Принцип работы термосопротивления: Теория / Блог компании ЭФО / Хабр

Содержание

Теория / Блог компании ЭФО / Хабр

Недавно мне повезло побывать на производстве датчиков температуры, а точнее на швейцарском предприятии IST-AG, где делают платиновые и никелевые термосопротивления (RTD).

По этому поводу публикую две статьи, в которых читатель найдет довольно подробное описание этого типа датчиков, путеводитель по основным этапам производственного процесса и обзор возможностей, которые появляются при использовании тонкопленочных технологий.

В первой статье разбираемся с теоретической базой. Не слишком увлекательно, но весьма полезно.

(они же — термосопротивления или RTD)

Сначала имеет смысл разобраться с терминологией. Если вы хорошо знакомы с вопросом, то смело переходите ко второй части статьи. А может быть и сразу к третьей.

Итак, под определение «датчик температуры» попадают тысячи самых разных изделий. Под датчиком можно понимать и готовое измерительное устройство, где на дисплее отображается значение температуры в градусах, и интегральную микросхему с цифровым сигналом на выходе, и просто чувствительный элемент, на базе которого строятся все остальные решения. Сегодня мы говорим только о чувствительных элементах, которые, впрочем, тоже будем называть словом «датчик».

Термометры сопротивления, которые также известны как термосопротивления и RTD (Resistance Temperature Detector) — это чувствительные элементы, принцип работы которого хорошо понятен из названия — электрическое сопротивление элемента растет с увеличением температуры окружающей среды и наоборот. Вероятно вы слышали о термосопротивлениях как о платиновых датчиках температуры типа Pt100, Pt500 и Pt1000 или как о датчиках 50М, 50П, 100М или 100П.

Иногда термосопротивления путают с термисторами или термопарами. Все эти датчики используются в похожих задачах, но, даже несмотря на то что термисторы тоже являются преобразователями температура-сопротивление, нельзя путать термосопротивления, термисторы и термопары между собой. О разнице в строении и назначении этих элементов написана уже тысяча статьей, так что я, пожалуй, не буду повторяться.

Отмечу главное: средний термометр сопротивления стоит в разы дороже, чем средний термистор и термопара, но только термосопротивления имеют линейную выходную характеристику. Линейность характеристики, а также гораздо более высокие показатели по точности и повторяемости результатов измерений, делают термосопротивления востребованными несмотря на разницу в цене.

Если коротко, характеристики термосопротивлений можно разбить на три группы:

Номинальная статическая характеристика (НСХ) и точность
Диапазон температур, на котором определяется НСХ и обеспечивается заявленная точность
Корпус датчика, тип и длина выводов

На мой взгляд, пояснений требует только первый пункт.

Номинальная статическая характеристика (НСХ)

НСХ — это функция (на практике чаще таблица значений), которая определяет зависимость сопротивление-температура.

Зависимость R(T), конечно, не является абсолютно линейной — на самом деле выходная характеристика термосопротивления описывается полиномом с известными коэффициентами. В простейшем случае это полином второй степени R(T) = R0 (1 + A x T + B x T²), где R0 — номинальное сопротивление датчика, то есть значение сопротивления при 0°C.

Вид полинома и его коэффициенты описываются в различных национальных и международных стандартах. Действующий российский стандарт — ГОСТ 6651-2009. В Европе чаще используют DIN 60751 (он же IEC-751), однако одновременно с ним действует DIN 43760, в Северной Америке популярен стандарт ASTM E1137 и так далее. Несмотря на то что некоторые стандарты согласованы между собой, в целом картина довольно печальная и единого индустриального стандарта по факту не существует.

Наиболее популярные типы термосопротивлений — это платиновые датчики (Pt 3850, Pt 3750, Pt 3911 и др.), никелевые (Ni 6180, Ni 6720 и др.) и медные термосопротивления, например Cu 4280. Каждому типу датчиков соответствует свой полином R(T).

Приведенные наименования содержат название металла, который используется при изготовлении датчика, и коэффициент, который описывает отношение сопротивления датчика при 0 к сопротивлению при 100°C. Этот коэффициент, вместе со значением R0, определяет наклон функции R(T).

В разношерстных стандартах и, как следствие, в спецификациях на конкретные датчики, этот коэффициент может выражаться по-разному. Например, для платинового датчика может быть указан коэффициент альфа равный 0.00385 °C^-1, или температурный коэффициент 0.385%/°C, или TCR = 3850 ppm/K, однако во всех трех случаях подразумевается одна и та же зависимость R(T).

Используемый металл однозначно определяет степень полинома R(T), а коэффициенты полинома определяются температурным коэффициентом металла.

Например, для всех платиновых датчиков функция R(T) имеет следующий вид:

R(T) = R0 (1 + A x T + B x T²) при T > 0
R(T) = R0 (1 + A x T + B x T² + C x (T-100) x T³) при T < 0
где коэффициенты выбираются в зависимости от типа платины:

Pt 3850 ppm/K (наиболее распространенная характеристика современных термосопротивлений)
A = 3.9083 x 10^-3 °C^-1
B = -5.775 x 10^-7 °C^-2
C = -4.183 x 10^-12°C^-4
Pt 3911 ppm/K (характеристика остается востребованной в РФ, т.к. в прошлом только она была внесена в ГОСТ)
A = 3.9692 x 10^-3 °C^-1
B = -5.829 x 10^-7 °C^-2
C = -4.3303 x 10^-12°C^-4

Автомобильному стандарту Pt 3770 ppm/K, американскому Pt 3750 ppm/K или японскому Pt 3916 ppm/K будут соответствовать другие наборы коэффициентов.

Та же логика действует для меди и никеля. Например, НСХ всех никелевых датчиков описывается полиномом шестой степени:

R(T) = R0 (1 + A x T + B x T² + C x T³ + D x T⁴ + E x T⁵ + F x T⁶)
где коэффициенты определяются температурным коэффициентом никеля (Ni 6180 ppm/K, Ni 6720 ppm/K и т.д.).

Осталось сказать о последнем параметре НСХ термометров сопротивления — о номинальном сопротивлении R0. Чаще всего используются датчики со стандартным R0 — 50, 100, 500 или 1000 Ом, однако иногда требуются тремосопротивления с R0 = 2000 и даже 10000 Ом, а также датчики с «не кратным» номинальным сопротивлением.

То есть каждому типу термосопротивления может соответствовать несколько НСХ с разными номинальными сопротивлениями R0. Для наиболее распространенных в РФ характеристик используют стандартные обозначения: Pt100 и Pt1000 соответствуют платине с температурным коэффициентом 3850 ppm/K и R0 = 100 и 1000 Ом соответственно. Унаследованные из советских справочников обозначения 50П и 100П — это датчики из платины с коэффициентом 3911 ppm/K и R0 = 50 и 100 Ом, а датчики известные как 50М и 100М — это медь 4280 ppm/K с номинальным сопротивлением 50 и 100 Ом.

Точность датчика
Точность термосопротивления — это то, насколько зависимость R(T) реального датчика может отклониться от идеальной НСХ. Для обозначения точности термосопротивлений используют понятие класса допуска (от же класс точности).

Класс допуска определяет максимальное допустимое отклонение от номинальной характеристики, причем задается это отклонение как функция температуры — при нуле градусов фиксируется наименьшее допустимое отклонение, а при уменьшении или увеличении температуры диапазон допустимых значений линейно увеличивается.

Когда дело касается классов допуска, бардак в действующих стандартах только усугубляется — даже названия классов в разных источниках могут отличаться.

	Другие названия	Допуск, °С
Класс АA	Class Y 1/3 DIN 1/3 B F 0.1 (если речь о тонкопленочном датчике) W 0.1 (если речь о намоточном датчике)	±(0.1 + 0.0017 \|T\|)
Класс A	1/2 DIN 1/2 B F 0.15 (если речь о тонкопленочном датчике) W 0.15 (если речь о намоточном датчике)	±(0.15 + 0.002 \|T\|)
Класс B	DIN F 0.3 (если речь о тонкопленочном датчике) W 0.3 (если речь о намоточном датчике)	±(0.3 + 0.005 \|T\|)
Класс C	Class 2B Class BB F 0.6 (если речь о тонкопленочном датчике) W 0.6 (если речь о намоточном датчике)	±(0.6 + 0.01 \|T\|)
–	Class K 1/10 DIN	±(0.03 + 0.0005 \|T\|)
–	Class K 1/5 DIN	±(0.06 + 0.001 \|T\|)

Приведенные в таблице допуски соответствуют большинству действующих стандартов для платиновых датчиков 3850 ppm/K, включая ГОСТ и европейский DIN 60751 (IEC-751), который с большой натяжкой можно назвать общепринятым. Однако и здесь есть исключенияНапример, в американском стандарте ASTM E1137 классы допуска платиновых датчиков именуются Grade и определяются иначе:

Grade A	±(0.25 + 0.0042 \|T\|)
Grade B	±(0.13 + 0.0017 \|T\|)

Если же говорить о платине с другими температурными коэффициентами или о никелевых и медных датчиках, то можно обнаружить и другие определения допусков.

Класс допуска описывает не только максимальную величину допуска, но и диапазон температур, на котором этот допуск гарантируется. Вы, наверное, уже догадались, что в разных стандартах эти диапазоны могут существенно отличаться. Это действительно так, причем диапазон температур зависит не только от класса допуска и типа датчика, но и от технологии, по которой выполнен датчик — у намоточных датчиков диапазон всегда шире.

О том, что такое намоточные и тонкопленочные датчики — чуть ниже.

На картинке — кассы допуска для платиновых датчиков с температурным коэффициентом 3850 по стандарту DIN 60751 (IEC-751).

Определения классов допуска для тонкопленочных и намоточных платиновых датчиков Pt 3850 ppm/K

Тонкопленочный датчик Pt 3850 ppm/K		Намоточный датчик Pt 3850 ppm/K
Класс допуска	Диапазон температур	Класс допуска	Диапазон температур
	DIN 60751 (IEC-751) / ГОСТ		DIN 60751 (IEC-751)	ГОСТ
Класс АА (F 0.1)	0… +150°С	Класс АА (W 0.1)	-100… +350°С	-50… +250°С
Класс А (F 0.15)	-30… +300°С	Класс А (W 0.15)	-100… +450°С
Класс B (F 0.3)	-50… +500°С	Класс B (W 0.3)	-196… +600°С	-196… +660°С
Класс С (F 0.6)	-50… +600°С	Класс С (W 0.6)	-196… +600°С	-196… +660°С

К слову, если в документации на термосопротивление указан диапазон измеряемых температур, который шире диапазона, предусмотренного указанным классом допуска, то заявленный класс допуска не будет действовать на всём рабочем диапазоне. Например, если датчик Pt1000 класса A предназначен для измерения температур от -200 до +600°C, то он будет иметь точность ±(0.15+0.002|T|) только при температурах до +300°C, а дальше скорее всего будет обеспечиваться класс В.

Я привожу все эти подробности о терминологии и разночтениях в стандартах чтобы донести одну простую мысль: выбирая термосопротивление легко запутаться и неверно истолковать характеристики элемента. Важно понимать какие именно требования вы предъявляете к элементу (в абсолютных цифрах, а не в классах) и сравнивать их с абсолютными цифрами из документации на конкретный датчик.

Итак, термосопротивления представляют собой резисторы, выполненные из платины или, реже, из никеля или меди. Выше уже упоминались две технологии — намоточная (проволочная) и тонкопленочная.

