Đầu dò nhiệt độ điện trở nhiệt NTC

Một đầu dò nhiệt độ điện trở nhiệt NTC đo nhiệt độ qua một phần tử bán dẫn mà điện trở của nó giảm khi nóng lên. Cách xử sự đó trái ngược với các phần tử platinum dùng trong RTD đo lường công nghiệp, và đó là lý do họ thiết bị này được quy cách hóa bằng một cặp số của riêng nó chứ không bằng một ký hiệu Pt: điện trở ở một nhiệt độ tham chiếu, và hằng số B mô tả điện trở thay đổi dốc ra sao trong dải.

Bản hàng trong trang này là biến thể 10K, với 10 kΩ danh định ở 25 °C và giá trị B25/50 là 3950 K, cả hai được giữ trong ±1 %. Phần tử cảm nhận nằm trong một đầu dò thép không gỉ 304 cỡ 5×25 mm, đưa ra ngoài bằng dây dẫn và kết thúc ở các đầu cắm XH-2P, nên đầu dò cắm thẳng vào một bảng mạch điều khiển hay một mô-đun thu thập dữ liệu thay vì phải hạ xuống một cầu đấu.

Bởi cả điện trở ở 25 °C lẫn hằng số B đều có dung sai, hai con số mà một bảng mạch điều khiển cần để tuyến tính hóa tín hiệu là các con số được quy cách hóa chứ không phải giá trị danh định. Đó là khác biệt thực tế giữa một đầu dò bám được một giá trị đặt trong một thiết bị ổn nhiệt và một đầu dò chỉ đóng cắt gần đó.

Cách một cảm biến điện trở nhiệt NTC làm việc

Một điện trở nhiệt là chất bán dẫn mà nồng độ hạt tải điện thay đổi theo nhiệt độ, và với một phần tử có hệ số nhiệt âm thì điện trở giảm khi phần tử nóng lên. Độ thay đổi đó dốc hơn nhiều so với một phần tử kim loại, và đó chính là nguồn của cả ưu điểm lẫn giới hạn. Trong một dải hẹp quanh nhiệt độ phòng, một điện trở nhiệt tạo ra độ biến thiên điện trở lớn cho một thay đổi nhiệt độ nhỏ, nên một mạch đơn giản cũng phân giải được một bước mịn. Trong một dải rộng, cùng đường cong đó phi tuyến mạnh, nên số đọc phải được tuyến tính hóa theo đúng phần tử, và đó chính xác là điều cặp R25 và B mô tả.

Đó là lý do hai đầu dò có cùng điện trở danh định không thay thế được cho nhau. Hai phần tử 10 kΩ với hằng số B khác nhau đi theo những đường cong khác nhau, và một bảng mạch đã tuyến tính hóa cho phần tử này sẽ đọc lệch so với phần tử kia trong cả dải, dù cả hai trùng nhau ở 25 °C. Tài liệu cung cấp ở đây chỉ nêu giá trị B cho bản 10K và để các lựa chọn điện trở còn lại không có giá trị B, nên những lựa chọn đó không được coi là cùng một thiết bị với một điện trở tham chiếu khác.

Thân đầu dò và cách nó gặp môi trường đo quyết định phần tử thực sự nhìn thấy gì. Một vỏ bảo vệ thép không gỉ cho phần tử khả năng bảo vệ cơ khí và một đường truyền nhiệt xác định, còn hằng số thời gian nhiệt 3 giây đo trong nước được khuấy là tính chất của cả cụm lắp ráp đó chứ không riêng của chất bán dẫn: đường kính vỏ, chiều dày thành, và việc phần tử nằm chắc tới cỡ nào trong nó, quan trọng hơn kiểu phần tử. Cùng đầu dò đó trong không khí tĩnh là một thiết bị chậm hơn, và tài liệu nói rõ điều đó bằng cách đo hằng số trong nước bị khuấy.

Độ tự nóng là ảnh hưởng thứ hai cần giữ trong tầm mắt. Hằng số tiêu tán 3,6 mW/°C là công suất làm thân cảm nhận nóng thêm 1 °C trong không khí tĩnh, còn công suất tối đa 256 mW là giới hạn phá hủy chứ không phải con số làm việc. Giữa hai con số đó là quyết định thiết kế: đủ dòng kích thích để phân giải nhiệt độ, nhưng không nhiều tới mức phần tử tự làm nóng nó. Trong không khí tĩnh, nơi nhiệt thoát ra chậm, trần đó thấp hơn nhiều so với trong chất lỏng.

