Logitech ntc type accepted что это

10

Берегите ваши донглы: исследование безопасности ресивера клавиатур Logitech

Так исторически сложилось, что большинство сотрудников пользуются беспроводными клавиатурами и мышами фирмы Logitech. В очередной раз вводя свои пароли, мы – специалисты команды Raccoon Security – задались вопросом: насколько сложно обойти механизмы защиты беспроводных клавиатур? Проведенное исследование выявило архитектурные недостатки и программные ошибки, которые позволяют получить доступ к вводимым данным. Под катом – что у нас получилось.

Почему Logitech?

На наш взгляд, устройства ввода компании Logitech являются одними из самых качественных и удобных. Большинство имеющихся у нас устройств основаны на решении Logitech Unifying – это универсальный донгл-приемник, позволяющий подключать до 6 устройств. Все совместимые с технологией Logitech Unifying устройства маркируются соответствующим логотипом. Простое в использовании приложение позволяет управлять подключением беспроводных клавиатур к компьютеру. Подробно процесс подключения клавиатуры к донглу-приемнику Logitech, как и сама технология, освещены, например, здесь.

Донгл-приемник с поддержкой Logitech Unifying

Клавиатура может стать источником информации для злоумышленников. Компания Logitech, учитывая возможную угрозу, позаботилась о безопасности – применила алгоритм шифрования AES128 в радиоканале беспроводной клавиатуры. Первая мысль, которая может посетить злоумышленника при таком раскладе, – перехват ключевой информации при ее передаче по радиоканалу в процессе процедуры связывания. Ведь при наличии ключа можно перехватывать радиосигналы клавиатуры и расшифровывать их. Однако пользователю очень редко (или даже никогда) приходится связывать клавиатуру Unifying-процедурой, и хакеру со сканирующим радиоприемником придется долго ждать. Кроме того, не все так просто обстоит и с самим процессом перехвата. В последнем исследовании в июне 2019 года эксперт по безопасности Маркус Менгс опубликовал в сети сообщение об обнаружении уязвимости в старых прошивках USB-донглов Logitech. Она позволяет злоумышленникам с физическим доступом к устройствам получать ключи шифрования радиоканала и инжектировать нажатия клавиш (CVE-2019-13054).

Мы расскажем про наше исследование безопасности донгла Logitech на базе SoC NRF24 от Nordic Semiconductor. А начнем, пожалуй, с самого радиоканала.

Как «летят» данные в радиоканале

Для частотно-временного анализа радиосигнала мы использовали SDR-приемник на базе устройства Blade-RF в режиме анализатора спектра (об этом также можно почитать здесь).

Устройство SDR Blade-RF

Мы также рассмотрели возможность записи квадратур радиосигнала на промежуточной частоте, чтобы затем проанализировать их с применением методов цифровой обработки сигналов.

Государственной комиссией по радиочастотам в Российской Федерации разрешен к использованию устройствами малого радиуса действия диапазон частот 2400–2483,5 МГц. Это очень «населенный» диапазон, в котором чего только не встретишь: Wi-Fi, Bluetooth, всевозможные пульты ДУ, охранные системы, беспроводные извещатели, мыши с клавиатурами и другие беспроводные цифровые устройства.

Спектр участка диапазона 2,4 ГГц

Помеховая обстановка в диапазоне достаточно сложная. Но несмотря на это компания Logitech смогла обеспечить надежный и устойчивый прием с помощью использования протокола Enhanced ShockBurst в трансивере NRF24 в сочетании с алгоритмами частотной адаптации.

Каналы в диапазоне размещены в позициях целых значений МГц, как определено в спецификации NRF24 Nordic Semiconductor – всего 84 канала в сетке частот. Число одновременно используемых Logitech частотных каналов, конечно, меньше. Мы выявили использование как минимум четырех. Из-за ограниченной полосы обзора применяемого анализатора спектра сигналов точный список используемых частотных позиций определить не удалось, но в этом и не было необходимости. Информация от клавиатуры к донглу-приемнику передается в режиме Burst (короткими включениями трансмиттера) с использованием двухпозиционной частотной модуляции GFSK на символьной скорости 1 Мбод:

Радиосигнал клавиатуры во временном представлении

Ресивер использует корреляционный принцип приема, поэтому в составе передаваемого пакета присутствуют преамбула и адресная часть. Помехоустойчивое кодирование не применяется, тело данных шифруется алгоритмом AES128.

В общем, радиоинтерфейс беспроводной клавиатуры Logitech можно характеризовать как полностью асинхронный со статистическим уплотнением и частотной адаптацией. Это означает, что трансмиттер клавиатуры переключает канал для передачи каждого нового пакета. Приемнику неизвестны заранее ни время передачи, ни частотный канал, а известен только их список. Приемник и передатчик встречаются в канале благодаря согласованным алгоритмам обхода и прослушивания частот, а также механизмам подтверждений Enhanced ShockBurst. Мы не исследовали, является ли список каналов статическим. Вероятно, его изменение обусловлено алгоритмом частотной адаптации. Что-то близкое к методу ППРЧ (псевдослучайная перестройка рабочей частоты) угадывается в использовании частотного ресурса диапазона.