Намоточные датчики — это термосопротивления, выполненные на основе спиралей из металлической проволоки. Существует два основных способа изготовления намоточных датчиков. В первом случае проволока наматывается на стеклянный или керамический цилиндр, после чего конструкция покрывается изолирующим слоем из стекла. Второй способ — это помещение металлических спиралей в каналы внутри керамического цилиндра.

При изготовлении тонкопленочных датчиков на керамическую подложку напыляется тонкий слой металла, который образует токопроводящую дорожку, так называемый меандр. После этого датчик покрывается изолирующим слоем из стекла.

Большинство современных термосопротивлений выполняется по одной из этих трёх технологий. В источниках встречаются противоречивые мнения о том, какая конструкция более устойчива к вибрациям или перепадам температур. Оценки стоимости датчиков разных конструкций тоже сильно разнятся.

На деле принципиальных отличий между характеристиками датчиков разной конструкции нет, цены на тонкопленочные и намоточные датчики также находятся в одном диапазоне.

В большинстве случаев совершенно не важно как именно устроен датчик — при выборе компонента имеет значение только соотношение цены и характеристик конкретного элемента (нужно только не забывать что классы допуска для тонкопленочных датчиков определены на более узком диапазоне температур). Однако в некоторых задачах тонкопленочные датчики осознанно предпочитают намоточным. На это есть три главных причины:

Высокие номинальные сопротивления. Тонкопленочная технология позволяет производить датчики с R0=1000 Ом той же ценой, что и датчики с номинальным сопротивлением 50, 100 или 500 Ом. К тому же, изготавливаются датчики и с более высоким номинальным сопротивлением, например 2000 и 10000 Ом.
Малый размер. Тонкопленочный датчик можно сделать гораздо более миниатюрным по сравнению с намоточным. Стандартный датчик Pt1000, например, может иметь габариты всего 1.6 x 1.2 мм.
Прямоугольная форма и миниатюрный размер пленочных датчиков позволяют выпускать не только выводные термосопротивления, но и SMD-компоненты стандартных размеров — 1206, 0805 и так далее.

У тонкопленочной технологии есть и другие интересные свойства, позволяющие, например, сократить время отклика датчика температуры или изготовить на базе термосопротивлений датчики скорости потока. Об этом будем говорить в следующей статье, которая полностью посвящена процессу изготовления тонкопленочных датчиков.

В заключении традиционно благодарю читателя за внимание и напоминаю, что вопросы по применению продукции, о которой мы пишем на хабре, можно также задавать на email, указанный в моем профиле.

upd #1: Статья «Термосопротивления: производственный процесс» опубликована.

upd #2: все упомянутые датчики и модули доступны со склада. Больше информации на efo-sensor.ru

Термосопротивление, описание, принцип работы, виды

В общепринятом смысле термосопротивление — это физическая величина, способность тела препятствовать распространению теплового движения молекул. Однако чаще всего под этим термином подразумевают специальные приборы, способные этот параметр измерять — термометры сопротивления и терморезисторы.

Принцип работы термосопротивления

При нагреве проводника изменяется его сопротивление, а следовательно, и ток, проходящий через проводник. Интенсивность изменения зависит от нескольких факторов:

температура и плотность окружающей среды;
скорость жидкой или газообразной среды;
размеры и материал самого проводника.

Если измерить зависимость сопротивления провода от этих неэлектрических величин, то на основе этой информации можно получать данные об изменении параметров окружающей среды. Собственно, в этом и заключается принцип, по которому работает термосопротивление.

Виды термосопротивлений

По материалу изготовления все термосопротивления можно разделить на следующие группы:

Проводниковое термосопротивление. Термопреобразователи сопротивления производятся в точном соответствии с ГОСТ 6651-2009. Как правило, они изготавливаются из чистых металлов: меди, никеля и платины. В основном представляют собой каркасную или безкаркасную катушку, выполненную из однородного проводника с контактными выводами. Характеризуются прямой зависимостью сопротивления от температуры, чем выше температура, тем выше сопротивление. Имеют большой температурный коэффициент измерения, точность, характеристику близкую к линейной.
Медь используется при измерениях от -50 до 150—180 градусов Цельсия в среде, свободной от посторонних примесей. Если температура будет выше, металл окислится, а это снижает точность.

Никель можно применять для измерений до 250—300 градусов Цельсия. Однако стоит учитывать, что при температуре свыше 100 ºС зависимость сопротивления уже не является линейной. Она высчитывается по формулам, зависящим от марки никеля.

Платина — это самый распространенный материал для промышленных приборов. Этот металл может использоваться при температуре до 1000—1200 градусов Цельсия, хотя на практике платиновое термосопротивление применяется до 650 ºС. Дело в том, что при температуре свыше 500 градусов Цельсия удобнее использовать датчики термопары. Кстати, стоит оговориться, что этот металл нельзя применять в восстановительных средах (углерод, пары кремния, калия, натрия и т. п.).
Полупроводниковое термосопротивление. Терморезистор (термистор), полупроводниковое сопротивление из разнородного сплава, может иметь прямую или обратную характеристику (PTC-термистор или NTС-термистор) зависимости сопротивления от температуры. Изготавливаются методом порошковой металлургии в виде дисков, шайб, бусинок, тонких пластинок. Имеют большой температурный коэффициент сопротивления, нелинейную характеристику, способны работать при значительных механических нагрузках и в сложных условия эксплуатации.
NTC-термисторы типов ММТ-1 и КМТ-1 (рис. 1-а) состоят из полупроводникового эмалированного стержня (1), контактных колпачков (2) и выводов (3).

NTC-термисторы типов ММТ-4 и КМТ-4 (рис. 1-б) выпускаются в герметичном металлическом корпусе (2), за счет чего могут использоваться даже во влажной среде. Герметизация осуществляется при помощи стекла (3) и олова (4), а сам полупроводниковый стержень (1) обернут фольгой (5).
- рис. 1-а рис. 1-б
Медно-кобальто-марганцевые терморезисторы вроде МКМТ-16 бусинкового типа (NTC-термисторы) (рис. 2) — это мини-измерители в стеклянном корпусе. В нем роль сопротивления играет шарик диаметром около 0,8 мм с платиновыми выводами диаметром 0,05 мм, к концам которых приварены проводники из нихромовой проволоки диаметром 0,1 мм.

Все термопреобразователи сопротивления , предлагаемые нашей компанией, можно посмотреть в каталоге продукции.

Термометры сопротивления. Термосопротивление

Термопреобразователи сопротивления оптимальны для высокоточных измерений в узких диапазонах измерения. Термосопротивления взаимозаменяемы и имеют практически линейные характеристики.

Выбрать и купить датчик температуры вы можете в интернет-магазине …

Области применения термосопротивлений

Термосопротивления обширно используются в промышленности и их применение в той или иной среде зависит главным образом от корпуса прибора:

Нефтегазовый, топливно-энергетический комплекс
Машиностроение, автомобильная индустрия и спецтехника
Химическая промышленность, строительство
Сфера образования
Химические соединения
Вода, газ, пар
Жидкие, твердые, сыпучие продукты
Среды температурой от -200 до + 600°С (в среднем), требующие контроля температуры для систем автоматического управления, например:
- Cистема контроля воды
- Насосные системы
- Системы охлаждения
- Мониторинг температур масла, охлаждающей жидкости, топлива в подвижной технике и т.п.
Прочие АСУ

Назначение термопреобразователей сопротивления

Высокоточное (до тысячных долей градуса) и высокостабильное измерение температуры среды в средних температурных диапазонах (-200…+600 в большинстве случаев) с передачей сигнала в информационно-управляющую систему (+ используются 2, 3, и 4-х проводные схемы снятия данных)
Лабораторные стенды, эталонные измерения температур
Унифицированные системы, требующие высокой взаимозаменяемости датчиков

Преимущества

Основные достоинства термопреобразователей сопротивления:

Взаимозаменяемость (+ датчики стандартизированы по номинальным статическим характеристикам)
Высокая точность, а также стабильность измерений (может доходить до тысячных) + возможность исключения сопротивления линии связи из факторов, влияющих на точность (при 3 или 4-проводной схеме)
Близость характеристик к линейным (почти линейная зависимость)

Недостатки

Недостатки в основном исходят из принципа работы. Обращайте внимание:

Требуется источник питания (тока) для запитывания резистора.
Дороговизна относительно простых термопар.
Малый в сравнении с термопарами диапазон измерений

Принцип работы термопреобразователей сопротивления

Термопреобразователи сопротивления представляют собой более сложные приборы, нежели простые резисторы. Их принцип работы основан на изменении электрического сопротивления полупроводниковых материалов либо металлов/сплавов под воздействием температуры окружающей среды. Для промышленных приборов выведены номинальные статические характеристики, на которые ориентируются производители.

На примере ТСП типовые схемы подключения выглядят так:

2-проводная схема. Питание и информационный сигнал имеют общую точку. Поэтому возникает небольшая погрешность из-за влияния сопротивления проводов.

3-проводная схема. Вход питания отдельный, но один из измерительных проводов имеет общую точку с минусом питания.

4-проводная схема. Вход питания и измерительные провода отделены друг от друга. В этой схеме обеспечивается наилучшая точность снятия сигнала.

Принцип работы датчиков температуры

Опубликовано 22.05.2016

Принцип работы

Термометры сопротивления (терморезисторы, термосопротивления)

Термометр сопротивления (Resistance Thermometer) — датчик для измерения температуры, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления от температуры.

Термосопротивления могут быть металлические (платина, никель, медь) или полупроводниковые.

Для большинства металлов температурный коэффициент сопротивления положителен – их сопротивление растёт с ростом температуры. Для полупроводников без примесей он отрицателен – их сопротивление с ростом температуры падает.

Термисторы

Термисторы – это полупроводниковые термосопротивления с большим температурным коэффициентом.

PTC-термисторы (Positive Temperature Coefficient), обладают свойством резко увеличивать свое сопротивление, когда достигнута заданная температура – широко используются для защиты двигателей
NTC-термисторы (Negative Temperature Coefficient), обладают свойством резко уменьшать свое сопротивление при достижении заданной температуры

PT100, PT1000

Платиновые термометры сопротивления (Platinum Resistance Thermometers) обладают высокой стойкостью к окислению и большой точностью измерения.

KTY

Кремниевые терморезисторы с положительным коэффициентом сопротивления, отличаются высокой линейностью характеристики, высоким быстродействием, надёжной твёрдотельной конструкцией и небольшой стоимостью.

Схемы включения термосопротивления в измерительную цепь

2-х проводная схема используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление присоединительных проводов суммируется с измеренным сопротивлением, что приводит к появлению дополнительной погрешности
3-х проводная схема обеспечивает значительно более точные измерения, т.к. появляется возможность измерить сопротивление подводящих проводов и вычесть его из суммарного измеренного сопротивления
4-х проводная схема – наиболее точная схема, обеспечивает полное исключение влияния подводящих проводов

Сравнение термометров сопротивления с термопарами

Преимущества:

выше точность и стабильность
можно исключить влияние сопротивления присоединительных проводов на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы измерений
практически линейная характеристика
не требуется компенсация холодного спая

Недостатки:

малый диапазон измерений
не могут измерять высокую температуру.

Термопары

Термопара (Thermocouple) – это два проводника из разных металлов, спаянные в одной точке. Эта точка измерения температуры называется – рабочий спай. Свободные концы называются холодным спаем. Если рабочий спай нагреть относительно холодного спая, то между свободными концами возникает напряжение (термо-ЭДС), пропорциональное разности температур.

Так как с помощью термопары всегда измеряется разность температур, то, чтобы определить температуру точки измерения, свободные концы у холодного спая должны содержаться при известной неизменной температуре.

