Датчики NTC 10k: выбор, проверка и типичные ошибки

В самых разных системах, где требуется температурный контроль или защита, используются датчики NTC 10k. Название этих полупроводниковых элементов происходит от аббревиатуры Negative Temperature Coefficient (NTC) — отрицательный температурный коэффициент, а цифры 10 кОм указывают на показатель сопротивления в килоомах при температуре 25 градусов по Цельсию. 

Благодаря своему свойству снижать сопротивление при повышении температуры, они широко применяются в самых разных областях, где предъявляются высокие требования к надежности, стабильности и точности работы различных систем:

- в автомобильной промышленности — для контроля работы двигателя, аккумулятора;
- в бытовых приборах — датчики NTC обеспечивают температурный контроль и защиту нагревательных элементов в морозильных камерах, холодильниках, газовых котлах;
- при организации умного дома — для точной регулировки и контроля температурного режима в системах теплого пола, приточной вентиляции, климат-контроля;
- в IT, электронике — для стабилизации тока, защиты процессоров; 
- в медицине — для бесперебойного мониторинга за температурой у пациентов в боксах, инкубаторах.

Какие бывают NTC 10k и почему «10k» — не всё?

Температурные датчики этого типа широко применяются в инженерных решениях для автоматизации процессов по управлению коммуникациями зданий и сооружений, в различных системах охлаждения и нагрева:

- канальные (погружные, внутренние) термисторы NTC — обеспечивают точные замеры за счет непосредственного контакта с рабочей средой. Их монтаж и подключение требует определенных навыков и знаний;
- накладные — устанавливаются на поверхности конструкции и просты в монтаже;
- наружные — монтируются при входе в систему для оптимизации работы приборов и энергосбережения (например, для приточной вентиляции). 

А чтобы правильно подобрать термисторы под конкретную задачу, нужно разобраться с их ключевыми характеристиками.

Сопротивление при 25°C (R25)

Производители выпускают самые разные модели, указывая их номинальное сопротивление (R) именно при этом значении комнатной температуры.

Маркировка R25 в датчиках NTC — это точка отсчета, т.е. именно при такой температуре измерено изначальное сопротивление прибора. С 25 градусов по Цельсию проводится его калибровка, а в дальнейшем — осуществляется контроль за всеми изменениями показаний. Т.к. во время эксплуатации при высоких температурах показатель сопротивления у термисторов этого типа уменьшается. Это происходит из-за особенностей материалов их изготовления — керамических или полимерных сплавов, которые легируются оксидами металлов. 

Такие полупроводниковые свойства позволяют значительно увеличить электрическую проходимость и снизить сопротивление, которое изменяется нелинейно под воздействием высоких температур.  

B-коэффициент 

Чтобы правильно выбрать датчики NTC 10k, нужно учесть еще один важный показатель — температурный коэффициент или крутизна, который обозначается как B (бета) и измеряется в Кельвинах. Его значение показывает, насколько чувствителен прибор (из-за материала своего изготовления) к температурным изменениям. Т.е. чем больше В-коэффициент, тем быстрее (резче) изменяется сопротивление терморезистора при его нагреве. 

От правильного выбора датчика по этому показателю напрямую зависит его корректная работа, т.к. кривая крутизны температуры-сопротивления, которую производители приводят в виде таблицы, отражает его чувствительность.

NTC 3950 и NTC 3435 — это B-параметр (в K), который задаёт кривую зависимости сопротивления от температуры. При повышении температуры сопротивление уменьшается, но процент изменения на 1°C зависит от текущей температуры. 

В компании "Ситирон" используются датчики с B-коэффициентом

 
Точность/допуск, температурный диапазон, тип корпуса/вывода

 Чтобы решение инженерных задач принесло желаемый результат, при выборе этих полупроводниковых элементов с отрицательным температурным коэффициентом также необходимо учесть и такие характеристики, как:

Точность (допуск) — это допустимая погрешность в работе датчика, которая:

выражается в виде абсолютной погрешности — как разница между измеренным и номинальным значением сопротивления температурного датчика NTC 10k;
выражается в процентном соотношении — как величина отклонения от номинального значения заданных производителем параметров;
зависит от материалов и технологии изготовления прибора.

