Терморезисторы (РТС / NTC) и кремниевые датчики (КТY)
Для термического мониторинга электрических машин наиболее зарекомендовали себя терморезисторы (РТС / NTC) и кремниевые датчики (KTY 83-и 84-1xx серии). Основными достоинствами термисторов является их высокая чувствительность, малые размеры и вес, позволяющие создавать датчики с малым временем отклика. Невысокая стоимость так же является их достоинством, позволяя встраивать датчики температуры в различные приборы. Используя терморезистор с подходящим расцепителем создаётся надёжная защита от перегрева.
KTY, PTC и NTC термисторы подходят в основном в качестве датчика температуры для многих измерительных задач в области автоматизации, электронных компонентов и т. п., медицинской технике, а также в строительстве электрических машин и других промышленных устройств. Благодаря их миниатюрной конструкции, они идеально подходят для установки в узких медных обмотках низковольтных электродвигателей.
PTC позистор — это керамическое сопротивление, которое обладает высокой проводимостью при низкой температуре, и наоборот низкой проводимостью при высокой температуре. Таким образом он имеет положительный температурный коэффициент (PTC–Postive Temperature Coefficient). Они применяются в измерении температуры альтернативно металлическим сопротивлениям (например, Pt100) и кремниевым сенсорам (KTY), однако они не линейны с температурой. Скачок температуры зависит от материала датчика, которая при критическом изменении сопротивления действует как выключатель и таким способом защищает мотор.
Кремниевые датчики KTY недорогие, но также относительно неточны при использовании линейного измерения температуры. Поэтому они должны быть линеаризованы посредством калибровки.
NTC термисторы, обычно из полупроводниковых материалов, проводят электрическую мощность при высоких температурах лучше, чем при низких. У них отрицательный температурный коэффициент (NTC-Negative Temperature Cofficient).
Аналогично датчикам Pt100, EPHY-MESS предлагает различные исполнения терморезисторов PTC/NTC и кремниевых датчиков температуры. Их ассортимент включает в себя простые базовые исполнения с кабельным выводом и изоляцией из термоусадочной трубки, керамической оболочки или металлической гильзе. Доступны исполнения с разными ввинчивающимися головками.
Термисторная защита электродвигателей и реле термисторной защиты двигателя
Термисторная (позисторная) защита электродвигателей
Сложность конструкции тепловых реле к пускателям электродвигателей, недостаточная надежность систем защиты на их основе, привели к созданию тепловой защиты, реагирующей непосредственно на температуру обмоток электродвигателя. При этом датчики температуры устанавливаются на обмотке двигателя. Другими словами, осуществляется непосредственный контроль измерения нагрева двигателя. Прямая защита двигателя через контроль температуры обмотки даже при тяжелейших условиях окружающей среды обеспечивает полную защиту двигателя, оснащенного температурными датчиками с положительным коэффициентом сопротивления (PTC). Температурные датчики PTC встроены в обмотки электродвигателя (укладываются в обмотку двигателя изготовителем двигателей).
Термочувствительные защитные устройства: термисторы, позисторы
В качестве датчиков температуры получили применение термисторы и позисторы (РТС – резисторы) — полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление от температуры. Термисторы представляют собой полупроводниковые резисторы с большим отрицательным ТСК. При увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается, что используется для схемы отключения двигателя. Для увеличения крутизны зависимости сопротивления от температуры, термисторы, наклеенные на три фазы, включаются параллельно (рисунок 1).
Рисунок 1 – Зависимость сопротивления позисторов и термисторов от температуры: а – последовательное соединение позисторов; б – параллельное соединение термисторов
Позисторы являются нелинейными резисторами с положительным ТСК. При достижении определенной температуры сопротивление позистора скачкообразно увеличивается на несколько порядков.
Для усиления этого эффекта позисторы разных фаз соединяются последовательно. Характеристика позисторов показана на рисунке.
Защита с помощью позистоpoв является более совершенной. В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя берутся позисторы на температуру срабатывания =105, 115, 130, 145 и 160 . Эта температура называется классификационной. Позистор резко меняет сопротивление при температура за время не более 12 с. При сопротивление трёх последовательно включенных позисторов должно быть не более 1650 Ом, при температуре их сопротивление должно быть не менее 4000 Ом.
Гарантийный срок службы позисторов 20000 ч. Конструктивно позистор представляет собой диск диаметром 3.5 мм и толщиной 1 мм, покрытый кремне-органической эмалью, создающей необходимую влагостойкость и электрическую прочность изоляции.
Рассмотрим схему позисторной защиты, показанную на рисунке 2.
К контактам 1, 2 схемы (рисунок 2, а) подключаются позисторы, установленные на всех трёх фазах двигателя (рисунок 2, б). Транзисторы VТ1, VT2 включены по схеме триггера Шмидта и работают в ключевом режиме. В цепь коллектора транзистора VT3 оконечного каскада включено выходное реле К, которое подает сигнал на обмотку пускателя электродвигателя.
При нормальной температуре обмотки двигателя и связанных с ним позисторов сопротивление последних мало. Сопротивление между точками 1-2 схемы также мало, транзистор VT1 закрыт (на базе малый отрицательный потенциал), транзистор VТ2 открьт (большой потенциал). Отрицательный потенциал на коллекторе транзисторе VT3 мал, и он закрыт. При этом ток в обмотке реле К недостаточен для его срабатывания.
При нагреве обмотки двигателя сопротивление позисторов увеличивается, и при определенном значении этого сопротивления отрицательный потенциал точки 3 достигает напряжения срабатывания триггера. Релейный режим триггера обеспечивается эммитерной обратной связью (сопротивление в цепи эммитера VТ1) и коллекторной обратной связью между коллектором VT2 и базой VT1. При срабатывании триггера VТ2 закрывается, а VT3 — открывается. Срабатывает реле К, замыкая цепи сигнализации и размыкая цепь электромагнита пускателя, после чего обмотка статора отключается от напряжения сети, двигатель останавливается.
Рисунок 2 – Аппарат позисторной защиты с ручным возвратом: а – принципиальная схема; б – схема подключения к двигателю
После охлаждения двигателя его пуск возможен после нажатия кнопки «возврат», при котором триггер возвращается в начальное положение.
В современных электродвигателях позисторы защиты устанавливаются на лобовой части обмоток двигателя. В двигателях прежних разработок позисторы можно приклеивать к лобовой части обмоток.
Достоинства и недостатки термисторной (позисторной) защиты
- Термочувствительная защита электродвигателей предпочтительней в тех случаях, когда по току невозможно определить с достаточной точностью температуру электродвигателя. Это касается, прежде всего, электродвигателей с продолжительным периодом запуска, частыми операциями включения и отключения (повторно-кратковременный режим работы) или двигателей с регулируемым числом оборотов (при помощи преобразователей частоты). Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении электродвигателей или выходе из строя системы принудительного охлаждения.
- Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении двигателей или выходе из строя принудительного охлаждения. Следующей областью применения термисторной защиты является температурный контроль в трансформаторах, жидкостях и подшипниках для их защиты от перегрева.
- Недостатками термисторной защиты является то, что с термисторами или позисторами выпускаются далеко не все типы электродвигателей. Это особенно касается электродвигателей отечественного производства. Термисторы и позисторы могут устанавливаться в электродвигатели только в условиях стационарных мастерских. Температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильно зависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации самого электродвигателя.
- Термисторная защита требует наличия специального электронного блока: термисторного устройства защиты электродвигателей, теплового или электронного реле перегрузки, в которых находятся блоки настройки и регулировки, а также выходные электромагнитные реле, служащие для отключения катушки пускателя или электромагнитного расцепителя.
Виды термисторных реле различных производителей:
Реле термисторной защиты двигателя TER-7 ELCO (Чехия)
- контролирует температуру обмотки электродвигателя в температ. интервале, данном сопротивл. PTC термистора фиксированный настроенный уровень коммутации
- в качестве считывающего элемента применяетсчя термистор PTC встроенный в обмотку электродвигателя его производителем, возможно использование внешнего PTC сенсора
- функция ПАМЯТЬ — реле в случае ошибки блокируется до момента вмешательства персонала (наж. кнопки RESET)
RESET ошибочного состояния:
a) кнопкой на передней панели
b) внешним контактом (на расстоянии по двум проводам) - функция контроля короткого замыкани или отключения сенсора , состояние нарушения сенсора указывает мигающий красный светодиодный индикатор
- выходной контакт 2x переключ. 8 A / 250 V AC1
- состояние превышение температуры обмотки двигателя указывает светящийся красный светодиодный индикатор
- универсальное напряжение питания AC/ DC 24 — 240 V
- клеммы сенсора не изолированы гальванически, но их можно замкнуть с клеммой PE без поломки устройства, в случае питания от сети должен быть подключен нейтраль на клемму A2
Реле термисторной защиты электродвигателя РТ-М01-1-15 (МЕАНДР, Россия)
- контролирует температуру двигателей, оснащенные позисторами (термисторы с положительным температурным коэффициентом — РТС резисторы), встроенные в обмотку двигателя ( производителем).
- коммутируемый ток 5А/250В (пиковый 16А), контакты реле 1з+1р
- индикация рабочих состояний:
- (напряжение питания, срабатывание реле, перегрев двигателя, КЗ датчиков)
- напряжение питания АС 220, 100, 380 (по исполнениям)
Реле контроля температуры двигателя E3TF01 230VAC (PTC), 1 CO, TELE Серия ENYA (Австрия)
- контролируемая величина PTC (контр. температуры двигателя на повышение) от 6 PTC датчиков
- диапазон измерения общее сопр. холодн. <1,5kΩ клеммы T1-T2 или T1-T3
- напряжений питания 230V AC
- максимальный коммутируемый ток 250V, 5A AC (1 перекидной)
Реле контроля температуры двигателя G2TF02 (PTC), 2ПК (требуется модуль TR2) TELE Серия GAMMA (Австрия)
- контролируемая величина PTC (контр. температуры двигателя на повышение) от 6 PTC датчиков
- диапазон измерения общее сопр. холодн. <1,5kΩ клеммы T1-T2
- диапазон напряжений питания спомощью модуля питания TR2 или SNT2 * (устанавливается в реле)
- напряжений питания 230V AC
- максимальный коммутируемый ток 250V, 5A AC (2 перекидных)
Реле термисторной защиты двигателя CR-810 F&F ЕвроАвтоматика (Белоруссия)
- контроль температуры электродвигателей, генераторов, трансформаторов и защита их от перегрева
- датчики РТС устанавливаются в обмотках электродвигателя производителем и в комплект не входят (термисторы РТС соединенные последовательно от 1 до 6 штук)
- напряжение питания 230V AC и 24V AC/DC
- максимальный комутируемый ток 16А, 1 переключающий контакт
- контроль КЗ в цепи термисторных датчиков
- с ростом температуры электродвигателя растет сопротивление цепи термисторных датчиков, при достижении более 3000 Ом питание отключается (реле разрывает цепь питания катушки контактора), включение происходит автоматически при снижении температуры и соответсвенно сопротивления до 1800 Ом.
Реле контроля температуры двигателя MTR01, MTR02 BMR (Чехия)
- Реле контролирует температуру обмотки электрического двигателя. Принцип действия основан на измерении сопротивления термистора, встроенного в двигатель.
- Устройство также контролирует короткое замыкание или пропадание фазы. Реле имеет один выходной перекидной контакт на ток 8 А.
- Модификация MTR01 24V/ MTR02 24V предназначена для напряжения питания 24 В. Остальные параметры.
- MTR02 с гальванической изоляцией
- Сопротивление PTC в раб. режиме 50 Ω < PTC < 3,3 кΩ
- Сопротивление PTC в авар. режиме PTC > 3,3кΩ или PTC < 50Ω
- Отключение аварийного режима PTC < 1,8 кΩ + RESET
- Номинальный ток 8 A (15А — пиковый ток), 1 перекидной контакт
Реле контроля температуры двигателя BTR-12E BTR Electronic Systems, «METZ CONNECT» (Германия)
- реле термистор применяется для защиты моторов от термических перегрузок, возникающих при механических перегрузках в приводах или при использовании электродвигателей под перенапряжением. Для регистрации температуры применяется РТС = сопротивление с позитивным температурным коэффициентом, которые позиционируются в месте наибольшего нагрева.
- выпускается с памятью ошибки и без ЗУ (запоминающее устройство)
- напряжение питания 230V AC / 24V AC/DC
- предельно допустимый ток контактов 6А (1 или 2 переключающих контакта)
Реле термической защиты Grundfos MS 220 C Grundfos/Ziehl (Германия)
- Реле Grundfos MS 220C предназначено для преобразования термисторного сигнала в релейный и передачи его на пускатель в насосах с мощностью двигателя более 3.0 кВт.
- напряжение питания AC/DC 24 — 240V (и др. в зависимости от исполнения 110,400V)
- 1 CO, ток контактов 6А
Реле контроля температуры двигателя серии 71.91 и 71.92 Finder (Италия)
Термисторное реле определения температуры для промышленного применения.
Реле Finder термисторной защиты двигателя [71.91.8.230.0300]
- 1 нормально разомкнутый контакт, без памяти отказов
- Питание 24 В переменного/постоянного тока или 230 В переменного тока
- Защита от перегрузок в соответствии с EN 60204-7-3
- Положительная предохранительная логическая схема размыкает контакт, если значения измерений выходят за пределы приемлемого диапазона
- Индикация состояния с помощью светодиода
- Определение температуры с положительным температурным коэффициентом (PTC)
- Выявление короткого замыкания с помощью PTC
- Выявление обрыва провода с помощью PTC
Реле Finder термисторной защиты двигателя (с памятью) [71.92.8.230.0401]
- Термисторное реле с памятью отказов
- 2 перекидных контакта
- Питание 24 В переменного/постоянного тока или 230 В переменного тока
- Защита от перегрузок в соответствии с EN 60204-7-3
- Положительная предохранительная логическая схема размыкает контакт, если значения измерений выходят за пределы приемлемого диапазона
- Индикация состояния с помощью светодиода
- Определение температуры с положительным температурным коэффициентом (PTC)
- Память отказов выбирается переключателем
- Выявление короткого замыкания с помощью PTC
- Выявление обрыва провода с помощью PTC
Датчики температуры и влажности. Что это такое и для чего нужны?
Многие системы используют в своем составе различные датчики температуры и влажности. Применение данных датчиков необходимо во всех случаях, когда нужно управлять параметрами системы в соответствии с данными температуры или влажности. Важно, чтобы тип и характеристики датчиков соответствовали требованиям.
Основой действия температурных датчиков и датчиков влажности является преобразование параметра температуры или влажности в электрический сигнал. Это позволяет применять такие датчики для электрических измерений. Величины измерений могут преобразовываться друг в друга и обратно. Цифровой датчик обладает повышенной точностью замера, скоростью и чувствительностью. Поэтому цифровые датчики получили в данный момент огромное распространение в электронной измерительной технике, которая применяется не только в промышленной разработке, но и в любительских разработках типа умный дом.
Основные виды датчиков температуры
Термосопротивления (Термисторы) — основаны на изменении электрического сопротивления материалов под воздействием температуры. Термисторы делятся на два основных типа – PTC (с положительным коэффициентом) и NTC (с отрицательным коэффициентом температурного сопротивления). Наиболее распространены температурные датчики NTC. Термисторы РТС применяются исключительно в узких диапазонах температур (всего несколько градусов), поэтому, их использование чаще ограничивается системами контроля и сигнализации.