Подключение к ПЛК

Холодные концы подключаются (непосредственно или с помощью компенсационных проводов, которые должны быть выполнены из тех же металлов, что и термопара) к клеммам соответствующего аналогового входа (с соблюдением полярности!) промышленного контроллера, который программно выполняет компенсацию температуры холодного спая и рассчитывает температуру в точке измерения.

При внутренней компенсации контроллер использует температуру модуля, к которому подключена термопара. При более точной внешней компенсации эталонная температура холодного спая измеряется с помощью дополнительного термометра сопротивления, который подключается к специальному входу контроллера.

Типы термопар

K: хромель-алюмель
J: железо-константан
S, R: платина-платина/родий и др.

Термопары отличаются диапазоном измеряемых температур и погрешностью измерений.

Преимущества термопар

Большой температурный диапазон измерения
Измерение высоких температур.

Недостатки

Невысокая точность
Необходимость вносить поправку на температуру холодного конца.

Термостаты

Термостат (Thermostat) – это регулятор, который поддерживает постоянную температуру воздуха или жидкости в системах отопления, кондиционирования и охлаждения.

виды, типы конструкции, классы допуска

Термометрия относится к наиболее простым и эффективным методам измерений. Она основана на том, что физические свойства материала меняются в зависимости от температуры. В частности, измеряя сопротивление металла, сплава или полупроводникового элемента, можно определить его температуру с высокой степенью точности. Датчики такого типа называются термоэлектрическими или термосопротивлениями. Предлагаем рассмотреть различные виды этих устройств, их принцип работы, конструкции и особенности.

Виды термодатчиков

Наиболее распространенными считаются следующие типы термометров сопротивления (далее ТС):

Полупроводниковые датчики. Отличительные особенности этих приборов заключается в высокой точности и стабильной чувствительности, а также в возможности измерения быстротечных процессов. Благодаря низкому измерительному току имеется возможность работы со сверхнизкими температурами (до -270°С). Пример конструкции полупроводникового ТС. Конструкция термистора

Обозначения:

А – Выводы измерителя.
В – Стеклянная пробка, закрывающая защитную гильзу.
С – Защитная гильза, наполненная гелием.
D – Электроизоляционная пленка, покрывающая внутреннюю часть гильзы.
E – Полупроводниковый чувствительный элемент (далее ЧЭ), в приведенном примере это германий, легированный сурьмой.

Металлические датчики. У таких измерителей в качестве ЧЭ выступает проволочный или пленочный резистор, помещенный в керамический или металлический корпус. Металл, используемый для изготовления чувствительного элемента, должен быть технологичен и устойчив к окислению, а также обладать достаточным температурным коэффициентом. Таким критериям практически идеально отвечает платина. Там, где не столь высокие требования к измерениям, может использоваться никель или медь. В качестве примера можно привести термодатчики: PT1000, PT500, ТСП 100 П, ТСП pt100, ТСП 50П, ТСМ 296, ТСМ 045, ТС 125, Jumbo, ДТС Овен и т.д.

Расшифровка аббревиатур

Чтобы не возникало вопросов, что такое ТСМ, приведем расшифровку этой и других аббревиатур:

ТСМ это термометр сопротивления (ТС), в чувствительном элементе (ЧЭ) которого используется медная проволока (М).
ТСП, в применяется платиновый (проволока из платины) ЧЭ.
КТС б – обозначение комплекта из нескольких платиновых ТС., позволяющих провести многозонные измерения, как правило, монтаж таких устройств производится на вход и выход системы отопления, чтобы установить разность температур.
ТПТ – технический (Т) платиновый термометр (ПТ).
КТПТР – комплект из ТПТ приборов, буква «Р» в конце указывает, что может производиться не только измерение разницы температур между различными датчиками.
ТСПН – «Н» в конце ТСП, обозначает, что датчик низкотемпературный.
НСХ – под данным сокращением подразумевается «номинальная статическая характеристика», соответствующая стандартной функции «температура-сопротивление». Достаточно посмотреть таблицу НСХ для pt100 или любого другого датчика (например, pt1000, rtd, ntc и т.д.), чтобы иметь представление о его характеристиках.
ЭТС – эталонные приборы, служащие для калибровки датчиков.

Чем отличается термосопротивление от термопары?

Схема термопары, ее конструкция, а также принцип работы существенно отличается от термометра сопротивления, расскажем об этом простыми словами. У устройства pt100, а также других датчиков, принцип действия основан на сопоставимости между изменением температуры металла и его сопротивлением.

Принцип термопары построен на различных свойствах двух металлов собранных в единую биметаллическую конструкцию. Устройство, подключение, назначение термопары, а также описание погрешности этих приборов будет рассмотрено в отдельной статье.

Сейчас достаточно понимать, что термопара и ТСП, например pt100, это совершенно разные приборы, отличающиеся принципом работы.

Платиновые измерители температуры

Учитывая распространенность металлических датчиков, имеет смысл привести краткое описание этих устройств, чтобы наглядно показать сравнительные характеристики различных видов, особенности, а также описать сферу применения.

В соответствии с нормами ГОСТ 6651 2009 и МЭК 60751, у рабочих приборов данного типа значение температурного коэффициента должно быть 0,00385°С^-1, эталонных – 0,03925°С^-1. Диапазон измеряемой температуры: от-196,0°С до 600,0°С. К несомненным достоинствам следует отнести высокий коэффициент точности, близкую к линей характеристику «Температура-сопротивление», стабильные параметры. Недостаток – наличие драгметаллов увеличивает стоимость конструкции. Необходимо заметить, что современные технологии позволяют минимизировать содержание этого металла, что делает возможным снижение стоимости продукции.

Основная область применения – контроль температуры различных технологических процессов. Например, такой прибор может быть установлен в трубопроводе, в котором плотность рабочей среды сильно зависит от температуры. В этом случае показания вихревой расходометра корректируются информацией о температуре рабочей среды.

Датчик термопреобразователь ТСП 5071 производства Элемер

Никелевые термометры сопротивления

Температурный коэффициент (далее ТК) у данного типа измерительных устройств самый высокий — 0,00617°С^-1. Диапазон измеряемых температур также существенно уже, чем у платиновых ЧЭ (от -60,0°С до 180,0°С). Основное достоинство данных приборов – высокий уровень выходного сигнала. В процессе эксплуатации следует учитывать особенность, связанную с приближением температуры нагрева к точке Кюри (352,0°С), вызывающую существенное изменение параметров ввиду непредсказуемого гистерезиса.

Данные устройства практически не используются, поскольку в большинстве случаев их можно заменить приборами с медными чувствительными элементами, которые существенно дешевле и технологичнее (проще в производстве).

Медные датчики (ТСМ)

ТК медных измерительных приборов – 0,00428°С^-1, диапазон измеряемых температур немного уже, чем у никелевых аналогов (от -50,0°С до 150°С). К несомненным преимуществам медных измерителей следует отнести их относительно невысокую стоимость и наиболее близкую к линейной характеристику «температура-сопротивление». Но, узкий диапазон измеряемых температур и низкие параметры удельного сопротивления существенно ограничивают сферу применения термопреобразователей ТСМ.

Внешний вид термопреобразователя ТСМ 1088 1

Но, тем не менее, медные датчики рано списывать, есть немало примеров удачных реализаций, например, ТХА Метран 2700, который предназначен как для различных видов промышленности, но также удачно используется в ЖКХ.

Учитывая, что платиновые терморезисторы наиболее востребованы, рассмотрим варианты их конструктивного исполнения.

Типовые конструкции платиновых термосопротивлений

Наиболее распространение получило исполнение ЧЭ в ПТС, называемое «свободной от напряжения спиралью», у зарубежных изготовителей оно проходит под термином «Strain free». Упрощенный вариант такой конструкции представлен ниже.

Конструктивное исполнение «Strain free»

Обозначения:

А – Выводы термоэлектрического элемента.
В – Защитный корпус.
С – Спираль из платиновой проволоки.
D – Мелкодисперсный наполнитель.
E – Глазурь, герметизирующая ЧЭ.

Как видно из рисунка, четыре спирали из платиновой проволоки, размещают в специальных каналах, которые потом заполняются мелкодисперсным наполнителем. В роли последнего выступает очищенный от примесей оксид алюминия (Al₂O₃). Наполнитель обеспечивает изоляцию между витками проволоки, а также играет роль амортизатора при вибрациях или когда происходит ее расширение, вследствие нагрева. Для герметизации отверстий в защитном корпусе применяется специальная глазурь.

На практике встречается много вариаций типового исполнения, различия могут быть в дизайне, герметизирующем материале и размерах основных компонентов.

Исполнение Hollow Annulus.

Данный вид конструкции относительно новый, она разрабатывалась для использования в атомной индустрии, а также на объектах особой важности. В других сферах датчики данного типа практически не применяются, основная причина этого высокая стоимость изделий. Отличительные особенности высокая надежность и стабильные характеристики. Приведем пример такой конструкции.

Пример исполнения «Hollow Annulus»

Обозначения:

А – Выводы с ЧЭ.
В – Изоляция выводов ЧЭ.
С – Изолирующий мелкодисперсный наполнитель.
D – Защитный корпус датчика.
E – Проволока из платины.
F – Металлическая трубка.

ЧЭ данной конструкции представляет собой металлическую трубку (полый цилиндр), покрытый слоем изоляции, сверху которой наматывается платиновая проволока. В качестве материала цилиндра используется сплав с температурным коэффициентом близким к платине. Изоляционное покрытие (Al₂O₃) наносится горячим напылением. Собранный ЧЭ помещается с защитный корпус, после чего его герметизируют.

Для данной конструкции характерна низкая инерционность, она может быть в диапазоне от 350,0 миллисекунд до 11,0 секунд, в зависимости от того используется погружаемый или монтированный ЧЭ.

Пленочное исполнение (Thin film).

Основное отличие от предыдущих видов заключается в том, что платина тонким слоем (толщиной в несколько микрон) напыляется на керамическое или пластиковое основание. На напыление наносится стеклянное, эпоксидное или пластиковое защитное покрытие.

Миниатюрный пленочный датчик

Это наиболее распространенный тип конструкции, основные достоинства которой заключаются в невысокой стоимости и небольших габаритах. Помимо этого пленочные датчики обладают низкой инерционностью и относительно высоким внутренним сопротивлением. Последнее практически полностью нивелирует воздействие сопротивления выводов на показания прибора (таблицы термосопротивлений можно найти в сети).

Что касается стабильности, то она уступает проволочным датчикам, но следует учитывать, что пленочная технология усовершенствуется год от года, и прогресс довольно ощутим.

Стеклянная изоляция спирали.

В некоторых дорогих ТС платиновую проволоку покрывают стеклянной изоляцией. Такое исполнение обеспечивает полную герметизацию ЧЭ и увеличивает влагостойкость, но сужает диапазон измеряемой температуры.

Класс допуска

Согласно действующим нормам допускается определенное отклонение от линейной характеристики «температура-сопротивление». Ниже представлена таблица соответствия класса точности.

Таблица 1. Классы допуска.

Класс точности	Нормы допуска °C \|t \|	Диапазон измерения температуры
		Платиновые датчики		Медные	Никелевые
		Проволочные	Пленочные	Медные	Никелевые
AA	±0,10+0,0017	-50°C …250°C	-50°C …150°C	x	x
A	±0,15+0,002	-100°C …450°C	-30°C …300°C	-50°C …120°C	x
B	±0,30+0,005	-196°C …660°C	-50°C …500°C	-50°C …200°C	х
С	±0,60+0,01	-196°C …660°C	-50°C …600°C	-180°C …200°C	-60°C …180°C

Приведенная в таблице погрешность отвечает текущим нормам.