Температурный диапазон — это минимальные и максимальные пределы, в которых датчик будет стабильно и корректно эксплуатироваться, передавать точные показания. В зависимости от своей конструкции, материала изготовления, каждый тип термисторов обладает уникальным температурным диапазоном. Например, для решения задач по обеспечению температурного контроля может быть достаточно установки термисторов NTC, функционирующих в диапазоне от -40° до +125° по Цельсию, а для более глобальных проектов потребуется расширить диапазон от -55° до +150° по Цельсию.

Тип корпуса/вывода. Многообразие моделей позволяет осуществлять температурные измерения и контроль в системах теплого пола, водообеспечения, климат-контроля, а также во многих отраслях промышленности:

металлический зонд — оптимален для монтажа в промышленных печах, двигателях, агрессивных химических средах. Отличается высокой прочностью и стойкостью к температуре и различным веществам;
гибкий (проводной) датчик NTC 10k — за счет длинных выводов монтаж в холодильных и нагревательных установках и бытовой ОВиК-системе можно выполнить удаленно;
чип — монтируется автоматически из-за своей миниатюрности. Благодаря низкой тепловой инерции широко применяется в устройствах управления кондиционеров, в блоках питания, в зарядных контроллерах аккумуляторных батарей;
дисковый — за счет хорошей теплопередачи через плоскую поверхность оптимален для монтажа в датчики нагрева;
стеклянный — герметичная стеклянная колба с выводами, способная выдерживать очень высокие температуры.

Как выбрать NTC10k под задачу

Как проверить датчик NTC 10k мультиметром?

Одним из популярнейших запросов остается алгоритм проверки работоспособности температурного датчика с помощью мультиметра. Наши специалисты подготовили чек-лист, который поможет самостоятельно провести тестирование датчика NTC 10k.

Шаг 1. Подготовьте необходимые инструменты, материалы и средства защиты:

- мультиметр, с переключаемым на нем режимом для измерения сопротивления;
- техпаспорт на термистор, который будете проверять;
- бытовой комнатный термометр, чтобы контролировать температуру во время проверки; 
- ключ/отвертка для демонтажа датчика;
- источники тепла (например, фен, горячая вода) и холода (например, лед, морозильник), с помощью которых сможете охладить/нагреть датчик, чтобы получить необходимые показания при проверке;
- карандаш/ручка, бумага для фиксации измерений работы термистора NTC 10k при разных температурах;

Шаг 2. Отключите нагревательное оборудование (приточную вентиляционную установку, котел, теплый пол и т.д) и дайте ему остыть до комнатной температуры.

Шаг 3. Сначала проверьте сопротивление в сборке, чтобы не демонтировать датчик, т.к. проблема может оказаться в самой проводке. Для этого:

подключите щупы мультиметра к контактам разъема, которые расположены на плате управления нагревательной системы;
проведите замер сопротивления в сборке. Если полученное значение сильно отличается, то сам кабель поврежден из-за замыкания, обрыва. В ином случае — продолжайте следовать алгоритму. 

Шаг 4. Демонтируйте датчик NTC 10k, который обычно располагается на трубе подачи, рядом с насосом:

аккуратно нажмите на фиксатор и отсоедините разъем с проводами;
выкрутите его, используя ключ или отвертку;
извлеките вместе с уплотнительным концом;
очистите контакты от возможных загрязнений. 

Шаг 5. Проведите несколько измерений сопротивления в датчике:

проверьте, что в помещении, где осуществляете измерения, нет сквозняков и стабильная температура +25°С;
включите мультиметр и убедитесь, что переключатель установлен на режиме измерения сопротивления в диапазоне, превышающем номинальный, т.е. — на 20 кОм;
приложите щупы мультиметра к контактам термистора NTC 10k (полярность можно не учитывать);
зафиксируйте полученные показания.