Термопары — использует эффект возникновения термо-ЭДС в зависимости от разности температур «холодного» и «горячего» спаев. Термопары является идеальным решением для измерения температуры в максимально широком диапазоне (до +2300°С). Термопары обладают высокой точностью и воиспроизводимостью. Но обычно термопары имеют очень низкий уровень сигнала, поэтому нуждаются в дополнительных усилителях сигналов.
Бесконтактные датчики температуры — в этом датчике имеется специальная тонкая пленка, поглощающая инфракрасные излучения, тем самым нагревающаяся. Такие бесконтактные термосенсоры используются в тепловизорах. Используются с удаленными/труднодоступными объектами в широком диапазоне t °C, в опасных для человека условиях
Параметры выбора датчика температуры
- Тип выходного сигнала цифровой или аналоговый
- Диапазон рабочей температуры.
- Возможность погружения датчика в объект измерения или среду. Если это невозможно, то лучше выбрать пирометр или термометр.
- Условия проведения замеров. Если нужно измерять в агрессивной среде, то надо выбирать датчик в коррозионностойком корпусе, или бесконтактного типа. Также следует определить наличие давления, влажности и т.д.
- Время работы датчика до калибровки или замены. Многие датчики не могут долго и стабильно работать (термисторы).
- Величина сигнала выхода. Существуют датчики температуры, выдающие сигнал по току, или в градусах.
- Технические данные: погрешность, разрешение, напряжение, время обработки. Для полупроводников важен тип корпуса.
Основные виды датчиков влажности
Емкостные — использует эффект изменения емкости в зависимости от влажности окружающей среды. Такие датчики, представляющие собой конденсаторы с воздухом как диэлектриком.
Резистивные — данные датчики основаны на изменении сопротивления в зависимости от влажности. По сути это обычные резисторы с переменным сопротивлением. Резистивные датчики измеряют величину протекающего тока и стоят недорого.
Оптические — самый точный тип устройств, основанный на таком физическом понятии как «точка росы». Основной принцип действия основан на измерении силы света при помощи фоторезистора. В качестве источника света используется светодиод.
Параметры выбора датчика влажности
- Тип выходного сигнала цифровой или аналоговый
- Какую величину влажности понадобится измерять – относительную или абсолютную.
- Где будет измеряться влажность – в воздухе, в почве, в образце материала.
- Имеет ли значение гистерезис, с какой точностью необходимы измерения и в каком диапазоне они будут проводиться.
Ptc термистор, терморезистор: принцип работы, характеристика — Портал avtolev.ru
Радиоэлектроника для начинающих
В электронике всегда приходится что-то измерять или оценивать. Например, температуру. С этой задачей успешно справляются терморезисторы – электронные компоненты на основе полупроводников, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры.
Здесь я не буду расписывать теорию физических процессов, которые происходят в терморезисторах, а перейду ближе к практике – познакомлю читателя с обозначением терморезистора на схеме, его внешним видом, некоторыми разновидностями и их особенностями.
На принципиальных схемах терморезистор обозначается вот так.
В зависимости от сферы применения и типа терморезистора обозначение его на схеме может быть с небольшими отличиями. Но вы всегда его определите по характерной надписи t или t°.
Основная характеристика терморезистора – это его ТКС. ТКС – это температурный коэффициент сопротивления. Он показывает, на какую величину изменяется сопротивление терморезистора при изменении температуры на 1°С (1 градус Цельсия) или 1 градус по Кельвину.
У терморезисторов несколько важных параметров. Приводить я их не буду, это отдельный рассказ.
На фото показан терморезистор ММТ-4В (4,7 кОм). Если подключить его к мультиметру и нагреть, например, термофеном или жалом паяльника, то можно убедиться в том, что с ростом температуры его сопротивление падает.
Терморезисторы есть практически везде. Порой удивляешься тому, что раньше их не замечал, не обращал внимания. Давайте взглянем на плату от зарядного устройства ИКАР-506 и попробуем найти их.
Вот первый терморезистор. Так как он в корпусе SMD и имеет малые размеры, то запаян на небольшую плату и установлен на алюминиевый радиатор – контролирует температуру ключевых транзисторов.
Второй. Это так называемый NTC-термистор (JNR10S080L). О таких я ещё расскажу. Служит он для ограничения пускового тока. Забавно. Вроде терморезистор, а служит в качестве защитного элемента.
Почему то если заходит речь о терморезисторах, то обычно думают, что они служат для измерения и контроля температуры. Оказывается, они нашли применение и как устройства защиты.
Также терморезисторы устанавливаются в автомобильные усилители. Вот терморезистор в усилителе Supra SBD-A4240. Здесь он задействован в цепи защиты усилителя от перегрева.
Вот ещё пример. Это литий-ионный аккумулятор DCB-145 от шуруповёрта DeWalt. Вернее, его «потроха». Для контроля температуры аккумуляторных ячеек применён измерительный терморезистор.
Его почти не видно. Он залит силиконовым герметиком. Когда аккумулятор собран, то этот терморезистор плотно прилегает к одной из Li-ion ячеек аккумулятора.
Прямой и косвенный нагрев
По способу нагрева терморезисторы делят на две группы:
- Прямой нагрев. Это когда терморезистор нагревается внешним окружающим воздухом или током, который протекает непосредственно через сам терморезистор. Терморезисторы с прямым нагревом, как правило, используются либо для измерения температуры, либо температурной компенсации. Такие терморезисторы можно встретить в термометрах, термостатах, зарядных устройствах (например, для Li-ion батарей шуруповёртов).
- Косвенный нагрев. Это когда терморезистор нагревается рядом расположенным нагревательным элементом. При этом он сам и нагревательный элемент электрически не связаны друг с другом. В таком случае, сопротивление терморезистора определяется функцией тока, протекающего через нагревательный элемент, а не через терморезистор. Терморезисторы с косвенным нагревом являются комбинированными приборами.
NTC-термисторы и позисторы
По зависимости изменения сопротивления от температуры терморезисторы делят на два типа:
- NTC-термисторы;
- PTC-термисторы (они же позисторы).
Давайте разберёмся, какая между ними разница.
NTC-термисторы
Своё название NTC-термисторы получили от сокращения NTC – Negative Temperature Coefficient, или «Отрицательный Коэффициент Сопротивления». Особенность данных термисторов в том, что при нагреве их сопротивление уменьшается. Кстати, вот так обозначается NTC-термистор на схеме.
Обозначение термистора на схеме
Как видим, стрелки на обозначении разнонаправлены, что указывает на основное свойство NTC-термистора: температура увеличивается (стрелка вверх), сопротивление падает (стрелка вниз). И наоборот.
На практике встретить NTC-термистор можно в любом импульсном блоке питания. Например, такой термистор можно обнаружить в блоке питания компьютера. Мы уже видели NTC-термистор на плате ИКАР’а, только там он был серо-зелёного цвета.
На этом фото NTC-термистор фирмы EPCOS. Применяется для ограничения пускового тока.
Для NTC-термисторов, как правило, указывается его сопротивление при 25°С (для данного термистора это 8 Ом) и максимальный рабочий ток. Обычно это несколько ампер.
Данный NTC-термистор устанавливается последовательно, на входе сетевого напряжения 220V. Взгляните на схему.
Так как он включен последовательно с нагрузкой, то весь потребляемый ток протекает через него. NTC-термистор ограничивает пусковой ток, который возникает из-за заряда электролитических конденсаторов (на схеме С1). Бросок зарядного тока может привести к пробою диодов в выпрямителе (диодный мост на VD1 — VD4).
При каждом включении блока питания конденсатор начинает заряжаться, а через NTC-термистор начинает протекать ток. Сопротивление NTC-термистора при этом велико, так как он ещё не успел нагреться. Протекая через NTC-термистор, ток разогревает его.
После этого сопротивление термистора уменьшается, и он практически не препятствует протеканию тока, потребляемого прибором. Таким образом, за счёт NTC-термистора удаётся обеспечить «плавный запуск» электроприбора и уберечь от пробоя диоды выпрямителя.
Понятно, что пока импульсный блок питания включен, NTC-термистор находится в «подогретом» состоянии.
Если в схеме происходит выход из строя каких-либо элементов, то, обычно резко возрастает и потребляемый ток. При этом нередки случаи, когда NTC-термистор служит своего рода дополнительным предохранителем и также выходят из строя из-за превышения максимального рабочего тока.
Далее на фото наглядный пример – сгоревший NTC-термистор 5D-11, который был установлен в зарядном устройстве ИКАР-506. Он ограничивал пусковой ток при включении.
Выход из строя ключевых транзисторов в блоке питания зарядного устройства привел к превышению максимального рабочего тока этого термистора (max 4A) и он сгорел.
Позисторы. PTC-термисторы.
Термисторы, сопротивление которых при нагреве растёт, называют позисторами. Они же PTC-термисторы (PTC — Positive Temperature Coefficient, «Положительный Коэффициент Сопротивления»).
- Стоит отметить, что позисторы получили менее широкое распространение, чем NTC-термисторы.
- Условное обозначение позистора на схеме.
Позисторы легко обнаружить на плате любого цветного CRT-телевизора (с кинескопом). Там он установлен в цепи размагничивания. В природе встречаются как двухвыводные позисторы, так и трёхвыводные.
На фото представитель двухвыводного позистора, который применяется в цепи размагничивания кинескопа.
Внутри корпуса между выводами-пружинами установлено рабочее тело позистора. По сути это и есть сам позистор. Внешне выглядит как таблетка с напылением контактного слоя по бокам.
Как я уже говорил, позисторы используются для размагничивания кинескопа, а точнее его маски. Из-за магнитного поля Земли или влияния внешних магнитов маска намагничивается, и цветное изображение на экране кинескопа искажается, появляются пятна.
Наверное, каждый помнит характерный звук «бдзынь», когда включается телевизор — это и есть тот момент, когда работает петля размагничивания.
Кроме двухвыводных позисторов широко применяются трёхвыводные позисторы. Вот такие.
- Далее на фото трёхвыводный позистор СТ-15-3.
Отличие их от двухвыводных заключается в том, что они состоят из двух позисторов-«таблеток», которые установлены в одном корпусе. На вид эти «таблетки» абсолютно одинаковые. Но это не так.
Кроме того, что одна таблетка чуть меньше другой, так ещё и сопротивление их в холодном состоянии (при комнатной температуре) разное.
У одной таблетки сопротивление около 1,3 ~ 3,6 кОм, а у другой всего лишь 18 ~ 24 Ом.
Трёхвыводные позисторы также применяются в цепи размагничивания кинескопа, как и двухвыводные, но только схема их включения немного иная. Если вдруг позистор выходит из строя, а такое бывает довольно часто, то на экране телевизора появляются пятна с неестественным отображением цвета.
Более детально о применении позисторов в цепи размагничивания кинескопов я уже рассказывал здесь.
Так же, как и NTC-термисторы, позисторы используются в качестве устройств защиты. Одна из разновидностей позистора — это самовосстанавливающийся предохранитель.
SMD-терморезисторы
С активным внедрением SMT-монтажа, производители стали выпускать миниатюрные терморезисторы, адаптированные и под него.
Размеры их корпуса, как правило, соответствуют стандартным типоразмерам (0402, 0603, 0805, 1206), которые имеют чип резисторы и конденсаторы. Маркировка на них не наносится, что затрудняет их идентификацию.
По внешнему виду SMD-терморезисторы очень похожи на керамические SMD-конденсаторы.
Встроенные терморезисторы
В электронике активно применяются и встроенные терморезисторы. Если у вас паяльная станция с контролем температуры жала, то в нагревательный элемент встроен тонкоплёночный терморезистор. Также терморезисторы встраиваются и в фен термовоздушных паяльных станций, но там он является отдельным элементом.
- Стоит отметить, что в электронике наряду с терморезисторами активно применяются термопредохранители и термореле (например, типа KSD), которые также легко обнаружить в электронных приборах.
- Теперь, когда мы познакомились с терморезисторами, пора узнать об их параметрах.
- Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
- Также Вам будет интересно узнать:
PTC термистор термочувствительное защитное устройство — термистор
Сообщение об ошибке
- Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable в функции theme_table() (строка 1998 в файле /home/meandrru/www/includes/theme.inc).
- Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable в функции theme_table() (строка 2061 в файле /home/meandrru/www/includes/theme.inc).
- Deprecated function: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls в функции _menu_load_objects() (строка 579 в файле /home/meandrru/www/includes/menu.inc).
Термисторы PTC-типа
Термистор относится к термочувствительным защитным устройства встраиваемой тепловой защите электродвигателя. Располагаются в специально предусмотренных для этой цели гнездах в лобовых частях электродвигателя (защита от заклинивания ротора) или в обмотках электродвигателя (защита от теплового перегруза). Термистор — полупроводниковый резистор, изменяющие свое сопротивление в зависимости от температуры. Термисторы в основном делятся на два класса: PTC-типа — полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления; NTC-типа — полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.
Для защиты электродвигателей используются в основном PTC-термисторы (позисторы Positive Temperature Coefficient), обладающие свойством резко увеличивать свое сопротивление, когда достигнута некоторая характеристическая температура (см рис. 1). Применительно к двигателю это максимально допустимая температура нагрева обмоток статора для данного класса изоляции.
Три (для двухобмоточных двигателей — шесть) PTC-термистора соединены последовательно и подключены к входу электронного блока защиты. Блок настроен таким образом, что при превышении суммарного сопротивления цепочки срабатывает контакт выходного реле, управляющий расцепителем автомата или катушкой магнитного пускателя.
Термисторная защита предпочтительней в тех случаях, когда по току невозможно определить с достаточной точностью температуру двигателя. Это касается прежде всего двигателей с продолжительным периодом запуска, частыми операциями включения и отключения (повторно-кратковременным режимом) или двигателей с регулируемым числом оборотов (при помощи преобразователей частоты).
Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении двигателей или выходе из строя системы принудительного охлаждения.
Рис.1 Зависимость сопротивления термистора PTC-типа от температуры | PTC — полупроводниковый резистор |
Недостатком данного вида защиты является то, что с датчиками выпускаются далеко не все типы двигателей. Это особенно касается двигателей отечественного производства. Датчики могут устанавливаться только в условиях стационарных мастерских.
Температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильно зависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации самого двигателя.
Они требуют наличия специального электронного блока: термисторного устройства защиты двигателей, теплового или электронного реле перегрузки, в которых находятся блоки настройки и регулировки, а также выходные электромагнитные реле, служащие для отключения катушки пускателя или электромагнитного расцепителя.
Характеристики термистора PTC-типа по DIN44081/44082
Внешний вид термисторов
Диаграмма РТС термисторов | Вариант применения РТС термисторов |
Пример цветовой кодировки РТС термисторов в зависимости от температуры
Язык Русский
Орфографическая ошибка в тексте: Чтобы сообщить об ошибке технической поддержки, нажмите кнопку «Отправить сообщение об ошибке». Вы также можете отправить свой комментарий.
Термистор: принцип работы
Термисторы являются разновидностью терморезисторов и относятся к категории приборов на основе полупроводников. Данные устройства получили широкое применение в электротехнике.
Они изготавливаются из специальных полупроводниковых материалов с высоким отрицательным температурным коэффициентом. Во многих приборах используется термистор принцип работы которого основан на зависимости электрического сопротивления от температуры.
Качество любого прибора, прежде всего, зависит от физических свойств полупроводника, а также от форм и размеров самого терморезистора.
Термисторы: устройство и принцип работы
Термистор представляет собой терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Эти устройства изготавливаются в виде полупроводниковых стержней и покрываются защитным слоем эмалевой краски.