Таким образом, в условиях частотно-временной неопределенности для гарантированного приема всех сигналов клавиатуры злоумышленнику понадобится контролировать в постоянном режиме всю сетку частот диапазона из 84 позиций, что требует значительных временных затрат. Здесь становится понятно, почему уязвимость извлечения ключа через USB (CVE-2019-13054) в источниках позиционируется как возможность инжектирования нажатий клавиши, а не получения доступа злоумышленника к вводимым с клавиатуры данным. Очевидно, что радиоинтерфейс беспроводной клавиатуры устроен достаточно сложно и обеспечивает надежную радиосвязь между устройствами Logitech в условиях сложной помеховой обстановки в диапазоне 2,4 ГГц.

Взгляд на проблему изнутри

Для исследования мы выбрали одну из имеющихся у нас клавиатур Logitech K330 и донгл Logitech Unifying.

Заглянем внутрь клавиатуры. Интересный для исследования элемент на плате – чип SoC NRF24 от Nordic Semiconductor.

SoC NRF24 на плате беспроводной клавиатуры Logitech K330

Прошивка размещена во внутренней памяти, механизмы чтения и отладки выключены. К сожалению, прошивка в открытых источниках не опубликована. Поэтому мы решили подойти к проблеме с другой стороны – изучить внутреннее содержание донгл-приемника Logitech.

«Внутренний мир» донгл-приемника устроен достаточно интересно. Донгл легко разбирается, несет на борту знакомый нам NRF24 в релизе со встроенным USB-контроллером и может быть перепрограммирован как со стороны USB, так и непосредственно программатором.

Донгл Logitech без корпуса

Поскольку существует штатный механизм обновления прошивки с использованием приложения Firmware Update Tool (из которого можно извлечь обновленную версию прошивки), искать прошивку внутри донгла нет необходимости.

Что было выполнено: из тела приложения Firmware Update Tool была извлечена прошивка RQR_012_005_00028.bin. Для проверки ее целостности контроллер донгла был подключен шлейфом к программатору ChipProg-48:

Шлейф подключения донгла Logitech к программатору ChipProg 48

Для контроля целостности прошивки она была успешно размещена в памяти контроллера и заработала корректно, клавиатура и мышь были подключены к донглу через Logitech Unifying. Возможна заливка модифицированной прошивки с помощью штатного механизма обновления, т. к. каких-либо механизмов криптографической защиты прошивки не предусмотрено. Мы же в целях исследования использовали физическое подключение к программатору, поскольку так проводить отладку гораздо быстрее.

Исследование прошивки и атака на пользовательский ввод

Чип NRF24 спроектирован на основе вычислительного ядра Intel 8051 в традиционной гарвардской архитектуре. Для ядра трансивер выступает в качестве периферийного устройства и размещен в адресном пространстве как набор регистров. Документацию на чип и примеры исходных текстов можно найти в Интернете, поэтому дизассемблирование прошивки не представляет трудности. В ходе реверс-инжиниринга мы локализовали функции получения данных о нажатиях клавиш из радиоканала и преобразования их в формат HID для передачи на хост по USB-интерфейсу. В свободных адресах памяти был размещен код инъекции, в который вошли инструменты перехвата управления, сохранения и восстановления оригинального контекста исполнения, а также функциональный код.

Принятый донглом из радиоканала пакет нажатия или отпускания клавиши дешифруется, преобразуется в стандартный HID-репорт и направляется в USB-интерфейс как от обычной клавиатуры. В рамках исследования для нас наибольший интерес представляет часть HID-репорта, содержащая байт флагов-модификаторов и массив из 6 байт с кодами нажатий клавиш (для справки информация о HID здесь).

Непосредственно перед передачей HID-структуры на хост инжектированный код получает управление, копирует в памяти 8 байт нативных HID-данных и отправляет их на побочный радиоканал в открытом виде. В коде это выглядит так:

Побочный канал организуется на установленной нами частоте с определенными характеристиками скорости манипуляции и структуры пакета.

Работа трансивера в чипе NRF24 основана на графе состояний, в который органично вписан протокол Enhanced ShockBurst. Мы выяснили, что непосредственно перед передачей HID-данных в USB-интерфейс хоста трансивер находился в состоянии IDLE. Это делает возможным его безопасное переконфигурирование для работы в побочном канале. Инжектированный код перехватывает управление, сохраняет оригинальную конфигурацию трансивера в полном объеме и переводит его в новый режим передачи на побочный канал. Механизм подтверждений Enhanced ShockBurst в этом режиме выключен, HID-данные в открытом виде передаются в радиоэфир. Структура пакета в побочном канале представлена на рисунке ниже, эпюры сигнала получены после демодуляции и до восстановления тактовой синхронизации данных. Значение адреса выбрано для удобства визуальной идентификации пакета.

Демодулированный сигнал Burst-пакета в побочном канале

После завершения передачи пакета в побочный канал инжектированный код восстанавливает состояние трансивера. Теперь он снова готов к работе в штатном режиме в контексте оригинальной прошивки.