Схемы включения ТСМ/ТСП

Существует три варианта подключения:

2-х проводное (см. А на рис. 7), этот наиболее простой способ используется в тех случаях, когда точность результатов не критична. Дополнительную погрешность создает номинальное сопротивление проводников, которыми подключается датчик. Обратим внимание, что для классов точности A и AA данная схема включения неприемлема. Рисунок 7. Двухпроводная, трехпроводная и четырехпроводная схема включения термометра сопротивления
3-х проводное (В). Такой вариант обладает более высокой точностью, чем 2-х проводная схема вариант подключения. Это происходит за счет того, что появляется возможность измерить сопротивление монтажных проводов, чтобы учесть их воздействие.
4-х проводное. Этот вариант позволяет полностью исключить воздействие сопротивления монтажных проводов на результаты измерений.

В измерительных приборах ТС, как правило, включен по мостовой схеме.

Пример подключения по мостовой схеме вторичного прибора (pt100) для измерения температуры воздуха

Обратим внимание, что под r_л.с. в электрической схеме подразумевается сопротивление линий связи, то есть проводов, которыми подключен датчик.

Обслуживание

Информация о ТО температурного датчика указана в паспорте прибора или инструкции эксплуатации, там же приводится типовые неисправности и способы их ремонта, рекомендуемая длина кабеля для подключения, а также друга полезная информация.

Термометры сопротивления не требуют специального ТО, в задачу обслуживающего персонала входит:

Проверка условий, в которых эксплуатируется датчик.
Внешний осмотр на предмет целостности конструкции и кабельных соединений, проверка хода подвижного штуцера (если таковой имеется).
Помимо этого проверяется наличие пломб.
Проверяется заземление.

Такой осмотр должен проводиться с периодичностью один раз в месяц или чаще.

Помимо этого должна проводиться поверка приборов, с использованием эталонного датчика, например, ЭТС 100.

Платиновый эталонный ПТС (датчик ЭТС 100)

Для градуировки датчиков используются специальные таблицы, в качестве примера приведена одна из них для термосопротивления pt100. Саму методику калибровки мы приводить не будем, ее описание несложно найти в сети.

Градуировочная таблица для терморезистора pt100 (фрагмент, без указания пределов градуировки измерений)

Что касается методики поверки эталонных платиновых датчиков, то она должна производиться на специальных реперных точках.

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление

Термодатчик относится к числу наиболее часто используемых устройств. Его основное предназначение заключается в том, чтобы воспринимать температуру и преобразовывать ее в сигнал. Существует много разных типов датчиков. Наиболее распространенными из них являются термопара и терморезистор.

Виды термодатчиков

Виды

Обнаружение и измерение температуры – очень важная деятельность, имеет множество применений: от простого домохозяйства до промышленного. Термодатчик – это устройство, которое собирает данные о температуре и отображает их в понятном для человека формате. Рынок температурного зондирования демонстрирует непрерывный рост из-за его потребности в исследованиях и разработках в полупроводниковой и химической промышленностях.

Термодатчики в основном бывают двух типов:

Контактные. Это термопары, заполненные системные термометры, термодатчики и биметаллические термометры;
Бесконтактные датчики. Это инфракрасные устройства, имеют широкие возможности в секторе обороны из-за их способности обнаруживать тепловую мощность излучения оптических и инфракрасных лучей, излучаемых жидкостями и газами.

Термопара (биметаллическое устройство) состоит из двух разных видов проводов (или даже скрученных) вместе. Принцип действия термопары основан на том, что скорости, с которыми расширяются два металла, между собой отличаются. Один металл расширяется больше, чем другой, и начинает изгибаться вокруг металла, который не расширяется.

Терморезистор – это своего рода резистор, сопротивление которого определяется его температурой. Последний обычно используют до 100 ° C, тогда как термопара предназначена для более высоких температур и не так точна. Схемы с использованием термопар обеспечивают милливольтные выходы, в то время как термисторные схемы – высокое выходное напряжение.

Важно! Основное достоинство терморезисторов заключается в том, что они дешевле термопар. Их можно купить буквально за гроши, и они просты в использовании.

Принцип действия

Терморезисторы обычно чувствительны и имеют разное термосопротивление. В ненагретом проводнике атомы, составляющие материал, имеют тенденцию располагаться в правильном порядке, образуя длинные ряды. При нагревании полупроводника увеличивается количество активных носителей заряда. Чем больше доступных носителей заряда, тем большей проводимостью обладает материал.

Кривая сопротивления и температуры всегда показывает нелинейную характеристику. Терморезистор лучше всего работает в температурном диапазоне от -90 до 130 градусов по Цельсию.

Важно! Принцип работы терморезистора основан на базовой корреляции между металлами и температурой. Они изготавливаются из полупроводниковых соединений, таких как сульфиды, оксиды, силикаты, никель, марганец, железо, медь и т. д., могут ощущать даже небольшое температурное изменение.

Электрон, подталкиваемый приложенным электрическим полем, может перемещаться на относительно большие расстояния до столкновения с атомом. Столкновение замедляет его перемещение, поэтому электрическое «сопротивление» будет снижаться. При более высокой температуре атомы больше смещаются, и когда конкретный атом несколько отклоняется от своего обычного «припаркованного» положения, он, скорее всего, столкнется с проходящим электроном. Это «замедление» проявляется в виде увеличения электрического сопротивления.

Для информации. Когда материал охлаждается, электроны оседают на самые низкие валентные оболочки, становятся невозбужденными и, соответственно, меньше двигаются. При этом сопротивление движению электронов от одного потенциала к другому падает. По мере увеличения температуры металла сопротивление металла потоку электронов увеличивается.

Особенности конструкций

По своей природе терморезисторы являются аналоговыми и делятся на два вида:

металлические (позисторы),
полупроводниковые (термисторы).

Позисторы

Материалом для терморезисторов можно использовать далеко не любые проводники тока, так как к этим устройствам предъявляются некоторые требования. Материал для их изготовления должен обладать высоким ТКС.

Для таких требований подходят медь и платина, не считая их высокой стоимости. Практически широко применяются медные образцы терморезисторов ТСМ, у которых линейность зависимости сопротивления от температуры намного выше. Их недостатком является малое удельное сопротивление, быстрая окисляемость. В связи с этим термосопротивления на основе меди имеют ограниченное применение, не более 180 градусов.

Позисторы PTC предназначены для ограничения тока при нагревании от более высокой рассеиваемой мощности. Поэтому их размещают последовательно в цепь переменного тока, чтобы уменьшить ток. Они (буквально любой из них) становятся горячими от слишком большого тока. Эти приспособления используют в устройстве защиты цепи, таком как предохранитель, в качестве таймера в схеме размагничивания катушек ЭЛТ-мониторов.

Для информации. Что такое позистор? Прибор, электрическое сопротивление которого растет в зависимости от его температуры, называется позистором (PTC).

Примеры позисторов

Термисторы

Устройство с отрицательным температурным коэффициентом (это когда, чем выше температура, тем ниже сопротивление) называется терморезистором NTC.

Для информации. Все полупроводники имеют меняющееся сопротивление по мере увеличения или уменьшения температуры. В этом проявляется их сверхчувствительность.

Характеристики и обозначение термистора

Термисторы NTC широко используются в качестве ограничителей пускового тока, самонастраивающихся сверхтоковых защит и саморегулируемых нагревательных элементов. Обычно эти приборы устанавливаются параллельно в цепь переменного тока.

Их можно встретить повсюду: в автомобилях, самолетах, кондиционерах, компьютерах, медицинском оборудовании, инкубаторах, фенах, электрических розетках, цифровых термостатах, переносных обогревателях, холодильниках, печах, плитах и других всевозможных приборах.

Термистор используется в мостовых цепях.

Технические характеристики

Терморезисторы используют в батареях зарядки. Их основными характеристиками являются:

Высокая чувствительность, температурный коэффициент сопротивления в 10-100 раз больше, чем у металла;
Широкий диапазон рабочих температур;
Малый размер;
Простота использования, значение сопротивления может быть выбрано между 0,1 ~ 100 кОм;
Хорошая стабильность;
Сильная перегрузка.

Качество прибора измеряется с точки зрения стандартных характеристик, таких как время отклика, точность, неприхотливость при изменениях других физических факторов окружающей среды. Срок службы и диапазон измерений – это еще несколько важных характеристик, которые необходимо учитывать при рассмотрении использования.

Компактные терморезисторы

Область применения

Термисторы не очень дорогостоящие и могут быть легко доступны. Они обеспечивают быстрый ответ и надежны в использовании. Ниже приведены примеры применения устройств.

Термодатчик воздуха

Автомобильный термодатчик – это и есть терморезистор NTC, который сам по себе является очень точным при правильной калибровке. Прибор обычно расположен за решеткой или бампером автомобиля и должен быть очень точным, так как используется для определения точки отключения автоматических систем климат-контроля. Последние регулируются с шагом в 1 градус.

Температурный датчик

Автомобильный термодатчик

Терморезистор встраивается в обмотку двигателя. Обычно этот датчик подключается к реле температуры (контроллеру) для обеспечения «Автоматической температурной защиты». Когда температура двигателя превышает заданное значение, установленное в реле, двигатель автоматически выключается. Для менее критического применения он используется для срабатывания сигнализации о температурном превышении с индикацией.

Датчик пожара

Можно сделать свое собственное противопожарное устройство. Собрать схему из термистора или биметаллических полосок, позаимствованных из пускателя. Тем самым можно вызвать тревогу, основанную на действии самодельного термодатчика.

Дымовой извещатель

В электронике всегда приходится что-то измерять, например, температуру. С этой задачей лучше всего справляется терморезистор – электронный компонент на основе полупроводников. Прибор обнаруживает изменение физического количества и преобразуется в электрическое количество. Они являются своего рода мерой растущего сопротивления выходного сигнала. Существует две разновидности приборов: у позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов оно наоборот падает. Это противоположные по действию и одинаковые по принципу работы элементы.

Видео

Оцените статью:

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление

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.

