Что такое термистор и где он применяется: Термистор — электронный компонент, области применения, для чего нужен

Термистор — электронный компонент, области применения, для чего нужен

Термистор (терморезистор, temperature-sensitive resistor — eng.) – резистор на основе полупроводника, значительно уменьшающий своё сопротивление при понижении температуры. На основе этих данных можно измерять температуру в понятном для микроконтроллёров виде.

Основным материалом для изготовления термистора (с отрицательным ТКС*) служат поликристаллические оксидные полупроводники (окислы металлов).

Существует также разновидность терморезисторов (с положительным ТКС*) – позисторы. Их получают из титана вкупе с бариевой керамикой и редкоземельными металлами. Значительно увеличивают сопротивление при увеличении температуры

. Основное применение – температурная стабилизация устройств на транзисторах.

Термистор изобретён Самуэлем Рубеном (Samuel Ruben) в 1930 году.

Термисторы применяются в микроэлектронике для контроля температур, тяжёлой промышленности, мобильных измерительных устройствах, выполняют функцию защиты импульсных блоков питания от больших зарядных токов конденсаторов & etc.

Очень часто встречаются на компьютерных комплектующих.

Позволяют измерять температуру процессоров, оперативной памяти, видеокарт, систем питания, чипсетов, жёстких дисков и прочих компонентов. Довольно надёжны, хотя не редок заводской брак, когда температура смещена на несколько десятков градусов, либо вообще находится в минусе.

Существуют также термисторы с собственным встроенным подогревом

. Служат для ручного включения подогрева и подачи сигнала с резистора о изменении сопротивления, либо для контроля подачи питания сети (при отключении резистор перестанет нагреваться и изменит сопротивление).

Формы и размеры термисторов могут быть разными (диски, бусинки, цилиндры & etc).

Основными характеристиками полупроводникового термистора являются: ТКС*, диапазон рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния, номинальное сопротивление.

Термисторы (большинство) выносливы к различным температурам, механическим нагрузкам, к износу от времени, а при определённой обработке и к агрессивным химическим средам.

*Температурный Коэффициент Сопротивления

Датчики и сенсоры онлайн журнал

Для определения сопротивления термистор включается в измерительную цепь, по изменению тока в той и судят о величине сопротивления. В зависимости от заданного уровня точности и стоимости калибровка термистора может проводиться на основе одной из известных аппроксимационных моделей. При использовании термистора в качестве датчика абсолютной температуры предполагается, что при прохождении через него электрического тока, его собственная температура не изменится, что означает, что он не внесет в систему значительных тепловых возмущений, способных повлиять на точность измерений. В этом случае говорят, что термистор обладает «нулевой мощностью». Далее будет отображено, как эффект саморазогрева сказывается на величине сопротивления терморезистора, но пока будем считать, что он приводит к появлению лишь незначительных погрешностей. При использовании термисторов в каких-либо измерительных системах необходимо знать их передаточные функции, которые являются аналитическими выражениями, связывающими величину сопротивления и температуру. Для описания передаточной функции термисторов были предложены несколько математических моделей. рекомендуется отметить, что все математические модели являются только аппроксимациями, и, как правило, чем проще модель, тем ниже ее точность. С другой стороны, при использовании более сложных моделей значительно усложняется калибровка термисторов. Все существующие модели термисторов построены на экспериментально доказанном факте, что логарифм сопротивления термистора связан с его абсолютной температурой следующей полиноминальной зависимостью: Термисторы с положительным температурным коэффициентом Все металлы относятся к материалам с положительным температурным коэффициентом (ПТК). Из соответствующей таблицы Приложения видно, что все они обладают низкими значениями температурных коэффициентов сопротивления (ТКС). РДТ, описанные ранее, также имеют небольшой ПТК. В отличие от них многие керамические материалы в определенном температурном диапазоне обладают довольно значительными ПТК. термисторы с ПТК обычно изготавливаются на базе поликристаллических керамических материалов, основные компоненты которых (титанат бария или твердые растворы титаната бария и стронция), обладающие высоким удельным сопротивлением, легируются дополнительными примесями для придания им свойств полупроводников [8]. При температурах, превышающих точку Кюри композиционных материалов, их ферроэлектрические свойства меняются очень быстро, что приводит к значительному увеличению сопротивления, иногда на несколько порядков. На рис. 16.12 отображены передаточные характеристики для трех типов температурных детекторов: с ОТК, ПТК и РДТ. Как видно из рисунка, для термисторов с ПТК очень сложно подобрать математическую аппроксимацию, поэтому для них в документации обычно приводятся следующие характеристики: 1. Сопротивление при нулевой приложенной мощности, R25. При этом значении влияние эффекта саморазогрева незначительно. 2. Минимальное сопротивление Rm, при котором термистор меняет знак своего температурного коэффициента (точка т) 3. Температура перехода Tt, начиная с той начинается быстрое изменение сопротивления. Она приблизительно совпадает с точкой Кюри материала. Значения температуры перехода обычно лежат в интервале — 30…+160°С (Keystone Carbon Co.) Этот коэффициент сильно зависит от температуры и часто определяется в точке х (т.е. там, где он обладает максимальным значением). Он может достигать значений 2/°С, что означает 200% изменение сопротивления на °С. 4. Максимальное напряжение Ет, соответствующее предельно допустимому значению, выдерживаемому термистором. 5. Тепловые характеристики: теплоемкость, коэффициент рассеяния 8 (определенный для заданных условий связи детектора с окружающей средой) и тепловая постоянная времени (характеризующая быстродействие термистора при определенных условиях) Рис. 16.12. Передаточные функции для термисторов с ОТК, ПТК и РДТ рекомендуется отметить, что для термисторов с ПТК важными факторами являются: температура окружающей среды и эффект саморазогрева. Любой из них влияет на положение рабочей точки термистора. На рис. 16.13 отображены вольтампер-ные характеристики термистора с ПТК при разных температурах окружающей среды, по которым можно оценить его температурную чувствительность. В соответствии с законом Ома обычный резистор с близким к нулю ТКС обладает линейной вольтамперной характеристикой. При ОТК коэффициент кривизны положительный, а при ПТК — отрицательный. При подключении термисторов с ОТК к идеальному источнику напряжения (обладающему практически нулевым выходным сопротивлением и способностью вырабатывать любой ток без изменения величины напряжения) явление саморазогрева, возникающее из-за рассеяния Джо-улева тепла, приводит к уменьшению сопротивления, что, в свою очередь, вызывает увеличение тока и большему нагреву детектора. Если термистор с ОТК имеет плохой теплоотвод, может произойти его перегрев и даже разрушение. В отличие от термисторов с ОТК, детекторы с ПТК при подключении к идеальным источникам напряжения ведут себя как саморегулирующиеся устройства. к примеру, нить накаливания раскаленной лампы не перегорает из-за того, что увеличение ее температуры ведет к росту сопротивления, ограничивающего ток. Эффект саморегулирования значителен в термисторах с ПТК. Термин термистор образовался в результате соединения двух слов: тепловой и резистор. Это название дано металл-оксидным детекторам, имеющим форму капель, стержней, цилиндров, прямоугольных пластин и толстых пленок. термисторы относятся к классу сенсоров абсолютной температуры, отображения которых соответствуют абсолютной температурной шкале. Все термисторы делятся на две категории: с отрицательным температурным коэффициентом (ОТК) и положительным температурным коэффициентом (ПТК) сопротивления. Для проведения прецизионных измерений используются термисторы только с ОТК. Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления Обычные металоксидные термисторы обладают ОТК. Это значит, что при увеличении температуры их сопротивление падает. Сопротивление термисторов с ОТК, также как и любых других резисторов, определяется их физическими величиными и удельным сопротивлением материала. Зависимость между величиной сопротивления и температурой является сильно нелинейной. При проведении прецизионных измерений или при работе в широком температурном диапазоне нельзя напрямую использовать характеристики термисторов, приведенные в документации на них, поскольку типовые допуски на номинальные значения серийно выпускаемых изделий при температуре 25°С составляют порядка ±20%. Поэтому для достижения высокой точности измерений термисторы необходимо индивидуально калибровать в широком температурном диапазоне. Правда, существуют и прецизионные термисторы, характеристики которых в заводских условиях подгоняются методом шлифовки до требуемых размеров. Этот процесс проводится под непрерывным контролем за номинальными значениями сопротивлений при заданной температуре. Однако такая процедура настройки термисторов приводит к значительному повышению их стоимости. Поэтому на практике чаще применяется метод индивидуальной калибровки термисторов. В процессе калибровки измеряется сопротивление термистора при помещении его в среду точно известной температурой (для этих целей часто применяется камера с мешалкой, в которую может быть залита вода, но чаще минеральное масло или специальный состав, к примеру, Flourent®). Если требуется многоточечная калибровка, эта процедура выполняется при разных температурах. Естественно, что качество проведенной калибровки сильно зависит от точности эталонного термометра. Из рис. 16.13 видно, что в относительно узком температурном диапазоне, термистор с ПТК обладает отрицательным сопротивлением, т.е. Рис. 16.13. Вольтамперная характеристика детектора с ПТК В этой зоне устройства обладают внутренней отрицательной обратной связью, т.е. работают саморегулирующимися термостатами. При этом любой рост напряжения на термисторе приводит к выделению тепла, то, в свою очередь, вызывает увеличение сопротивления и уменьшению тепловых потерь, в результате чего возникает динамическое равновесие, позволяющее удерживать температуру устройства на постоянном уровне TQ (рис. 16.12). Эта температура соответствует точке х, в той касательная к кривой имеет максимальный наклон. рекомендуется отметить, что термисторы с ПТК обладают максимальной эффективностью при больших значениях Т0 (около 100°С), а при меньших температурах их эффективность (наклон характеристики /?(7) в точке х) резко падает. По своей физической природе термисторы с ПТК предпочтительнее использовать при температурах, значительно превышающих температуру окружающей среды. Приведем четыре примера применения термисторов с ПТК: 1. В устройствах защиты электронных схем термисторы с ПТК могут играть роль неразрушаемых предохранителей, реагирующих на токи, значения которых превышают допустимые уровни. На рис. 16.14А отображен термистор с ПТК, включенный последовательно с источником напряжения Е, подающего на нагрузку ток /. При комнатной температуре термистор обладает очень низким сопротивлением (порядка 10… 140 Ом). При токе / падение напряжения на нагрузке составляет V , а на термисторе — К . Считаем, что VL»Vx Мощность, рассеиваемая на термисторе: P — V i, отдается в окружающую среду. При этом температура термистора возрастает, но очень на небольшую величину. Однако при значительном увеличении окружающей температуры или сильном изменении тока нагрузки происходит резкий рост температуры термистора до величины Т, по достижении той его сопротивление начинает расти, что предотвращает дальнейшее увеличение тока. При коротком замыкании в нагрузке Vx = Е, а ток /’ падает до минимального значения. Это значение будет сохраняться до тех пор, пока сопротивление нагрузки не придет в норму, после чего, термистор восстановит свои исходные характеристики. Однако при этом необходимо выполнение условия Е<0.9Етах, иначе может произойти разрушение термистора. 2. В миниатюрных термостатах с саморазогревом (рис. 16.14Б), используемых в микроэлектронике, биомедицине, химических исследованиях и т.д, также используются термисторы с ПТК с соответственно подобранной температурой перехода. Термостат состоит из кюветы, теплоизолированной от окружающей среды и связанной с термистором. Для устранения сухого контакта между термистором и кюветой делают слой из специальной смазки. где 8 — коэффициент рассеяния, зависящий от теплоизоляции термистора от окружающей среды, а Г — температура окружающей среды. Рабочая точка термостата определяется физическими свойствами керамического материала (точкой Кюри). Благодаря внутренней тепловой обратной связи, устройство может работать в сравнительно широком диапазоне напряжений и окружающих температур. Естественно, что окружающая температура должна быть всегда меньше Т. 3. термисторы с ПТК из-за большой длительности переходных процессов, определяемых временем между подачей напряжения и переходом устройства в рабочее состояние, часто требует подключения схем задержки. 4. Расходомеры и детекторы уровня жидких сред, работающие на принципе детектирования теплового рассеяния, также часто реализуются на основе тер-мисторов с ПТК. Рис. 16.14. Применение термисторов с ПТК: А — в схемах ограничения тока, Б — в микротермостатах .   Список тем   Назад   Вперед     Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями.

