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        你會選溫度傳感器嗎?除了雙金屬溫控器和熱敏電阻,還有一種穩定可靠的產品

        發布時間:2022-4-28 11:38    發布者:eechina
        關鍵詞: 溫度傳感器 , 溫控器 , 熱敏電阻
        來源:Digi-Key
        作者:Kevin Chow

        溫度傳感器(Thermal Sensor)可用于各種應用中,并且在電子設備中起著非常重要的作用,通過監視溫度,檢測異常溫度來保持設備穩定的運行。市場上的溫度傳感器較普遍地利用機械性接觸(例如簧片開關型, Reed Switch)及以半導體開關(例如熱敏電阻, Thermistor)。不少的溫度傳感器生產商也在不斷研發新技術,入將磁力應用于傳感器內,讓它具有更多優勢,實現低成本、高精度及快速響應的熱開關解決方案。

        以下是3類較常見的溫度傳感器的簡單比較:


        表1: 三款熱傳感器的簡單比較

        技術分析

        在一般情況下,工程師通常會首先考慮使用熱敏電阻(NTC或PTC)或傳統的雙金屬恒溫器。熱敏電阻通過溫度變化引起的電阻變化來監視溫度。 原始制造商通常提供相應的表格,但是需要電路控制。如果利用雙金屬的物理開關來提供ON或OFF功能——即利用雙金屬元素膨脹速率的傳統原理——可以使開/關功能操作變成簡單,但是反應速度及回復時間有時也是考慮選擇的因素——例如需要在系統變熱時才打開風扇或暫時關閉電源之類的應用,在系統變涼時還需要可恢復正常運行。

        還有生產商使用對溫度敏感的鐵氧體 (Thermo Ferrite)作磁控開關,這是一種具有在居里溫度(*注1)下仍有軟磁性特性的鐵磁物料,這種物料的飽和磁通密度隨材料溫度升高而降低,當它的材料的溫度達到居里溫度時,將迅速變為順磁性, 即鐵氧體失去磁性。

        下圖1和圖2顯示了基美研發的溫度敏感鐵氧體Thermolite的特性。圖1顯示Thermolite在居里點時迅速失去了滲透性的溫度反應,圖2顯示在其溫度接近于居里點時物料的飽和磁通密度也接近于零時的比較圖。



        *注1: 法國物理學家皮埃爾·居里(Pierre Curie)發現,在一定溫度下,磁性材料會失去其磁性,F在,該溫度被稱為所謂的「居里溫度」。

        工作原理

        此溫度傳感器有兩種類型,即「斷開類型 (Break Type) 」(圖3) 和「接通類型 (Make Type)」(圖4)。其結構主要由鐵氧體,磁簧開關和永磁體(如果是「接通類型」,則會有縫隙)組成。內部的簧片開關與鐵氧體感應溫度,將熱能轉換成磁場能量,使簧片觸點分開。

        「斷開類型」是常閉型傳感器(NC),由鐵氧體、簧片開關和永磁體組成,如下圖3圖所示。當工作溫度低于觸發溫度時,該開關為閉合;當工作溫度達到或高于觸發溫度時,該開關為斷開 。


        圖3:斷開類型傳感器的構造 (圖片來源:基美)


        圖4 : 斷開類型傳感器的定義圖 (圖片來源:基美)

        我們進一步了解這鐵氧體在斷開型熱傳感器中的作用。當溫度低于觸發溫度時,鐵氧體具有磁性并產生環形磁場,如圖5所示。在磁場中,磁簧開關被磁感應成N極性和S極性;善_關的觸點由于磁性吸引力而接觸,并且使簧片開關變為導通。當鐵氧體的溫度達到觸發溫度(即居里溫度)時,鐵氧體便失去了磁通量并變為非磁性;善_關的觸點分開,即開路。


        圖5:斷開類型傳感器操作原理圖 (圖片來自基美)

        「接通類型」是常開型,由鐵氧體、簧片開關、間隙和永磁體組成,如圖6所示。當工作溫度低于觸發溫度時,它是開路狀態操作。但當工作溫度高于觸發溫度時,開關閉合,如下圖7。


        圖6:接通類型傳感器的構造 (圖片來自基美)


        圖7:接通類型傳感器的定義圖 (圖片來源:基美)

        接通類型傳感器在鐵氧體材料之間有一個間隙空間,如圖8所示。當溫度低于觸發溫度,永磁體和鐵氧體產生環形磁場和簧片開關的觸點分開,變為開路。當鐵氧體到達居里溫度(觸發溫度)時,鐵氧體會失去磁通量并變為非磁性。兩邊磁簧開關分別被永磁體感應為N極性和S極性,觸點因磁性而造成吸引力,使簧片接通 。


        圖8:接通類型傳感器操作原理圖 (圖片來源:基美)

        總而言之,使用鐵氧體的簧片開關,比較于傳統的雙金屬溫控器及熱敏電阻的主要優點如下:

        · 高可靠性
        · 對灰塵,爆炸,濕氣和腐蝕具有極好的環境抵抗力
        · 溫度設定范圍廣
        · 高精度
        · 響應時間短
        · 高穩定性

        溫度傳感器的選擇

        在Digi-Key官網上,已涵蓋了不同類型的溫度傳感器。搜索「溫度傳感器」關鍵字便一目了然。



        單擊“溫度傳感器 - 溫控器 - 機械式”選項后,挑選基本操作參數(例如“電路”,“開關溫度”和“復位溫度”),以及性能參數(例如“容差”和“開關次數”,好友外觀選項(諸如“端接樣式”,“安裝類型”和“包裝/外殼”之類的尺寸),整個過程都非常簡單,方便工程師按部就班地選料。



        如果工程師要求低容差和開關次數較高的溫度傳感器,則基美的TRS5將是不錯的選擇之一。例如KEMET TRS5系列 的TRS5-90BLRU。它具有出色的溫度精度±2.5°C和引線安裝特性,很適合用于溫度檢測和電氣過熱監控的應用,例如家用電器、電飯鍋或空調。如果尺寸是首選要求,則可以考慮Sensata的6600系列,如66L120-036,它是雙金屬類型和4針表面安裝類型,適合用于計算機,汽車和測試設備。

        總結

        除了傳統的雙金屬溫控器和及以半導體開關的溫度傳感器之外,工程師也可以考慮使用帶有磁性開關的溫度傳感器,其高可靠性、短響應時間和高穩定性等優點,可以為工程師提供另一種既穩定又可靠的溫度控制解決方案。
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