Соединение с другими деталями осуществляется с помощью контактных колпачков и выводов, для которых подходит только сухая среда. Для размещения некоторых моделей термисторов используется металлический герметичный корпус.
В этом случае они становятся устойчивыми к любым агрессивным воздействиям и могут эксплуатироваться даже при высокой влажности в помещении.
Для того чтобы конструкция устройства была герметичной, применяется стекло и олово. Рабочие качества термисторов улучшаются, когда для оборачивания стержней применяется металлическая фольга. Токоотводы изготавливаются из никелевой проволоки. Номинальные значения сопротивления в различных устройствах находятся в пределах 1-200 кОм, а диапазон температур составляет от -100 до +1290С.Работа термисторов основана на свойствах отдельных видов проводников, изменять показатели сопротивления под действием различных температур. Основными проводниками, используемыми в этих приборах, является медь и платина в чистом виде. Следует отметить, что значение отрицательного температурного коэффициента термисторов значительно превышает такие же параметры, свойственные обычным металлам.
Применение термисторов
Терморезисторы применяемые в качестве датчиков, могут работать в двух режимах. В первом случае температурный режим зависит лишь от температуры окружающей среды. Значение тока, проходящего через термистор, очень мало и нагревания устройства практически не происходит.
Второй режим предполагает нагревание термистора электрическим током, проходящим внутри него. В данном случае значение температуры будет зависеть от различных изменяющихся условий тепловой отдачи.
Это может быть плотность газовой среды, окружающей прибор, интенсивность обдува и другие факторы.
Фоторезистор: основные параметры
Каждый термистор, принцип работы которого основан на снижении сопротивления при повышении температуры, используется в определенных сферах электротехники. Они применяются для измерения и компенсации температуры, в крупных бытовых электроприборах – холодильниках и морозильных камерах, посудомоечных машинах и другой технике. Эти устройства нашли широкое применение в автомобильной электронике. С их помощью измеряется температура охлаждающей жидкости или масла, а также температурные показатели других элементов автомобиля.
В кондиционере термисторы устанавливаются в тепловом распределителе. Кроме того, они используются в качестве датчика слежения за температурой в комнате.
С помощью термисторов осуществляется блокировка дверей нагревательных приборов, они устанавливаются в нагреватели теплых полов и в газовые котлы.
Терморезисторы применяются, когда нужно определить уровень нестандартных жидкостей, например, жидкого азота. В целом, они получили самое широкое распространение в промышленной электронике.
Терморезисторы. Виды и устройство. Работа и параметры
Полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от температуры называются терморезисторы. Они имеют свойство значительного температурного коэффициента сопротивления, величина которого больше, чем у металлов во много раз. Они широко применяются в электротехнике.
На электрических схемах терморезисторы обозначаются:
Устройство и работаОни имеют простую конструкцию, выпускаются разных размеров и формы.
В полупроводниках есть свободные носители заряда двух видов: электроны и дырки. При неизменной температуре эти носители произвольно образуются и исчезают. Среднее количество свободных носителей находится в динамическом равновесии, то есть неизменно.
При изменении температуры равновесие нарушается. Если температура повышается, то число носителей заряда также увеличивается, а при снижении температуры концентрация носителей уменьшается. На удельное сопротивление полупроводника оказывает влияние температура.
Если температура подходит к абсолютному нулю, то полупроводник имеет свойство диэлектрика. При сильном нагревании он идеально проводит ток. Основной особенностью терморезистора является то, что его сопротивление наиболее заметно зависит от температуры в обычном интервале температур (-50 +100 градусов).
Популярные терморезисторы производятся в виде стержня из полупроводника, который покрыт эмалью. К нему подведены электроды и колпачки для контакта. Такие резисторы применяются в сухих местах.
Некоторые терморезисторы располагают в металлическом герметичном корпусе. Поэтому они могут использоваться во влажных местах с агрессивной внешней средой.
Герметичность корпуса создается при помощи олова и стекла. Стержни из полупроводника обернуты металлизированной фольгой. Для подключения тока применяется проволока из никеля. Величина номинального сопротивления составляет 1-200 кОм, температура работы -100 +129 градусов.
Принцип действия терморезистора основан на свойстве изменения сопротивления от температуры. Для изготовления используются чистые металлы: медь и платина.
Основные параметры- ТКС – термический коэффициент сопротивления, равен изменению сопротивления участка цепи при изменении температуры на 1 градус. Если ТКС положительный, то терморезисторы называют позисторами (РТС-термисторы). А если ТКС отрицательный, то термисторами (NТС-термисторы). У позисторов при повышении температуры повышается и сопротивление, а у термисторов все происходит наоборот.
- Номинальное сопротивление – это величина сопротивления при 0 градусах.
- Диапазон работы. Резисторы делят на низкотемпературные (менее 170К), среднетемпературные (от 170 до 510 К), высокотемпературные (более 570К).
- Мощность рассеяния. Это величина мощности, в пределах которой терморезистор во время работы обеспечивает сохранение заданных параметров по техническим условиям.
Все датчики температуры на производстве работают по принципу преобразования температуры в сигнал электрического тока, который можно передавать с большой скоростью на дальние расстояния. Любые величины можно преобразовать в электрические сигналы, переведя их в цифровой код. Они передаются с высокой точностью, и обрабатываются вычислительной техникой.
Металлические терморезисторыМатериалом для терморезисторов можно использовать далеко не любые проводники тока, так как к терморезисторам предъявляются некоторые требования. Материал для их изготовления должен иметь высокий ТКС, а сопротивление должно зависеть от температуры по линейному графику в большом интервале температур.
Также проводник из металла должен обладать инертностью к агрессивным действиям внешней среды и качественно воспроизводить характеристики, что дает возможность менять датчики без особых настроек и измерительных приборов.
Для таких требований хорошо подходят медь и платина, не считая их высокой стоимости. Терморезисторы на их основе называют платиновыми и медными.
ТСП (платиновые) термосопротивления работают при температурах -260 — 1100 градусов.
Если температура в пределах от 0 до 650 градусов, то такие датчики применяют в качестве образцов и эталонов, так как в этом интервале нестабильность составляет не более 0,001 градусов.
Из недостатков платиновых терморезисторов можно назвать нелинейность преобразования и высокую стоимость. Поэтому точные замеры параметров возможны только в рабочем диапазоне.
Практически широко применяются недорогие медные образцы терморезисторов ТСМ, у которых линейность зависимости сопротивления от температуры намного выше. Их недостатком является малое удельное сопротивление и неустойчивость к повышенным температурам, быстрая окисляемость. В связи с этим термосопротивления на основе меди имеют ограниченное использование, не более 180 градусов.
Для монтажа платиновых и медных датчиков применяют 2-проводную линию при расстоянии до прибора до 200 метров. Если удаление больше, то применяют трехжильный кабель, в котором третий проводник служит для компенсирования сопротивления проводов.
Из недостатков платиновых и медных терморезисторов можно отметить их малую скорость работы. Их тепловая инерция достигает нескольких минут. Существуют терморезисторы с малой инерционностью, время срабатывания которых не выше нескольких десятых секунды.
Это достигается небольшими размерами датчиков. Такие термосопротивления производят из микропровода в стеклянной оболочке. Эти датчики имеют небольшую инерцию, герметичны и обладают высокой стабильностью.
При небольших размерах они обладают сопротивлением в несколько кОм.
ПолупроводниковыеТакие сопротивления имеют название термисторов. Если их сравнить с платиновыми и медными образцами, то они обладают повышенной чувствительностью и ТКС отрицательного значения.
Это значит, что при возрастании температуры сопротивление резистора снижается. У термисторов ТКС намного больше, чем у платиновых и медных датчиков.
При небольших размерах их сопротивление доходит до 1 мегома, что не позволяет оказывать влияние на измерение сопротивлению проводников.
Для осуществления замеров температуры большую популярность приобрели терморезисторы на полупроводниках КМТ, состоящих из оксидов кобальта и марганца, а также термосопротивления ММТ на основе оксидов меди и марганца.
Зависимость сопротивления от температуры на графике имеет хорошую линейность в интервале температур -100 +200 градусов.
Надежность терморезисторов на полупроводниках довольно высока, свойства имеют достаточную стабильность в течение длительного времени.
Основным их недостатком является такой факт, что при массовом изготовлении таких терморезисторов не получается обеспечить необходимую точность их характеристик.
Поэтому один отдельно взятый резистор будет отличаться от другого образца, подобно транзисторам, которые из одной партии могут иметь различные коэффициенты усиления, трудно найти два одинаковых образца.
Этот отрицательный момент создает необходимость дополнительной настройки аппаратуры при замене терморезистора.
Для подключения термисторов обычно применяют мостовую схему, в которой мост уравновешивается потенциометром. Во время изменения сопротивления резистора от действия температуры мост можно привести в равновесие путем регулировки потенциометра.
Такой метод ручной настройки используется в учебных лабораториях для демонстрации работы. Регулятор потенциометра оснащен шкалой, которая имеет градуировку в градусах. На практике в сложных схемах измерения эта регулировка происходит в автоматическом режиме.
Применение терморезисторовВ работе термодатчиков существует два режима действия. При первом режиме температура датчика определяется лишь температурой внешней среды. Протекающий по резистору ток маленький и не способен его нагреть.
При 2-м режиме термистор нагревается протекающим током, а его температура определяется условиями отдачи тепла, например, скоростью обдува, плотностью газа и т.д.
На схемах термисторы (NТС) и резисторы (РТС) имеют соответственно отрицательный и положительный коэффициенты сопротивления, и обозначаются следующим образом:
Применение термисторов- Измерение температуры.
- Бытовая техника: морозильники, фены, холодильники и т.д.
- Автомобильная электроника: измерение охлаждения антифриза, масла, контроль выхлопных газов, системы торможения, температура в салоне.
- Кондиционеры: распределение тепла, контроль температуры в помещении.
- Отопительные котлы, теплые полы, печи.
- Блокировка дверей в устройствах нагревания.
- Электронная промышленность: стабилизация температуры лазерных фотоэлементов и диодов, а также медных обмоток катушек.
- В мобильных телефонах для компенсации нагрева.
- Ограничение тока запуска двигателей, ламп освещения, импульсных блоков питания.
- Контроль наполнения жидкостей.
- Защита от короткого замыкания в двигателях.
- Защита от оплавления при токовой перегрузке.
- Для задержки времени включения импульсных блоков питания.
- Мониторы компьютеров и кинескопы телевизоров для размагничивания и предотвращения нарушения цвета.
- В пускателях компрессоров холодильников.
- Тепловая блокировка трансформаторов и двигателей.
- Приборы измерения.
- Автоматика управления техникой.
- Устройства памяти информации.
- В качестве нагревателей карбюраторов.
- В бытовых устройствах: закрывание дверки стиральной машины, в фенах и т.д.
Похожие темы:
Терморезистор
Большинство промышленных сфер требует измерения множества параметров на производстве. Чем сложнее технологические процессы, тем точнее должны быть показания. Один из самых требовательных к точности параметров – температура. Для ее точных замеров используют специальный прибор – терморезистор.
Виды
Простой принцип работы позволяет создавать термопреобразователи сопротивления (научное название устройства) различных габаритов и форм. В зависимости от области применения и материала, датчики могут иметь различную форму и соответствующий тип: стержневой, трубчатый, дисковой или бусинковый. Особых ограничений нет, поэтому на каждой отрасли существуют свои стандарты датчиков.
Принцип действия
Терморезисторы – это датчики, работа которых зависит от двух показателей: температуры и сопротивления. Второй параметр меняется в зависимости от значений первого, при достижении необходимой отметки происходит срабатывание. Существует четыре разновидности терморезисторов:
- низкотемпературные – для работы при значениях менее 170 К;
- для средних температур – от 170 до 510 К;
- для высоких – работают в диапазоне от 510 до 900 К;
- особый класс – до 1300 К.
Обратите внимание! Для обозначения температуры в рабочем диапазоне терморезистора используют Кельвин, а не градус Цельсия. Это связано с уравнением Стейнхарта-Харта, где в расчетах по формуле учитываются абсолютная температура и сопротивление.
Пример и изображение терморезистора в схеме
Наиболее точные терморезисторы могут использоваться в качестве эталонов – точность реагирования у них доходит до долей градуса. Помимо температурного режима, приборы отличаются по способу нагрева.
Прямой и косвенный нагрев
Существует два типа устройств:
- Прямого нагрева – реагируют на температуру окружающей среды либо на проходящий через деталь ток. Их большинство, применяются они повсеместно.
- Косвенного нагрева – комбинированные приборы. Представляют собой терморезистор, температуру которого задает отдельный изолированный нагревательный элемент. Ток в этом случае проходит через него, а не через сам датчик.
Дальнейшее разделение основано на различиях в конструкции и материалах изготовления.
Особенности конструкций
Изменение температуры паяльника с помощью диммера
Классификация основывается на ключевом параметре – температурном коэффициенте сопротивления (ТКС), который есть у любого проводника или полупроводника. Он указывает, на какую величину изменяется Ом за каждый градус. В зависимости от материала изготовления ТКС может быть положительным или отрицательным.
Позисторы
Позистор – что это такое, объясняет параметр ТКС. Резистор с положительным значением называется позистором (PTC). Основой для изготовления служит металл. Самыми высокими показателями термосопротивления при инертности к внешним воздействиям обладают медь и платина.
Особенности:
- Медные терморезисторы стоят дешевле, но применяются только при работе с температурами до 180 градусов. У них низкая устойчивость к агрессивной среде и быстрая окисляемость.
- Платиновые – работают до 1100 градусов, однако наиболее точные результаты показывают при верхней границе в 650. Недостаток – дороговизна.
Часто можно встретить вопрос: что такое позисторы ТСМ и ТСП. Ответом служит последняя буква, указывающая на основу: медь либо платину.
Основное назначение позистора – предохранитель для защиты элементов цепи. Используется последовательное подключение. Область их применения ограничена из-за малой скорости быстродействия.
Термисторы
Гораздо чаще применят более чувствительные и недорогие приборы – термисторы. У терморезистора NTC отрицательный ТКС (с ростом температуры сопротивление уменьшается).
При создании применяют полупроводниковые составы на основе окислов марганца, меди и кобальта.
По сравнению с позисторами, такие устройства более долговечны, надежны, имеют стабильную линейность при работе до 200 градусов.
Термисторы со стандартной маркировкой
Недостаток – невозможность массового изготовления терморезисторов с идентичными характеристиками. Параметры могут отличаться даже у приборов из одной партии, из-за чего приходится повторно регулировать оборудование. Схема монтажа термисторов – мостовая.
Технические характеристики
Сопротивление резистора – формула для рассчета
Каждое устройство обладает набором параметров, на которые нужно обращать внимание при выборе:
- Номинальное сопротивление. Это значение, полученное при фиксированной температуре (стандарт – 20 градусов).
- ТКС – обратимое изменение сопротивления на каждый градус.
- Максимальная мощность рассеяния. Иногда называют просто мощностью резистора. Показывает предельное значение, которое рассеивает ТР без необратимых последствий. Показатель актуален только в условиях соблюдения температурного режима.
- Температурная чувствительность. Определяется в определенном диапазоне и зависит от свойств полупроводникового материала.
Эти значения нужно учитывать для приборов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.
Отрицательный коэффициент ТКС
Дело в том, что зависимость сопротивления от температуры у термисторов экспоненциальная. При этом номинальное сопротивление отдельного ТР может изменяться в больших пределах. Расчеты параметров полупроводниковых приборов сложнее – у позисторов принцип работы основан на линейной зависимости.