По вопросам размещения статей   пишите на email: [email protected]

9. Терморезисторы — СтудИзба

Глава 9

ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ

§ 9.1. Назначение. Типы терморезисторов

Терморезисторы относятся к параметрическим датчикам температуры, поскольку их активное сопротивление зависит от тем-гературы. Терморезисторы называют также термометрами сопро­тивления или термосопротивлениями. Они применяются для !змерения температуры в широком диапазоне от —270 до 1600°С.

Если терморезистор нагревать проходящим через него электри­ческим током, то его температура будет зависеть от интенсивности теплообмена с окружающей средой. Так как интенсивность тепло­обмена зависит от физических свойств газовой или жидкой среды (например, от теплопроводности, плотности, вязкости), в которой сходится терморезистор, от скорости перемещения терморезисто­ра относительно газовой или жидкой среды, то терморезисторы ис­пользуются и в приборах для измерения таких неэлектрических величин, как скорость, расход, плотность и др.

Различают металлические и полупроводниковые терморезисто­ры. Металлические терморезисторы изготовляют из чистых метал­лов: меди, платины, никеля, железа, реже из молибдена и воль­фрама. Для большинства чистых металлов температурный ко­эффициент электрического сопротивления составляет примерно (4—6,5)10^-3 1/°С, т. е. при увеличении температуры на 1°С со-противление металлического терморезистора увеличивается на 0,4— 0,65%. Наибольшее распространение получили медные и платино­вые терморезисторы. Хотя железные и никелевые терморезисторы имеют примерно в полтора раза больший температурный коэффи­циент сопротивления, чем медные и платиновые, однако применя­ются они реже. Дело в том, что железо и никель сильно окисляют­ся и при этом меняют свои характеристики. Вообще добавление в металл незначительного количества примесей уменьшает темпе­ратурный коэффициент сопротивления. Сплавы металлов и окис­ляющиеся металлы имеют низкую стабильность характеристик. Однако при необходимости измерять высокие температуры прихо

дится применять такие жаропрочные металлы, как вольфрам и
молибден, хотя терморезисторы из них имеют характеристики не­
сколько отличающиеся от образца к образцу.                             ‘

Широкое применение в автоматике получили полупроводнико­
вые терморезисторы, которые для краткости называют термисто-
рами. Материалом для их изготовления служат смеси оксидов мар­
ганца, никеля и кобальта; германий и кремний с различными пои-
месями и др.                                                                                         ^к

По сравнению с металлическими терморезисторами полупровод­никовые имеют меньшие размеры в большие значения номиналь­ных сопротивлений. Термисторы имеют на порядок больший тем­пературный коэффициент сопротивления (до —6 10^-2 1/°С) Но этот коэффициент —отрицательный, т. е. при увеличении темпера­туры сопротивление термистора уменьшается. Существенный не­достаток полупроводниковых терморезисторов по сравнению с ме­таллическими—непостоянство температурного коэффициента со­противления. С ростом температуры он сильно падает, т. е. термис-тор имеет нелинейную характеристику. При массовом производст­ве термисторы дешевле металлических терморезисторов, но имеют больший разброс характеристик.

Рекомендуемые файлы

§ 9.2. Металлические терморезисторы

Сопротивление металлического проводника R зависит от температуры:

где С — постоянный коэффициент, зависящий от материала и кон­структивных размеров проводника; а —температурный коэффици-ент сопротивления; е — основание натуральных логарифмов.

Абсолютная температура (К) связана с температурой в гра­дусах Цельсия соотношением Т К=273+Т°С.

Определим относительное изменение сопротивления проводника при его нагреве. Пусть сначала проводник находился при началь­ной температуре Т₀и имел сопротивление . При нагреве до температуры Т его сопротивление R_T = ^T. Возьмем отношение

 

Известно, что функцию вида е* можно разложить в степенной ряд:

 

 Так как величина а для меди сравнительно мала и в диапазоне температур до +150°С может быть принята постоянной а=4,3-10-з 1/°с, то и произведение а (Г— Т₀) в этом диапазоне температур меньше единицы. Поэтому не будет большой ошибкой пренебречь при разложении членами ряда второй степени и выше сопротивление при температуре Т через начальное со­противление при То

Медные терморезисторы выпускаются серийно и обозначаются ТСМ (термосопротивления медные)   с соответствующей   градуировкой:

Медные терморезисторы выпускаются серийно и обозначаются ТСМ (термосопротивления медные)   с соответствующей   градуировкой:

гр. 23 имеет сопротивление 53,00 Ом при 0°С; гр. 24 имеет сопро­тивление 100,00 Ом при 0°С. Медные терморезисторы выполняют­ся из проволоки диаметром не менее 0,1 мм, покрытой для изо­ляции эмалью.