Пример терморезисторов

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
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.
Пример позисторов
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
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
Тепловое сопротивление – обзор
5.2.2.3 Теплопередача внутри скважинного теплообменника и его основные влияющие факторы
В соответствии с основными принципами, обсуждавшимися ранее при работе с сильно связанными источниками тепла окружающей среды, при проектировании скважинного теплообменника (BHE), очень важно обеспечить – экономически эффективным способом – нагнетание или извлечение тепла из земли без чрезмерной разницы температур между жидким теплоносителем и окружающей почвой, тем самым минимизируя разницу между T _2r и T ₂ (см. Рисунок 5.1). Эта разница температур сильно зависит от параметра, известного как термическое сопротивление жидкости относительно земли, в котором двумя основными составляющими этого сопротивления являются тепловое сопротивление между жидкостью-теплоносителем и стенкой скважины, известное как тепловое сопротивление скважины , и тепловое сопротивление окружающего грунта от стенки скважины до некоторого подходящего среднего уровня температуры, называемого тепловым сопротивлением грунта (см. Eskilson, 1987; Hellström & Kjellsson, 1998).
Термическое сопротивление грунта включает окружающий грунт от стенки скважины до некоторого эталонного уровня температуры, обычно естественной ненарушенной температуры грунта T ₂ в приложениях типа GSHP. ⁵ В этом типе применения удобно рассматривать тепловую реакцию из-за скачкообразного изменения удельной скорости закачки тепла q (Вт / м) ⁶, заданной на единицу длины ствола скважины, и ассоциировать температуру эволюция с зависящим от времени тепловым сопротивлением заземления R _g, так что:
(5.2) Tb − T2 = qRg
, где T _b – температура в стенке скважины. Единица термического сопротивления заземления R _g – К / (Вт / м). Другим важным фактором при проектировании скважинных систем является тепловое сопротивление между теплоносителем в проточных каналах ствола скважины и стенкой ствола скважины. Тепловое сопротивление между флюидом и стенкой ствола скважины дает разницу температур между температурой флюида в коллекторе ( T _f) и температурой у стенки скважины ( T _b) для определенной удельной скорости теплопередачи. q (Вт / м):
(5.3) Tf − Tb = qRb
As T _f представляет реальную температуру, при которой тепловой насос фактически забирает тепло из холодного резервуара (Tf≈T2r), из комбинации уравнения (5.2) и Уравнение (5.3) мы можем легко вывести:
(5.4) T2r − T2 = q (Rg + Rb)
Следовательно, с точки зрения производительности системы, мы можем видеть, что важно минимизировать термическое воздействие на грунт, а также на скважину. тепловое сопротивление. Однако тепловое сопротивление грунта сильно зависит от таких факторов, как удельное тепловое сопротивление грунта (в зависимости от типа или состава грунта), которое проектировщик не может изменить.Также важно отметить, что обычно используется несколько групп скважин. Тепловое взаимодействие между соседними скважинами разовьется через относительно короткое время, что повлияет на значение R _г. Обычный подход здесь заключается в измерении с помощью так называемых методов импульсного или переходного отклика (TRT) (ASHRAE, 2002; Gehlin, 1998) индивидуального значения скважины R _g, которое затем экстраполируется путем моделирования. через соответствующие так называемые g-функции на поведение всего скважинного поля.Наконец, R _г также зависит от того, насколько интенсивно грунт использовался ранее для термического извлечения / закачки и, следовательно, от энергетического поведения системы (характеризуемого количеством часов, в течение которых система использовалась при полной нагрузке на протяжении всего нагрева. время года).
Термическое сопротивление скважины зависит от расположения проточных каналов и тепловых свойств используемых материалов. Типичные значения, наблюдаемые при полевых испытаниях, варьируются от 0,01 К / (Вт / м) для разомкнутой коаксиальной схемы до примерно 0.25 К / (Вт / м) для одинарных U-образных труб из бентонитового раствора с плохим тепловым контактом с окружающей стенкой скважины. Для типичной скорости теплопередачи 50 Вт / м соответствующие перепады температур, которые могут возникнуть из-за термического сопротивления ствола скважины, будут варьироваться от 0,5 ° C до значений вплоть до 12,5 ° C, что потенциально может очень существенно повлиять на работу системы. Чтобы свести к минимуму R _b, для лучшей теплопередачи используются заполняющие материалы (например, бентонит, бетон и т.Однако в заполненных водой скважинах – очень популярных на севере Европы – теплопередача вызывает естественную конвекцию в скважинной воде и в окружающем проницаемом грунте. Этот эффект возможен только при соблюдении определенных условий грунта и приводит к снижению общего термического сопротивления скважины.
В целом термическое сопротивление ствола скважины зависит от:
•
От качества раствора
•
От материала ствола скважины
•
От потока жидкости внутри ППТО— если условия потока ламинарные, тепловой контакт намного хуже, чем в условиях турбулентного потока
•
Возможное тепловое короткое замыкание между восходящими и нижними ветвями внутри BHE
Использование более высоких скоростей потока может свести к минимуму последнее два фактора, но в результате возникает компромисс с увеличением потребности в насосах.
Наконец, при рассмотрении уравнения (5.4) можно пойти другим путем: ограничить удельную скорость отвода тепла, q . Это подход некоторых из наиболее известных стандартов для разработки мелководных геотермальных источников, таких как немецкий стандарт VDI 5450 (VDI, 2008). Здесь максимально допустимые показатели отвода тепла фиксируются в зависимости от различных почв и рабочих параметров данной системы. В первые годы внедрения BHE в Европе стандартным значением для Германии было значение 50 Вт / м (тогда как значение 55 Вт / м обычно принималось для Швейцарии).Эти значения использовались в то время при проектировании жилых зданий GSHP, и значение 50 Вт / м до сих пор является практическим значением для определения размеров небольших установок. Однако из всех рассмотрений, сделанных ранее, очевидно, что система BHE не должна разрабатываться в соответствии с такими типами правил.
Основы термического сопротивления | Celsia
Сегодняшний гостевой блог об основах термического сопротивления ведет доктор Джеймс Стивенс, профессор машиностроения в Университете Колорадо.Доктор Стивенс специализируется на численном и аналитическом анализе теплопередачи, охватывающем как установившиеся, так и переходные ситуации, с приложениями к тепловой истории, тепловому отклику, электронному охлаждению, температурным профилям, тепловому расчету и определению скорости теплового потока.
Аналогия теплового сопротивления
Термическое сопротивление – это удобный способ анализа некоторых проблем теплопередачи с использованием электрической аналогии, чтобы упростить визуализацию и анализ сложных систем.Он основан на аналогии с законом Ома:
В законе Ома для электричества «V» – это напряжение, возбуждающее ток величиной «I». Сила тока, протекающего при заданном напряжении, пропорциональна сопротивлению (R _elec). Для электрического проводника сопротивление зависит от свойств материала (например, медь имеет более низкое сопротивление, чем древесина) и физической конфигурации (толстые короткие провода имеют меньшее сопротивление, чем длинные тонкие провода).
Для одномерных стационарных задач теплопередачи без внутреннего тепловыделения тепловой поток пропорционален разнице температур в соответствии с этим уравнением:
где Q – тепловой поток, k – свойство материала теплопроводности, A – площадь, нормальная к потоку тепла, Δx – расстояние, на котором течет тепло, а ΔT – разность температур, приводящая в движение тепловой поток.
Если мы проведем аналогию, сказав, что электрический ток течет подобно теплу, и заявив, что напряжение управляет электрическим током, как разность температур управляет тепловым потоком, мы можем записать уравнение теплового потока в форме, аналогичной закону Ома: где R _th – это тепловое сопротивление, определяемое как: Как и в случае с электрическим сопротивлением, тепловое сопротивление будет выше для небольшой площади поперечного сечения теплового потока (A) или на большом расстоянии (Δx).
Обоснование
Итак, зачем все это беспокоиться? Ответ заключается в том, что термическое сопротивление позволяет нам решать несколько сложные проблемы относительно простыми способами. Мы поговорим о различных способах его использования, но сначала рассмотрим простой случай, чтобы проиллюстрировать преимущества.
Предположим, что мы хотим рассчитать тепловой поток через стену, состоящую из трех различных материалов, и нам известны поверхностные температуры на каждой внешней поверхности, T _A и T _B, а также свойства и геометрия материала.
Мы могли бы написать уравнение проводимости для каждого материала:

Теперь у нас есть три уравнения и три неизвестных: T ₁, T ₂ и Q. В этом случае было бы не так уж много работы, чтобы алгебраически решить эти три неизвестных, однако, если мы воспользуемся аналогией термического сопротивления, нам даже не придется проделывать столько работы:
, где
и мы может решить для Q за один шаг.
Объединение тепловых сопротивлений
Этот простой пример показал, как объединить несколько тепловых сопротивлений последовательно, что имеет ту же структуру, что и в электрическом аналоге:
Так же, как электрические сопротивления, тепловые сопротивления также могут быть объединены параллельно или в и последовательно, и параллельно:
Beyond Conduction
До сих пор мы говорили о тепловом сопротивлении, связанном с проводимостью через плоскую стенку.Для стационарных одномерных задач другие уравнения теплопередачи могут быть сформулированы в формате термического сопротивления. Например, рассмотрим закон охлаждения Ньютона для конвективной теплопередачи:
где Q – тепловой поток, h – коэффициент конвективной теплопередачи, A – площадь, на которой происходит теплопередача, T _s – температура поверхности. на котором происходит конвекция, а T _inf – температура в набегающем потоке жидкости.Как и в случае с теплопроводностью, существует разница температур, движущая потоком тепла. В этом случае тепловое сопротивление будет:
Аналогично, для теплопередачи от серого тела:
где Q – тепловой поток, ε – коэффициент излучения поверхности, σ – коэффициент Стефана-Больцмана. константа, T _s – температура поверхности излучающей поверхности, а T _surr – температура окружающей среды. Факторизуя выражение для температуры, можно записать термическое сопротивление:
Преимущество: простая установка задачи
Формулировки термического сопротивления могут сделать решение довольно сложной задачи довольно простым в установке.Представьте, например, что мы пытаемся рассчитать тепловой поток от потока жидкости с известной температурой через композитную стенку к воздушному потоку с конвекцией и излучением, происходящим со стороны воздуха. Если свойства материала, коэффициенты теплопередачи и геометрия известны, установка уравнения очевидна:
Теперь для решения этой конкретной проблемы может потребоваться итеративное решение, поскольку радиационное тепловое сопротивление содержит внутри себя температуру поверхности, но установка проста и понятна.
Преимущество: Problem Insight
Формулировка термического сопротивления имеет дополнительное преимущество, так как ясно дает понять, какие части модели контролируют теплопередачу, а какие – неважны или, возможно, даже пренебрежимо малы. В качестве конкретной иллюстрации предположим, что в последнем примере тепловое сопротивление на стороне жидкости составляло 20 К / Вт, что первый слой в композитной стене был пластиком толщиной 1 мм с тепловым сопротивлением 40 К / Вт, что второй слой состоял из стали толщиной 2 мм с термическим сопротивлением 0.5 К / Вт, и что тепловое сопротивление конвекции воздуха составляло 200 К / Вт, а тепловое сопротивление излучению в окружающую среду было 2500 К / Вт, исходящему от поверхности с излучательной способностью 0,5.
Мы можем многое понять в проблеме, просто учитывая тепловое сопротивление. Например, поскольку сопротивление излучения параллельно гораздо меньшему сопротивлению конвекции, оно будет иметь небольшое влияние на общее тепловое сопротивление. Увеличение коэффициента излучения стены до единицы улучшило бы общее тепловое сопротивление только на 5%.Или полное игнорирование излучения приведет к ошибке всего в 6%. Точно так же термическое сопротивление стали является последовательным и мало по сравнению с другими сопротивлениями в системе, поэтому независимо от того, что сделано с металлическим слоем, это не будет иметь большого эффекта. Например, переход со стали на чистую медь улучшит общее термическое сопротивление только на 0,2%. Наконец, очевидно, что тепловое сопротивление регулируется конвекцией со стороны воздуха. Если бы можно было удвоить коэффициент конвекции (скажем, увеличив скорость воздуха), только этот шаг уменьшил бы общее тепловое сопротивление на 36%.
Проводимость за пределами плоской стены
Тепловое сопротивление также можно использовать для других геометрий проводимости, если они могут быть проанализированы как одномерные. Тепловое сопротивление теплопроводности в цилиндрической геометрии составляет:
, где L – осевое расстояние вдоль цилиндра, а r ₁ и r ₂, как показано на рисунке.
Термическое сопротивление для сферической геометрии составляет:
с r ₁ и r ₂, как показано на рисунке.
Заключение
Термическое сопротивление – мощный и полезный инструмент для анализа проблем, которые могут быть аппроксимированы как одномерные, стационарные, и которые не имеют источников тепловыделения.
Пожалуйста, свяжитесь с Celsia для решения следующей задачи по тепловому расчету. Мы специализируемся на разработке и производстве теплоотводов с использованием жидкостных двухфазных устройств: тепловых трубок и паровых камер.
Страница не найдена | MIT
Перейти к содержанию ↓
Образование
Исследовать
Инновации
Прием + помощь
Студенческая жизнь
Новости
Выпускников
О Массачусетском технологическом институте
Подробнее ↓
Прием + помощь
Студенческая жизнь
Новости
Выпускников
О Массачусетском технологическом институте
Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов
Предложения или отзывы?
Термическое сопротивление – Термическое сопротивление | Определение
Тепловое сопротивление – это тепловое свойство и измерение разницы температур, с помощью которой объект или материал сопротивляются тепловому потоку.Тепловое сопротивление теплопроводности в плоской стене определяется как:
В технике часто используется еще одно очень важное понятие. Поскольку существует аналогия между диффузией тепла и электрическим зарядом , инженеры часто используют тепловое сопротивление (то есть тепловое сопротивление против теплопроводности) для расчета теплопередачи через материалы. Тепловое сопротивление является обратной величиной теплопроводности.Подобно тому, как электрическое сопротивление связано с проводимостью электричества, тепловое сопротивление может быть связано с проводимостью тепла.
Рассмотрим плоскую стенку толщиной L и средней теплопроводностью k. На двух поверхностях стены поддерживается постоянная температура T ₁ и T ₂. Для одномерной устойчивой теплопроводности через стенку имеем T (x). Тогда закон Фурье теплопроводности стены можно выразить как:
Определение термического сопротивления
Тепловое сопротивление – это тепловое свойство и измерение разницы температур, с помощью которой объект или материал сопротивляются тепловому потоку.Тепловое сопротивление теплопроводности в плоской стене определяется как:
Поскольку понятие термического сопротивления может использоваться в различных областях машиностроения, мы определяем:
Абсолютное термическое сопротивление , R _т , которое имеет единицы измерения [К / Вт]. Абсолютное термическое сопротивление – это свойство конкретного компонента, имеющего определенную геометрию (толщина – L, площадь – A и форма). Например, характеристика определенного теплообменника.Для передачи тепла требуется только разница температур.
Удельное тепловое сопротивление или удельное тепловое сопротивление, R _λ , которое имеет единицы измерения [(К · м) / Вт]. Удельная теплоемкость – это материальная константа. Толщина материала и разница температур необходимы для решения проблемы теплопередачи.
R-стоимость . Значение R (коэффициент теплоизоляции) является мерой теплового сопротивления. Чем выше значение R, тем выше изоляционная эффективность.Теплоизоляция имеет единицы измерения [(м ² .K) / Вт] в единицах СИ или [(фут ² · ° F · час) / БТЕ] в британских единицах. Это тепловое сопротивление единицы площади материала. Значение R зависит от типа изоляции, ее толщины и плотности. Требуется площадь и разница температур, чтобы решить проблему теплопередачи.
Аналогия с электрическим сопротивлением
Уравнение выше для теплового потока аналогично соотношению для потока электрического тока I , выраженному как:
, где R _e = L / σ _e A – электрическое сопротивление, а V ₁ – V ₂ – разность напряжений на сопротивлении (σ _e – электрическая проводимость).Аналогия между обоими уравнениями очевидна. Скорость теплопередачи через слой соответствует электрическому току, тепловое сопротивление соответствует электрическому сопротивлению, а разность температур соответствует разности напряжений на слое. Разница температур является потенциальной или движущей функцией теплового потока, в результате чего уравнение Фурье записывается в форме, аналогичной закону Ома теории электрических цепей.
Представления схем
предоставляют полезный инструмент как для концептуализации, так и для количественной оценки проблем теплопередачи.Эта аналогия может быть использована также для термического сопротивления поверхности тепловой конвекции. Обратите внимание, что когда коэффициент конвективной теплопередачи очень велик (h → бесконечность), сопротивление конвекции становится равным нулю, а температура поверхности приближается к температуре в объеме. На практике такая ситуация встречается на поверхностях, где происходит интенсивное кипение и конденсация.
Теплопередача через композитную стенку может быть рассчитана на основе этих сопротивлений.Скорость устойчивой теплопередачи между двумя поверхностями равна разнице температур, деленной на общее тепловое сопротивление между этими двумя поверхностями.
Эквивалентная тепловая схема для плоской стены с условиями конвекционной поверхности показана на рисунке.
Сопротивление теплового контакта – Проводимость теплового контакта
В теплотехнике: тепловая проводимость контакта [Вт / м ² .K] или сопротивление теплового контакта [м ².К / Вт] представляет собой теплопроводность между двумя твердыми телами. Когда компоненты скреплены болтами или иным образом прижаты друг к другу, также необходимо знать тепловые характеристики таких соединений. В этих композитных системах перепад температуры на границе раздела между материалами может быть значительным. Это падение температуры характеризуется коэффициентом теплопроводности , h _c , который является свойством, показывающим теплопроводность или способность проводить тепло между двумя контактирующими телами.Хотя существуют обширные базы данных по термическим свойствам сыпучих материалов, аналогичные базы данных по прессованным контактам отсутствуют.
Обратное этому свойству называется термическое сопротивление контакта .
Сопротивление контакта в значительной степени зависит от шероховатости поверхности . Давление, удерживающее две поверхности вместе, также влияет на сопротивление контакта. Наблюдается снижение термического контактного сопротивления с уменьшением шероховатости поверхности и увеличением межфазного давления.Это связано с тем, что поверхность контакта между телами увеличивается с ростом контактного давления. Когда две такие поверхности прижимаются друг к другу, выступы образуют хороший контакт материала, но впадины образуют пустоты , заполненные воздухом . Эти заполненные воздухом пустоты действуют как изоляция из-за низкой теплопроводности воздуха. Ограниченное количество и размер пятен контакта приводит к тому, что фактическая площадь контакта значительно меньше видимой площади контакта.В случае металлического композитного материала, который помещен в вакуум, теплопроводность через пятна контакта является основным режимом теплопередачи, и контактное сопротивление обычно больше, чем когда композитный материал находится в присутствии воздуха или другой жидкости. Кроме того, сопротивление теплового контакта является значительным и может преобладать для хороших проводников тепла, таких как металлы, но им можно пренебречь для плохих проводников тепла, таких как изоляторы.
Например:
Тепловая проводимость контакта для алюминиевых пластин с шероховатостью поверхности 10 мкм, помещенных в воздух с давлением на границе раздела 1 атм, составляет h _c = 3640 Вт / м ².K
Тепловая проводимость контакта для алюминиевых пластин с шероховатостью поверхности 10 мкм, помещенных в гелий с давлением на границе раздела 1 атм, составляет h _c = 9520 Вт / м ² .K
Тепловая проводимость контакта для пластин из нержавеющей стали с шероховатостью поверхности 2,5 мкм, помещенных в воздух с давлением на границе раздела 1 МПа, составляет около h _c = 3000 Вт / м ² .K
Сопротивление теплового контакта можно минимизировать путем нанесения теплопроводящей жидкости, называемой термопастой , такой как смазка CPU , на поверхности до того, как они будут прижаты друг к другу.Основная роль термопасты заключается в устранении воздушных зазоров или промежутков (которые действуют как теплоизолятор) на поверхности раздела, чтобы максимизировать теплопередачу. Теплопроводность материала внедрения и его давление – это два свойства, определяющих его влияние на проводимость контакта.
Специальная ссылка: Мадхусудана, Чакраварти В., Тепловая контактная проводимость. Springer International Publishing, 2014. ISBN: 978-3-319-01276-6.
Артикул:
Теплопередача:
Основы тепломассообмена, 7-е издание.Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
Тепломассообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
Основы тепломассообмена. К. П. Котандараман. New Age International, 2006, ISBN: 9788122417722.
Министерство энергетики, термодинамики, теплопередачи и потока жидкости США. Справочник по основам DOE, том 2 из 3, май 2016 г.
Ядерная и реакторная физика:
Дж.Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
В. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Гласстон, Сесонске. Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
W.S.C. Уильямс.Ядерная физика и физика элементарных частиц. Clarendon Press; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Аддисон-Уэсли Паб. Co; 1-е издание, 1965 г.
Роберт Рид Берн, Введение в эксплуатацию ядерного реактора, 1988.
Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам DOE, том 1 и 2. Январь 1993 г.
Пол Ройсс, нейтронная физика. EDP Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.
Advanced Reactor Physics:
К.О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, исправленное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033-2.
К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.