Область применения
Использование устройств зависит от их стоимости и точности измерений. Более дорогие позисторы применяют в сложных производствах, а также в качестве предохранителей. Например, их подключают к исполнительному реле, в случае нагрева схема отключается. Термисторы гораздо доступнее, что позволяет находить им широкое применение в быту.
Термодатчик воздуха
При правильной калибровке NTC резистор может использоваться для проверки нагрева окружающей воздушной среды. В этом случае точность измерений, как на производстве, не требуется – достаточно регулировки с шагом в 1 градус Цельсия.
Самодельный датчик температуры воздуха
Автомобильный термодатчик
Популярный способ применения – защита двигателя авто от перегрева. ТР соединяют с реле, которое отключает двигатель при угрозе перегрева. При достаточных знаниях можно подключить устройство к бортовому компьютеру для отображения температуры на дисплее.
Датчик пожара
Из терморезистора и биметаллических элементов пускателя можно создать конструкцию, аналогичную пожарной сигнализации. Для этого подойдут простые бусинковые ТР. Также датчик может работать, если нужно исключить срабатывания на дым, например, сигаретный.
Термистор как регулятор пускового тока
Есть ряд приборов, которые подвержены чрезмерным токам при первом запуске: лампы, двигатели и трансформаторы. Для их ограничения в цепь встраивается термистор. Вместо резких скачков осуществляется регулировка тока по нагрузке, по мере нагревания термистора и уменьшения сопротивления.
Алмаз и родственные материалы – особые терморезисторы
На рынке терморезисторов есть особый класс устройств – на основе монокристаллов алмаза, композитов и углеродных пленок. Они обладают сразу несколькими преимуществами:
- работоспособность при температурах до 1000 градусов;
- чрезвычайно высокая устойчивость к агрессивным воздействиям;
- высокая твердость при низкой инерционности.
У таких приборов есть особая маркировка – ТРА. Выпускают их без корпуса либо в стеклянной оболочке.
Чем можно заменить
Менять терморезистор лучше всего на аналогичный, сверяясь со справочником или технической документацией. Однако при наличии опыта и знаний об устройстве того или иного аппарата можно заменить ТР на обычный проволочный резистор. Следует проверить:
- условия срабатывания реле – по времени или напряжению;
- изменение времени выхода на рабочий режим;
- необходимость последовательного соединения сразу нескольких резисторов.
Важно понимать, какие функции выполнял ТР. В некоторых случаях замена окажется нецелесообразной либо невозможной.
Терморезисторы – необходимый элемент для функционирования современной электротехники. Это точный и эффективный датчик, позволяющий контролировать работу устройств во многих сферах. Его применяют уже более 90 лет, заменить его в ближайшее время удастся с малой вероятностью.
Видео
Инструкция по эксплуатации Danfoss Термостатический элемент RTS 3620
CD-ST
VI.16.h2.50 — 05-1998
1)
2)
013R9242
ИНСТРУКЦИЯ
Термостатические элементы
RTS 3620
013R9242
Назначение
Радиаторные терморегуляторы фирмы Данфосс используются в любых известных системах водяного
отопления зданий. Термостатические элементы RTS 3620 предназначены для установки на регулирующих
клапанах типа RTD-N, RTD-G, RTD-K и RTD-KE. Условия правильного выбора клапанов и термостатических
элементов даны в Технических описаниях радиаторных терморегуляторов фирмы Данфосс.
Принцип действия
Основным рабочим элементом RTS 3620 является термочувустительный датчик с жидкостным заполнением.
Когда температура воздуха в отапливаемом помещении повышается сверх заданной потребителем, жидкость
в датчике расширяется, воздействуя на сильфон, который в свою очередь перемещает золотник
регулирующего клапана, уменьшающий проток теплоносителя через отопительный прибор. При понижении
температуры воздуха происходит обратный процесс, в результате которого количество теплоносителя,
проходящего через отопительный прибор, увеличивается, теплоотдача его растет и температура воздуха в
помещении восстанавливается. Радиаторные терморегуляторы фирмы Данфосс не требуют обслуживания,
позволяют автоматически поддерживать комфортные температурные условия в отапливаемых помещениях и
экономить тепловую энергию, расходуемую на отопление зданий.
Настройка термостатического элемента
Термостатический элемент имеет шкалу настройки с индексами, корреспондирующимися со значениями
температуры воздуха в помещении. Для того, чтобы настроить термостатический элемент на поддержание
определенной температуры, необходимо повернуть настроечную рукоятку до совмещения нужного индекса с
черной стрелкой на корпусе элемента. По прошествии одного часа следует проверить температуру воздуха в
помещении с помощью комнатного термометра. Если температура воздуха по термометру будет отличаться от
значения, соответствующего индексу напртив стрелки, то положение настроечной рукоятки должно быть
несколько изменено.
Ключ к шкале настройки термостатического элемента:
температура в
неэксплуатируемых
помещениях
холодные
кладовые,
подвалы
корридоры
и спальни
гостиная и
кухня
ванная
комната
Рекомендуется поддерживать различные температуры воздуха в зависимости от назначения помещений. На
рисунке показаны наиболее часто поддерживаемые температуры воздуха в помещениях различного
назначения.
Монтаж
Установка
радиаторного
терморегулятора
фирмы Данфосс на
отопительном
приборе.
Монтаж термостати-
ческого элемента.
Настроечная рукоятка
установлена на
позицию “5”.
6-10 Нм
Термистор принцип действия. Термистор что это. Что такое термистор его применение в электронике
Развитие электроники с каждым годом набирает обороты. Но, несмотря на новые изобретения, в электрических схемах надёжно работают устройства, сконструированные ещё в начале XX века. Один из таких приборов — термистор. Форма и назначение этого элемента настолько разнообразны, что быстро отыскать его в схеме удаётся только опытным работникам сферы электротехники. Понять, что такое термистор, можно лишь владея знаниями о строении и свойствах проводников, диэлектриков и полупроводников.
Описание прибора
Датчики температуры широко используются в электротехнике. Почти во всех механизмах применяются аналоговые и цифровые микросхемы термометров, термопары, резистивные датчики и термисторы. Приставка в названии прибора говорит о том, что термистор — это такое устройство, которое зависит от влияния температуры. Количество тепла в окружающей среде — главенствующий показатель в его работе. Благодаря нагреванию или охлаждению, меняются параметры элемента, появляется сигнал, доступный для передачи на механизмы контроля или измерения.
Термистор — это прибор электроники, у которого значения температуры и сопротивления связаны обратной пропорциональностью.
Существуют и другое его название — терморезистор . Но это не вполне правильно, так как на самом деле термистор является одним из подвидов терморезистора . Изменение теплоты может влиять на сопротивление резистивного элемента двумя способами: либо увеличивая его, либо уменьшая.
Поэтому термосопротивления по температурному коэффициенту подразделяются на РТС (положительные) и NTC (отрицательные). РТС — резисторы получили название позисторов, а NTC — термисторов.
Отличие РТС и NTC приборов состоит в изменении их свойств при воздействии климатических условий. Сопротивление позисторов прямо пропорционально количеству тепла в окружающей среде. При нагреве NTC — приборов его значение уменьшается.
Таким образом, повышение температуры позистора приведёт к росту его сопротивления, а у термистора — к падению.
Вид терморезистора на электрических принципиальных схемах похож на обыкновенный резистор . Отличительной чертой является прямая под наклоном, которая перечёркивает элемент. Тем самым показывая, что сопротивление не постоянно, а может изменяться в зависимости от увеличения или уменьшения температуры в окружающей среде.
Основное вещество для создания позисторов — титанат бария. Технология изготовления NTC — приборов более сложная из-за смешивания различных веществ: полупроводников с примесями и стеклообразных оксидов переходных металлов.
Классификация термисторов
Габариты и конструкция терморезисторов различны и зависят от области их применения.
Форма термисторов может напоминать:
Самые маленькие терморезисторы в виде бусинок. Их размеры меньше 1 миллиметра, а характеристики элементов отличаются стабильностью. Недостатком является невозможность взаимной подмены в электрических схемах.
Классификация терморезисторов по числу градусов в Кельвинах:
- сверх высокотемпературные — от 900 до 1300;
- высокотемпературные — от 570 до 899;
- среднетемпературные — от 170 до 510;
- низкотемпературные — до 170.
Максимальный нагрев хоть и допустим для термоэлементов, но сказывается на их работе ухудшением качества и появлением значительной погрешности в показателях.
Технические характеристики и принцип действия
Выбор терморезистора для контролирующего или измерительного механизма проводят по номинальным паспортным или справочным данным. Принцип действия, основные характеристики и параметры термисторов и позисторов похожи. Но некоторые отличия все же существуют.
РТС — элементы оцениваются тремя определяющими показателями: температурной и статической вольт — амперной характеристикой, термическим коэффициентом сопротивления (ТКС).
У термистора список более широкий.
Помимо параметров, аналогичных позистору, показатели следующие:
- номинальное сопротивление;
- коэффициенты рассеяния, энергетической чувствительности и температуры;
- постоянная времени;
- температура и мощность по максимуму.
Из этих показателей основными, которые влияют на выбор и оценивание термистора, являются:
- номинальное сопротивление;
- термический коэффициент сопротивления;
- мощность рассеяния;
- интервал рабочей температуры.
Номинальное сопротивление определяется при конкретной температуре (чаще всего двадцать градусов Цельсия). Его значение у современных терморезисторов колеблется в пределах от нескольких десятков до сотен тысяч ом.
Допустима некоторая погрешность значения номинального сопротивления. Она может составлять не более 20% и должна быть указана в паспортных данных прибора.
ТКС зависит от теплоты. Он устанавливает величину изменения сопротивления при колебании температуры на одно деление. Индекс в его обозначении указывает на количество градусов Цельсия либо Кельвина в момент измерений.
Выделение теплоты на детали появляется из-за протекания по ней тока при включении в электрическую цепь. Мощность рассеяния — величина, при которой резистивный элемент разогревается от 20 градусов Цельсия до максимально допустимой температуры.
Интервал рабочей температуры показывает такое её значение, при котором прибор работает длительное время без погрешностей и повреждений.
Принцип действия термосопротивлений основан на изменении их сопротивления под влиянием теплоты.
Происходит это по нескольким причинам:
- из-за фазового превращения;
- ионы с непостоянной валентностью более энергично обмениваются электронами;
- сосредоточенность заряженных частиц в полупроводнике распределяется другим образом.
Термисторы используются в сложных устройствах, которые применяются в промышленности, сельском хозяйстве, схемах электроники автомобилей. А также встречаются в приборах, которые окружают человека в быту — стиральных, посудомоечных машинах, холодильниках и другом оборудовании с контролем температуры.
На основе полупроводника, значительно уменьшающий своё сопротивление при понижении температуры. На основе этих данных можно измерять температуру в понятном для микроконтроллёров виде.
Основным материалом для изготовления термистора (с отрицательным ТКС * ) служат поликристаллические оксидные полупроводники (окислы металлов ).
Существует также разновидность терморезисторов (с положительным ТКС * ) – позисторы . Их получают из титана вкупе с бариевой керамикой и редкоземельными металлами. Значительно увеличивают сопротивление при увеличении температуры . Основное применение – температурная стабилизация устройств на транзисторах.
Термистор изобретён Самуэлем Рубеном (Samuel Ruben ) в 1930 году.
Термисторы применяются в микроэлектронике для контроля температур, тяжёлой промышленности , мобильных измерительных устройствах , выполняют функцию защиты импульсных блоков питания от больших зарядных токов конденсаторов & etc .
Очень часто встречаются на компьютерных комплектующих.
Позволяют измерять температуру процессоров, систем питания, чипсетов, и прочих компонентов. Довольно надёжны, хотя не редок заводской брак, когда температура смещена на несколько десятков градусов, либо вообще находится в минусе.
Существуют также термисторы с собственным встроенным подогревом . Служат для ручного включения подогрева и подачи сигнала с резистора о изменении сопротивления, либо для контроля подачи питания сети (при отключении резистор перестанет нагреваться и изменит сопротивление).
Формы и размеры термисторов могут быть разными (диски, бусинки, цилиндры & etc ).
Основными характеристиками полупроводникового термистора являются: ТКС * , диапазон рабочих температур , максимально допустимая мощность рассеяния, номинальное сопротивление .
Термисторы (большинство) выносливы к различным температурам, механическим , к износу от времени, а при определённой обработке и к агрессивным химическим средам .
* Температурный Коэффициент Сопротивления
Здравствуйте любители электроники, сегодня рассмотрим радиокомпонент, который защищает вашу технику, что такое термистор его применение в электронике.
Этот термин, происходит от двух слов, термический и резистор, относящийся к полупроводникам. Его фишка в изменении своего электрического сопротивления, которая напрямую зависит от температуры.
Устройство термисторов
Все термисторы изготавливаются из материалов, у которых высокий температурный коэффициент сопротивления, популярный и пресловутый (ткс). Этот коэффициент намного, в несколько раз выше, чем у остальных металлов.
Изготавливаются термисторы с положительным и отрицательным температурным коэффициентом, PTC и NTC соответственно. Вот отличная подсказка при нахождении этого прибора на плате, устанавливаются они в цепях питания электроники.
Где применяются, как работает термистор
Нашли широкое применение в электротехнике, особенно там, где весьма важен, особый контроль над температурным режимом. Очень важно их наличие в дорогостоящем оборудовании, компьютерной и промышленной технике.
Применяются для эффективного ограничения пускового тока, он и ограничивается термистором. Он изменяет своё сопротивление в зависимости от силы проходящего через него тока, по причине нагрева прибора.
Огромный плюс компонента, это способность восстанавливаться, через малое время при остывании.
Как можно проверить термистор мультиметром
Что такое термисторы и где они применяются, стало немного понятнее, продолжим изучать тему с его проверки.
Необходимо усвоить важное правило касающегося любого ремонта электроники, внешний, визуальный осмотр. Выискиваем следы перегрева, потемнение, просто изменение цвета, отколовшиеся частички корпуса, не оторвался ли, контактный вывод.
Тестер как обычно, включаем и производим замеры в режиме сопротивления. Подключаем к выводам термического резистора, при его исправном состоянии увидим сопротивление, указанное на корпусе.
Берем в руки зажигалку или паяльник, думаю, он у многих на столе живёт. Начинаем медленно нагрев, и наблюдаем на изменение сопротивления на приборе. При исправном термисторе, сопротивление должно снижаться, а поле некоторого времени, восстановиться.
Маркировка у термисторов различная, всё зависит от фирмы производителя, этому вопросу отдельную статью. В данном тексте, мы рассматриваем тему, что такое термистор и его применение в электроники.
Термистор (терморезистор) – твердотельный электронный элемент, внешне напоминающий постоянный резистор, но обладающий выраженной температурной характеристикой. Этот вид электронных приборов, как правило, используются для изменения аналогового выходного напряжения с учётом изменения окружающей температуры. Другими словами – электрические свойства термистора и принцип действия напрямую связаны с физическим явлением — температурой.
Термистор — термочувствительный полупроводниковый элемент, изготовленный на основе полупроводниковых оксидов металлов. Обычно имеет форму диска или шара с металлизированными или соединительными выводами.
Такие формы позволяют изменять резистивное значение пропорционально малым изменениям температуры. Для стандартных резисторов изменение сопротивления от нагрева видится нежелательным явлением.
Но этот же эффект видится удачным при построении многих электронных схем, требующих определения температуры.