Важно понимать, что для объективной оценки состояния термистора измерения должны проводиться не менее 3-х раз:

при температуре +25°С — т.к. это реперная точка, позволяющая увидеть отклонения от эталонных значений; 
в охлажденном, например, до 0°С состоянии, с помощью льда, холодной воды, кратковременного помещения в морозильник;
в нагретом состоянии (с помощью горячей воды, фена), например, до 50°С. 

Шаг 6. Сравните зафиксированные значения с эталонными. Для этого используйте данные таблиц компаний-производителей, технической документации к конкретному термодатчику NTC 10k. Обычно, для моделей этого типа типичными показателями являются:

при 25°С показания сопротивления должны соответствовать 10 кОм;
при 0°С термистор покажет сопротивление в пределах 19,9 кОм;
при 50°С показатель будет в пределах 3,89 кОм.

Обращаем ваше внимание, что критической является погрешность в 10%-15% при сравнении данных, полученных после самостоятельного измерения мультиметром и заявленных в технической документации к конкретному датчику. В этом случае требуется замена термистора на новый. 

Типичные ошибки и симптомы неисправностей термисторов

Специалисты, монтирующие или обслуживающие системы, где используются датчики NTC 10k, нередко сталкиваются с проблемами, из-за которых их эксплуатация или корректная работа невозможна. Среди них:

- при подключении перепутали датчики NTC/PTC — проверьте мультиметром, переподключите контакты, перенастройте вход контроллера;
- выбран не тот B-коэффициент — проведите калибровку или компенсацию, используя уравнение Стейнхарта-Харта;
- у датчика плохие контакты, следы окисления — регулярно проводите диагностику и чистку, особенно в регионах с жесткой водой, перед отопительным сезоном;
- смонтировали длинный провод, не экранировали кабель — это может стать причиной помех и погрешностей в работе термистора NTC 10k. Погрешность можно скорректировать, зная сопротивление добавленного кабеля и самого датчика или решив все за счет программной, аппаратной фильтрации;
- неверное место установки прибора — убедитесь, что он не перегревается и все контакты целы, проведите замеры мультиметром. Переустановите или замените датчик;
- самонагрев термистора — это происходит из-за эксплуатации в приложениях с сильным током, из-за длительного воздействия слишком высоких температур. Нужно нужно проверить целостность проводов и контактов, правильность установки.

FAQ или часты вопросы по датчикам темепературы

Какой из датчиков NTC 10k выбрать — 3950 или 3435?

Важно выбирать термостат с правильным В-коэффициентом, т.к. при нагревании они имеют разные показатели сопротивления. Неверный выбор приведет к искажению показателей устройства. 

Почему датчик показывает неверную температуру?

Причин может быть несколько: неправильная установка, износ или механические повреждения самого термистора, проблемы с проводкой или контактами, соединительными проводами. 

Можно ли удлинить провод и как?

Можно, если: использовать подходящий по характеристикам к оригинальному и учесть параметр сопротивления, чтобы не спровоцировать искажение показаний термистора NTC. Рассчитать длину кабеля, при которой контурное сопротивление станет критичным, можно по формуле: 0,0171 Ом·мм²/м, где 0,0171 Ом — удельное сопротивление меди, а мм² — сечение кабеля. 

Что делать, если датчик "плавает"? 

Если показания не соответствуют норме, то датчик нуждается в диагностике — требуется провести визуальный осмотр на наличие механических повреждений, окисления контактов, повреждения проводки, а также диагностика с помощью мультиметра. Либо заменить на новый аналогичный.

Нужно ли проводить профилактику термистора?

Да, минимум 1 раз в год требуется: очистить от накипи, а контакты — от окисления, проверить состояние проводки, провести диагностику датчика NTC 10k мультиметром. 

Как отремонтировать неисправный термистор?

Никак, потребуется замена на новый.

Заключение 

Имея многолетний практический опыт разработки, производства и подбора приборов управления для систем водонагрева, отопления и кондиционирования, мы поможем реализовать любые инженерные решения. Мы проконсультируем, поможем подобрать оптимальный вариант для вашего проекта — обращайтесь через сайт, в ВК или по телефону!