Dalam bidang teknik elektronik, pengukuran dan kontrol suhu sangat penting.sebagai perangkat sensor suhu yang kompak dan efisienTapi bagaimana tepatnya termistor NTC mencapai sensasi suhu? karakteristik kinerja unik apa yang mereka miliki?Dan bagaimana insinyur harus memilih dan mengoptimalkan termistor NTC untuk memenuhi berbagai persyaratan aplikasi? Artikel ini memberikan analisis mendalam tentang teknologi termistor NTC, karakteristik utama, dan pertimbangan praktis, menawarkan panduan teknis yang komprehensif bagi insinyur dan peneliti.

1. NTC Thermistors: Inti Sensing Suhu

Termistor NTC adalah resistor semikonduktor khusus yang karakteristiknya adalah penurunan resistensi yang signifikan seiring meningkatnya suhu.Sensitivitas suhu yang unik ini berasal dari komposisi bahan dan mekanisme fisik merekaBiasanya terbuat dari bahan keramik semikonduktor polikristalin dengan struktur spinel, termistor NTC terutama terdiri dari logam oksida seperti mangan, nikel, kobalt, besi,dan tembaga.

Tidak seperti konduktor logam konvensional di mana resistensi listrik muncul dari getaran atom menghambat gerakan elektron bebas,Thermistor NTC beroperasi pada mekanisme "konduksi lompat" yang melibatkan elektron bebas dan pasangan lubangDengan meningkatnya suhu, konsentrasi pembawa muatan ini meningkat di dalam material, meningkatkan aliran muatan dan akibatnya mengurangi resistensi.Mekanisme konduksi ini dapat dijelaskan melalui teori pita, yang mengungkapkan hubungan intrinsik antara struktur elektronik material dan sifat konduktifnya.

Dengan mengontrol komposisi material dan proses manufaktur dengan tepat, insinyur dapat menyesuaikan karakteristik suhu termistor NTC agar memenuhi persyaratan aplikasi tertentu.

2. Karakteristik Utama NTC Thermistors

Variasi resistansi pada termistor NTC dipengaruhi oleh suhu lingkungan dan efek pemanasan diri.sementara pemanasan diri hasil dari pemanasan Joule ketika arus melewati termistorAnalisis karakteristik termistor NTC biasanya membedakan antara kondisi "tidak memuat" dan "bermuatan".

2.1 Karakteristik termistor NTC tanpa beban

Di bawah kondisi tanpa beban di mana pemanasan diri dapat diabaikan, perilaku termistor NTC terutama ditentukan oleh sifat material dan suhu lingkungan.

2.1.1 Karakteristik Resistensi-Suhu (R/T)

Hubungan antara resistensi termistor NTC dan suhu absolut dapat didekati dengan fungsi eksponensial:

Di mana:

• R₁: Resistensi (Ω) pada suhu T₁(K)
• R₂: Resistensi referensi (Ω) pada suhu T₂(K)
• B: Konstan material (K)

Sementara persamaan ini memberikan pendekatan matematis,aplikasi praktis biasanya menggunakan tabel R / T komprehensif yang menentukan nilai resistensi yang tepat di seluruh kisaran suhu operasi, menawarkan akurasi yang lebih besar daripada rumus yang disederhanakan.

2.1.2 Nilai B

Nilai B adalah parameter penting yang mewakili kemiringan kurva resistensi-suhu, yang menunjukkan seberapa sensitif resistensi terhadap perubahan suhu.,Itu dihitung sebagai:

Karena model eksponensial adalah pendekatan, nilai B tidak benar-benar konstan tetapi sedikit bervariasi di berbagai rentang suhu._25/85menentukan kisaran suhu (25°C sampai 85°C dalam hal ini) untuk mana nilai B dihitung.

Bahan-bahan NTC umum memiliki nilai-B yang biasanya berkisar dari 3000K hingga 5000K. Pilihan tergantung pada persyaratan aplikasi dan melibatkan keseimbangan resistensi nominal dengan kendala lain,karena tidak semua nilai B cocok untuk setiap jenis paket NTC.

2.1.3 Koefisien suhu

Koefisien suhu (α) mendefinisikan tingkat relatif perubahan resistensi dengan suhu:

Koefisien ini biasanya negatif, mencerminkan perilaku NTC.Besarnya secara langsung mempengaruhi sensitivitas pengukuran suhu. Koefisien yang lebih tinggi menunjukkan respon yang lebih besar terhadap perubahan suhu..

2.1.4 Toleransi

Toleransi menentukan penyimpangan yang diizinkan dari nilai resistensi nominal, biasanya dirujuk pada 25 °C (meskipun suhu lain dapat ditentukan).Toleransi resistensi keseluruhan pada suhu tertentu mempertimbangkan toleransi resistensi referensi dan variasi nilai B.

Toleransi suhu dapat diperoleh sebagai:

Untuk pengukuran yang tepat, tabel R/T standar dianjurkan atas perhitungan yang disederhanakan.

2.2 Karakteristik beban listrik

2.2.1 Konsisten disipasi termal (δ_di)

Ketika arus mengalir melalui termistor, pemanasan Joule menyebabkan pemanasan diri yang dijelaskan oleh:

Jadi:

Diekspresikan dalam mW/K, δ_dimenunjukkan daya yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu termistor dengan 1K. Nilai yang lebih tinggi berarti disipasi panas yang lebih baik ke lingkungan.Perhatikan bahwa karakteristik termal yang dipublikasikan biasanya mengasumsikan kondisi udara yang tenang. Lingkungan yang berbeda atau pengolahan pasca-pengolahan dapat mengubah nilai ini..

2.2.2 Karakteristik Tegangan/Arus

Di bawah daya listrik konstan, suhu termistor meningkat tajam pada awalnya sebelum stabil ketika disipasi daya menyeimbangkan produksi panas.Hubungan tegangan-arus dalam keseimbangan termal adalah:

atau

Menggambar tegangan terhadap arus pada suhu konstan mengungkapkan empat wilayah karakteristik:

1. Wilayah linier dengan pemanasan diri yang tidak signifikan (aplikasi sensing suhu)
2. Peningkatan tegangan tidak linier ke tegangan maksimum
3. Titik tegangan puncak
4. Daerah resistansi negatif (digunakan dalam aplikasi pembatasan arus atau penginderaan tingkat cairan)

2.2.3 Daya maksimum (P₂₅)

P₂₅mewakili daya maksimum yang dapat ditangani termistor pada suhu 25 °C di udara yang tenang. Operasi pada tingkat ini menempatkan perangkat di wilayah pemanasan diri,yang umumnya harus dihindari kecuali secara khusus diperlukan oleh aplikasi.

2.2.4 Konstan waktu termal (τ)

Ketika sensor suhu di T₁ditempatkan di lingkungan pada T₂, suhu berubah secara eksponensial:

Konstan waktu τ (Tau 63.2) didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk 63.2% dari perubahan suhu total terjadi.

• Desain sensor (bahan, perakitan)
• Metode pemasangan (mount permukaan, perendaman)
• Lingkungan (aliran udara, cairan)