Таким образом, будучи нелинейным электронным устройством с переменным сопротивлением, терморезистор успешно подходит для работы в качестве терморезистора-датчика. Такого рода датчики широко применяют для контроля температуры жидкостей и газов.
Выступая твердотельным устройством, изготовленным на основе высокочувствительных оксидов металлов, терморезистор работает на молекулярном уровне.
Валентные электроны становятся активными и воспроизводят отрицательный ТКС либо пассивными и тогда воспроизводят положительный ТКС.
В результате электронные приборы – термисторы, демонстрируют очень хорошую воспроизводимую резистивность, сохраняя эксплуатационные характеристики, позволяющие продуктивно работать в диапазоне температур до 200ºC.
Применение терморезисторов на практике
Базовым направлением применения, в данном случае, являются резистивные температурные датчики. Однако эти же электронные элементы, принадлежащие семейству резисторов, можно успешно использовать включенными последовательно с другими компонентами или устройствами.
Простые схемы включения терморезисторов, показывающие работу приборов в качестве температурных датчиков — своеобразных преобразователей напряжения за счёт изменения сопротивления
Такая схема включения позволяет контролировать ток, протекающий через компонент. Таким образом, термисторы, по сути, выступают ещё и токоограничителями.
Производятся термисторы разного типа, на основе различных материалов и отличаются по размерам в зависимости от времени отклика и рабочей температуры.
Существуют герметичные модификации приборов, защищённые от проникновения влаги. Есть конструкции под высокие рабочие температуры и компактные по размерам.
Следует выделить три наиболее распространенных типа терморезисторов:
- шариковые,
- дисковые,
- инкапсулированные.
Работают приборы в зависимости от изменения температуры:
- На уменьшение резистивного значения.
- На увеличение резистивного значения.
То есть существует два типа приборов:
- Обладающие отрицательным ТКС (NTC).
- Обладающие положительным ТКС (PTC).
Отрицательный коэффициент ТКС
NTC-термисторы с отрицательным ТКС уменьшают собственное резистивное значение по мере увеличения внешней температуры. Как правило, именно эти приборы чаще выступают датчиками температуры, поскольку идеально подходят практически к любому типу электроники, где требуется контроль температуры.
Относительно большой отрицательный отклик термистора NTC означает, что даже небольшие изменения температуры способны значительно изменить электрическое сопротивление прибора. Этот фактор делает модели NTC идеальными датчиками точного измерения температур.
Схема калибровки (проверки) терморезистора: 1 — источник питания; 2 — направление тока; 3 — испытуемый электронный элемент термистор; 4 — калибровочный микроамперметр
Терморезисторы NTC, снижающие сопротивление с повышением температуры, по исполнению доступны с различными базовыми сопротивлениями. Как правило, базовым сопротивлениям при комнатной температуре.
Например: 25ºC берётся за контрольную (базовую) температурную точку. Отсюда выстраиваются значения приборов, допустим, следующих номиналов:
- 2,7 кОм (25ºC),
- 10 кОм (25ºC)
- 47 кОм (25ºC)….
Другой важной характеристикой является значение «В». Величина «В» представляет собой постоянную константу, которая определяется керамическим материалом, из которого изготовлен термистор.
Этой же константой определяется градиент кривой резистивного отношения (R/T) в определенном температурном диапазоне между двумя температурными точками.
Каждый материал термистора имеет различную материальную константу и, следовательно, индивидуальную кривую отношения сопротивления и температуры.
Так, константа «B» определяет одно резистивное значение при базовой T1 (25ºС), и другое значение при Т2 (например, при 100ºC).
Следовательно, значение B определит постоянную константу материала термистора, ограниченную диапазоном T1 и T2:
B * T1 / T2 (B* 25 / 100)
p.s. значения температуры в расчётах берутся в градуировке Кельвина.
Отсюда вытекает, что имея значение «В» (из характеристики производителя) конкретного прибора, электронщику останется только создать таблицу температур и сопротивлений, чтобы построить подходящий график при помощи следующего нормированного уравнения:
B (T1/T2) = (T 2 * T 1 / T 2 – T 1) * ln(R1/R2)
где: T 1 , T 2 – температуры в градусах Кельвина; R 1 , R 2 – сопротивления при соответствующих температурах в Омах.
Так, например, термистор NTK, обладающий сопротивлением 10 кОм, имеет значение «В» равным 3455 в рамках температурного диапазона 25 — 100ºC.
Очевидный момент: термисторы экспоненциально меняют сопротивление с изменениями температуры, поэтому характеристическая нелинейная. Чем больше контрольных точек устанавливаются, тем точнее получается кривая.
Применение термистора в роли активного датчика
Поскольку прибор является активным типом датчика, для работы требуется сигнал возбуждения. Любые изменения сопротивления в результате изменения температуры преобразуются в изменение напряжения.
Промышленностью выпускаются термисторы разного исполнения, в том числе высокоточные, надёжно защищённые для применения в системах высокого уровня
Самый простой способ добиться подобного эффекта — использовать термистор как часть схемы делителя потенциала, как показано на рисунке ниже. Постоянное напряжение подаётся в цепь резистора и терморезистора.
К примеру, используется схема, где термистор 10 кОм включен последовательно с резистором 10 кОм. В этом случае выходное напряжение при базовой Т = 25ºC составит половину напряжения питания.
Таким образом, схема делителя потенциалов является примером простого преобразователя сопротивления в напряжение. Здесь сопротивление термистора регулируется температурой с последующим формирования величины выходного напряжения, пропорциональной температуре.
Простыми словами: чем теплее корпус термистора, тем ниже напряжение на выходе.
Между тем, если изменить положение последовательного резистора, R S и термистора R TH , в этом случае уровень выходного напряжения изменится на противоположный вектор. То есть теперь чем больше нагреется термистор, тем выше будет уровень выходного напряжения.
Использовать термисторы допускается и как часть базовой конфигурации с использованием мостовой схемы. Связью между резисторами R1 и R2 устанавливается опорное напряжение до требуемого значения. Например, если R1 и R2 имеют одинаковые значения сопротивления, опорное напряжение равно половине напряжения питания (V/2).
Схема усилителя, построенная с использованием этой мостовой схемы с термозондом, может выступать в качестве высокочувствительного дифференциального усилителя или в качестве простой схемы запуска Шмитта с функцией переключения.
Включение терморезистора в мостовую схему: R1, R2, R3 -обычные постоянные резисторы; Rт — термистор; А — измерительный прибор микроамперметр
Существует проблема, связанная с термистор (эффект «самонагрева»). В таких случаях рассеиваемая мощность I 2 R достаточно высока и создаёт больше тепла, чем способен рассеять корпус прибора. Соответственно, это «лишнее» тепло влияет на резистивное значение, что приводит к ложным показаниям.
Одним из способов избавления от эффекта «самонагрева» и получения более точного изменения сопротивления от влияния температуры (R/T), видится питание термистора от постоянного источника тока.
Термистор как регулятор пускового тока
Приборы традиционно используются в качестве резистивных чувствительных к температуре преобразователей. Однако сопротивление термистора изменяется не только под влиянием окружающей среды, но также изменения наблюдаются от протекающего через прибор электротока. Эффект того самого «самонагрева».
Разное электрооборудование на индуктивной составляющей:
- двигатели,
- трансформаторы,
- электролампы,
- другое,
подвергается чрезмерным пусковым токам при первом включении. Но если в цепь последовательно включить термистор, можно эффективно ограничивать высокий начальный ток. Такое решение способствует увеличению срока службы электрооборудования.
Терморезисторы с низким ТКС (при 25°C) обычно используются для регулирования пускового тока. Так называемые ограничители тока (перенапряжения) меняют сопротивление до очень низкого значения при прохождении тока нагрузки.
В момент первоначального включения оборудования пусковой ток проходит через холодный термистор, резистивное значение которого достаточно велико. Под воздействием тока нагрузки термистор нагревается, сопротивление медленно уменьшается. Так осуществляется плавная регулировка тока в нагрузке.
Термисторы NTC достаточно эффективно обеспечивают защиту от нежелательно высоких пусковых токов. Преимущественной стороной здесь является то, что этот тип приборов способен эффективно обрабатывать более высокие пусковые токи по сравнению с резисторами стандартного образца.
Метки:
NTC и PTC термисторы
В настоящий момент промышленность выпускает огромный ассортимент терморезисторов , позисторов и NTC-термисторов. Каждая отдельная модель или серия изготавливается для эксплуатации в определённых условиях, на них накладываются определённые требования.
Поэтому от простого перечисления параметров позисторов и NTC-термисторов толку будет мало. Мы пойдём немного другим путём.
Каждый раз, когда в ваши руки попадает термистор с легко читаемой маркировкой, необходимо найти справочный листок, или даташит на данную модель термистора.
Кто не в курсе, что такое даташит, советую заглянуть на эту страницу . В двух словах, даташит содержит информацию по всем основным параметрам данного компонента. В этом документе перечислено всё, что нужно знать, чтобы применить конкретный электронный компонент.
У меня в наличии оказался вот такой термистор. Взгляните на фото. Поначалу о нём я не знал ничего. Информации было минимум. Судя по маркировке это PTC-термистор, то есть позистор. На нём так и написано — PTC. Далее указана маркировка C975.
Сперва может показаться, что найти хоть какие то сведения о данном позисторе вряд ли удастся. Но, не стоит вешать нос! Открываем браузер, вбиваем в гугле фразу типа этих: «позистор c975», «ptc c975», «ptc c975 datasheet», «ptc c975 даташит», «позистор c975 даташит». Далее остаётся лишь найти даташит на данный позистор. Как правило, даташиты оформляются как pdf-файл.
Из найденного даташита на PTC C975 , я узнал следующее. Выпускает его фирма EPCOS. Полное название B59975C0160A070 (серия B599*5). Данный PTC-термистор применяется для ограничения тока при коротком замыкании и перегрузках. Т.е. это своеобразный предохранитель.
Приведу таблицу с основными техническими характеристиками для серии B599*5, а также краткую расшифровку всего того, что обозначают все эти циферки и буковки.
Теперь обратим своё внимание на электрические характеристики конкретного изделия, в нашем случае это позистор PTC C975 (полная маркировка B59975C0160A070). Взгляните на следующую таблицу.
I R — Rated current (mA). Номинальный ток. Это ток, который выдерживает данный позистор в течение длительного времени. Я бы его ещё назвал рабочим, нормальным током. Для позистора C975 номинальный ток составляет чуть более полуампера, а конкретно — 550 mA (0,55A).
I S — Switching current (mA). Ток переключения. Это величина тока, протекающего через позистор, при котором его сопротивление начинает резко возрастать. Таким образом, если через позистор C975 начнёт протекать ток более 1100 mA (1,1A), то он начнёт выполнять свою защитную функцию, а точнее начнёт ограничивать протекающий через себя ток за счёт роста сопротивления. Ток переключения (I S ) и опорная температура (T ref ) связаны, так как ток переключения вызывает разогрев позистора и его температура достигает уровня T ref , при которой сопротивление позистора возрастает.
I Smax — Maximum switching current (A). Максимальный ток переключения. Как видим из таблицы, для данной величины указывается ещё и значение напряжения на позисторе — V=V max . Это неспроста. Дело в том, что любой позистор может поглотить определённую мощность. Если она превысит допустимую, то он выйдет из строя.
Поэтому для максимального тока переключения указывается и напряжение. В данном случае оно равно 20 вольтам. Перемножив 3 ампера на 20 вольт, мы получим мощность в 60 Вт. Именно такую мощность может поглотить наш позистор при ограничении тока.
I r — Residual current (mA). Остаточный ток. Это остаточный ток, который протекает через позистор, после того, как тот сработал, начал ограничивать ток (например, при перегрузке). Остаточный ток поддерживает подогрев позистора для того, чтобы он был в «разогретом» состоянии и выполнял функцию ограничения тока до тех пор, пока причина перегрузки не будет устранена. Как видим, в таблице указано значение этого тока для разного напряжения на позисторе. Одно для максимального (V=V max ), другое для номинального (V=V R ). Не трудно догадаться, что перемножив ток ограничения на напряжение, мы получим мощность, которая требуется для поддержания нагрева позистора в сработавшем состоянии. Для позистора PTC C975 эта мощность равна 1,62 ~ 1,7 Вт.
Что такое R R и R min нам поможет понять следующий график.
R min — Minimum resistance (Ом). Минимальное сопротивление. Наименьшее значение сопротивления позистора. Минимальное сопротивление, которое соответствует минимальной температуре, после которой начинается диапазон с положительным ТКС. Если детально изучить графики для позисторов, то можно заметить, что до значения T Rmin сопротивление позистора наоборот уменьшается. То есть позистор при температурах ниже T Rmin ведёт себя как «очень плохой» NTC-термистор и его сопротивление снижается (незначительно) с ростом температуры.
R R — Rated resistance (Ом). Номинальное сопротивление. Это сопротивление позистора при какой-то ранее оговоренной температуре. Обычно это 25°С (реже 20°С ). Проще говоря, это сопротивление позистора при комнатной температуре, которое мы можем легко измерить любым мультиметром .
Approvals — в дословном переводе это одобрение. То есть одобрено такой-то организацией, которая занимается контролем качества и пр. Особо не интересует.
Ordering code — серийный номер. Тут, думаю, понятно. Полная маркировка изделия. В нашем случае это B59975C0160A070.
Из даташита на позистор PTC C975 я узнал, что применить его можно в качестве самовосстанавливающегося предохранителя . Например, в электронном устройстве, которое в рабочем режиме потребляет ток не более 0,5А при напряжении питания 12V.
Теперь поговорим о параметрах NTC-термисторов. Напомню, что NTC-термистор имеет отрицательный ТКС. В отличие от позисторов, при нагреве сопротивление NTC-термистора резко падает.
В наличии у меня оказалось несколько NTC-термисторов. В основном они были установлены в блоках питания и всяких силовых агрегатах. Их назначение — ограничение пускового тока. Остановился я вот на таком термисторе. Давайте узнаем его параметры.
На корпусе указана лишь такая маркировка: 16D-9 F1 . После недолгих поисков в интернете удалось найти даташит на всю серию NTC-термисторов MF72. Конкретно наш экземпляр, это MF72-16D9 . Данная серия термисторов используется для ограничения пускового тока. Далее на графике наглядно показано, как работает NTC-термистор.
В начальный момент, когда включается устройство (например, импульсный блок питания ноутбука, адаптер, компьютерный БП, зарядное устройство), сопротивление NTC-термистора велико, и он поглощает импульс тока. Далее он разогревается, и его сопротивление уменьшается в несколько раз.
Пока устройство работает и потребляет ток, термистор находится в нагретом состоянии и его сопротивление мало.
В таком режиме термистор практически не оказывает сопротивление протекающему через него току. Как только электроприбор будет отключен от источника питания, термистор остынет и его сопротивление вновь увеличится.
Обратим свой взор на параметры и основные характеристики NTC-термистора MF72-16D9. Взглянем на таблицу.
R 25 — Номинальное сопротивление термистора при температуре 25°С (Ом). Сопротивление термистора при температуре окружающей среды 25°С. Это сопротивление легко измерить мультиметром . Для термистора MF72-16D9 это 16 Ом. По сути R 25 — это то же самое, что и R R (Rated resistance) для позистора.
Max. Steady State Current — Максимальный ток термистора (A). Максимально возможный ток через термистор, который он может выдержать в течение длительного времени. Если превысить максимальный ток, то произойдёт лавинообразное падение сопротивления.
