Dans le domaine de l'ingénierie électronique, la mesure et le contrôle de la température revêtent une importance capitale.comme dispositifs de détection de température compacts et efficacesMais comment exactement les thermistors NTC réalisent-ils la détection de température? Quelles caractéristiques de performance uniques possèdent-ils?Et comment les ingénieurs devraient-ils sélectionner et optimiser les thermistors NTC pour répondre aux diverses exigences d'applicationCet article fournit une analyse approfondie de la technologie des thermistors NTC, des caractéristiques clés et des considérations pratiques, offrant un guide technique complet pour les ingénieurs et les chercheurs.

1Les thermistors NTC: le noyau de la détection de la température

Les thermistors NTC sont des résistances semi-conducteurs spécialisées dont la caractéristique déterminante est une diminution significative de la résistance à mesure que la température augmente.Cette sensibilité unique à la température découle de leur composition matérielle et de leurs mécanismes physiques.Généralement fabriqués à partir de matériaux céramiques semi-conducteurs polycristallins à structure spinelle, les thermistors NTC sont principalement constitués d'oxydes métalliques tels que le manganèse, le nickel, le cobalt, le fer,et de cuivre.

Contrairement aux conducteurs métalliques conventionnels où la résistance électrique provient de vibrations atomiques empêchant le mouvement libre des électrons,Les thermistors NTC fonctionnent sur un mécanisme de "conduction par saut" impliquant des électrons libres et des paires de trousÀ mesure que la température augmente, la concentration de ces porteurs de charge augmente dans le matériau, ce qui augmente le débit de charge et réduit par conséquent la résistance.Ce mécanisme de conduction peut être expliqué par la théorie des bandes, qui révèle la relation intrinsèque entre la structure électronique d'un matériau et ses propriétés conductrices.

En contrôlant avec précision la composition des matériaux et les processus de fabrication, les ingénieurs peuvent affiner les caractéristiques de température des thermistors NTC pour répondre aux exigences spécifiques de l'application.

2Caractéristiques clés des thermistors NTC

La variation de résistance des thermistors NTC est influencée à la fois par la température ambiante et les effets d'auto-chauffage.tandis que l'auto-chauffage résulte du chauffage en Joule lorsque le courant passe à travers le thermistoreL'analyse des caractéristiques des thermistors NTC fait généralement la distinction entre les conditions de "pas de charge" et de "charge".

2.1 Caractéristiques du thermistore NTC sans charge

Dans des conditions de non-charge où l'auto-chauffage est négligeable, le comportement du thermistore NTC est principalement déterminé par les propriétés du matériau et la température ambiante.

2.1.1 Caractéristiques de résistance à la température (R/T)

La relation entre la résistance d'un thermistore NTC et la température absolue peut être approchée par une fonction exponentielle:

Où:

• R₁: Résistance (Ω) à température T₁(K)
• R₂: Résistance de référence (Ω) à température T₂(K)
• B: constante du matériau (K)

Bien que cette équation fournisse une approximation mathématique,les applications pratiques utilisent généralement des tableaux R/T complets qui spécifient des valeurs de résistance précises sur toute la plage de température de fonctionnement, offrant une plus grande précision que la formule simplifiée.

2.1.2 Valeur B

La valeur B est un paramètre crucial représentant la pente de la courbe résistance-température, indiquant la sensibilité de la résistance aux changements de température.,Il est calculé comme suit:

Puisque le modèle exponentiel est une approximation, la valeur de B n'est pas parfaitement constante mais varie légèrement entre les plages de température._25/85spécifie la plage de température (25°C à 85°C dans ce cas) pour laquelle la valeur B est calculée.

Les matériaux NTC courants ont des valeurs B généralement comprises entre 3000K et 5000K. La sélection dépend des exigences de l'application et implique l'équilibrage de la résistance nominale avec d'autres contraintes,Comme toutes les valeurs B ne conviennent pas à tous les types de colis NTC.

2.1.3 Coefficient de température

Le coefficient de température (α) définit le taux relatif de variation de la résistance avec la température:

Ce coefficient est généralement négatif, reflétant le comportement du NTC.Sa magnitude affecte directement la sensibilité de la mesure de la température. Des coefficients plus élevés indiquent une plus grande réactivité aux changements de température..

2.1.4 Tolérance

La tolérance spécifie l'écart admissible par rapport aux valeurs nominales de résistance, généralement indiquées à 25°C (dont d'autres températures peuvent être spécifiées).La tolérance globale de résistance à une température donnée tient compte à la fois de la tolérance de résistance de référence et de la variation de la valeur B.

La tolérance à la température peut être dérivée comme suit:

Pour des mesures précises, des tableaux R/T normalisés sont recommandés plutôt que des calculs simplifiés.

2.2 Caractéristiques de la charge électrique

2.2.1 Constant de dissipation thermique (δ)_Le)

Lorsque le courant traverse le thermistore, le chauffage en Joule provoque un auto-chauffage décrit par:

Ainsi:

Exprimé en mW/K, δ_Leindique la puissance nécessaire pour augmenter la température du thermistore de 1 K. Des valeurs plus élevées signifient une meilleure dissipation de chaleur vers l'environnement.Il convient de noter que les caractéristiques thermiques publiées supposent généralement des conditions d'air calme. Des environnements différents ou un traitement post-fabrication peuvent modifier ces valeurs..

2.2.2 Caractéristiques de tension/courant

Sous une puissance électrique constante, la température du thermistore augmente brusquement au début avant de se stabiliser lorsque la dissipation de puissance équilibre la production de chaleur.La relation tension-courant en équilibre thermique est:

ou

Le tracé de la tension par rapport au courant à température constante révèle quatre régions caractéristiques:

1. Région linéaire avec auto-chauffage négligeable (applications de détection de température)
2. Ascension non linéaire à la tension maximale
3. Point de pointe de tension
4. Région de résistance négative (utilisée dans les applications de détection de niveau de courant ou de liquide)

2.2.3 Puissance maximale (P₂₅)

P₂₅représente la puissance maximale que le thermistore peut supporter à 25 °C dans l'air calme. Le fonctionnement à ce niveau place l'appareil dans la région d'auto-chauffage,qui devraient généralement être évités, sauf si l'application l'exige expressément.

2.2.4 Constante de temps thermique (τ)

Lorsqu'un capteur de température à T₁est placé dans un environnement à T₂, sa température change de façon exponentielle:

La constante de temps τ (Tau 63,2) est définie comme le temps nécessaire pour que se produise 63,2% du changement de température total.

• Conception du capteur (matériaux, assemblage)
• Méthode d'installation (monture à la surface, immersion)
• Environnement (circulation d'air, liquide)