См. Выше:
Теплопроводность
Знакомство с серийным калькулятором термического сопротивления
Перейти к калькулятору
Компания
Thermtest рада представить новый серийный калькулятор термического сопротивления. После ввода термического сопротивления и толщины материала калькулятор выводит термическое сопротивление композита.
Что такое термическое сопротивление?
Как следует из названия, термическое сопротивление – это разница температур в способности материала противостоять потоку тепла.Тепло – это энергия, которая передается от одного объекта или вещества к другому из-за разницы в температуре между ними. Тепловой поток – это движение тепла из недр Земли к поверхности. Термическое сопротивление часто описывается как величина, обратная теплопроводности. Единицы СИ – кельвины на ватт или эквивалентные градусы Цельсия на ватт. Это тепловое свойство во многом зависит от площади, толщины и теплопроводности материала.
Сопротивление увеличивается за счет увеличения толщины материала, уменьшения его площади и теплопроводности.Часто тепловой поток и температуру можно определить по термическому сопротивлению. Это становится полезным в строительстве, когда при проектировании зданий необходимо учитывать потери тепла от электроники.
Рисунок 1. Конструкция, состоящая из двух материалов с разным сопротивлением, где тепловой поток через них (Q) считается постоянным.
Расчет термического сопротивления в серии
Когда тепловой поток через несколько сред считается постоянным, можно определить тепловое сопротивление «последовательно».Тепловое сопротивление можно сравнить с моделью электрической цепи. В этом случае тепловой поток представлен током, температуры заменяются напряжениями, а сопротивления выражаются резисторами.
Рисунок 2. Тепловое сопротивление в виде электрической цепи. Ток заменяется тепловым потоком (Q), напряжения представлены как температуры (T), а резисторы заменяются сопротивлениями (R).
Тепловой поток или граничные температуры системы также можно определить, когда известно сопротивление объекта.Последовательно тепловой поток через композитный материал считается постоянным, а разные серии эквивалентны:
\ [R = R_ {1} + R_ {2} \]
Если температуры на каждой стороне композитного материала известны (\ (T_ {L} \) и \ (T_ {R} \)), скорость теплопередачи выражается как:
\ [\ dot {Q} = \ frac {T_ {L} {-} T_ {R}} {R} = \ frac {T_ {L} {-} T_ {R}} {R_ {1} {+ } R_ {2}} \]
Это уравнение теплового сопротивления может применяться к последовательно соединенным композитным материалам, таким как стена, окруженная изоляцией, поскольку \ (\ dot {Q} \) постоянна для каждого компонента.Теплопередачу композитного материала можно определить по формуле термического сопротивления:
\ [{Q} = \ frac {T_ {\ infty 1} {-} T_ {1}} {R_ {conv1}} = \ frac {T_ {1} {-} T_ {2}} {R_ {wall }} = \ frac {T_ {2} {-} T_ {\ infty 2}} {R_ {conv1}} \]
Рис. 3. Термическое сопротивление (R) и температура (T) стены, окруженной изоляцией (слева), смоделированные как электрический ток (справа).
Из чего можно рассчитать сопротивления каждого компонента, \ (R_ {conv1} \), \ (R_ {wall} \) и \ (R_ {conv2} \), используя:
\ [R_ {total} = R_ {conv1} + R_ {wall} + R_ {conv2} \]
После того, как известно полное сопротивление системы, тепловой поток через композит можно рассчитать по уравнению теплового потока.Сюда входят известные граничные температуры, как показано в следующем уравнении.
\ [Q = \ frac {T_ {\ infty 1} {-} T_ {\ infty 2}} {R_ {total}} \]
Калькулятор последовательного сопротивления позволяет легко определять термическое сопротивление композитных материалов. Калькулятор также можно использовать в сочетании с базой данных материалов Thermtest, которая включает тепловые свойства более 1000 материалов. Этот недавно разработанный калькулятор обеспечивает быстрый, простой и точный способ последовательного вычисления теплового сопротивления.
Список литературы
https://neutrium.net/heat_transfer/thermal-resistance/
http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node118.html
Разница между тепловым сопротивлением и термопарой
Термопары и RTD являются наиболее часто используемыми датчиками температуры. В этой статье сравниваются и анализируются различия между термопарами и RTD с точки зрения их принципа работы, структуры, классификации и областей применения, а также кратко описываются области применения термопар и RTD..
Температура является важным тепловым параметром в промышленном производстве, таком как металлургия и химическая промышленность. Он играет важную роль в производственном контроле. Для эффективного и точного измерения температуры необходимо выбирать датчик температуры в соответствии с характеристиками и требованиями точки измерения температуры. Хотя термопары и терморезисторы имеют задержку при измерении температуры, они просты, надежны и обладают высокой точностью измерения.Они широко используются в промышленном производстве. Правильный выбор требует их детального понимания.
1. Разница между принципом работы и конструкцией
Разница между 1 принципом работы
Термопара изготовлена из двух разных проводников или полупроводниковых материалов, сваренных или прикрепленных к горячему и свободному концам. Горячий конец вставляется в устройство, которое требует измерения температуры, а холодный конец помещается вне устройства, если оба конца расположены.Различные температуры будут генерировать термоэлектрический потенциал в цепи термопары. Поскольку термоэлектрический потенциал является функцией измеренной температуры, значение электродвижущей силы можно преобразовать в значение температуры.
Термическое сопротивление основано на том, что сопротивление проводника изменяется с температурой и преобразует изменение сопротивления в электрический сигнал для измерения температуры.
2 Различия в структуре
Обычные термопары обычно состоят из горячего электрода, изоляционного материала, гильзы гальванической защиты, распределительной коробки и т.п.В термопарах в качестве изоляционного материала обычно используются перфорированные высокотемпературные керамические трубки, а горячие электроды вытягиваются из отверстий термостойких керамических трубок. Материал защитной гильзы должен иметь коррозионную стойкость, высокую термостойкость, высокую механическую прочность, хорошую воздухонепроницаемость, высокую теплопроводность, например, металл, неметалл и металлокерамика. Чаще всего используется защитная гильза из нержавеющей стали 1Х18Н9Ти. Условия эксплуатации ниже 900 ° C.
Основная часть теплового сопротивления – это корпус резистора, а также изолирующие гильзы, защитные гильзы, распределительные коробки и другие компоненты. Проволока сопротивления наматывается на изолирующий каркас из кварца, керамики или пластика, а защитная гильза надевается на термостойкость. Проволока и гильза заполнены теплопроводным материалом.
2. Классификация и характеристики термопар
Стандартная термопара относится к соотношению между термоэлектрическим термоэлектрическим потенциалом и температурой, указанным в национальном стандарте.Имеется единая стандартная таблица индексов, допускающая термопары с определенными погрешностями.
Нестандартные термопары обычно не имеют единой таблицы индексации. Они в основном используются для измерения некоторых особых случаев. Диапазон использования и величина меньше, чем у стандартных термопар. Термопары, из которых состоят термопары, должны быть прочно сварены друг с другом. Между ними должна быть лучшая изоляция, чтобы предотвратить короткое замыкание; соединение между компенсационным проводом и свободным концом термопары должно быть прочным и надежным, а защитная гильза должна обеспечивать полную изоляцию теплового электрода от внешней среды для обеспечения надежной и стабильной работы термопары.
3, классификация термического сопротивления и характеристики
1 Согласно термическое сопротивление классификация композиционной структуры
Обычное тепловое сопротивление: согласно принципу измерения температурного теплового сопротивления, измеренное изменение температуры напрямую отражается изменением значения сопротивления. Следовательно, изменение сопротивления различных проводов, вызванное термическим сопротивлением, отрицательно повлияет на измерение температуры.. Необходимо устранить влияние сопротивления проводов, обычно термического сопротивления, с помощью трех- или четырехпроводной компенсации.
Армированная термостойкость: подобно бронированным термопарам, она также состоит из термочувствительных элементов, выводов, изоляционных материалов и втулок из нержавеющей стали. Внешний диаметр обычно составляет от 2 до 8 мм, что меньше, чем у обычного типа. Простота установки, ударопрочность, гибкость и длительный срок службы.
Торцевое термическое сопротивление: термочувствительный элемент торцевого термического сопротивления намотан специально обработанным проводом сопротивления и плотно прилегает к торцу термометра.По сравнению с общим термическим сопротивлением, он может быстрее и точнее отражать фактическую температуру испытуемой торцевой поверхности и подходит для измерения температуры торцевой поверхности, такой как втулка подшипника.
Взрывозащищенный терморезистор: Распределительная коробка взрывозащищенного терморезистора имеет особую конструкцию. Он может контролировать взрыв и вспышку огня, вызванную искрами или дугой в распределительной коробке, чтобы обеспечить открытое пламя на производственной площадке. Взрывозащищенный терморезистор предназначен для содержания легковоспламеняющихся, взрывоопасных и других химических газов и паров.
2 Согласно классификации материалов по термостойкости
Сопротивление платины: платина имеет большое удельное сопротивление, и зависимость между сопротивлением и температурой нелинейна. Платиновое сопротивление обеспечивает широкий диапазон измерения температуры, высокую точность измерения, легкую очистку материалов и хорошую воспроизводимость; его физические и химические свойства очень стабильны. Промышленные классы сопротивления платины – Pt100 и Pt10. Pt10 изготовлен из крупнозернистой платиновой проволоки и подходит для измерения температур выше 600 ° C.При 0 ° C значение сопротивления Ptl00 составляет 100 Ом, а значение сопротивления Ptl0 при 0 ° C составляет 10 Ом, поэтому Pt100 также чаще используется; Диапазон измерения температуры сопротивления платины обычно составляет от -200 ° C до 850 ° C. Между температурами выше 550 ° C подходят только для использования в окислительной атмосфере. Вакуум и восстановительная атмосфера приведут к быстрому изменению значения сопротивления.
Сопротивление меди: значение сопротивления меди почти линейно зависит от температуры.Медный резистивный материал легко очищается, цена невысока, удельное сопротивление составляет всего 1/2 от платины, объем большой, а тепловая характеристика медленная. Медь легко окисляется при температурах, превышающих 250 ° C, поэтому промышленные медные терморезисторы обычно работают в диапазоне температур от -40 ° C до 120 ° C.
Полупроводниковые термисторы: подходят для случаев с низкими температурными требованиями, обычно используются в диапазоне низких температур от -50 до 350 ° C, в промышленно развитых странах используются полупроводниковые датчики температуры, состоящие из большого количества датчиков температуры, используемых в различных измерениях температуры и Температурная компенсация и требовательный температурный контроль, например, в бытовых приборах и автомобилях.
4, фактическое применение разницы
Термопара – это компонент, в котором термоэлектродвижущая сила (напряжение) изменяется в зависимости от температуры. Терморезистор – это компонент, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. Термопары обычно используются в высокотемпературной среде, а термические сопротивления обычно используются в низкотемпературной среде. Если измеренная разница температур превышает 500 ° C, сопротивление RTD будет очень большим, что напрямую повлияет на результаты измерения температуры, даже если результаты измерения не могут быть отображены.Термопара измеряется по изменению термоэлектродвижущей силы (напряжения) при изменении температуры. Чем выше измеренная температура, тем интенсивнее движение электронов в атоме и тем чувствительнее отклик потенциала. Во-вторых, термопаре нужно компенсировать провод. Тепловое сопротивление не требует компенсации провода. Цена теплового сопротивления также ниже, чем у термопары.
Все китайские термопары и терморезисторы производятся в соответствии с международными стандартами IEC и имеют семь видов стандартизированных термопар S, B, E, K, R, J, T.
Температура является очень важным показателем контроля основного параметра в промышленном производстве. Основная задача измерения температуры – определение температуры в различных тепловыделениях. Разумный выбор существенной разницы между термопарой и термическим сопротивлением позволяет производственному персоналу вовремя разобраться в оборудовании. Рабочий статус, обеспечивающий безопасность, стабильность и экономичность оборудования.
Технические характеристики – Абсолютные максимальные характеристики и термическое сопротивление
Краткое описание идеи
Ответы на часто задаваемые вопросы об абсолютных максимальных номинальных значениях и тепловом сопротивлении.
Операционные усилители
, которые не работают должным образом, могут сильно расстроить пользователей. Есть много способов создать успешную схему, но есть еще больше способов сломать ее. К сожалению, 90% проблем / проблем / сбоев, с которыми сталкиваются пользователи, возникают из-за небрежного или неправильного чтения таблицы данных. Вот пара часто задаваемых вопросов об абсолютных максимальных номинальных значениях и тепловом сопротивлении, на которые могут показаться очевидные ответы, но которые часто неверно интерпретируются широкой аудиторией.
Можно ли эксплуатировать мой усилитель чуть выше абсолютных максимальных номинальных значений?
Абсолютно нет! Очень важно придерживаться абсолютных максимальных значений, указанных в паспорте, чтобы не повредить деталь безвозвратно. Абсолютные максимальные рейтинги указывают на пределы, которые устройство может выдерживать, но не работать с ними. Например, наличие входного напряжения, превышающего абсолютный максимум, вызывает пробой входных дифференциальных пар операционного усилителя, что приводит к чрезмерному току повреждения.Это приводит не только к изменению параметрических характеристик, но и к миграции металла, которая со временем приводит к необратимому разрушению детали. Короче, держитесь подальше от максимальных оценок, иначе очень высока вероятность того, что деталь будет уничтожена!