Approx. R of Max. Current — Сопротивление термистора при максимальном токе (Ом). Приблизительное значение сопротивления NTC-термистора при максимальном протекающем токе. Для NTC-термистора MF72-16D9 это сопротивление равно 0,802 Ома. Это почти в 20 раз меньше, чем сопротивление нашего термистора при температуре в 25°С (когда термистор «холодный» и не нагружен протекающим током).
Dissip. Coef. — Коэффициент энергетической чувствительности (mW/°C). Чтобы внутренняя температура термистора изменилась на 1°С, он должен поглотить некоторое количество мощности. Отношение поглощаемой мощности (в мВт) к изменению температуры термистора и показывает данный параметр. Для нашего термистора MF72-16D9 данный параметр составляет 11 миллиВатт/1°С.
Напомню, что при нагреве NTC-термистора его сопротивление падает. Для его разогрева расходуется протекающий через него ток. Следовательно, термистор будет поглощать мощность. Поглощённая мощность приводит к нагреву термистора, а это в свою очередь ведёт к уменьшению сопротивления NTC-термистора в 10 — 50 раз.
Thermal Time Constant — Постоянная времени охлаждения (S). Время, за которое температура ненагруженного термистора изменится на 63,2% от разности температуры самого термистора и окружающей среды. Проще говоря, это время, за которое NTC-термистор успевает остыть, после того, как через него перестанет протекать ток. Например, когда блок питания отключат от электросети.
Max. Load Capacitance in μF — Максимальная ёмкость разряда . Тестовая характеристика. Показывает ёмкость, которую можно разрядить на NTC-термистор через ограничительный резистор в тестовой схеме без его повреждения. Ёмкость указывается в микрофарадах и для конкретного напряжения (120 и 220 вольт переменного тока (VAC)).
Tolerance of R 25 — Допуск . Допустимое отклонение сопротивления термистора при температуре 25°С. Иначе, это отклонение от номинального сопротивления R 25 . Обычно допуск составляет ±10 — 20%.
Вот и все основные параметры термисторов. Конечно, есть и другие параметры, которые могут встретиться в даташитах, но они, как правило, легко высчитываются из основных параметров.
Надеюсь теперь, когда вы встретите незнакомый вам электронный компонент (не обязательно термистор), вам будет легко разузнать его основные характеристики, параметры и назначение.
RTD против термопары — Sure Controls
В чем разница между резистивным датчиком температуры (RTD) и термопарой? И RTD, и термопары — это датчики, используемые для измерения тепла в таких шкалах, как Фаренгейта и Кельвина. Такие устройства используются в широком диапазоне приложений и настроек, часто ставя перед людьми дилемму выбора использования RTD или термопар. У каждого типа датчика температуры есть свои преимущества и недостатки, которые делают его пригодным для определенных условий и обстоятельств.
Детекторы термометров сопротивления
Электрическое сопротивление металлов повышается по мере увеличения нагрева и нагрева металлов, в то время как их электрическое сопротивление падает по мере уменьшения нагрева и охлаждения металлов. RTD — это датчики температуры, которые используют изменения электрического сопротивления металлов для измерения изменений локальной температуры. Чтобы показания можно было интерпретировать, металлы, используемые в RTD, должны иметь электрическое сопротивление, известное людям и записанное для удобства.В результате медь, никель и платина являются популярными металлами, используемыми в конструкции термометров сопротивления.
Термопары
Термопары — это датчики температуры, в которых используются два разных металла в датчике для создания напряжения, которое может быть считано для определения местной температуры. При создании термопар можно использовать различные комбинации металлов, чтобы обеспечить различные калибровки с различными диапазонами температуры и характеристиками датчика.
Загрузите лист проектирования термопар Sure Controls для получения дополнительной информации.
RTD и термопара
Поскольку термины охватывают весь диапазон датчиков температуры, предназначенных для использования в различных условиях, невозможно сделать вывод, являются ли RTD или термопары лучшим вариантом в целом. Вместо этого более полезно сравнивать характеристики RTD и термопар, используя определенные характеристики, такие как стоимость и диапазон температур, чтобы пользователи могли выбирать, исходя из конкретных потребностей своей организации.
В целом, термопары лучше, чем RTD, когда дело касается стоимости, прочности, скорости измерения и диапазона температур, который может быть измерен с их помощью.Стоимость большинства термопар в 2,5–3 раза меньше, чем у RTD, и, хотя установка RTD дешевле, чем установка термопар, экономии затрат на установку недостаточно, чтобы склонить чашу весов. Кроме того, термопары более долговечны и быстрее реагируют на изменения температуры благодаря той же конструкции. Однако главным преимуществом термопар является их диапазон. Большинство RTD ограничены максимальной температурой 1000 градусов по Фаренгейту. Напротив, некоторые термопары можно использовать для измерения температуры до 2700 градусов по Фаренгейту.РДТ
превосходят термопары тем, что их показания более точны и воспроизводимы. Повторяемость означает, что пользователи, считывающие одну и ту же температуру, дают одинаковые результаты в нескольких испытаниях. RTD, выдающие более повторяемые показания, означают, что их показания более стабильны, а их конструкция гарантирует, что RTD продолжат выдавать стабильные показания дольше, чем термопары. Кроме того, RTD получают более надежные сигналы, и их легче калибровать показания RTD из-за их конструкции.
Заключение
Вкратце, у каждого RTD и термопары есть свои преимущества и недостатки.Кроме того, каждая марка RTD и термопар имеет свои преимущества и недостатки. Покупатели должны основывать свои решения о покупке на конкретных потребностях и возможностях своих организаций, соответствующих конкретным возможностям доступных им брендов. Как правило, термопары дешевле, долговечнее и могут измерять более широкий диапазон температур, в то время как RTD обеспечивают более качественные и надежные измерения.
Ознакомьтесь со всеми нашими термодатчиками
Основы датчика температуры— NI
Теория работы термопар
Термопарыработают по принципу, известному как эффект Зеебека.Когда два провода, сделанные из разнородных металлов, соединяются и нагреваются на одном конце, образуется термоэлектрическая цепь, которая вызывает измеряемый перепад напряжения, известный как напряжение Зеебека на «холодном» конце. Данная пара металлов различается по температурному диапазону, чувствительности и погрешности в зависимости от свойств этих металлов.
Рисунок 1: Иллюстрация эффекта Зеебека
Каждый тип термопары состоит из уникальной пары металлов.Вам необходимо понимать рабочие характеристики термопары, которую вы выбираете для измерения температуры. Некоторые термопары предлагают широкий температурный диапазон за счет очень нелинейной зависимости напряжения от температуры, в то время как другие обеспечивают меньший (но более линейный) температурный диапазон.
Типы термопар
Как упоминалось выше, вы можете выбирать из множества типов и конструкций термопар. Типы обычно обозначаются буквенным обозначением, например E, J или K.Тип термопары определяет металлы, используемые для создания термопары; следовательно, он также определяет рабочий диапазон, точность и линейность термопары. На следующих графиках показано изменение напряжения различных типов термопар в диапазоне температур.
Рисунок 2: Температурный отклик различных типов термопар
В дополнение к типу термопары необходимо выбрать конфигурацию оболочки. Некоторые из этих вариантов показаны на рисунке 3, включая заземление, изолированное, герметичное и открытое.
Рисунок 3: Варианты оболочки термопары
Каждая конфигурация имеет преимущества и недостатки в отношении времени отклика, помехоустойчивости и безопасности. В таблице 1 представлен обзор влияния каждого варианта конфигурации.
Конфигурация соединения | Преимущества | Недостатки |
Открыто | Самый быстрый ответ (~ 0.От 1 до 2 с) | Контур заземления и потенциал шума без химической защиты Наиболее подвержены физическим повреждениям |
Открытая бусина | Быстрый отклик (~ 15 с) | Контур заземления и потенциал шума без химической защиты склонен к физическому урону |
Герметичный и заземленный | Физико-химическая защита | Медленный отклик (~ 40 с) Контур заземления и потенциал шума |
Герметичный и изолированный | Физико-химическая защита электрическая защита (избегает контуров заземления и шума) | Самый медленный ответ (~ 75 с) |
Таблица 1: Обзор конфигураций спая термопар
Схема контроля температуры реакции (RTS) для…
Контекст 1
… продемонстрировать эффективность управления на основе RTS для безопасности литий-ионных аккумуляторов, экспериментальный литий-ионный элемент со встроенным датчиком RTS изготовлен в лаборатории по производству аккумуляторов в Государственном университете Пенсильвании. На рис. 1 (а) показана схема цилиндрической ячейки со встроенной RTS. …
Контекст 2
… между RTS и температурой внешней поверхности (T surf). Экспериментальная ячейка в этом исследовании имеет номинальную емкость 1.6 Ач. Он полностью заряжается, а затем замыкается накоротко с помощью специально разработанной экспериментальной системы, которая может автоматически прекращать замыкание при достижении порогового значения RTS. Схема экспериментальной системы показана на рис. 1 (б). Подробности изготовления ячеек RTS и разработки экспериментальной системы описаны в разделе «Методы». На рис. 2 показано изменение напряжения ячейки, тока, температуры реакции (RTS) и температуры поверхности (T surf) ячейки во время испытания на короткое замыкание с контролем на основе RTS.Пороговая температура 80 ° C. Этот порог составляет …
Контекст 3
… температура завершения установлена на более высокую температуру, гораздо более серьезные повреждения могут возникнуть при управлении на основе температуры поверхности. Мы проверили эту гипотезу, дополнительно установив температуру завершения на уровне 100 ° C (см. Дополнение к рисункам 1-3). Наивысшая внутренняя температура достигла 137 ° C, и после эксперимента по короткому замыканию с контролем на основе температуры поверхности наблюдалось дополнительное снижение производительности на 12%….
Контекст 4
… и изготовление литий-ионных элементов с RTS. Как схематично показано на рис. 1 (а), цилиндрические литий-ионные аккумуляторные элементы (формат 18650, диаметр 18 мм и высота 65 мм) разработаны со встроенным датчиком температуры микрореакции (RTS) для диагностики температуры внутренней реакции. Микродатчик температуры расположен на самом внутреннем конце зоны реакции цилиндрического литий-ионного элемента, где температура самая высокая …
Контекст 5
… Проверяя эффективность RTS, мы разрабатываем экспериментальную систему, которая может запускать и прекращать короткое замыкание экспериментального литий-ионного элемента. На рисунке 1 (б) схематично показана экспериментальная система. Шунтирующий резистор (0,15 мОм, ± 0,5%, OHMITE, США) используется для измерения тока короткого замыкания ячейки. …
Основной принцип RTS с применением обработки сигналов ПЧ
Контекст 1
… желаемый угол приема отраженной волны Для сценариев RTS, охватывающих более одного объекта, обычно проще и более экономически выгодно не выполнять эти манипуляции в радиочастотном диапазоне передаваемого сигнала датчика.Вместо этого сигнал, захваченный RTS, сдвигается к IF, в которой эти изменения могут быть эффективно применены [14, [19] [20] [21] [22]). Этот подход резюмируется упрощенной блок-схемой, представленной на рис. 2. Здесь датчик стимулируется OTA. При применении одиночной (фиксированной) антенны для ретрансляции поддерживается только один угол приема. В этом случае RTS улавливает передающий сигнал датчика радара приемной антенной и преобразует его с понижением частоты до диапазона ПЧ, смешивая с локальным генератором (LO).Здесь RCS, временная задержка и доплеровский сдвиг вводятся для каждой цели отдельно. После этого отклики для всех целей будут большими …
Контекст 2
… Концепция, показанная на рис. 2, может быть применена к любому типу автомобильного радара (SRR, MRR и LRR). Типичный диапазон обнаружения SRR (от 0,2 до 30 м) соответствует временной задержке прибл. От 2 до 200 нс [17,23]. С точки зрения RTS, эта длительность должна включать время распространения волны от датчика и к датчику, а также преобразование частоты и обработку сигнала ПЧ.По этой причине минимальное расстояние для воздействия радиолокационной цели OTA составляет около 2-5 м в случае реализации RTS обработки сигналов ПЧ [14]. Более того, даже системы обработки цифровых сигналов со сверхмалой задержкой, способные обрабатывать всю полосу пропускания радиочастотного сигнала, не могут удовлетворить этим временным ограничениям для обработки в реальном времени доплеровского сдвига, RCS и временной задержки [15,16]. Таким образом, стимуляция SRR требует аналоговой реализации обработки IF-сигнала, чтобы обеспечить цель с достаточно низкой способностью стимулирования…
Контекст 3
… Система RTS, представленная на рис. 2, использует преобразование частоты на основе смесителя. В идеальном случае этот подход обеспечивает идеальный сдвиг входного сигнала в другой частотный диапазон. Полоса пропускания связанных сигналов остается неизменной во время этого процесса. Фазовый шум, производимый генератором гетеродина, часто является наиболее важным механизмом деградации, связанным с этим процессом преобразования частоты [27]. Использование гетеродина, показывающего фазовый шум, приводит к небольшому расширению полосы пропускания входного сигнала после преобразования частоты [28].Для RTS влияние фазового шума в значительной степени смягчается за счет применения одного и того же гетеродина для понижающего и повышающего преобразования …
Принцип работы датчика температурыи его применение • Зонды Blaze Probes
NewsTemperature SensorТермопары, сопротивление температуры Детекторы (RTD), термисторы, инфракрасные и полупроводниковые датчики.
Что такое датчик температуры?
Обычно датчик температуры представляет собой термопару или резистивный датчик температуры (RTD), который измеряет температуру от определенного источника и преобразует собранную информацию в понятный для прибора или наблюдателя тип.Датчики температуры используются в нескольких приложениях, а именно в системах контроля окружающей среды в системах высокого напряжения и переменного тока, в лабораторных устройствах, на предприятиях пищевой промышленности, в системах обработки химикатов, в системах управления, в автомобильном мониторинге под капотом и т. Д.Датчик температуры
Наиболее частый тип датчика температуры — термометр, используемый для определения температуры твердых тел, жидкостей и газов. Он также в основном используется в ненаучных целях, так как не очень точен. Различные типы датчиков классифицируются по чувствительной способности датчика, а также по диапазону применения.К различным типам датчиков температуры относятся следующие.Датчик температуры LM35
LM35 — это один из видов широко используемых датчиков температуры, которые можно использовать для измерения температуры с помощью электрического o / p, сравниваемого с температурой (в ° C). Он может измерять температуру более правильно по сравнению с термистором. Этот датчик генерирует более высокое выходное напряжение, чем термопары, и может не нуждаться в усилении выходного напряжения. LM35 имеет выходное напряжение, пропорциональное температуре по Цельсию.Масштабный коэффициент составляет 0,01 В / ° C.Датчик температуры LM35
LM35 не требует внешней калибровки и поддерживает точность +/- 0,4 ° C при комнатной температуре и +/- 0,8 ° C в диапазоне от 0 ° C до + 100 ° C. Еще одной важной характеристикой этого датчика является то, что он потребляет от источника питания всего 60 мкА и имеет низкую способность к самонагреванию. Датчик температуры LM35 доступен во многих различных корпусах, таких как металлический корпус T0-46, подобный транзистору, пластиковый транзисторный корпус TO-92, 8-выводный корпус SO-8 для поверхностного монтажа, небольшой контур.Первоисточник: https://www.efxkits.us/lm35-temperature-sensor-circuit-working/]]> Датчики| Бесплатный полнотекстовый | Снижение шума RTS и дефектов темного тока белого цвета с помощью селективного усреднения на основе многоапертурной системы
1. Введение
В последнее время CMOS-датчики изображения (CIS) стали широко использоваться в научных, промышленных и биомедицинских приложениях, а также в потребительских камерах. Шум — один из важнейших элементов, ограничивающих производительность CIS. Особенно в условиях низкой освещенности шум сенсора, такой как дефекты белого темного тока и шум усилителя, становится более заметным.Поскольку активный пиксельный датчик (APS) с технологией закрепленных фотодиодов был применен в CIS в середине 1990-х годов, сброс и темновой ток в CIS были значительно улучшены [1,2]. За последние два десятилетия было предложено множество методов проектирования КИС с низким уровнем шума. Усилители с высоким коэффициентом усиления [3–5] для снижения шума схем считывания и усилители с многократной дискретизацией [6–12] эффективны для снижения теплового шума схем считывания. Однако эти усилители с высоким коэффициентом усиления бесполезны для снижения внутрипиксельного шума случайного телеграфного сигнала (RTS) и дефектов белого темного тока.