Для платиновых терморезисторов, которые применяются в бо­лее широком диапазоне температур, чем медные, следует учиты­вать зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры. Для этого берется не два, а три члена разложения в степенной ряд функции е*.

В диапазоне температур от —50 до 700°С достаточно точное является формула

где для платины =3,94 10^-3 1/°С,  = 5,8 10^-7 (1/°С)².

Платиновые терморезисторы выпускаются серийно и обознача­ются ТСП (термосопротивления платиновые) с соответствую­щей градуировкой; гр. 20 имеет сопротивление 10,00 Ом при 0°С, гр. 21—46,00 Ом; гр. 22—100,00 Ом. Платина применяется в виде неизолированной проволоки диаметром 0,05—0,07 мм.

В табл. 9.1 приведены зависимости сопротивления металличе­ских терморезисторов от температуры; они называются стандарт­ными градуировочными таблицами.

На рис. 9.1 показано устройство платинового термометра сопро­тивления. Сам терморезистор выполнен из платиновой проволо­ки 1, намотанной на слюдяную пластину 2 с нарезкой. Слюдяные накладки 3 защищают обмотку и крепятся серебряной лентой 4. Се­ребряные выводы 5 пропущены через фарфоровые изоляторы 6. Термосопротивление помещается в металлический защитный че­хол 7.

 

§ 9.3. Полупроводниковые терморезисторы

Сопротивление полупроводниковых терморезисторов (термисторов) резко уменьшается с ростом температуры. Их чувст­вительность значительно выше, чем металлических, поскольку тем­пературный коэффициент сопротивления полупроводниковых тер­морезисторов примерно на порядок больше, чем у металлических. Если для металлов = (4-6)*10^-3 1/°С, то для полупроводнико­вых терморезисторов ||>4*10^-2 1/°С. Правда, для термисторов этот коэффициент непостоянен, он зависит от температуры и им редко пользуются при практических расчетах.

Основной   характеристикой   терморезистора   является   зависи­мость его сопротивления от абсолютной температуры Т:

где А — постоянный коэффициент, зависящий от материала и кон­структивных размеров термистора; В — постоянный коэффициент, зависящий от физических свойств полупроводника; е — основание натуральных логарифмов.

Сравнение формулы (9.6) с формулой (9.1) показывает, что у термисторов с ростом температуры сопротивление уменьшается, а у металлических терморезисторов — увеличивается. Следовательно, у термисторов температурный коэффициент сопротивления имеет отрицательное значение.

Вообще чувствительность терморезистора (как датчика темпе­ратуры) можно оценить как относительное изменение его сопро­тивления (R/R), деленное на вызвавшее это изменение прираще­ние температуры:

Для металлического терморезистора чувствительность можно полу­чить дифференцируя (9.4). Следовательно, , т. е. именно тем­пературный коэффициент сопротивления определяет чувствитель­ность.

Для полупроводникового терморезистора   (термистора)   чувст­вительность получим, дифференцируя (9.6):

Из (9.9) видно, что чувствительность термистора имеет нелиней­ную зависимость от температуры.

Серийно выпускаются медно-марганцевые (тип ММТ) и кобаль-тово-марганцевые (тип КМТ) термисторы. На рис. 9.2 показаны за­висимости сопротивления от температуры для термисторов этих ти­пов и для сравнения — для медного терморезистора. Величина В для термисторов составляет 2—5 тыс. К (меньше — для ММТ, боль­ше для КМТ).

Электрическое сопротивление термистора при окружающей тем­пературе +20°С называют номинальным или холодным сопротив­лением. Для термисторов типов ММТ-1, ММТ-4, ММТ-5 эта вели­чина может составлять 1—200 кОм, а для типов КМТ-1, ММТ-4 — от 20 до 1000 кОм.

Верхний диапазон измеряемых температур для типа ММТ — 120°С, а для типа КМТ— 180°С.

Термисторы выпускаются в различных конструктивных испол­нениях: в виде стерженьков, дисков, бусинок. На рис. 9.3 показаны некоторые конструкции термисторов.

Термисторы типов ММТ-1, КМТ-1 (рис. 9.3, а) внешне подобны высокоомным резисторам с соответствующей системой герметиза­ции. Они состоят из полупроводникового стержня /, покрытого эма-

левой краской, контактных колпачков 2 с токоотводами 3. Термис-торы типов ММТ-4 и КМТ-4 (рис. 9.3, б) также состоят из полу­проводникового стержня 1, контактных колпачков 2 с токоотвода­ми 3. Кроме покрытия эмалью стержень обматывается металличе­ской фольгой 4, защищен металлическим чехлом 5 и стеклянным изолятором 6. Такие термисторы применимы в условиях повышен­ной влажности.

На рис. 9.3, в показан термистор специального типа ТМ-54 — «Игла». Он состоит из полупроводникового шарика / диаметром от 5 до 50 мкм, который вместе с платиновыми электродами 2 впрессован в стекло толщиной порядка 50 мкм. На расстоянии около 2,5 мм от шарика платиновые электроды приварены к выводам 3 из никелевой проволоки. Термистор вместе с токоотводами поме­щен в стеклянный корпус 4. Термисторы типа МТ-54 обладают очень малой тепловой инерцией, их постоянная времени порядка 0,02 с, и они используются в диапазоне температур от —70 до 4-250°С. Малые размеры термистора позволяют использовать его, например, для измерений в кровеносных сосудах человека.

§ 9.4. Собственный нагрев термисторов

Термисторы применяются в самых различных схемах ав­томатики, которые можно разделить на две группы. В первую груп­пу входят схемы с термисторами, сопротивление которых определя­ется только температурой окружающей среды. Ток, проходящий при этом через термистор, настолько мал, что не вызывает допол­нительного разогрева термистора. Этот ток необходим только для измерения сопротивления и для термисторов типа ММТ составляет около 10 мА, а для типа КМТ— 2—5 мА. Во вторую группу вхо­дят схемы с термисторами, сопротивление которых меняется за счет

собственного нагрева. Ток, проходящий через термистор, разогрева­ет его. Поскольку   при повышении   температуры   сопротивление уменьшается, ток увеличивается, что приводит к еще большему вы­делению теплоты. Можно сказать, что в данном случае проявля­ется положительная обратная связь. Это позволяет получить в схе­мах с термисторами своеобразные характеристики релейного типа. На рис. 9.4, а показана вольт-амперная характеристика термис-тора. При малых токах  влияние собственного нагрева незначительно и сопротивление термистора практически остается постоянным. Следовательно, напряжение на термисторе растет про­порционально току (участок ОА). При дальнейшем увеличении то­ка (/>/_доп) начинает сказываться собственный нагрев термистора, сопротивление его уменьшается. Вольт-амперная   характеристика изменяет свой вид, начинается ее «падающий» участок АБ. Этот участок используется для создания на базе термистора схем тер­мореле, стабилизатора напряжения и др.

Резко выраженная нелинейность вольт-амперной характеристи­ки термистора позволяет использовать его в релейном режиме. На рис. 9.4, б представлена схема включения, а на рис. 9.4, в — харак­теристика термистора в этом режиме. Если в цепи термистора от сутствует добавочное сопротивление(R_ДОБ0), то при некотором значении напряжения ток в цепи термистора резко увеличивается, что может привести к разрушению термистора (кривая U_Tна рис. 9.4, в). Для ограничения роста тока необходимо в цепь тер­мистора R_Tвключить добавочный резистор R_ДОБ(рис. 9.4, б) с пря­молинейной характеристикой (кривая U_Rна рис. 9.4, в). При гра­фическом сложении этих двух характеристик {U_t+U_r) получим общую вольт-амперную характеристику U₀(имеющую S-образный вид на рис. 9.4, в). Эта характеристика похожа на характеристику бесконтактного магнитного реле (см. гл. 26). Рассмотрим по этой характеристике процесс изменения тока I в цепи (рис. 9.4, б) при плавном увеличении напряжения питания U₀При достижении значения напряжения срабатывания U_cp(этому напряжению со­ответствует ток I₁) ток скачком возрастает от значения 1 до су­щественно большего значения /₂. При дальнейшем увеличении на­пряжения ток будет плавно возрастать от I₂. При уменьшении на­пряжения ток вначале плавно уменьшается до значения I₃(этому току соответствует напряжение отпускания U_0T), а затем скачком падает до значения /₄, после чего ток плавно уменьшается до^—нуля. Скачкообразное изменение тока происходит не мгновенно, а посте­пенно из-за инерционности термистора.