Расскажите подробнее об абсолютном максимальном рейтинге.
Таблица абсолютных максимальных номинальных значений содержит максимальные пределы для напряжения, температуры и допустимого тока.
Рис. 1. Пример таблицы абсолютных максимальных рейтингов
Максимальное напряжение питания, которое может быть приложено к операционному усилителю, определяется производственным процессом.Это относится к мгновенному значению, а не к среднему или конечному значению. Низковольтные КМОП-операционные усилители от Analog Devices, Inc., как правило, ограничены до 6 В, тогда как высоковольтные биполярные части ограничены до 36 В.
Максимальное входное напряжение зависит от архитектуры входного каскада и напряжения питания операционного усилителя. Практически все операционные усилители защищены антистатическими диодами. Входные диоды ESD определяют, насколько входное напряжение может выходить за пределы напряжения питания. Обычно входное напряжение ограничивается одним падением на диоде (от 300 до 700 мВ в зависимости от температуры) за пределами шин питания.Когда операционный усилитель работает за пределами диапазона входного напряжения, но в пределах абсолютного максимума, его параметрические характеристики изменяются. Он не будет поврежден, но может не работать, например, он может перевернуть фазу, может значительно увеличиться входной ток смещения или входное напряжение смещения. Как только входное напряжение превышает абсолютный максимум, операционный усилитель подвергается необратимому повреждению. Пользователи часто сталкиваются с проблемами, связанными с наличием напряжения на входных клеммах операционного усилителя без питания (из-за последовательности питания).Это нарушает абсолютный максимальный рейтинг, вызывает перенапряжение на входе и может разрушить деталь. Простой способ решить эту проблему – использовать монолитный входной усилитель с защитой от перенапряжения. Поставщики встроили в микросхемы схемы защиты от перенапряжения на входе в качестве простой в использовании альтернативы дискретным аналоговым решениям. Примером может служить прецизионный усилитель с защитой от перенапряжения (OVP) Analog Device ADA4091-2. Это позволяет входному напряжению достигать 25 В выше и ниже источника питания без повреждения детали.
Максимальное дифференциальное входное напряжение относится к максимальному дифференциальному напряжению, которое может быть приложено между входными клеммами, не вызывая чрезмерного протекания тока. Некоторые операционные усилители (см. Рисунок 2) имеют внутренние встречные диоды для защиты от выхода из строя базового эмиттера на входном каскаде. Количество ограничивающих диодов между входными клеммами дает ориентировочное значение максимального входного дифференциального напряжения.
Рисунок 2. Защита входного дифференциального напряжения
Таблица абсолютных максимальных номинальных значений также включает максимально допустимый входной ток на входные клеммы.Для технических паспортов, в которых нет информации о максимальном входном токе, хорошее практическое правило – всегда ограничивать входной ток до менее 5 мА. Если ожидается, что входной ток будет больше, чем абсолютный максимум, вставьте последовательные резисторы на входах (см. Рисунок 2), чтобы ограничить ток, протекающий в детали. Однако это вносит шум и увеличивает приведенное ко входу напряжение смещения.
Устройство немедленно выходит из строя при превышении абсолютного максимума рейтинга?
Существует несколько режимов отказа при превышении абсолютных максимальных значений.
Во-первых, отказ устройства происходит мгновенно при превышении максимального рейтинга. Когда на усилитель подается чрезвычайно большое напряжение, например, напряжение питания 30 В на КМОП-усилитель на 6 В, внутренние транзисторы или переходы почти сразу выходят из строя. Тогда устройство будет безвозвратно повреждено.
Во-вторых, превышение абсолютного максимума в течение длительного периода может привести к отказу устройства. Иногда устройство не сразу выходит из строя при воздействии превышенного напряжения или тока, но в конечном итоге будет повреждено в долгосрочной перспективе.Например, подача 7 В на усилитель 6 В может быть допустимым на короткое время. Однако, поскольку деталь постоянно перенапрягается, соединения ослабляются. В конечном итоге деталь выходит из строя. В этом случае долговременная надежность устройства значительно снижается.
В-третьих, превышение абсолютных максимальных значений приводит к снижению производительности и перегреву переходной цепи, что в конечном итоге приводит к отказу устройства. Избыточный входной ток может вызвать параметрические изменения производительности и миграцию металла.Поскольку тепловыделение становится чрезмерным, тепловые пределы перехода также могут быть превышены. Даже если тепловые пределы перехода не превышены, срок службы устройства значительно сокращается при более высокой рабочей температуре перехода.
Следовательно, чтобы избежать повреждения усилителя, необходимо избегать нарушения абсолютных максимальных характеристик. Также желательно иметь достаточный запас прочности от абсолютного максимума, чтобы продлить срок службы устройства.
В чем разница между диапазонами температуры хранения, эксплуатации, перехода и пайки свинца?
Температура хранения – это температура, при которой устройство может безопасно храниться в отключенном состоянии.Это означает, что устройство может храниться в хранилище в диапазоне температур от -65 ° C до +150 ^{° C} ° C (см. Рисунок 1), и при этом все еще функционировать должным образом при использовании в цепи.
Под рабочей температурой понимается температура окружающей среды или системы с включенным устройством. Усилители обычно проходят испытания и рассчитываются для работы в диапазонах рабочих температур, указанных в электрической таблице. Некоторые стандартные диапазоны рабочих температур:
Коммерческий диапазон: 0 ^o C до 70 ^o C
Промышленный диапазон: от −40 ^o C до +85 ^o C
Расширенный промышленный диапазон: от −40 ^o C до +125 ^o C
Военный диапазон: от -55 ^o C до +125 ^o C
Температура перехода – это температура кремниевого кристалла внутри корпуса при включении устройства.Пользователи часто контролируют рабочую температуру, чтобы убедиться, что они не превышают максимальные значения, но не принимают во внимание температуру внутреннего перехода, которая увеличивается с рассеиваемой мощностью. Расчет температуры перехода обсуждается в более поздней части этой статьи.
Температура пайки свинца – это температура, которой могут подвергаться выводы корпуса во время ручной пайки. На Рисунке 1 показана абсолютная максимальная температура пайки свинца 300 ^o C в течение 60 секунд до того, как деталь будет потенциально повреждена.Однако учтите, что пайка вручную не рекомендуется из соображений надежности.
Analog Devices использует два типа корпусных выводов: выводы Sn-Pb и выводы без свинца (по мере перехода Analog Devices на соответствие требованиям RoHS, все новые выпускаемые детали содержат только бессвинцовые материалы). Пиковая температура пайки во время оплавления различается для обоих типов: 220 ^o C для выводов Sn-Pb и 260 ^o C для неэтилированных выводов, не содержащих свинца. Более подробная информация представлена в стандарте IPC / JEDEC, IPC / JEDEC J-STD-020.
Опять же, всегда следите за тем, чтобы устройство поддерживалось в пределах своих функциональных и максимальных расчетных температур.
Что такое термическое сопротивление?
Термическое сопротивление определяет сопротивление, с которым сталкивается тепловой поток при передаче от одной конструкции (например, IC-переход) к другой (например, окружающий воздух). Он выражается в разнице температур на единицу теплового потока (единицы ^o C / Вт). Символ θ обычно используется для обозначения термического сопротивления.Показатели теплового сопротивления в технических данных служат показателем сравнения тепловых характеристик различных комплектных устройств. В Analog Devices тепловое сопротивление указано в соответствии с отраслевым стандартом тестирования JEDEC, а условия тестирования указаны в технических характеристиках. (Стандарты JEDEC можно бесплатно загрузить с веб-сайта JEDEC). Операционный усилитель с тепловым сопротивлением перехода к воздуху 120 ^o C / Вт демонстрирует перепад температур 120 ° C для рассеиваемой мощности 1 Вт, измеренный между переходом IC и окружающим воздухом.
Почему меня беспокоят Θ
_JA и Θ _JC?
На рисунке 3 показан пример таблицы термического сопротивления с информацией о θ _JA и θ _JC
.
Рисунок 3. Пример таблицы термического сопротивления
θ _JC, тепловое сопротивление перехода к корпусу, показывает, какое сопротивление встречает тепловой поток при передаче между кремниевым переходом кристалла и корпусом (верхняя или нижняя часть корпуса). θ _JC зависит от толщины матрицы, площади поверхности и теплопроводности материала устройства на пути теплового потока.В стандарте испытаний JEDEC θ _JC определен таким образом, что предполагается, что все тепло проходит через верхнюю часть корпуса к радиатору. Согласно этому определению, тепло не проходит через боковые стороны или дно упаковки. Следовательно, θ _JC полезен только тогда, когда корпус установлен непосредственно на радиаторе. Чем меньше θ _JC, тем легче тепло поступает в радиатор.
где:
T _J = температура перехода.
T _C = температура корпуса (поверхности упаковки).
P _D = рассеиваемая мощность корпуса.
θ _JA, тепловое сопротивление перехода к воздуху показывает, какое сопротивление встречает тепловой поток при передаче от кремниевого кристалла к окружающему (неподвижному) воздуху. Он также отражает, насколько хорошо тепло передается от соединения к окружающему воздуху по всем каналам. В большинстве случаев основной путь теплового потока – это выводы к плате. Таким образом, θ _JA актуален для корпусов, использующихся без внешних радиаторов.На практике θ _JA зависит от окружающей среды и методов монтажа. Плохая циркуляция воздуха и использование розеток могут значительно повысить термическое сопротивление. Использование вентилятора для создания воздушного потока и пайка устройства на печатной плате с широкими дорожками позволяют лучше рассеивать тепло. Это помогает снизить тепловое сопротивление перехода до окружающего теплового сопротивления и, следовательно, снижает температуру перехода.
, где T _A = температура окружающей среды.
Обратите внимание, что θ _JA в основном используется для оценки пакетов и не должен использоваться для прогнозирования тепловых характеристик системы. Он служит показателем для сравнения тепловых характеристик различных корпусов, протестированных в одной и той же среде. Меньшее значение θ _JA указывает на то, что устройство имеет лучшие тепловые характеристики и менее вероятно перегревается. Более крупные корпуса (с большей площадью поверхности) могут более эффективно рассеивать тепло и, следовательно, обычно имеют более низкое тепловое сопротивление.
При известной температуре окружающей среды и рассеиваемой мощности θ _JA также часто используется для расчета температуры перехода кристалла. Однако обратите внимание, что θ _JA дает полезную информацию только тогда, когда системная среда почти идентична среде тестирования, определенной JEDEC. θ _JA сильно зависит от конструкции платы (например, количества скрытых плоскостей, других существующих нагревательных элементов, количества медных следов) и условий тестовой среды.
Небольшой совет: θ _JA следует использовать с большой осторожностью при расчетах температуры.Обычно это дает неточные результаты тепловых расчетов из-за различий между реальной и тестовой средами.
Как я могу приблизительно определить температуру перехода, чтобы убедиться, что абсолютный максимум не нарушен?
Предполагая, что условия испытаний идентичны стандартным тепловым испытаниям, температуру перехода матрицы можно рассчитать по следующей формуле:
T _{Известен} и дан θ _JA . Рассеиваемая мощность пакета может быть определена по следующему уравнению:
где:
I _SY × V _SY относится к рассеиваемой мощности в режиме покоя.
I _LOAD × ( V _SY – V _OUT ) – это рассеиваемая мощность транзистора выходного каскада.
В качестве примера, оба канала сдвоенного AD8622 в корпусе SOIC, показанного на рисунке 4, имеют общую рассеиваемую мощность 66 мВт.
Рисунок 4. Повторитель напряжения единичного усиления
Для температуры окружающей среды 25 ° C T _J можно рассчитать следующим образом. (Значение теплового сопротивления см. На Рисунке 3.)
Если бы использовался четырехъядерный AD8624 (TSSOP), рассеиваемая мощность удвоилась бы до 132 мВт, а температура перехода увеличилась бы до 39,78 ° C.
Для обеспечения надежной конструкции разработайте термически эффективную печатную плату с большой площадью медных дорожек с низким тепловым сопротивлением и используйте несколько слоев печатной платы с несколькими переходными отверстиями для отвода тепла от корпуса. Также выберите корпус с низким тепловым сопротивлением или уменьшите рассеиваемую мощность с меньшей нагрузкой или более низким напряжением питания.Синглы часто выбираются вместо двойных, а двойные – вместо квадроциклов, чтобы уменьшить локальное рассеивание мощности на печатной плате.
Наконец, в моем пакете есть открытая лопасть. Что мне с этим делать?
Корпуса
LFCSP (см. Рисунок 5) меньше по размеру и обычно имеют открытую лопасть (на нижней стороне) для отвода тепла. Открытая лопасть работает как теплоотвод, и ее необходимо припаять к металлической поверхности на печатной плате, которая обеспечивает хорошую теплопроводность для окружающей среды. В техническом описании будет указано, куда припаять открытую лопатку: к земле или к отрицательному или положительному выводу источника питания.Во многих случаях θ _JA испытывается с учетом этого соединения, и тепловое сопротивление будет выше указанного, если соединение не будет выполнено.
Рис. 5. Корпус LFCSP с открытой лопастью
Рекомендации
ADA4091-2 / ADA4091-4. Precision Micropower, OVP, операционный усилитель RRIO .