RTS-шум описывается как флуктуация тока полевого МОП-транзистора [13] и генерируется путем захвата и излучения носителей в канале полевого МОП-транзистора случайным образом в ловушках границы раздела кремний-диоксид кремния. Шум RTS в СНГ является серьезной проблемой, особенно в условиях низкой освещенности [14]. При уменьшении размера транзистора концентрация примесей в канале становится неоднородной, и появляется большой шум RTS [15]. Шум RTS может быть уменьшен с помощью повторителя источника со скрытым каналом в пикселях [16], в котором вводится легирование n-типа вдоль канала n-МОП-транзистора, чтобы отвести канал от интерфейса Si-SiO 2 . .Таким образом, уменьшается влияние ловушек вблизи границы раздела, поэтому можно уменьшить шум 1 / f и RTS. Однако скрытый канал вызывает более низкую крутизну, что приводит к большему тепловому шуму.
В этой статье представлено снижение шума RTS и темнового тока на основе многоапертурной системы формирования изображений с методом выборочного усреднения. Мультиапертурная система состоит из нескольких компонентов как линзы, так и сенсора. В предлагаемом методе несколько линз рассматриваются как синтетическая одиночная линза для сбора большего количества фотонов.Множество пикселей каждой апертуры, которые соответствуют определенному воспроизводимому пикселю, обрабатываются как подпиксель. А именно, каждый виртуальный пиксель состоит из реальных подпикселей. Такое резервирование используется для уменьшения шума датчика. В способе уменьшения шума апертуры выбираются так, чтобы минимизировать комбинационную дисперсию значения пикселя для каждого пикселя в темноте. Во время захвата изображений значения пикселей среди выбранных апертур усредняются для вычисления значения пикселей воспроизводимого окончательного изображения.
Остальная часть статьи организована следующим образом: в разделе 2 описаны основы многоапертурной системы построения изображений и принцип метода селективного усреднения. SNR в многоапертурной системе обсуждается в разделе 3. В разделе 4 представлены результаты моделирования. Процедура обработки изображения при многоапертурном шумоподавлении и результаты показаны в разделе 5. В разделе 6 приведены выводы.
2. Снижение шума путем выборочного усреднения в многоапертурной системе
2.1. Многоапертурная система
Наиболее отличительной особенностью многоапертурной системы от традиционных одиночных камер является то, что в многоапертурной системе [17] используется несколько компактных объективов и датчиков в матрице N × N. Обратите внимание, что у каждого объектива есть соответствующий датчик, как в традиционной камере с одной апертурой. Здесь предполагается, что размеры пикселей для апертур одинаковы, и каждая апертура получает полное изображение. На рисунке 1 показана архитектура многоапертурной системы.Как показано в [17], например, многоапертурная система используется для увеличения разрешения, динамического диапазона и частоты кадров. Однако мы применяем его для уменьшения шума RTS и дефектов белого темного тока.
2.2. Достоинства многоапертурной системы
Для увеличения отношения сигнал / шум полученных изображений в условиях низкой освещенности в течение заданного времени накопления, определяемого частотой кадров, необходим объектив с меньшим числом F. В обычной камере с одной апертурой маленький объектив с числом F имеет большой зрачок.Чтобы показать эффективность многоапертурной камеры, ее сравнивают с одноапертурным аналогом, показанным на рисунке 2b. Аналог с одной апертурой — это идеальная обычная камера, у которой F-число совпадает с синтетическим F-числом многоапертурной системы, как показано на рисунке 2a. В предлагаемом методе M пикселей из каждой апертуры рассматриваются как субпиксель, и они имитируют большой пиксель, площадь которого в M раз больше, чем у аналога с одной апертурой. Следовательно, количество пикселей в воспроизводимом изображении из многоапертурной камеры равно N × N, хотя количество физических пикселей составляет M × N × N в предлагаемом способе.Чтобы исправить аберрацию объектива, требуется больше элементов объектива, поэтому группа линз станет очень большой и тяжелой. Например, когда мы рассматриваем коммерческие объективы Canon с фиксированным фокусным расстоянием с фокусным расстоянием 50 мм, объектив F / 1.8 весит всего 130 г. Однако вес объектива F / 1.2 может достигать 590 г [18]. В многоапертурной системе количество падающих фотонов умножается на количество линз в матрице линз. Можно считать, что синтетическое F-число (F s ) в многоапертурной системе становится F0 / M, где F 0 — F-число элементарной линзы.Когда мы думаем о реализации синтетического F-числа 1,2 (F s = 1,2) с несколькими объективами F / 1,8 (F 0 = 1,8) в многоапертурной системе, M равно 2,25 (M = (F 0 / F s ) 2 ). Таким образом, вес виртуальной многоапертурной системы F / 1.2 составляет 292,5 г (= 130 г × 2,25). Одноапертурный объектив с диафрагмой F / 1.2 примерно в два раза тяжелее многоапертурного аналога.
Еще одним достоинством системы многоапертурного изображения является то, что дефектные пиксели удаляются в воспроизводимом изображении без какой-либо интерполяции.Как показано на рисунке 2, в целом на CIS имеется несколько неисправных пикселей из-за ошибок изготовления, которые вызывают постоянные темные, яркие или мигающие точки на изображениях и ухудшают качество изображения. В системе формирования изображения с множеством апертур существует несколько пикселей (N × N) для одной идентичной точки объектива. Если одна апертура имеет дефектный пиксель, пиксели других апертур можно использовать для вычисления значения пикселя унифицированного изображения.
В условиях слабого освещения из-за очень низкого уровня сигнала становятся отчетливо видны дефекты RTS и темного тока белого цвета, что серьезно ухудшает качество изображения.Такой большой шум можно удалить с помощью многоапертурной системы с помощью метода селективного усреднения, обсуждаемого ниже.
2.3. Метод выборочного усреднения
В системе формирования изображений с множеством апертур одновременно получают N × N изображений для одного изображения. Однако значения пикселей для идентичной целевой точки не совсем совпадают, потому что к каждому из них добавляется разный случайный шум усилителя пикселей и АЦП.
На рисунке 3 показано вычисление дисперсии в системе формирования изображений с несколькими апертурой, где изображения с n-кадрами снимаются в темноте.Очевидно, что есть отклонения N × N для одной целевой точки, и значения дисперсии в апертурах отличаются от пикселя к пикселю. Дисперсии сортируются от минимума до максимума для каждого пикселя, а затем рассчитывается дисперсия комбинации с использованием следующего уравнения:
Sm2 = 1m2∑i = 1mσi2 (1≤m≤N2)
(1)
здесь m — количество выбранных отверстий, σi2 — отсортированная дисперсия, а Sm2 — это комбинационная дисперсия.Процесс сортировки заключается в поиске наименьшей дисперсии комбинации Sm2 среди m отверстий.Обычно, когда m увеличивается, дисперсия комбинации становится меньше в соответствии с коэффициентом 1 / m 2 , когда дисперсии сравнимы. Иногда пиксели имеют очень большой шум из-за шума RTS или дробового шума большого темнового тока, поэтому разброс этих пикселей будет очень большим. Если дисперсия относительно велика, дисперсия комбинации для (m + 1) апертур может быть больше, чем дисперсия комбинации для m апертур. Таким образом автоматически исключаются пиксели с большим шумом.
На рисунке 4 показан пример выбора диафрагмы на один пиксель. Разница в диафрагме B намного больше, чем у других, и это приводит к тому, что дисперсия комбинации S62 больше, чем S52. Обнаружено, что минимальная дисперсия комбинации составляет S52, и апертуры, используемые для вычисления минимальной дисперсии комбинации, также могут быть определены как A, C, D, E и F. Эти апертуры являются выбранными апертурами для этого пикселя. При съемке изображений значения пикселей среди выбранных диафрагм усредняются, и усредненное значение определяется как значение пикселя единого виртуального изображения.Поскольку усреднение выполняется только для выбранных апертур, этот метод называется выборочным усреднением. Когда шум RTS и дробовой шум, вызванный темновым током, очень велики, это вызывает большую дисперсию. В этом методе диафрагмы с большим разбросом выбираться не будут, поэтому эти компоненты шума можно удалить.
Для некоторых темных или светлых дефектных пикселей значения пикселей могут быть постоянно очень маленькими или большими, соответственно, но отклонение невелико. Такая ситуация может произойти, когда фолловеры источника пикселей работают некорректно.Если метод выборочного усреднения применяется напрямую, эти значения пикселей воспроизводимого изображения будут ухудшаться. В этой ситуации пороговое значение эффективно. Если минимальное значение пикселя для n-кадровых изображений (рис. 3) больше порогового значения или значение пикселя нечувствительно к свету, мы присваиваем огромное число дисперсии этих дефектных пикселей, чтобы они не выбирались.
3. Анализ SNR в многоапертурной системе
В этом сеансе SNR обычных одноапертурных и многоапертурных камер с избирательным усреднением сравнивается на основе простой модели шума.Отношение сигнал / шум традиционной системы с одной апертурой, в которой учитываются шум сенсора и дробовой фотонный шум, определяется как:
SNRSA = 20log10Neσsensor2 + Ne
(2)
здесь N e — количество сигнальных электронов, σsensor2 — это отклонение приведенного к входу шума датчика в электронах.В многоапертурной системе, поскольку используется несколько апертур, ее отношение сигнал / шум с суммированием m апертур для усреднения определяется как:
SNRMA = 20log10m⋅Nem⋅σsensor2 + m⋅Ne = 20log10m⋅Neσsensor2 + Ne
(3)
Фактически, в методе выборочного усреднения количество выбранных апертур m изменяется от 1 до M.N e имеет отношение к освещению и некоторым другим параметрам, которые задаются следующим образом:
Ne = a⋅η⋅A⋅RT4Fn2⋅Eo⋅τ
(4)
где a — пропорциональная константа, η — квантовая эффективность, которая представляет собой отношение количества генерируемых электронов к количеству падающих фотонов, A — площадь пикселя, R — отражательная способность объекта, T — коэффициент пропускания линзы, F n — F-число одиночной апертуры, которое рассчитывается как отношение фокусного расстояния f к диаметру апертуры D, E o — это освещенность на поверхности объекта, а τ — время экспозиции.Чтобы упростить уравнение, мы определяем произведение a, η, R, T, E o и τ как константу C, а уравнение (4) выражается как:
Используя уравнения (2) и (4), получаем:
SNRMA = 20log10m⋅C⋅A / Fn2σсенсор2 + C⋅A / Fn2
(6)
Уравнение (6) показывает взаимосвязь между SNR, площадью пикселя и F-числом. Чтобы увеличить SNR, следует уменьшить F-число или увеличить площадь пикселя. Если уменьшить F-число, диаметр отверстия должен увеличиться.Однако на самом деле реализовать компактный и светосильный объектив с высоким пространственным разрешением непросто. Другой способ увеличить SNR — увеличить площадь пикселя. Когда поле зрения фиксировано, для этого параметра требуется больший круг изображения, что не означает, что требуется высокое пространственное разрешение, но чтобы сделать объектив больше и тяжелее. Поэтому в конструкции камеры решающее значение имеет баланс площади пикселя и F-числа.
Чтобы сравнить характеристики одноапертурных и многоапертурных камер, многоапертурную камеру следует сравнить с одноапертурным аналогом, показанным на рисунке 2b, который имеет то же F-число, что и синтетическое F-число. мультиапертурной камеры.SNR аналога с одной апертурой записывается как:
SNRSAPCP = 20log10M⋅Neσsensor2 + M⋅Ne
(7)
Уровни сигнала одинаковы для многоапертурной системы и аналога сигнальной апертуры, когда m = M. Однако коэффициент шума в уравнении (3) в m раз больше, чем в уравнении (7), что вызвано тем, что количество физических пикселей, относящихся к одному воспроизводимому пикселю. Шум датчика (σ , датчик ) суммируется среди m пикселей в многоапертурной системе.С другой стороны, в аналоге с одной апертурой используется только один датчик, поэтому коэффициент шума равен единице, когда мы предполагаем, что шум сенсора аналога с одной апертурой и шум каждой апертуры одинаковы.
На рисунке 5a показаны результаты расчета отношения сигнал / шум многоапертурного и одноапертурного аналога, когда количество апертур равно 9 (m = 9), а среднее количество фотонов изменяется от 10 -1 до 10 1 для шум сенсора 1.0e — и 0.5e — .
Очевидно, что отношение сигнал / шум мультиапертуры меньше, когда число фотонов меньше 10 1 . Ухудшение показывается разницей между отношениями сигнал / шум для мультиапертурных и одноапертурных аналогов. Поскольку мощность шума нескольких апертур суммируется, отношение сигнал / шум для многоапертурной камеры меньше, чем для однообъективного аналога. По мере увеличения количества фотонов дробовой шум фотонов также увеличивается. Поскольку уровень шума датчика не зависит от интенсивности падающего света, а дробовой шум фотонов становится преобладающим шумом, когда падающий свет достаточно силен, эффектом шума датчика можно пренебречь при вычислении отношения сигнал / шум.Таким образом, SNR мультиапертурного аналога можно считать почти таким же, как у одноапертурного аналога, когда количество фотонов больше 10 1 .
На рисунке 5b показаны рассчитанные отношения сигнал / шум для меньшего шума датчика, например 0,3e – и 0,1e –. Когда шум сенсора составляет менее 0,3e –, отношения сигнал / шум для мультиапертурных и одноапертурных аналогов можно считать почти одинаковыми даже в условиях очень низкой освещенности.
4.Результаты моделирования
Как показано на рисунке 1, в многоапертурной камере используются несколько датчиков изображения, и все отверстия работают синхронно. Однако в следующих моделях и экспериментах линзовая решетка 3 × 3 помещается на одиночный CIS для имитации многоапертурной системы. CIS имеет 1280 (V) × 1024 (H) пикселей и изготовлен по 0,18 мкм 1-поли 4-металлическому CIS-процессу с закрепленным фотодиодом [12]. Изображение из СНГ разделено на девять областей линзовой решеткой. Количество пикселей в каждой области составляет 200 × 200.Данные обрабатываются MATLAB.
При моделировании метод выборочного усреднения сравнивается с аналогом с одной апертурой, изображением с одной областью (называемым «необработанным») и некоторыми другими методами обработки в системе с несколькими отверстиями, такими как простое усреднение, минимальный выбор и медиана. выбор. При простом усреднении выбор не производится. Все апертуры используются для усреднения. Минимальный выбор означает, что диафрагма с минимальной дисперсией выбирается для каждого пикселя, а значение пикселя выбранной диафрагмы копируется в окончательное воспроизводимое изображение.При выборе медианы среднее значение пикселя среди множества апертур вычисляется для каждого пикселя.