§ 9.5. Применение терморезисторов

При использовани терморезисторов в качестве датчиков систем автоматики различают два основных режима. В первом ре­жиме температура терморезистора практически определяется толь­ко температурой окружающей среды. Ток, проходящий через тер­морезистор, очень мал и практически не нагревает его. Во втором режиме терморезистор нагревается проходящим по нему током, а температура терморезистора определяется изменяющимися усло­виями теплоотдачи, например интенсивностью обдува, плотностью окружающей газовой среды и т. п.

При использовании терморезисторов в первом режиме они иг­рают роль датчиков температуры и называются обычно термомет­рами сопротивления. Наибольшее распространение получили тер­мометры сопротивления типов ТСП (платиновые) и ТСМ (медные), включаемые в мостовую измерительную схему.

В процессе измерения температуры с помощью термометров со­противления могут возникать следующие погрешности: 1) от ко­лебания напряжения питания; 2) от изменения сопротивления со­единительных проводов при колебаниях температуры окружающей среды; 3) от собственного нагрева датчика под действием проте­кающего через него тока.

Рассмотрим схему включения термометра сопротивления (рис. 9.5), в которой приняты меры для уменьшения отмеченных трех видов погрешностей. Для уменьшения погрешности от колебаний питания используется измерительный прибор логомет.-рического типа (см. гл. 2). Угол отклонения подвижной системы логометра пропорционален отношению токов в двух катушках, од­на из которых создает вращающий, а вторая — противодействую­щий моменты. Через одну катушку проходит ток разбаланса, за­висящий от сопротивлеия терморезистора Rt. Вторая катушка пи­тается тем же напряжением, что и мостовая измерительная схема.

При колеоаниях напряжении питания

одновременно будут изменяться токи в обеих катушках, а их отношение бу­дет оставаться постоянным.

В автоматических уровновешенных мостах колебание напряжения пита­ния не приводит к появлению пропор­циональной погрешности измерения, незначительно изменяется лишь порог чувствительности.

Для уменьшения погрешности от изменения сопротивления соединитель­ных проводов необходимо правильно выбирать сопротивление датчика. Эта погрешность сводится к минимуму, ес­ли сопротивление датчика выбрать из условия  намного больше R_пр, где R_пр— сопротив­ление соединительных проводов. При больших расстояниях (сотни метров) R_пр может достигать 3—5 ОмЛЕще од­ним способом уменьшения погрешно­сти от температурных изменений со-

противления соединительных проводов является применение «п»-гопроводных схем. На рис. 9.5 показана схема включения датчи­ка R_Дв мостовую схему посредством трех проводов (а, б, в). Со­противления проводов а и б включены в смежные плечи моста, поэтому одновременное их изменение не нарушает равновесия мос­та. Сопротивление проводов b вообще не входит в мостовую схе­му. Погрешность за счет самонагрева датчика может быть учтена при градуировке шкалы измерительного прибора.

При быстром изменении температуры появляется динамическая погрешность, обусловленная тепловой инерцией датчика. Переда­ча теплоты от измеряемой среды к терморезистору происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени.

Для количественной оценки тепловой инерции датчика пользу­ются понятием «постоянная времени»:

коэффициент теплопередачи; s — поверхность соприкосновения дат­чика со средой.

Если холодный датчик поместить в среду с температурой Т_ср(°С), то его температура будет изменяться во времени по сле­дующему закону:

Чем больше постоянная времени т, тем больше пройдет времени, пока температура датчика сравняется с температурой среды. За время  датчик нагреется только до температуры Т_ср=0,63°С,

а за время / до температуры Т^,_ср=0_>99^оС. Графиком уравне­ния   (9.11)   является экспонента, показанная на  рис.   1.3, в.

В лекции «9. Билеты для самотестирования по ключевым вопросам» также много полезной информации.

Рассмотрим теперь некоторые примеры использования собст­венного нагрева терморезисторов в устройствах для измерения раз­личных физических величин, косвенно связанных с температурой.

Автоматическое измерение скорости газового потока проводится с помощью термоапемометра. Датчик этого прибора (рис. 9.6, а) состоит из терморезистора, представляющего собой тонкую пла­тиновую проволоку /, припаянную к двум манганиновым стерж­ням 2, закрепленным в изоляционной втулке 3. С помощью выводов 4 терморезистор включается в измерительную схему. Через термо­резистор пропускается ток, вызывающий его нагрев. Но темпера­тура (а следовательно, и сопротивление) терморезистора будет оп­ределяться скоростью газового потока, в который помещен дат­чик. Чем больше будет эта скорость, тем интенсивнее будет отво­диться теплота от терморезистора. На рис. 9.6, б показана градуи-ровочная кривая термоанемометра, из которой видно, что при уве­личении скорости примерно вдвое сопротивление терморезистора уменьшается примерно на 20%.

На аналогичном принципе основана работа электрического га­зоанализатора. Если взять два одинаковых саморазогреваемых тер­морезистора и поместить один в камеру, наполненную воздухом, а другой — в камеру, наполненную смесью воздуха с углекислым газом СО₂, то из-за различной теплопроводности воздуха и угле­кислого газа сопротивление терморезисторов будет разным. Так как теплопроводность углекислого газа значительно меньше тепло­проводности воздуха, то и отвод теплоты от терморезистора в ка­мере с С0₂ будет меньше, чем от терморезистора в камере с воз­духом. По разнице сопротивлений терморезисторов можно судить о процентном содержании углекислого газа в газовой смеси.

Зависимость теплопроводности газа от его давления позволя­ет использовать терморезисторы с собственным нагревом в элек- • трическнх вакуумметрах. Чем глубже вакуум ( т. е. более разре­жен газ), тем хуже условия теплоотдачи с поверхности терморезис­тора, помещенного в вакуумную камеру. Если через терморезис­тор пропускать ток для его нагрева, то температура терморезисто­ра будет возрастать при уменьшении давления контролируемого газа.

Таким образом, с помощью терморезисторов можно измерять скорости и расход газов и жидкостей, давление и плотность газов, определять процентное содержание газов в смеси. Кроме платины в таких приборах используют вольфрам, никель, полупроводниковые терморезисторы. Для того чтобы исключить влияние колебаний температуры окружающей среды, стремятся обеспечить достаточ­но интенсивный собственный нагрев (до 200—500°С).

Ptc термистор, терморезистор: принцип работы, характеристика — Портал avtolev.ru

Радиоэлектроника для начинающих

В электронике всегда приходится что-то измерять или оценивать. Например, температуру. С этой задачей успешно справляются терморезисторы – электронные компоненты на основе полупроводников, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры.

Здесь я не буду расписывать теорию физических процессов, которые происходят в терморезисторах, а перейду ближе к практике – познакомлю читателя с обозначением терморезистора на схеме, его внешним видом, некоторыми разновидностями и их особенностями.

На принципиальных схемах терморезистор обозначается вот так.

В зависимости от сферы применения и типа терморезистора обозначение его на схеме может быть с небольшими отличиями. Но вы всегда его определите по характерной надписи t или t°.

Основная характеристика терморезистора – это его ТКС. ТКС – это температурный коэффициент сопротивления. Он показывает, на какую величину изменяется сопротивление терморезистора при изменении температуры на 1°С (1 градус Цельсия) или 1 градус по Кельвину.

У терморезисторов несколько важных параметров. Приводить я их не буду, это отдельный рассказ.

На фото показан терморезистор ММТ-4В (4,7 кОм). Если подключить его к мультиметру и нагреть, например, термофеном или жалом паяльника, то можно убедиться в том, что с ростом температуры его сопротивление падает.

Терморезисторы есть практически везде. Порой удивляешься тому, что раньше их не замечал, не обращал внимания. Давайте взглянем на плату от зарядного устройства ИКАР-506 и попробуем найти их.

Вот первый терморезистор. Так как он в корпусе SMD и имеет малые размеры, то запаян на небольшую плату и установлен на алюминиевый радиатор – контролирует температуру ключевых транзисторов.

Второй. Это так называемый NTC-термистор (JNR10S080L). О таких я ещё расскажу. Служит он для ограничения пускового тока. Забавно. Вроде терморезистор, а служит в качестве защитного элемента.

Почему то если заходит речь о терморезисторах, то обычно думают, что они служат для измерения и контроля температуры. Оказывается, они нашли применение и как устройства защиты.

Также терморезисторы устанавливаются в автомобильные усилители. Вот терморезистор в усилителе Supra SBD-A4240. Здесь он задействован в цепи защиты усилителя от перегрева.