В частотной и частотно-временной областях побочный канал выглядит так, как показано на рисунке:

Спектральное и частотно-временное представление побочного канала

Для проверки работы чипа NRF24 с измененной прошивкой мы собрали стенд, в который вошли Logitech-донгл с модифицированной прошивкой, беспроводная клавиатура и приемник, собранный на базе китайского модуля с чипом NRF24.

Схема перехвата радиосигнала беспроводной клавиатуры Logitech

Модуль на базе NRF24

На стенде при нормальной работе клавиатуры после подключения ее к донглу Logitech мы наблюдали передачу открытых данных о нажатиях клавиш в побочном радиоканале и нормальную передачу шифрованных данных в основном радиоинтерфейсе. Таким образом, нам удалось обеспечить прямой перехват клавиатурного ввода пользователя:

Результат перехвата клавиатурного ввода

Инжектированный код вносит небольшие задержки в работу прошивки донгла. Однако они слишком малы для того, чтобы пользователь мог их заметить.

Как вы понимаете, для такого вектора атаки можно использовать любую клавиатуру Logitech, совместимую с технологией Unifying. Поскольку атака направлена на приемник Unifying, который входит в комплект большинства клавиатур Logitech, то она не зависит от конкретной модели клавиатуры.

Заключение

Полученные результаты исследования подталкивают к мысли о возможном использовании рассмотренного сценария злоумышленниками: если хакер заменит жертве донгл-приемник для беспроводной клавиатуры Logitech, то он сможет узнать пароли к учетным записям жертвы со всеми вытекающими последствиями. Не стоит забывать о том, что инжектировать нажатие клавиш тоже возможно, а значит, выполнить произвольный код на компьютере жертвы не представляет трудности.

А если вдруг злоумышленник сможет удаленно модифицировать прошивку любого Logitech-донгла через USB? Тогда из близко расположенных донглов можно сложить сеть ретрансляторов и увеличить дистанцию утечки. Хотя «финансово обеспеченному» злоумышленнику современные средства радиоприема с высокоселективными системами, чувствительными радиоприемниками с малым временем перестройки частоты и узконаправленными антеннами позволят «слушать» клавиатурный ввод и нажимать клавиши даже из соседнего здания.

Профессиональное оборудование для радиоприема

Поскольку беспроводной канал передачи данных клавиатуры Logitech достаточно хорошо защищен, найденный вектор атаки требует наличия физического доступа к ресиверу, что сильно ограничивает атакующего. Единственным вариантом защиты в данном случае могло бы быть использование механизмов криптографической защиты для прошивки ресивера, например проверка подписи загружаемой прошивки на стороне ресивера. Но, к сожалению, NRF24 это не поддерживает и в рамках текущей архитектуры устройства реализовать защиту невозможно. Так что берегите ваши донглы, ведь описанный вариант атаки требует физического доступа к ним.

Raccoon Security – специальная команда экспертов НТЦ «Вулкан» в области практической информационной безопасности, криптографии, схемотехники, обратной разработки и создания низкоуровневого программного обеспечения.

Logitech представила протокол Bolt для безопасного беспроводного подключения периферии, но пока он сырой

Logitech представила новую серию периферийных устройств для бизнеса, поддерживающих Bolt — новый безопасный протокол Bluetooth с низким потреблением энергии и высокой степенью защиты.

Bolt — это новый стандарт Logitech для беспроводного подключения периферийных устройств, разработанных для бизнеса. Устройства с поддержкой нового стандарта смогут подключаться к компьютеру как с помощью стандартного Bluetooth LE, так и с помощью USB-адаптера Bolt. Сообщается, что Bolt обеспечивает высочайший уровень безопасности подключения Security Mode 1, Level 4, что, согласно спецификациям Bluetooth, определяется как «аутентифицированное защищённое соединение LE, использующее 128-битный ключ шифрования».

Logitech заявляет, что хоть Bolt и основан на Bluetooth LE, используемый при сопряжении с USB-приёмником протокол имеет собственный алгоритм переключения каналов. Разработчики заявляют, что он соответствует требованиям компаний, которые блокируют прямые Bluetooth-соединения из соображений безопасности.

Bolt обеспечивает низкое энергопотребление, благодаря чему клавиатура Logitech Ergo K860 способна на 24 месяца автономной работы, а трекбол Ergo M575 — на 20 месяцев. В данный момент Bolt поддерживают новые версии вышеупомянутых клавиатуры и трекбола, а также клавиатура MX Keys и мыши MX Master 3 и MX Anywhere 3. Ожидается, что позже в этом году появятся новые продукты с поддержкой Bolt. Заметим, что новинки с Bolt не смогут работать с существующими адаптерами Logitech Unifying Receiver.

Несмотря на все преимущества, на практике технология Bolt пока выглядит незавершённой. Согласно спецификациям, приёмник Bolt должен обеспечивать поддержку до шести устройств одновременно. Тем не менее, обозреватели, которые протестировали новые продукты, отмечают, что каждое устройство работало только с тем приёмником, который входил в комплект его поставки. Специализированное ПО Logitech Options не смогло даже обнаружить подключённые устройства. Вероятно, в ближайшее время Logitech исправит этот недостаток в обновлённой версии программного обеспечения.