Для сравнения шести случаев результирующий шум нормируется на оптическое усиление. Оптическое усиление вводится для сравнения S / N различных оптических конфигураций и методов обработки. Здесь оптическое усиление определяется отношением количества падающих фотонов, а именно эффективной площади зрачка, к «необработанной». Оптическое усиление для необработанного, минимального выбора и медианного выбора равно 1, потому что используется значение пикселя только одной апертуры.Оптическое усиление для простого усреднения равно 9, что равно количеству апертур (M). Для аналога с одной апертурой, хотя используется только один датчик, F-число аналога с одной апертурой такое же, как и у многоапертурной системы. Следовательно, количество сигнальных электронов должно быть одинаковым для одноапертурного аналога и многоапертурной системы. Таким образом, оптическое усиление одноапертурного аналога равно M (M = 9). При селективном усреднении оптическое усиление зависит от распределения шума и изменяется от 1 до 9.
На рисунках 6 и 7 показано распределение шума и результирующие изображения в темноте. Белые пятна представляют собой шум RTS или большие дефекты белого цвета темного тока. Чем больше шум, тем ярче пятно. Как упоминалось выше, необработанные данные показывают исходный уровень шума датчика. Остальные показывают шум на воспроизводимых изображениях, где шум сенсора такой же. Шум необработанного сигнала показывает самый высокий уровень, а хвост в правой части вызван шумом RTS и дробовым шумом темнового тока.Из-за оптического усиления, равного 9, и коэффициента усиления шума сенсора, равного единице, который совпадает с «исходным», шум для аналога с одной апертурой становится наименьшим, когда шум делится на оптическое усиление.
Как показано на рисунке 6, пиковые уровни шума на гистограмме для выборочного усреднения и простого усреднения такие же и меньше, чем минимальный выбор и необработанный. Однако в простом методе усреднения нельзя удалить большой хвостовой шум, такой как шум RTS и дробовой шум темнового тока, потому что они включены в усреднение.В то время как большой хвостовой шум уменьшается с помощью методов медианного выбора и минимального выбора, пиковые уровни шума больше, чем при выборочном усреднении из-за единичного оптического усиления. Метод селективного усреднения показывает наименьший пиковый шум среди нескольких методов, за исключением аналога с одной апертурой, и не наблюдается большого хвостового шума, что означает, что большой шум RTS и дробовой шум темнового тока удаляются.
Будущие CIS с гораздо более мелким шагом пикселя будут показывать гораздо больший шум RTS, так что хвостовой шум для аналога с одной апертурой будет более широко распространяться за пределы распределения шума выборочного усреднения.Такая ситуация наблюдается на рисунке 6б. Хотя пиковый шум аналога с одной апертурой наименьший, есть пиксели с большим шумом, чем при выборочном усреднении, медианном выборе и минимальном выборе. Следовательно, можно ожидать, что метод выборочного усреднения может дать наилучшее качество изображения в будущих CIS.
Числа и проценты для каждого количества выбранных апертур показаны в таблице 1. Среднее количество выбранных пикселей — 8.35, что означает, что отношение сигнал / шум воспроизводимого изображения значительно улучшается за счет эффекта усреднения. При воспроизведении используется около 93% пикселей. Как показано в Таблице 1, более половины пикселей выбирают все апертуры. Количество выбранных пикселей коррелирует с уровнем шума сенсора. Если гистограмма шума имеет более длинный хвост в более тонкой технологии, количество выбранных апертур станет меньше.
5. Эксперименты
5.1. Процедура воспроизведения изображения
В методе выборочного усреднения значение пикселя воспроизводимого изображения усредняется с использованием значений пикселей выбранных апертур для каждого пикселя.Имеются небольшие различия в фокусном расстоянии, перекосе объектива и положении объектива среди диафрагм, которые следует извлечь с помощью калибровки камеры и компенсировать. Для идентификации апертурных изображений они стандартизированы. В операции стандартизации сначала устраняется искажение. Затем фокусные расстояния для каждой апертуры выравниваются, и изображения обрезаются, чтобы иметь одинаковый размер.
5.1.1. Стандартизация
Стандартизация состоит из следующих шагов.
Неискажение
Изменение размера
Обрезка
A. Неискажение
Перекос и искажение линз вызывают серьезные геометрические нарушения на изображении. При воспроизведении изображений, поскольку выбранные апертуры усредняются, изображения апертур должны быть полностью согласованными. В качестве первого шага для этой цели изображения не искажаются с извлеченными параметрами искажения.
B. Изменение размера
В фотоаппарате с несколькими диафрагмами фокусное расстояние в каждой диафрагме немного отличается от другой.Различия могут быть вызваны множеством причин, например, производством, сборкой и т. Д. Как показано на рисунке 8a, чем больше фокусное расстояние, тем больше становится изображение. В многоапертурной системе одна апертура выбирается в качестве эталонной, а размеры изображений других апертур изменяются, чтобы соответствовать эталонному изображению. Масштаб изменения размера определяется как отношение фокусного расстояния (fc i ) к эталонному фокусному расстоянию (fc):
C. Обрезка
Обрезка выполняется для компенсации различий в главных точках и несоответствий между апертурами.Принципиальным моментом является положение центра изображения, и на его основе измеряется несоответствие. Изображение одинакового размера обрезается для каждой апертуры, где главные точки или точки плюс диспропорции должны быть идентичными. Обрезанные изображения из многоапертурного изображения становятся идентичными после стандартизации. Эти изображения используются для воспроизведения окончательного изображения путем выборочного усреднения.
5.1.2. Процедура изображения
На рисунке 9 показан процесс обработки для воспроизведения одного изображения в многоапертурной камере.На этапе подготовки снимаются темные изображения с n-ю кадрами. Затем они стандартизируются с помощью описанной выше обработки.
На этапе выбора диафрагмы стандартизованные изображения используются для определения выбранных апертур для каждого пикселя методом выборочного усреднения. Индексы «1» и «0» означают, что диафрагма выбрана и не выбрана соответственно. Одна строка индексной таблицы соответствует одному пикселю воспроизводимого изображения и имеет девять двоичных цифр для девяти апертур.
На этапе захвата используется одна и та же стандартизация, чтобы получить зарегистрированные изображения одинакового размера для каждой апертуры.Используя индексную таблицу, которая рассчитывается на этапе подготовки, для получения окончательного изображения применяется выборочное усреднение пиксель за пикселем.
Этап подготовки выполняется один раз после создания камеры или захвата изображения, потому что дисперсия пиксельного шума в темноте и параметры камеры не меняются за короткий промежуток времени, пока рабочая среда остается неизменной. Однако шаг выбора диафрагмы следует использовать при изменении расстояния до объекта. Поскольку несоответствие зависит от расстояния до объекта, это означает, что таблица индексов должна быть пересчитана при изменении расстояния.Несмотря на то, что шум датчика не меняется существенно при комнатной температуре, темновые токи очень чувствительны к температуре. Следовательно, дисперсия шума изменяется из-за изменения дробового шума темнового тока. Эту проблему можно решить, подготовив несколько шумовых изображений для разных температур или с помощью термостабилизации датчиков изображения.
При стандартизации используется интерполяция, то есть усреднение значений пикселей среди соседних пикселей. Таким образом, шум явно уменьшается, вместо этого немного ухудшается пространственное разрешение.В таблице 2 показаны пики гистограммы шума для каждого метода со стандартизацией и без нее. После стандартизации шум становится меньше. При стандартизации ошибочные значения пикселей будут распространяться на соседние пиксели. Однако такие значения пикселей будут автоматически удалены путем выборочного усреднения, поскольку изображение отклонения шума также интерполируется таким же образом, как и нормальные изображения при выборе диафрагмы. Количество эффективного шума пикселя в воспроизводимом изображении учитывается даже при применении интерполяции.
Пропускная способность данных и требуемый размер памяти буферов кадров, включая изображение камеры, дисперсию, стандартизованные изображения, индекс выбора и буфер окончательного изображения для каждого метода, показаны в таблице 3. В этой таблице показан максимальный размер даты для монохромных изображений. Дальнейшая экономия памяти станет возможной с помощью методов разделения ресурсов. Здесь H × V — количество пикселей, M — количество апертуры, b — бит на пиксель, а f — кадр в секунду.
5.2. Результаты
В экспериментах регистрация изображений производится вручную.Обрезанная область настраивается для получения четкого воспроизводимого изображения. Эта процедура может быть автоматизирована на основе техники сопоставления изображений. Каждый алгоритм реализован на MATLAB. В экспериментах используются ахроматические линзы с фокусным расстоянием 3 мм и F-числом 3,0. На рисунке 10 показаны воспроизведенные изображения для нескольких методов и синтетическое эталонное изображение, когда камера работает в условиях низкой освещенности. Изображение выборочного усреднения демонстрирует высокое качество по сравнению с другими методами.Эталонное изображение синтезируется путем усреднения 1000 кадров изображения с одной апертурой (необработанное изображение), снятых при 10 ° C, в этом состоянии темновой ток значительно снижается. Из-за того, что дробовой шум фотонов очень велик в яркой среде, доминирующим шумом в СНГ является дробовой шум фотонов. Однако в условиях низкой освещенности преобладают RTS-шум или темновой ток. Освещенность объекта составляет 0,04 лк, а максимальный средний сигнал составляет около 11e –.
В таблице 4 показано пиковое отношение сигнал / шум (PSNR) изображений, полученных разными методами, и необработанного изображения по сравнению с эталонным изображением.Выборочное усреднение показывает наибольшее значение PSNR, и его улучшение на основе необработанного изображения составляет 6,3 дБ. Поскольку простой метод усреднения не может удалить большой шум RTS и темновой ток, PSNR изображения простого усреднения меньше, чем у выборочного усреднения.
Хотя результаты выборочного усреднения и выбора медианы дают почти одинаковый PSNR, выборочное усреднение предпочтительнее с точки зрения эмуляции естественной расфокусировки. Поскольку система с несколькими отверстиями имеет диспаратность изображения с несколькими отверстиями, воспроизводимые изображения становятся размытыми, когда реальное расстояние и расстояние воспроизведения различаются, что здесь называется виртуальной расфокусировкой.Расфокусированные изображения выборочного усреднения, медианного выбора и необработанного показаны на рисунке 11, где расстояние до ближних букв до объекта составляет 40 см, а дальних букв — 140 см. Если метод медианного выбора применяется в многоапертурной системе, артефакты генерируются в фактически расфокусированных областях, потому что выбор медианы не имеет эффекта усреднения. В то время как в методе выборочного усреднения воспроизводимое изображение становится естественно размытым в фактически расфокусированных областях из-за его эффекта усреднения.
6. Выводы
В этой статье представлено снижение шума RTS и темнового тока на основе многоапертурной системы формирования изображений с методом селективного усреднения. Обсуждаются архитектура многоапертурной системы построения изображений и принцип метода селективного усреднения. При моделировании эффективный шум на оптическое усиление снижается с 1,38e — до 0,48e — в пике гистограммы. Среднее количество выбранных апертур — 8.35. В эксперименте PSNR изображения с избирательным усреднением увеличивается на 6,3 дБ. Выборочное усреднение показывает наилучшее качество.
RTS-8 Plus Многоканальный биореактор с неинвазивным измерением концентрации клеток в реальном времени, pH и O2
Многоканальный биореактор RTS-8 Plus с неинвазивным измерением концентрации клеток в реальном времени, pH и O2
Бесшрайвинг продукта
RTS-8 plus — это персональный биореактор, в котором используется запатентованная технология Reverse-Spin®, которая применяет неинвазивный, механически управляемый, инновационный тип перемешивания с низким энергопотреблением, при котором суспензия клеток перемешивается путем вращения трубки одноразового биореактора Falcon вокруг ее ось с изменением направления вращения, что приводит к высокоэффективному перемешиванию и насыщению кислородом для аэробного культивирования.В сочетании с системами измерения ближнего инфракрасного диапазона, флуоресценции и люминесценции можно регистрировать кинетику роста клеток, pH и O 2 неинвазивно в режиме реального времени. Для pH и O 2 внутри пробирок используются инновационные одноразовые сенсорные точки.
Хотя поставка O 2 является одной из основных проблем при выращивании аэробных организмов, особенно в условиях ограниченного количества кислорода, адекватные методы для реального мониторинга растворенного кислорода отсутствовали, и обычно предполагалось достаточное количество O 2 .Инновационные неинвазивные кислородные датчики, встроенные в трубки Falcon, теперь позволяют осуществлять онлайн-мониторинг кислорода и дают новое представление о метаболической активности. PH — одна из основных проблем при выращивании клеток, дрожжей или бактерий. Сосуды для выращивания с ограниченными сенсорами широко применяются в академических и промышленных разработках биопроцессов. Поскольку адекватные методы для реального мониторинга pH не были доступны, использовался громоздкий отбор проб на линии, не имеющий высокой плотности данных и препятствующий росту.Неинвазивное измерение pH в реальном времени позволяет по-новому взглянуть на метаболическую активность и изменения в метаболических путях.
ОСОБЕННОСТИ
- Параллельное выращивание 8-трубных биореакторов позволяет сэкономить время и ресурсы на оптимизацию биопроцессов
- Биореактор с индивидуальным управлением ускоряет процесс оптимизации
- Возможность культивирования микроаэрофильных и облигатно-анаэробных микроорганизмов (не строгие анаэробные условия)
- Принцип смешивания Reverse – Spin® обеспечивает неинвазивное измерение биомассы в реальном времени
- Оптическая система ближнего инфракрасного диапазона позволяет регистрировать кинетику роста клеток
- Бесплатное программное обеспечение для хранения, демонстрации и анализа данных в реальном времени
- Компактная конструкция с низким профилем и малой занимаемой площадью для личного использования
- Индивидуальный контроль температуры для биотехнологий
- Активное охлаждение для быстрого контроля температуры, e.грамм. для экспериментов по температурным колебаниям
- Профилирование задач для автоматизации процессов
- Облачное хранилище данных для удаленного мониторинга процесса выращивания дома или с помощью мобильного телефона
- Неинвазивное измерение O 2 и pH для точного мониторинга метаболической активности
ПРЕИМУЩЕСТВА ДАТЧИКОВ:
- Они маленькие
- Их сигнал не зависит от расхода пробы
- Их можно физически отделить от измерительной системы, что позволяет проводить неинвазивные измерения
- Могут использоваться в одноразовых предметах
- Таким образом, они идеально подходят для исследования небольших объемов образцов, для высокопараллельных измерений в одноразовых предметах, а также для биотехнологических применений.
ОСОБЕННОСТИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
- Регистрация роста клеток в реальном времени
- pH и O в реальном времени 2 измерение и регистрация
- Трехмерное графическое представление OD или скорости роста с течением времени на установке
- Параметр паузы
- Сохранение / загрузка опции
- Вариант отчета: PDF и Excel
- Возможность удаленного мониторинга (требуется подключение к Интернету)
- Параметры цикла / профилирования
- Руководство пользователя возможность калибровки для большинства ячеек
ТИПОВЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ
- Кинетика роста в реальном времени при ферментации
- Скрининг кандидатов на клоны
- Экспрессия белка
- Эксперименты по температурному напряжению и колебаниям
- Просмотр и оптимизация медиа
- Характеристика роста
- Тесты на ингибирование и токсичность
- Контроль качества штамма
- Первоначальные исследования оптимизации биопроцессов