Вот ещё пример. Это литий-ионный аккумулятор DCB-145 от шуруповёрта DeWalt. Вернее, его «потроха». Для контроля температуры аккумуляторных ячеек применён измерительный терморезистор.

Его почти не видно. Он залит силиконовым герметиком. Когда аккумулятор собран, то этот терморезистор плотно прилегает к одной из Li-ion ячеек аккумулятора.

Прямой и косвенный нагрев

По способу нагрева терморезисторы делят на две группы:

• Прямой нагрев. Это когда терморезистор нагревается внешним окружающим воздухом или током, который протекает непосредственно через сам терморезистор. Терморезисторы с прямым нагревом, как правило, используются либо для измерения температуры, либо температурной компенсации. Такие терморезисторы можно встретить в термометрах, термостатах, зарядных устройствах (например, для Li-ion батарей шуруповёртов).
• Косвенный нагрев. Это когда терморезистор нагревается рядом расположенным нагревательным элементом. При этом он сам и нагревательный элемент электрически не связаны друг с другом. В таком случае, сопротивление терморезистора определяется функцией тока, протекающего через нагревательный элемент, а не через терморезистор. Терморезисторы с косвенным нагревом являются комбинированными приборами.

NTC-термисторы и позисторы

По зависимости изменения сопротивления от температуры терморезисторы делят на два типа:

• NTC-термисторы;
• PTC-термисторы (они же позисторы).

Давайте разберёмся, какая между ними разница.

NTC-термисторы

Своё название NTC-термисторы получили от сокращения NTC – Negative Temperature Coefficient, или «Отрицательный Коэффициент Сопротивления». Особенность данных термисторов в том, что при нагреве их сопротивление уменьшается. Кстати, вот так обозначается NTC-термистор на схеме.

Обозначение термистора на схеме

Как видим, стрелки на обозначении разнонаправлены, что указывает на основное свойство NTC-термистора: температура увеличивается (стрелка вверх), сопротивление падает (стрелка вниз). И наоборот.

На практике встретить NTC-термистор можно в любом импульсном блоке питания. Например, такой термистор можно обнаружить в блоке питания компьютера. Мы уже видели NTC-термистор на плате ИКАР’а, только там он был серо-зелёного цвета.

На этом фото NTC-термистор фирмы EPCOS. Применяется для ограничения пускового тока.

Для NTC-термисторов, как правило, указывается его сопротивление при 25°С (для данного термистора это 8 Ом) и максимальный рабочий ток. Обычно это несколько ампер.

Данный NTC-термистор устанавливается последовательно, на входе сетевого напряжения 220V. Взгляните на схему.

Так как он включен последовательно с нагрузкой, то весь потребляемый ток протекает через него. NTC-термистор ограничивает пусковой ток, который возникает из-за заряда электролитических конденсаторов (на схеме С1). Бросок зарядного тока может привести к пробою диодов в выпрямителе (диодный мост на VD1 — VD4).

При каждом включении блока питания конденсатор начинает заряжаться, а через NTC-термистор начинает протекать ток. Сопротивление NTC-термистора при этом велико, так как он ещё не успел нагреться. Протекая через NTC-термистор, ток разогревает его.

После этого сопротивление термистора уменьшается, и он практически не препятствует протеканию тока, потребляемого прибором. Таким образом, за счёт NTC-термистора удаётся обеспечить «плавный запуск» электроприбора и уберечь от пробоя диоды выпрямителя.

Понятно, что пока импульсный блок питания включен, NTC-термистор находится в «подогретом» состоянии.

Если в схеме происходит выход из строя каких-либо элементов, то, обычно резко возрастает и потребляемый ток. При этом нередки случаи, когда NTC-термистор служит своего рода дополнительным предохранителем и также выходят из строя из-за превышения максимального рабочего тока.

Далее на фото наглядный пример – сгоревший NTC-термистор 5D-11, который был установлен в зарядном устройстве ИКАР-506. Он ограничивал пусковой ток при включении.

Выход из строя ключевых транзисторов в блоке питания зарядного устройства привел к превышению максимального рабочего тока этого термистора (max 4A) и он сгорел.

Позисторы. PTC-термисторы.

Термисторы, сопротивление которых при нагреве растёт, называют позисторами. Они же PTC-термисторы (PTC — Positive Temperature Coefficient, «Положительный Коэффициент Сопротивления»).

• Стоит отметить, что позисторы получили менее широкое распространение, чем NTC-термисторы.
• Условное обозначение позистора на схеме.

Позисторы легко обнаружить на плате любого цветного CRT-телевизора (с кинескопом). Там он установлен в цепи размагничивания. В природе встречаются как двухвыводные позисторы, так и трёхвыводные.

На фото представитель двухвыводного позистора, который применяется в цепи размагничивания кинескопа.

Внутри корпуса между выводами-пружинами установлено рабочее тело позистора. По сути это и есть сам позистор. Внешне выглядит как таблетка с напылением контактного слоя по бокам.

Как я уже говорил, позисторы используются для размагничивания кинескопа, а точнее его маски. Из-за магнитного поля Земли или влияния внешних магнитов маска намагничивается, и цветное изображение на экране кинескопа искажается, появляются пятна.

Наверное, каждый помнит характерный звук «бдзынь», когда включается телевизор — это и есть тот момент, когда работает петля размагничивания.

Кроме двухвыводных позисторов широко применяются трёхвыводные позисторы. Вот такие.

1. Далее на фото трёхвыводный позистор СТ-15-3.

Отличие их от двухвыводных заключается в том, что они состоят из двух позисторов-«таблеток», которые установлены в одном корпусе. На вид эти «таблетки» абсолютно одинаковые. Но это не так.

Кроме того, что одна таблетка чуть меньше другой, так ещё и сопротивление их в холодном состоянии (при комнатной температуре) разное.

У одной таблетки сопротивление около 1,3 ~ 3,6 кОм, а у другой всего лишь 18 ~ 24 Ом.

Трёхвыводные позисторы также применяются в цепи размагничивания кинескопа, как и двухвыводные, но только схема их включения немного иная. Если вдруг позистор выходит из строя, а такое бывает довольно часто, то на экране телевизора появляются пятна с неестественным отображением цвета.

Более детально о применении позисторов в цепи размагничивания кинескопов я уже рассказывал здесь.

Так же, как и NTC-термисторы, позисторы используются в качестве устройств защиты. Одна из разновидностей позистора — это самовосстанавливающийся предохранитель.

SMD-терморезисторы

С активным внедрением SMT-монтажа, производители стали выпускать миниатюрные терморезисторы, адаптированные и под него.

Размеры их корпуса, как правило, соответствуют стандартным типоразмерам (0402, 0603, 0805, 1206), которые имеют чип резисторы и конденсаторы. Маркировка на них не наносится, что затрудняет их идентификацию.

По внешнему виду SMD-терморезисторы очень похожи на керамические SMD-конденсаторы.

Встроенные терморезисторы

В электронике активно применяются и встроенные терморезисторы. Если у вас паяльная станция с контролем температуры жала, то в нагревательный элемент встроен тонкоплёночный терморезистор. Также терморезисторы встраиваются и в фен термовоздушных паяльных станций, но там он является отдельным элементом.

• Стоит отметить, что в электронике наряду с терморезисторами активно применяются термопредохранители и термореле (например, типа KSD), которые также легко обнаружить в электронных приборах.
• Теперь, когда мы познакомились с терморезисторами, пора узнать об их параметрах.
• Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
• Также Вам будет интересно узнать:

PTC термистор термочувствительное защитное устройство — термистор

Сообщение об ошибке

• Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable в функции theme_table() (строка 1998 в файле /home/meandrru/www/includes/theme.inc).
• Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable в функции theme_table() (строка 2061 в файле /home/meandrru/www/includes/theme.inc).
• Deprecated function: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls в функции _menu_load_objects() (строка 579 в файле /home/meandrru/www/includes/menu.inc).

Термисторы PTC-типа

Термистор относится к термочувствительным защитным устройства встраиваемой тепловой защите электродвигателя. Располагаются в специально предусмотренных для этой цели гнездах в лобовых частях электродвигателя (защита от заклинивания ротора) или в обмотках электродвигателя (защита от теплового перегруза). Термистор — полупроводниковый резистор, изменяющие свое сопротивление в зависимости от температуры. Термисторы в основном делятся на два класса: PTC-типа — полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления; NTC-типа — полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

Для защиты электродвигателей используются в основном PTC-термисторы (позисторы Positive Temperature Coefficient), обладающие свойством резко увеличивать свое сопротивление, когда достигнута некоторая характеристическая температура (см рис. 1). Применительно к двигателю это максимально допустимая температура нагрева обмоток статора для данного класса изоляции.

