塑模芯片的NTC热敏电阻,因此FTN系列产品具有隔热功能。
测试条件图
(2)响应时间
FTN系列能快速检测温度变化。这里的加热器被假定为人体皮肤的温度。
测试条件图
FTN系列NTC热敏电阻与该公司的普通芯片NTC热敏电阻相同,可以通过其电子隔离器直接连接到金属散热器或机身。由于树脂塑模结构简洁,FTN系列具有很高的机械应力强度,良好的耐用性和较长使用寿命,能为电子设备提供安全可靠的发热保护。
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