Кроме того, обозреватели отметили проблему с периодически «залипающими» клавишами на клавиатуре. Любопытно, что устранить её удалось путём подключения приёмника Bolt к USB-разъёму на передней панели компьютера, таким образом, чтобы он был ближе к клавиатуре. И это несмотря на заявления Logitech, что приёмник Bolt обеспечивает стабильное подключение на расстоянии до 10 метров даже в перегруженных беспроводных средах.

Что касается новых клавиатуры и трекбола, они, по словам компании, могут похвастаться повышенной эргономикой и позволяют длительное время работать без усталости. Клавиатура разделена на две части, которые слегка повёрнуты друг к другу, что позволяет существенно снизить нагрузку на запястья. Удобство использования трекбола обозреватели оценили не очень высоко, однако это может быть связано с тем, что устройство является непривычном для большинства пользователей, использующих для повседневной работы мыши и трекпады.

Logitech MR0086 Pro X Superlight Wireless Mouse Руководство пользователя

report this ad
report this ad

Logitech MR0086 Pro X Superlight Wireless Mouse

PRO X СУПЕРЛЕГКИЙ

Руководство по установке

EPO for EU Red
MN:C -U0008
IFT: RCPLOCU11-0321
FPO MN :C- UOO8
MN: M- ROO7O

C- U0008/51-52441’M- ROO70/51-71153
© Logitech, 2020 г. Logitech, Logitech G, Logi и их соответствующие логотипы являются товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками Logitech Europe SA и/или ее дочерних компаний в США и других странах. Все другие товарные знаки являются собственностью их соответствующих владельцев. Logitech не несет ответственности за какие-либо ошибки, которые могут появиться в данном руководстве. Информация, содержащаяся здесь, может быть изменена без предварительного уведомления.
© Logitech, 2020 г. Logitech, Logitech G, Logi и их соответствующие логотипы являются товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками Logitech Europe SA и/или ее дочерних компаний в США и других странах. Все другие товарные знаки являются собственностью их соответствующих владельцев. Logitech не несет ответственности за какие-либо ошибки, которые могут появиться в данном руководстве. Информация, содержащаяся здесь, может быть изменена без предварительного уведомления.

Документы / Ресурсы

Рекомендации

Связанные руководства / ресурсы

Руководство пользователя мыши Logitech Pro X Superlight Mouse — оптимизированный PDF-файл Руководство пользователя мыши Logitech Pro X Superlight Mouse -…

Logitech Pro X Superlight Wireless Gaming Mouse Руководство пользователя СОДЕРЖАНИЕ УПАКОВКИ Мышь Дополнительный захват с лентой Приемник (установлен в…

РУКОВОДСТВО ПО УСТАНОВКЕ PRO X SUPERLIGHT СОДЕРЖАНИЕ УСТАНОВОЧНОГО ПАКЕТА Мышь Дополнительная лента для захвата Приемник (устанавливается в удлинительный адаптер)…

Руководство по установке мыши Logitech X Pro Superlight Mouse СОДЕРЖАНИЕ УПАКОВКИ Мышь Дополнительная лента для захвата Приемник (устанавливается в удлинительный адаптер)…

Температурные датчики класса NTC

NTC-датчики с резисторами, с сопротивлением особо чувствительным к температуре, распространенные из-за простоты, дешевизны, эффективности. Negative Temperature Coefficient означает, что при повышении t° сопротивление сенсора понижается. Изделие ставят везде, где необходимо отследить температуру, в устройствах, зависящих от нее: холодильники, стиралки, бойлеры, теплые полы. Термодатчики используют для самоделок, например на Arduino. Оборудование улавливает сигнал от сенсора НТЦ и срабатывает по настройкам. Рассмотрим принцип работы, виды, характеристики и возможности NTC детекторов и термисторов, где используются, как рассчитать, подобрать.

Понятие NTC температурных датчиков

При обычном применении резисторов не нужно, чтобы их сопротивление (R) менялось с изменением температуры. Зависимость минимальная, иначе элемент влиял бы на схему, например, диод не контролировано менял бы интенсивность свечения. Но если требуется, чтобы его яркость была функцией температуры, то применяют термистор — резистор, сопр. которого чувствительное даже к небольшим сдвигам t°. Такое свойство отображается основной характеристикой — кривой графика зависимости R/T.

Negative Temperature Coefficient — «отрицательный (минусовый) коэффициент t°», он же NTC. Это наиболее часто встречающийся тип температурных сенсоров, так как они дешевле всех прочих, с хорошей эффективностью, достаточной для большинства приборов.

Преимущества, сравнение с иными термодатчиками

• значительная крутизна кривой R/T, малые отклонения от номиналов, что свидетельствует о хорошей сенситивности;
• минимальное время отклика;
• значительные величины ТКС, то есть большая чувствительность, увеличенная степень изменения R в зависимости от t° (порядка 2–10 % на Кельвин);
• сопротивление демонстрирует большое, точное, прогнозируемое уменьшение по мере роста рабочих температур на ядре резистора;
• чрезвычайная компактность, терморезисторы подойдут на любые платы, даже на пространства, измеряющиеся в мм (есть типоразмеры в виде бусинок), поэтому датчики с ними компактные;
• лучшая прочность, надежность, стабильность, приспособленность для экстремальных сред, помехоустойчивость в своих рабочих диапазонах;
• экономичность, менее трудозатратные в обслуживании. Если кривая правильная, то калибровки не потребуется при монтаже и на всем сроке эксплуатации;
• по кривой легко узнать нужное сопротивление при конкретной температуре.