Три (для двухобмоточных двигателей — шесть) PTC-термистора соединены последовательно и подключены к входу электронного блока защиты. Блок настроен таким образом, что при превышении суммарного сопротивления цепочки срабатывает контакт выходного реле, управляющий расцепителем автомата или катушкой магнитного пускателя.

Термисторная защита предпочтительней в тех случаях, когда по току невозможно определить с достаточной точностью температуру двигателя. Это касается прежде всего двигателей с продолжительным периодом запуска, частыми операциями включения и отключения (повторно-кратковременным режимом) или двигателей с регулируемым числом оборотов (при помощи преобразователей частоты).

Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении двигателей или выходе из строя системы принудительного охлаждения.

Рис.1 Зависимость сопротивления термистора PTC-типа от температуры	PTC — полупроводниковый резистор

Недостатком данного вида защиты является то, что с датчиками выпускаются далеко не все типы двигателей. Это особенно касается двигателей отечественного производства. Датчики могут устанавливаться только в условиях стационарных мастерских.

Температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильно зависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации самого двигателя.

Они требуют наличия специального электронного блока: термисторного устройства защиты двигателей, теплового или электронного реле перегрузки, в которых находятся блоки настройки и регулировки, а также выходные электромагнитные реле, служащие для отключения катушки пускателя или электромагнитного расцепителя.

Характеристики термистора PTC-типа по DIN44081/44082

  

Внешний вид термисторов

 

Диаграмма РТС термисторов

Вариант применения РТС термисторов

Пример цветовой кодировки РТС термисторов в зависимости от температуры

Язык Русский

Орфографическая ошибка в тексте: Чтобы сообщить об ошибке технической поддержки, нажмите кнопку «Отправить сообщение об ошибке». Вы также можете отправить свой комментарий.

Термистор: принцип работы

Термисторы являются разновидностью терморезисторов и относятся к категории приборов на основе полупроводников. Данные устройства получили широкое применение в электротехнике.

Они изготавливаются из специальных полупроводниковых материалов с высоким отрицательным температурным коэффициентом. Во многих приборах используется термистор принцип работы которого основан на зависимости электрического сопротивления от температуры.

Качество любого прибора, прежде всего, зависит от физических свойств полупроводника, а также от форм и размеров самого терморезистора.

Термисторы: устройство и принцип работы

Термистор представляет собой терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Эти устройства изготавливаются в виде полупроводниковых стержней и покрываются защитным слоем эмалевой краски.

Соединение с другими деталями осуществляется с помощью контактных колпачков и выводов, для которых подходит только сухая среда. Для размещения некоторых моделей термисторов используется металлический герметичный корпус.

В этом случае они становятся устойчивыми к любым агрессивным воздействиям и могут эксплуатироваться даже при высокой влажности в помещении.

Для того чтобы конструкция устройства была герметичной, применяется стекло и олово. Рабочие качества термисторов улучшаются, когда для оборачивания стержней применяется металлическая фольга. Токоотводы изготавливаются из никелевой проволоки. Номинальные значения сопротивления в различных устройствах находятся в пределах 1-200 кОм, а диапазон температур составляет от -100 до +1290С.

Работа термисторов основана на свойствах отдельных видов проводников, изменять показатели сопротивления под действием различных температур. Основными проводниками, используемыми в этих приборах, является медь и платина в чистом виде. Следует отметить, что значение отрицательного температурного коэффициента термисторов значительно превышает такие же параметры, свойственные обычным металлам.

Применение термисторов

Терморезисторы применяемые в качестве датчиков, могут работать в двух режимах. В первом случае температурный режим зависит лишь от температуры окружающей среды. Значение тока, проходящего через термистор, очень мало и нагревания устройства практически не происходит.

Второй режим предполагает нагревание термистора электрическим током, проходящим внутри него. В данном случае значение температуры будет зависеть от различных изменяющихся условий тепловой отдачи.

Это может быть плотность газовой среды, окружающей прибор, интенсивность обдува и другие факторы.

Фоторезистор: основные параметры

Каждый термистор, принцип работы которого основан на снижении сопротивления при повышении температуры, используется в определенных сферах электротехники. Они применяются для измерения и компенсации температуры, в крупных бытовых электроприборах – холодильниках и морозильных камерах, посудомоечных машинах и другой технике. Эти устройства нашли широкое применение в автомобильной электронике. С их помощью измеряется температура охлаждающей жидкости или масла, а также температурные показатели других элементов автомобиля.

В кондиционере термисторы устанавливаются в тепловом распределителе. Кроме того, они используются в качестве датчика слежения за температурой в комнате.

С помощью термисторов осуществляется блокировка дверей нагревательных приборов, они устанавливаются в нагреватели теплых полов и в газовые котлы.

Терморезисторы применяются, когда нужно определить уровень нестандартных жидкостей, например, жидкого азота. В целом, они получили самое широкое распространение в промышленной электронике.

Терморезисторы. Виды и устройство. Работа и параметры

Полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от температуры называются терморезисторы. Они имеют свойство значительного температурного коэффициента сопротивления, величина которого больше, чем у металлов во много раз. Они широко применяются в электротехнике.

На электрических схемах терморезисторы обозначаются:

Устройство и работа

Они имеют простую конструкцию, выпускаются разных размеров и формы.

В полупроводниках есть свободные носители заряда двух видов: электроны и дырки. При неизменной температуре эти носители произвольно образуются и исчезают. Среднее количество свободных носителей находится в динамическом равновесии, то есть неизменно.

При изменении температуры равновесие нарушается. Если температура повышается, то число носителей заряда также увеличивается, а при снижении температуры концентрация носителей уменьшается. На удельное сопротивление полупроводника оказывает влияние температура.

Если температура подходит к абсолютному нулю, то полупроводник имеет свойство диэлектрика. При сильном нагревании он идеально проводит ток. Основной особенностью терморезистора является то, что его сопротивление наиболее заметно зависит от температуры в обычном интервале температур (-50 +100 градусов).

Популярные терморезисторы производятся в виде стержня из полупроводника, который покрыт эмалью. К нему подведены электроды и колпачки для контакта. Такие резисторы применяются в сухих местах.

Некоторые терморезисторы располагают в металлическом герметичном корпусе. Поэтому они могут использоваться во влажных местах с агрессивной внешней средой.

Герметичность корпуса создается при помощи олова и стекла. Стержни из полупроводника обернуты металлизированной фольгой. Для подключения тока применяется проволока из никеля. Величина номинального сопротивления составляет 1-200 кОм, температура работы -100 +129 градусов.

Принцип действия терморезистора основан на свойстве изменения сопротивления от температуры. Для изготовления используются чистые металлы: медь и платина.

Основные параметры

• ТКС – термический коэффициент сопротивления, равен изменению сопротивления участка цепи при изменении температуры на 1 градус. Если ТКС положительный, то терморезисторы называют позисторами (РТС-термисторы). А если ТКС отрицательный, то термисторами (NТС-термисторы). У позисторов при повышении температуры повышается и сопротивление, а у термисторов все происходит наоборот.
• Номинальное сопротивление – это величина сопротивления при 0 градусах.
• Диапазон работы. Резисторы делят на низкотемпературные (менее 170К), среднетемпературные (от 170 до 510 К), высокотемпературные (более 570К).
• Мощность рассеяния. Это величина мощности, в пределах которой терморезистор во время работы обеспечивает сохранение заданных параметров по техническим условиям.

Виды и особенности терморезисторов

Все датчики температуры на производстве работают по принципу преобразования температуры в сигнал электрического тока, который можно передавать с большой скоростью на дальние расстояния. Любые величины можно преобразовать в электрические сигналы, переведя их в цифровой код. Они передаются с высокой точностью, и обрабатываются вычислительной техникой.

Металлические терморезисторы

Материалом для терморезисторов можно использовать далеко не любые проводники тока, так как к терморезисторам предъявляются некоторые требования. Материал для их изготовления должен иметь высокий ТКС, а сопротивление должно зависеть от температуры по линейному графику в большом интервале температур.

Также проводник из металла должен обладать инертностью к агрессивным действиям внешней среды и качественно воспроизводить характеристики, что дает возможность менять датчики без особых настроек и измерительных приборов.

Для таких требований хорошо подходят медь и платина, не считая их высокой стоимости. Терморезисторы на их основе называют платиновыми и медными.

ТСП (платиновые) термосопротивления работают при температурах -260 — 1100 градусов.

Если температура в пределах от 0 до 650 градусов, то такие датчики применяют в качестве образцов и эталонов, так как в этом интервале нестабильность составляет не более 0,001 градусов.

