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热敏电阻

热敏电阻是一种温度传感器，其电阻在加热或冷却时会改变。在 3D 打印机、干燥机和小型加热设备中，它通常用作反馈来控制加热器。

3D 打印社区中最常见的选项是 NTC 热敏电阻 100K。NTC 表示当温度上升时电阻下降。100K 通常表示在 25°C 时约 100 kOhm。

用途

热敏电阻用于测量以下温度：

  • 热端；
  • 加热床；
  • 打印机腔室；
  • 灯丝干燥机；
  • 风道；
  • 加热模块；
  • 电子产品区域，如果需要简单的过热保护。

在有加热器的设备中，热敏电阻不是装饰传感器。它决定控制器何时降低电源、禁用加热或以错误方式停止。

NTC 100K、Beta 和查找表

不同的热敏电阻看起来可能相同但特性不同。

重要参数：

  • 25°C 时的电阻，例如 100 kOhm；
  • 类型：NTC 或 PTC；
  • Beta，例如 3950K；
  • 电阻/温度查找表；
  • 工作温度范围；
  • 精度；
  • 封装：玻璃珠、热筒、螺纹传感器、护套；
  • 线路绝缘。

如果固件选择了错误的传感器类型，温度显示将不正确。在室温下错误可能很小，但在工作温度下很危险。

所以短语"100K 热敏电阻"通常还不够。对于固件，特定型号或至少正确的 Beta/表很重要。

控制器如何测量温度

热敏电阻通常通过带上拉电阻的分压器连接到模拟输入。控制器测量电压，将其转换为电阻，然后使用查找表或公式获得温度。

用热敏电阻分压器进行温度测量

来源: Wikimedia Commons, Sjlegg, Public Domain

在 Klipper 中，这通过 sensor_type、sensor_pin、有时 pullup_resistor 或自定义 [thermistor] 部分设置。

在 Marlin 中，热敏电阻类型通过传感器配置参数和温度限制选择。

对用户来说，关键是简单的：固件必须准确知道设备中安装的传感器类型。

开路和短路

热敏电阻及其接线可能失败。

典型症状：

  • 线路断裂；
  • 连接器接触不良；
  • 线路短路；
  • 绝缘损坏；
  • 传感器从护套滑出；
  • 线路在移动部件上磨损；
  • 传感器显示室温，即使正在加热。

固件通常具有 MINTEMP、MAXTEMP、加热验证和热失控保护等保护。但这些保护仅在传感器和固件设置正确且电源部分可以实际切断时才工作。

如果传感器从加热器掉落但保持电气连接，这特别危险：固件可能看到"低温"并继续加热。

热接触

热敏电阻安装通常比看起来更重要。

传感器应测量你实际需要控制的地方的温度。对于热端，它是加热块。对于床，它是表面或与实际床温相关的地方。对于空气加热器，它是由安全和控制逻辑选择的一点。

热接触受以下因素影响：

  • 传感器压力；
  • 热膏；
  • 安装孔；
  • 护套；
  • 螺钉安装；
  • 间隙；
  • 传感器周围的材料；
  • 线路条件；
  • 污染或干膏；
  • 振动和松散安装。

如果热敏电阻只是横向接触一个部件，它可能反应缓慢并显示错误的温度。PID 控制器然后获得延迟的信息，温度可能超调或超过目标。

传感器封装

热敏电阻有不同的封装。

玻璃珠：

  • 便宜；
  • 很小；
  • 需要仔细安装；
  • 易损坏线路或绝缘。

热筒热敏电阻：

  • 更容易插入加热块孔；
  • 通常机械上更稳定；
  • 重要的是匹配直径和长度。

螺纹热敏电阻：

  • 容易安装到金属表面；
  • 如果安装正确，可以提供良好接触；
  • 不能过度拧紧或损坏线路。

护套中的传感器：

  • 对于空气、液体或机箱很方便；
  • 如果护套大，响应较慢；
  • 正确的安装点很重要。

封装选择取决于被测量的内容和传感器如何维护。

万用表检查

基本检查可以用万用表的电阻模式进行。详细程序在实用文章中：检查热敏电阻。

对于典型的 NTC 100K 在约 25°C 的室温，你应该期望约 100 kOhm。确切的值取决于温度和容差。

用手指加热时，NTC 电阻应下降。如果万用表显示开路、短路或当你移动线路时值跳跃，首先检查连接器和接线。

万用表检查不能替代标定，也不能证明 200°C 时的精度，但它快速显示明显的开路、短路或错误的传感器类型。

购买前的检查清单

购买热敏电阻前，检查：

  • 25°C 时的电阻；
  • Beta 或确切型号；
  • 与固件的兼容性；
  • 工作温度范围；
  • 传感器封装；
  • 线长和材料；
  • 连接器类型；
  • 安装方法；
  • 你是否需要热筒、螺纹、护套或玻璃珠；
  • 传感器是否适合你的加热块或安装位置；
  • 技术描述或清晰信息的可用性。

对于热端，最好获得机械上适合特定块的传感器。对于腔室或干燥机，安装位置、线路保护和气流中的测量稳定性更重要。

典型错误

  • 选择了错误的 sensor_type；
  • 认为任何 100K 热敏电阻都一样；
  • 传感器压力不足；
  • 没有适当的热接触；
  • 传感器从护套滑出；
  • 线在传感器体处摩擦或断裂；
  • 连接器接触不良；
  • 不必要地将接线放在电源线附近；
  • 热敏电阻测量空气但控制器认为它测量加热器；
  • 固件设置时没有合理的 min_temp 和 max_temp；
  • 加热器开着而没有独立的硬件保护。

主要点

热敏电阻是加热器的反馈。重要的不仅仅是购买"100K NTC"，还要在固件中选择正确的类型，在正确的位置安装传感器并检查接线。

不良的热接触或错误的 sensor_type 可能比完全死亡的传感器更危险，因为系统继续工作但根据错误的温度做出决定。

参考资料