Pro měření teploty je možné vybrat několik typů senzorů. Z takových klasických lze vybrat například lihový teploměr. Ten bude tak přesný, jak přesná bude jeho stupnice a náš odečet. Vzhledem k tomu, že je tento web zaměřený spíše na elektroniku, budeme vybírat elektronické senzory teploty. Základní rozdělení elektronických teploměrů je možné rozdělit mezi analogové a číslicové.
Číslicové teploměry jsou pak dále dělitelné podle typu komunikace, sběrnice na kterou jsou připojeny. Například DS18B20 komunikuje po sběrnici 1-Wire. Senzorů teploty na sběrnici I2C je nepřeberné množství, například LM35DZ.
Jak ale nadpis uvádí, článek by se měl týkat senzorů typu NTC, co to tedy je NTC senzor teploty ? Jedná se o takzvaný termistor, čili odpor závislý na teplotě. Z tohoto už více lidského názvu je jasné, že při změně teploty dojde ke změně odporu tohoto prvku a bude tedy nutné průběžně měřit právě odpor.
Nyní zpět k názvu – NTC v originále znamená Negative Temperature Coefficient. Z tohoto dalšího přiblížení již získáváme další indícii, že zde bude něco negativního, neboli něco proti ‚běžnému chápání‘. V tomto případě je negována jedna ze základních pouček elektrotechniky a to konkrétně, že se zvyšující se teplotou, odpor materiálu roste. Po předchozí větě je jasné, že odpor NTC termistoru se bude zmenšovat se zvyšující se teplotou.
Opakem k NTC termistoru je PTC termistor, originálním názvem Positive Temperature Coefficient. Tento tip termistoru se již chová tak, jak je očekáváno, tedy jeho odpor roste se zvyšující se teplotou. Další perličkou tohoto typu je také to, že odpor se mění skokově. Toho se využívá například jako tepelných pojistek.
Zpět k NTC termistorům, závislost teploty na odporu je zobrazena na obrázku níže. Z průběhu je patrné, že odpor neklesá ani neroste skokově, je tedy možné využít k plynulému měření teploty. Rovněž je ale patrné také to, že průběh není lineární a tudíž nelze použít pouze jednoduché vynásobení naměřených hodnot koeficientem.
Nyní bude následovat několik technických informací ohledně převodu odporu na teplotu. Každý termistor je specifikován pomocí parametru beta a referenčním odporem.
- parametr beta je závislý na materiálu termistoru a výrobce by jej měl specifikovat
- odpor při dané teplotě (obvykle 10k při 25°C), rozsah 5k – 100k a teploty 20 / 25°C
Předtím, než bude možné změřit teplotu, je nutné ze změřeného napětí vypočítat odpor termistoru. Lze k tomu využít nejjednoduššího možného zapojení – napěťového děliče s jedním známým rezistorem a druhým neznámým. S pomocí ohmova zákona jsme schopni ze známosti napětí a odporu na děliči vypočítat odpor druhého z rezistorů.
Ze zapojení dle obrázku výše, pro TH, neboli Thermistor platí následující vztah.
Výslednou teplotu lze získat pomocí následujícího vztahu.
Dosadit lze například:
- beta = 3470
- R = 10 000
- T0 = 273.15 + 25 = 298.15
Od takto vypočítané teploty je ještě vhodné odečíst konstantu 273.15, aby došlo k převodu na °C, místo kelvínů.
Výhodou tohoto typu senzorů je například to, že je lze použít i v čistě analogových obvodech, například ve spojení s operačními zesilovači. Případně je lze použít jako tepelné (reverzibilní) pojistky – termistory typu PTC. Jedna z posledních výhod je i ta, že je lze použít i pro měření velmi nízkých teplot, kdy už digitální senzory nefungují.