Из недостатков платиновых терморезисторов можно назвать нелинейность преобразования и высокую стоимость. Поэтому точные замеры параметров возможны только в рабочем диапазоне.

Практически широко применяются недорогие медные образцы терморезисторов ТСМ, у которых линейность зависимости сопротивления от температуры намного выше. Их недостатком является малое удельное сопротивление и неустойчивость к повышенным температурам, быстрая окисляемость. В связи с этим термосопротивления на основе меди имеют ограниченное использование, не более 180 градусов.

Для монтажа платиновых и медных датчиков применяют 2-проводную линию при расстоянии до прибора до 200 метров. Если удаление больше, то применяют трехжильный кабель, в котором третий проводник служит для компенсирования сопротивления проводов.

Из недостатков платиновых и медных терморезисторов можно отметить их малую скорость работы. Их тепловая инерция достигает нескольких минут. Существуют терморезисторы с малой инерционностью, время срабатывания которых не выше нескольких десятых секунды.

Это достигается небольшими размерами датчиков. Такие термосопротивления производят из микропровода в стеклянной оболочке. Эти датчики имеют небольшую инерцию, герметичны и обладают высокой стабильностью.

При небольших размерах они обладают сопротивлением в несколько кОм.

Полупроводниковые

Такие сопротивления имеют название термисторов. Если их сравнить с платиновыми и медными образцами, то они обладают повышенной чувствительностью и ТКС отрицательного значения.

Это значит, что при возрастании температуры сопротивление резистора снижается. У термисторов ТКС намного больше, чем у платиновых и медных датчиков.

При небольших размерах их сопротивление доходит до 1 мегома, что не позволяет оказывать влияние на измерение сопротивлению проводников.

Для осуществления замеров температуры большую популярность приобрели терморезисторы на полупроводниках КМТ, состоящих из оксидов кобальта и марганца, а также термосопротивления ММТ на основе оксидов меди и марганца.

Зависимость сопротивления от температуры на графике имеет хорошую линейность в интервале температур -100 +200 градусов.

Надежность терморезисторов на полупроводниках довольно высока, свойства имеют достаточную стабильность в течение длительного времени.

Основным их недостатком является такой факт, что при массовом изготовлении таких терморезисторов не получается обеспечить необходимую точность их характеристик.

Поэтому один отдельно взятый резистор будет отличаться от другого образца, подобно транзисторам, которые из одной партии могут иметь различные коэффициенты усиления, трудно найти два одинаковых образца.

Этот отрицательный момент создает необходимость дополнительной настройки аппаратуры при замене терморезистора.

Для подключения термисторов обычно применяют мостовую схему, в которой мост уравновешивается потенциометром. Во время изменения сопротивления резистора от действия температуры мост можно привести в равновесие путем регулировки потенциометра.

Такой метод ручной настройки используется в учебных лабораториях для демонстрации работы. Регулятор потенциометра оснащен шкалой, которая имеет градуировку в градусах. На практике в сложных схемах измерения эта регулировка происходит в автоматическом режиме.

Применение терморезисторов

В работе термодатчиков существует два режима действия. При первом режиме температура датчика определяется лишь температурой внешней среды. Протекающий по резистору ток маленький и не способен его нагреть.

При 2-м режиме термистор нагревается протекающим током, а его температура определяется условиями отдачи тепла, например, скоростью обдува, плотностью газа и т.д.

На схемах термисторы (NТС) и резисторы (РТС) имеют соответственно отрицательный и положительный коэффициенты сопротивления, и обозначаются следующим образом:

Применение термисторов

• Измерение температуры.
• Бытовая техника: морозильники, фены, холодильники и т.д.
• Автомобильная электроника: измерение охлаждения антифриза, масла, контроль выхлопных газов, системы торможения, температура в салоне.
• Кондиционеры: распределение тепла, контроль температуры в помещении.
• Отопительные котлы, теплые полы, печи.
• Блокировка дверей в устройствах нагревания.
• Электронная промышленность: стабилизация температуры лазерных фотоэлементов и диодов, а также медных обмоток катушек.
• В мобильных телефонах для компенсации нагрева.
• Ограничение тока запуска двигателей, ламп освещения, импульсных блоков питания.
• Контроль наполнения жидкостей.

Применение позисторов

• Защита от короткого замыкания в двигателях.
• Защита от оплавления при токовой перегрузке.
• Для задержки времени включения импульсных блоков питания.
• Мониторы компьютеров и кинескопы телевизоров для размагничивания и предотвращения нарушения цвета.
• В пускателях компрессоров холодильников.
• Тепловая блокировка трансформаторов и двигателей.
• Приборы измерения.
• Автоматика управления техникой.
• Устройства памяти информации.
• В качестве нагревателей карбюраторов.
• В бытовых устройствах: закрывание дверки стиральной машины, в фенах и т.д.

Похожие темы:

Терморезистор

Большинство промышленных сфер требует измерения множества параметров на производстве. Чем сложнее технологические процессы, тем точнее должны быть показания. Один из самых требовательных к точности параметров – температура. Для ее точных замеров используют специальный прибор – терморезистор.

Виды

Простой принцип работы позволяет создавать термопреобразователи сопротивления (научное название устройства) различных габаритов и форм. В зависимости от области применения и материала, датчики могут иметь различную форму и соответствующий тип: стержневой, трубчатый, дисковой или бусинковый. Особых ограничений нет, поэтому на каждой отрасли существуют свои стандарты датчиков.

Принцип действия

Терморезисторы – это датчики, работа которых зависит от двух показателей: температуры и сопротивления. Второй параметр меняется в зависимости от значений первого, при достижении необходимой отметки происходит срабатывание. Существует четыре разновидности терморезисторов:

• низкотемпературные – для работы при значениях менее 170 К;
• для средних температур – от 170 до 510 К;
• для высоких – работают в диапазоне от 510 до 900 К;
• особый класс – до 1300 К.

Обратите внимание! Для обозначения температуры в рабочем диапазоне терморезистора используют Кельвин, а не градус Цельсия. Это связано с уравнением Стейнхарта-Харта, где в расчетах по формуле учитываются абсолютная температура и сопротивление.

Пример и изображение терморезистора в схеме

Наиболее точные терморезисторы могут использоваться в качестве эталонов – точность реагирования у них доходит до долей градуса. Помимо температурного режима, приборы отличаются по способу нагрева.

Прямой и косвенный нагрев

Существует два типа устройств:

1. Прямого нагрева – реагируют на температуру окружающей среды либо на проходящий через деталь ток. Их большинство, применяются они повсеместно.
2. Косвенного нагрева – комбинированные приборы. Представляют собой терморезистор, температуру которого задает отдельный изолированный нагревательный элемент. Ток в этом случае проходит через него, а не через сам датчик.

Дальнейшее разделение основано на различиях в конструкции и материалах изготовления.

Особенности конструкций

Изменение температуры паяльника с помощью диммера

Классификация основывается на ключевом параметре – температурном коэффициенте сопротивления (ТКС), который есть у любого проводника или полупроводника. Он указывает, на какую величину изменяется Ом за каждый градус. В зависимости от материала изготовления ТКС может быть положительным или отрицательным.

Позисторы

Позистор – что это такое, объясняет параметр ТКС. Резистор с положительным значением называется позистором (PTC). Основой для изготовления служит металл. Самыми высокими показателями термосопротивления при инертности к внешним воздействиям обладают медь и платина.

Особенности:

1. Медные терморезисторы стоят дешевле, но применяются только при работе с температурами до 180 градусов. У них низкая устойчивость к агрессивной среде и быстрая окисляемость.
2. Платиновые – работают до 1100 градусов, однако наиболее точные результаты показывают при верхней границе в 650. Недостаток – дороговизна.

Часто можно встретить вопрос: что такое позисторы ТСМ и ТСП. Ответом служит последняя буква, указывающая на основу: медь либо платину.

Основное назначение позистора – предохранитель для защиты элементов цепи. Используется последовательное подключение. Область их применения ограничена из-за малой скорости быстродействия.

Термисторы

Гораздо чаще применят более чувствительные и недорогие приборы  – термисторы. У терморезистора NTC отрицательный ТКС (с ростом температуры сопротивление уменьшается).

При создании применяют полупроводниковые составы на основе окислов марганца, меди и кобальта.

По сравнению с позисторами, такие устройства более долговечны, надежны, имеют стабильную линейность при работе до 200 градусов.