Преимущества и недостатки:

Коэффициенты параметров, токоограничивающие свойства лучше в несколько раз, чем у термодатчиков из Si. На порядок выше (от 10 раз), чем у RTD (металлические термодетекторы).

Если сравнивать с RTD (платиновыми), то линия R/T более крутая, что отображает лучшую сенситивность. Но все-таки первые наиболее точные (±0.5 % от замеряемой t°) и они лучшие для границ −200…+800° C, что шире, чем у NTC, но преимущество последних в дешевизне и простоте.

Стандартные параметры NTC температурных датчиков

Типичные характеристики NTC детекторов:

• диапазон -50…+200° C;
• значения сенситивности -3…-6% на 1° C.

Принцип работы

Сплав датчика изменяет токопроводимость при различной t°. Сопротивление при ее росте падает, при понижении — растет. Меняются электропараметры, что и регистрирует схема.

Микроконтроллер обслуживаемого прибора на основе полученных данных, учитывая спецификацию детектора, вычисляет сдвиги t°. Затем подает сигнал исполнительному узлу (реле, системе нагревателя, охлаждения) для действий при том или ином уровне t°.

Пример: учитывая описанный алгоритм на входе компаратора термостата, настроенного по температурной характеристике, происходит управление напряжением, оно претерпевает изменения.

Сами по себе датчик NTC не электронное устройство, он только фиксирует. В основе — нелинейная зависимость сопр. резистора от t° среды. Схема работы может быть и проще: простой вывод на табло значений или реле может реагировать сразу.

Сенсоры чувствительные к электромагнитным излучениям, полям, поэтому их экранируют или монтируют на отдалении от источников таких явлений (силовые провода).

Чем отличаются от термопар

Не надо путать NTC c термопарами: хотя задачи схожие и есть связь с электропараметрами, принцип разный. У первых основывается на изменении сопротивления чувствительной части, у вторых — на изменяющейся при трансформациях температуры разности потенциалов, создающейся двумя сегментами из разных сплавов с разными электросвойствами.

Сенсор NTC из одного цельного кусочка сплава, а термопара — из двух металлов, и измерения базируются именно на трансформациях его сопротивления, а не на разности потенциалов.

Устройство термодатчиков и терморезисторов NTC

Другие названия — датчики резистивные, термисторы, термические или терморезисторы, датчики НТЦ (NTC) температуры или термометры сопротивления (но именно с NTC термистором, не путать с RTD и изделиями с другими чувствительными частями).

Сенсор NTC состоит из резистивного (чувствительного) сегмента — терморезистора и проводков (ножек) для подачи тока на него.

Термистор изготавливается порошковым способом, запеканием.

Материалы: оксиды, галогениды, халькогениды. Используются полупроводники (часто полимерные), они сами по себе с ТКС «−». Для корпуса, наружного покрытия — керамика, стекло, эпоксидка.

Типоразмеры

Типоразмеры самих термисторов: стержни, трубочки, диски, бусинки, пластинки, капли, таблетки. Размеры 1–10 мкм до нескольких мм и 1 см.

Есть также SMD форматы, микропрямоугольнички.

Сразу различим именно датчики как готовые к применению изделия и сами «голые» терморезисторы.

Датчики как приборы могут выполняться в любых формах, корпусах по решению производителя, например, щупы, зонды, «фишки» с разъемами, в водостойком корпусе, с резьбой, на длинном кабеле.

Датчики как готовые приборы

Накладные. На поверхность конструкций. Примеры: T2C-NTC 10K для −50…+150° C; ALTF02 S+S для снятия данных с твердых объектов (труб).

Канальные, погружные. Для полостей. T3-NTC 10K с кабелем 30 см, для +50…−50° C; T2I-NTC 10K, 6.5 см, −50…+150° C; TF43T и TM54 для жидкостей в трубах, емкостях.

Наружные. Для погодно-зависимых комплексов, на внешние стены (ATF01 S+S Regeltechnic).

Комнатные. Для внутренних помещений, квартир, офисов.

Многофункциональные. Совмещают иные сенсоры, Исследуют не только температуру, но и давление, плотность и прочее.

Бусинковые

Бисер, шарик, капля, Ø 0.075 до 5 мм. Из свинцовых проводков, сплава с платиной, спекаемых в керамической, стеклокерамической оболочке. Лучший отклик и стабильность, их рабочие температуры выше, чем у дисковых вариантов и чипов.

Минусы: хрупкость выше, нет взаимозаменяемости, требуют индивидуальных градуировок. Нет точных стандартов для их номиналов по отношению R/T.

Диски, пластинки, чипы, трубки

Изделия в форме диска с поверхностными контактами. Форма габаритнее, реакция медленнее, чем у шариков. Но из-за увеличенных габаритов обладают хорошей диссипацией (мощностью для роста t° на 1 градус). Так как рассеиваемая энергия пропорциональная к квадрату тока, лучше работают с высокими токами, чем шарики.