Cách chọn đầu dò điện trở nhiệt phù hợp

Hãy bắt đầu từ chỗ số đọc phải dẫn động cái gì. Một bộ ổn nhiệt, một cơ cấu cắt bảo vệ và một màn hình hiển thị nhiệt độ đều đặt những yêu cầu khác nhau lên cùng một đầu dò, và hai con số quyết định liệu một bảng mạch có dùng được nó là điện trở ở 25 °C và hằng số B. Ở nơi bảng mạch đã được xây cho một cặp số nhất định, việc thay đổi giá trị điện trở hoặc giá trị B sẽ làm thay đổi nhiệt độ hiển thị, nên đầu dò phải được khớp với đầu vào chứ không phải mua theo cùng một giá trị danh định.

Rồi đến dải nhiệt độ. Hai dải nêu trong tài liệu được cung cấp không khớp nhau, và chính tài liệu đánh dấu chỗ mâu thuẫn đó, nên một ứng dụng chạy nóng phải được thiết kế theo con số thấp hơn cho tới khi điều đó được xác nhận. Một đầu dò chọn sát đỉnh dải sẽ không để lại dự trữ cho dung sai của phần tử hay cho chênh lệch giữa nhiệt độ môi trường đo và nhiệt độ tại phần tử.

Rồi đến sự vừa vặn cơ khí. Đầu dò tiêu chuẩn là 5×25 mm và tài liệu có nhận làm các kích thước khác, nhưng cỡ đầu dò không chỉ là chuyện lắp: một vỏ lớn hơn đáp ứng chậm hơn, còn một vỏ nhỏ hơn với tới những chỗ mà vỏ lớn không vào được. Khi đầu dò được tì vào một bề mặt thay vì nhúng, diện tích tiếp xúc và lực ép quyết định số đọc chẳng kém gì phần tử.

Cuối cùng là chỗ kết nối. Đầu cắm XH-2P hợp với một bảng mạch có đầu nối đực tương ứng. Khi tuyến dây dài hoặc môi trường ẩm, chiều dài dây dẫn và lớp cách điện của nó phải được chốt, và cả hai đều không được nêu trong tài liệu được cung cấp.

Giới hạn và các điểm cần xác nhận

Họ phần tử là giới hạn đầu tiên. Đây là một điện trở nhiệt chứ không phải RTD platinum, nên nó không được thay vào một đầu vào PT100 và không dùng được ở nơi cần một nhiệt độ có tài liệu truy xuất được nếu không có bảng điện trở - nhiệt độ cùng một hồ sơ hiệu chuẩn. Khi quy trình cần một nhiệt độ quy chiếu được về một chuẩn, họ platinum là họ phải dùng và đầu dò này không phải một bản tương đương.

Giới hạn thứ hai là tài liệu được cung cấp không cho bảng điện trở - nhiệt độ. Cặp R25 và B mô tả đường cong, nhưng một bảng mạch điều khiển thường được tuyến tính hóa theo một bảng chứ không theo hai con số, và nhiều phép thử độ tin cậy được nêu dưới dạng độ trôi cho phép trên điện trở, thứ chỉ chuyển được thành sai số nhiệt độ khi có bảng đó.

Thứ ba, tài liệu không nêu cấp bảo vệ, chiều dài dây dẫn, định mức nhiệt độ của dây dẫn hay chứng nhận nào. Những mục đó được đăng trên trang này dưới dạng thông tin cần thiết chứ không được ước lượng. Các con số độ bền điện môi và điện trở cách điện được đo trong nước, nói lên khả năng cách điện của cả cụm dây dẫn, nhưng chúng không phải là một tuyên bố về việc đầu dò được phép ngâm bao lâu hay trong những môi trường nào.

Cuối cùng, việc nhận dạng còn bỏ ngỏ. Sản phẩm không mang ký hiệu model nào trong tài liệu được cung cấp, nên khi đặt hàng, giá trị điện trở, giá trị B, kích thước đầu dò, chiều dài dây dẫn và dạng đầu cực đều phải được nêu ra chứ không được trích dẫn dưới dạng một mã.