Дисковые изготовляются прессовкой порошкоподобных оксидов в круглую матрицу, затем спекаются. Чипы — литьем под давлением, суспензия распределяется толстым шаром, затем производят сушку, разрезание. Габариты Ø 0.25…25 мм.

Взаимозаменяемые, но есть погрешности, минимально допустимым отклонением считается не менее 0.05° C в рамках 0…+70 °C. Стандартный термистор на 10 кОм в границах 0…+100 обладает коэффициентами близкими к таким:

Термистор в виде трубки:

Инкапсулированные

Инкапсулированные напоминают пластинки, таблетки, могут быть схожие с иными типами. Особенность в их покрытии — оно особо герметичное, воздухонепроницаемое (пузырь, капсула, контейнер), из стекловолокна. Для высоких температур, от +150° C, для плат, где требуется особая прочность. Такое исполнение увеличивает стабильность, защиту, Ø 0.4…10 мм.

Температурные детекторы NTC и PTC

Есть два типа термисторов: отличается направление зависимости R от температуры, механизм ТКС. Слово перед сокращением фразы «Temperature Coefficient» отображает данный нюанс:

• Negative. NTC, рассматриваемые нами. С отрицательным t° коэфф. С ростом температуры падает сопр.;
• Positive, PTC. Второе название позисторы. С положительным t° коэфф. R увеличивается.

Для NTC терморезисторов используют смеси многокристаллических оксидов переходных металлов (MnO, СoOx, NiO и CuO), полупроводников определенных типов (A, B), и стеклоподобных (Ge и Si). А PTC (позисторы) состоят из твердых веществ, основанных на BaTiO₃, данный сплав имеет именно позитивную реакцию (ТКС). Но отличия в работе в основном лишь в направлении зависимости R/T.

Наиболее популярные температурные детекторы NTC среднего диапазона: ТКС −2.4…-8.4 %/К, с широкими границами сопр. (1…106 Ом). Если говорить о PTC, то эти цифры 0.5…0.7 %/К, часто они из кремния, их сопротивление, в отличие от NTC, приближается к линейному.

PTC используются на оборудовании охлаждения, температурной стабилизации в радиоэлектронных схемах, как саморегулирующиеся нагревательные детали. Их R увеличивается по мере роста их же нагрева (PTC нагреватели), такая запчасть никогда не перегреется, всегда выдает устойчивые тепломощности при значительном диапазоне напряжений.

Сферы чрезвычайно схожие, а принцип в основе аналогичный — все зависит от того, что требуется, негативный или положительный ТКС:

• NTC следит за понижением температуры;
• PTC — за повышением.

Виды термисторов NTC

По диапазону значений обслуживаемой среды NTC бывают:

• низкотемпературные. Для ниже 170 К (Кельвины, может быть в Цельсиях);
• средне, 170…510 К;
• высоко, от 510 К;
• сверхвысоко, 900…1300 К.

Отдельной разновидностью являются комбинированные, с косвенным нагревом. Совмещают резистор и «гальванически развязанный» от него элемент нагрева, задающий температуру и, соответственно, сопротивление. Применяются как переменные резисторы, управляемые напряжением, подаваемым на их нагревательную часть.

Износ, раскалибровка

Со временем появляется небольшая раскалибровка, меняются исходные термоэлектро характеристики:

• номинал (при +25 °C) по сопротивлению;
• ТКС.

Расчет, подбор термисторов NTC

Определяют, какой именно терморезистор подходит по кривым R/T, по создаваемым графикам и таблицам значений R-T, по формулам. Процедура сложная, есть целые брошюры и отдельные статьи, поэтому укажем лишь основы.

Лучшей, хотя и сложной, из формул расчетов является таковая «Стейнхарта (Штейнхарта) — Харта»:

Исчисления обычно делают фанаты радиоэлектроники и специалисты, особенно для самоделок. Проще будет подобрать элемент с аналогичной спецификацией, а также воспользоваться уже готовыми рекомендациями специалистов, информация есть в сети на спецсайтах. Модификаций термисторов насчитываются сотни, соответственно, таблицы спецификаций очень габаритные. Часто конкретная партия аналогичных серий термисторов имеет свои данные.

Есть сотни спецификаций NTC термисторов:

Но все-таки исчисления в большинстве случаев крайне желательные, даже если есть данные от производителя о параметрах и рекомендации, так как термисторы с высокой нелинейностью свойств. Разные экземпляры одинаковой спецификации даже, например, при тех же величинах B25/100 (чувствительности, рассмотрим ниже) могут иметь разные сдвиги R. Поэтому формулы для указанного параметра дают лишь приблизительную оценку. Точные результаты требуют сложных вычислений.

Датчики для бытовых или иных приборов в заводских типоразмерах — это уже полностью готовые к применению устройства в корпусе и так далее, все необходимые расчеты сделаны производителями.

Параметры для подбора (обычно отображаются графиками, диаграммами):

• ВАХ;
• кривая соотношение темп./сопр.;
• теплоемкость, константа рассеяния;
• величины R;
• допуски;
• температурный диапазон. Именно в своих границах сенсоры NTC могут работать лучше всех подобных изделий;
• временная постоянная: срок для перехода от одной величины t° к другой. Это период в секундах, требуемый для достижения 63.2 % разницы t° от начального показания до финишного;
• чувствительность: уровень реагирования на сдвиги температуры;
• стабильность контроллера при поддерживании постоянной температуры посредством обратной связи с сенсором.

Приближение первого порядка

Зависимость t°/Ом (график R-T) имеет значительную нелинейность, поэтому для практических схем применяют для расчета так называемые приближения. Пример такового «первого порядка»:

Уравнение справедливо только для небольшого температурного диапазона и для t°, когда k почти постоянная на его разных значениях.

Бета-формула

Есть также бета-уравнение (содержит константу «бета», β). Это самая простая формула из существующих, часто для самоделок, например, на Arduino используют именно ее. Дает результат с точностью ±1 °C. Охватывает диапазон 0…+100° C. Последний зависимый от единственной постоянной материала β, получаемой путем измерений (указывается в спецификации термистора).

Тут нет необходимости в линеаризации реакции сенсора. Формула требует 2-точечной калибровки, стандартно не больше чем ±5 на всем полезном диапазоне.

Уравнение Штейнхарта-Харта

Алгоритм Штейнхарта-Харта — это наилучшее, но более сложное уравнение. Чтобы избежать сложностей, обычно применяют предыдущий метод, но для пользователей со знаниями алгебры и опытом вычислений этот лучший способ. Это общая формула, чтобы подогнать кривую термистора:

Константы A, B, C обычно публикуются производителями, поставщиками как часть таблиц с данными спецификации термисторов. Отклонения по описываемой формуле составляет около ±0.15° C в рамках −50…+150° С, что является отличным показателем. Если требуется высокая корректность, то границы должны быть сужены. Точность ±0,01° C и лучше наблюдается в рамках 0…+100° C.

Какую формулу выбрать

Подбор подходящего исчисления для определения температуры из замеров сопротивления основывается на доступности вычислительных мощностей, а главное, на требованиях допуска. Для некоторых приложений приближение 1-го порядка достаточно, для иных случаев потребуется метод Штейнхарта-Харта, а сенсор должен калиброваться в процессе большого числа измерений по созданной таблице поиска.

Характеристики NTC терморезисторов

Опишем главные позиции и инструменты для определения подходящих термисторов.

Соотношение t°/Ом (кривая R-T)

Большинство NTC детекторов подходят для температурного диапазона −55…+200° C, там они наиболее точные. Но есть и спецсемейство для t° близких к абс. нулю (−273.15 °C), а также для значений выше +200.

На рисунке показана общая тенденция, конкретные цифры зависят от спецификации, номинала. Кривая четко показывает особенность типа NTC: t° растет, сопр. снижается. В позисторах (PTC) наоборот, и они имеют нюанс: обладают своеобразной точкой перелома, при которой сильно изменяют сопр. при некоторых значениях, поэтому работать с ними сложнее. Это одна из причин, по которой большинство не особо дорогих и сравнительно простых приборов снабжаются именно НТЦ детекторами.

Чувствительность по температуре выражена как изменение в % на 1 градус Цельсия. Типичные величины чувствительности находятся в рамках −3…−6 % на 1°.

Теплоемкость и самонагрев

Самонагрев возникает, когда ток течет через терморезистор. Поскольку это резистор, то происходит рассеивание энергии в виде тепла, что влияет на точность замеров. Уровень данного явления зависит от силы тока, среды, а также от ТКС, количества деталей на сегменте. Тот факт, что, нагрев влияет на сопротивление, пропускную способность по току детектора, зависит от окружающих условий, делает деталь незаменимой для использования в резервуарах, содержащих жидкость.

Под теплоемкостью подразумевают количество тепла, требуемого для увеличения температуры сенсора на 1° C, выражена в мДж/° C. Параметр чрезвычайно важен при применении термосенсора как ограничителя пусковых реле, так как ним определяется оперативность отклика этого элемента.

Чувствительность

Охарактеризуем чувствительность выдержкой из специализированного сайта:

ВАХ, режимы работы и их применение

Также подбор осуществляется по вольт-амперной характеристике (ВАХ), которая зависима от прилагаемой к прибору с НТЦ датчиком температуре и от конструкции такового.

NTC сенсоры с рабочей отметкой на нисходящем сегменте ВАХ используются как реле (пусковые, временные) в оснащении, где производятся замеры и контроль мощности электромагнитных излучений сверхвысоких частот. А также для систем теплоконтроля, пожарной сигнализации, на установках, управляющих расходом жидкости, сыпучих веществ.

Где именно применяются датчики температуры NTC

Конкретизируем, где именно применяются NTC датчики.

Наиболее характерные сферы:

• все возможные температурные датчики;
• холодильные, отопительные, нагревательные системы, где не допускается понижение температуры;
• системы вентиляции, кондиционирования;
• контроль за степенью охлаждения в трубах, на открытых локациях;
• теплые полы, бойлеры (водонагреватели), котлы;
• обнаружение отсутствия или наличия жидкости;
• ограничители тока;
• мониторинг t° в автомобилях и прочих агрегатах.

Если обобщить, то это такие направления по температуре:

• измерение;
• контроль, управление, связанные с t°;
• компенсационные процессы.

Примеры применения на практике:

• различные терморегуляторы, термостаты для окружающей среды в холодильниках, бойлерах, для кабельных стяжек, поверхностей нагревательных конструкций;
• термометры различных сред (жидкости, газы), включая воздух в комнатах;
• нагреватели устройств 3D печати (для контроля рабочих площадок, чтобы материал не прилипал к ним);
• автодвигатели, моторы различного типа, включая электрические (предотвращение перегрева);
• печи (предотвращение пригорания, сжигания готовящейся еды).

При установке пленочных теплых полов выносные сенсоры NTC закладывают в гофротрубу, например, стандартно Ø 16 мм, прямо под одной из нагревательных ИК полос на сегменте наименьшей теплоотдачи (под ковриками, мебелью на коротких ножках).

Детекторы NTC можно разделить на 3 группы в зависимости от того, какая их электрохарактеристика важная для определенных целей.

Для каких целей значимы определенные характеристики

Обозначение на схеме

На схемах NTC обозначается прямоугольником (пустым) перечеркнутым косой линией внизу с горизонтальной ножкой, также есть значок «t°» с минусом. У позисторов «+».

Другой вариант обозначения — схематическое изображение спирали (наподобие зубчиков кардиограммы), перечеркнутое косой линией с тем же значком температуры:

Схемы, подключение

Схемы применяются для самоделок и сборок. Данный вопрос, как и исчисления при подборе, — отдельная большая тема, поэтому опишем лишь основы, чтобы сориентировать читателя.

Схема для ATmega и Arduino (потребуется также программирование):

В сборке ниже использован термистор TH10K и резистор 10 кОм в качестве R(баланс):

Проверка, замена температурных датчиков NTC

Сама установка элементарная — датчик втыкается в посадочные гнездо, подсоединяются жилы его кабеля на клеммы, также проводки можно соединить скруткой, пайкой, обжимкой. Обычно проводки питания заходят на плату терморегулятора, термостата.

Ниже на фото замена датчика для измерения температуры в комнате с 5-метровым кабелем для котла отопления. Управление и настройка осуществляется терморегулятором, он может быть в комплекте агрегата или докупается отдельно.

Поломки, диагностика, ремонт

Датчики NTC обычно ломаются из-за влияний среды, например, в котлах, бойлерах на них налипает накипь, внутрь попадает теплоноситель.

Проверка состоит в замере мультиметром сопротивления при определенной температуре и в сравнении результата со спецификацией. В нашем случае 2 тестируемые датчики на фото ниже исправные, R около 10 кОм, что соответствует примерно +25° C (температура помещения, где находятся изделия).

Датчик положили на металлическую гирьку для охлаждения, видим, что сопр. при понижении t° растет (показатель на фото соответствует около +21). На втором фото сенсор сняли с охлаждения — R падает при повышении t°.

Итак, для проверки потребуется термометр, мультиметр и таблица зависимости температуры, которую можно скачать в сети для конкретных моделей датчиков для имеющейся марки котла, холодильника и прочего, пример (правая графа — Омы, левая — °C):

Разновидности симптомов поломки:

• если на датчике нет никакого сопротивления, это означает обрыв;
• если R сильно отличается от спецификации — внутренняя поломка самого термистора;
• сопр. соответствует температуре, но в каком-то интервале детектор начинает врать или вообще перестает измерять. Тогда котел тоже уходит в аварийный режим.

Признаки поломки элемента на котле (подобные и на всех бытовых приборах):

• сразу (неск. сек.) после включения, активации помпы уходит в аварийный режим;
• после сброса ошибки все повторяется;
• после открытия крана горячей воды котел выдает ошибку. Скорее всего, сломан сенсор на патрубке для теплой жидкости;
• внезапная остановка;
• несоответствие выдаваемой температуры настроенным значениям, прибор может постоянно нагревать (пока не сработает ограничение, предохранение от перегрева);
• скачки t° или вообще нет нагрева/охлаждения.

NTС датчик, а тем более его терморезистор, не ремонтируется — надо заменить на аналогичный. Исключение составляют случаи, когда закисли контакты, появилась накипь, и это причина поломки, тогда ножки элементов зачищаются.

Для приборов и оборудования (холодильники, стиралки, котлы, автомобили) такие изделия продаются в спецмагазинах, сервисных центрах.

Желательно иметь в запасе заведомо исправную деталь, чтобы провести диагностику со 100 % точностью. Потребуется всего лишь подключить новый термистор и посмотреть, как будет работать агрегат.

Почти всегда, когда котел, бойлер, пол включается, то есть сама электросистема исправная, но наблюдаются странности, некорректности по работе, связанной с температурой причина в термодатчике. Его проверяют в первую очередь, тем более, что процедура простая. Есть также приборы с самодиагностикой — выдают на дисплее, светодиодами, звуком код ошибки, тогда определить неисправность сенсора еще легче.