Термисторы со стандартной маркировкой

Недостаток – невозможность массового изготовления терморезисторов с идентичными характеристиками. Параметры могут отличаться даже у приборов из одной партии, из-за чего приходится повторно регулировать оборудование. Схема монтажа термисторов – мостовая.

Технические характеристики

Сопротивление резистора – формула для рассчета

Каждое устройство обладает набором параметров, на которые нужно обращать внимание при выборе:

1. Номинальное сопротивление. Это значение, полученное при фиксированной температуре (стандарт – 20 градусов).
2. ТКС – обратимое изменение сопротивления на каждый градус.
3. Максимальная мощность рассеяния. Иногда называют просто мощностью резистора. Показывает предельное значение, которое рассеивает ТР без необратимых последствий. Показатель актуален только в условиях соблюдения температурного режима.
4. Температурная чувствительность. Определяется в определенном диапазоне и зависит от свойств полупроводникового материала.

Эти значения нужно учитывать для приборов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

Отрицательный коэффициент ТКС

Дело в том, что зависимость сопротивления от температуры у термисторов экспоненциальная. При этом номинальное сопротивление отдельного ТР может изменяться в больших пределах. Расчеты параметров полупроводниковых приборов сложнее – у позисторов принцип работы основан на линейной зависимости.

Область применения

Использование устройств зависит от их стоимости и точности измерений. Более дорогие позисторы применяют в сложных производствах, а также в качестве предохранителей. Например, их подключают к исполнительному реле, в случае нагрева схема отключается. Термисторы гораздо доступнее, что позволяет находить им широкое применение в быту.

Термодатчик воздуха

При правильной калибровке NTC резистор может использоваться для проверки нагрева окружающей воздушной среды. В этом случае точность измерений, как на производстве, не требуется – достаточно регулировки с шагом в 1 градус Цельсия.

Самодельный датчик температуры воздуха

Автомобильный термодатчик

Популярный способ применения – защита двигателя авто от перегрева. ТР соединяют с реле, которое отключает двигатель при угрозе перегрева. При достаточных знаниях можно подключить устройство к бортовому компьютеру для отображения температуры на дисплее.

Датчик пожара

Из терморезистора и биметаллических элементов пускателя можно создать конструкцию, аналогичную пожарной сигнализации. Для этого подойдут простые бусинковые ТР. Также датчик может работать, если нужно исключить срабатывания на дым, например, сигаретный.

Термистор как регулятор пускового тока

Есть ряд приборов, которые подвержены чрезмерным токам при первом запуске: лампы, двигатели и трансформаторы. Для их ограничения в цепь встраивается термистор. Вместо резких скачков осуществляется регулировка тока по нагрузке, по мере нагревания термистора и уменьшения сопротивления.

Алмаз и родственные материалы – особые терморезисторы

На рынке терморезисторов есть особый класс устройств – на основе монокристаллов алмаза, композитов и углеродных пленок. Они обладают сразу несколькими преимуществами:

• работоспособность при температурах до 1000 градусов;
• чрезвычайно высокая устойчивость к агрессивным воздействиям;
• высокая твердость при низкой инерционности.

У таких приборов есть особая маркировка – ТРА. Выпускают их без корпуса либо в стеклянной оболочке.

Чем можно заменить

Менять терморезистор лучше всего на аналогичный, сверяясь со справочником или технической документацией. Однако при наличии опыта и знаний об устройстве того или иного аппарата можно заменить ТР на обычный проволочный резистор. Следует проверить:

• условия срабатывания реле – по времени или напряжению;
• изменение времени выхода на рабочий режим;
• необходимость последовательного соединения сразу нескольких резисторов.

Важно понимать, какие функции выполнял ТР. В некоторых случаях замена окажется нецелесообразной либо невозможной.

Терморезисторы – необходимый элемент для функционирования современной электротехники. Это точный и эффективный датчик, позволяющий контролировать работу устройств во многих сферах. Его применяют уже более 90 лет, заменить его в ближайшее время удастся с малой вероятностью.

Видео

Термистор. Определение, принцип работы и обозначения

Термистор — это прибор, предназначенный для измерения температуры, и состоящий из полупроводникового материала, который при небольшом изменении температуры сильно изменяет свое сопротивление. Как правило, термисторы имеют отрицательные температурные коэффициенты, то есть их сопротивление падает с увеличением температуры.

Общая характеристика термистора

Слово «термистор» — это сокращение от его полного термина: термически чувствительный резистор. Этот прибор является точным и удобным в использовании сенсором любых температурных изменений. В общем случае существует два типа термисторов: с отрицательным температурным коэффициентом и с положительным. Чаще всего для измерения температуры используют именно первый тип.

Обозначение термистора в электрической цепи приведено на фото.

Материалом термисторов являются оксиды металлов, обладающие полупроводниковыми свойствами. При производстве этим приборам придают следующую форму:

1. дискообразную;
2. стержневую;
3. сферическую подобно жемчужине.

В основу работы термистора принцип сильного изменения сопротивления при небольшом изменении температуры положен. При этом при данной силе тока в цепи и постоянной температуре сохраняется постоянное напряжение.

Чтобы воспользоваться прибором, его подсоединяют в электрическую цепь, например, к мосту Уитстона, и измеряют силу тока и напряжение на приборе. По простому закону Ома R=U/I определяют сопротивление. Далее смотрят на кривую зависимости сопротивления от температуры, по которой точно можно сказать, какой температуре соответствует полученное сопротивление. При изменении температуры величина сопротивления резко изменяется, что обуславливает возможность определения температуры с высокой точностью.

Материал термисторов

Материал подавляющего большинства термисторов — это полупроводниковая керамика. Процесс ее изготовления заключается в спекании порошков нитридов и оксидов металлов при высоких температурах. В итоге получается материал, состав оксидов которого имеет общую формулу (AB)₃O₄ или (ABC)₃O₄, где A, B, C — металлические химические элементы. Чаще всего используют марганец и никель.

Если предполагается, что термистор будет работать при температурах меньших, чем 250 °С, тогда в состав керамики включают магний, кобальт и никель. Керамика такого состава показывает стабильность физических свойств в указанном температурном диапазоне.

Важной характеристикой термисторов является их удельная проводимость (обратная сопротивлению величина). Проводимость регулируется добавлением в состав полупроводниковой керамики небольших концентраций лития и натрия.

Процесс изготовления приборов

Сферические термисторы изготавливаются путем нанесения их на две проволоки из платины при высокой температуре (1100 °С). После этого проволока режется для придания необходимой формы контактам термистора. Для герметизации на сферический прибор наносится стеклянное покрытие.

В случае же дисковых термисторов, процесс изготовления контактов заключается в нанесении на них металлического сплава из платины, палладия и серебра, и его последующая припайка к покрытию термистора.

Отличие от платиновых детекторов

Помимо полупроводниковых термисторов, существует другой тип детекторов температуры, рабочим материалом которых является платина. Эти детекторы изменяют свое сопротивление при изменении температуры по линейному закону. Для термисторов же эта зависимость физических величин носит совершенно иной характер.

Преимуществами термисторов в сравнении с платиновыми аналогами являются следующие:

• Более высокая чувствительность сопротивления при изменении температуры во всем рабочем диапазоне величин.
• Высокий уровень стабильности прибора и повторяемости полученных показаний.
• Маленький размер, который позволяет быстро реагировать на температурные изменения.

Сопротивление термисторов

Эта физическая величина уменьшает свое значение при увеличении температуры, при этом важно учитывать рабочий температурный диапазон. Для температурных пределов от -55 °C до +70 °C применяют термисторы с сопротивлением 2200 — 10000 Ом. Для более высоких температур используют приборы с сопротивлением, превышающим 10 кОм.

В отличие от платиновых детекторов и термопар, термисторы не имеют определенных стандартов кривых сопротивления в зависимости от температуры, и существует широкое разнообразие выбора этих кривых. Это связано с тем, что каждый материал термистора, как датчика температуры, обладает собственным ходом кривой сопротивления.

Стабильность и точность

Эти приборы являются химически стабильными и не ухудшают свои рабочие характеристики со временем. Термисторы-датчики являются одними из самых точных приборов по измерению температуры. Точность их измерений во всем рабочем диапазоне составляет 0,1 — 0,2 °C. Следует иметь в виду, что большинство приборов работает в температурном диапазоне от 0 °C до 100 °C.

Основные параметры термисторов

Следующие физические параметры являются основными для каждого типа термисторов (приводится расшифровка наименований на английском языке):

• R₂₅ — сопротивление прибора в Омах при комнатной температуре (25 °С ). Проверить эту характеристику термистора просто с использованием мультиметра.
• Tolerance of R₂₅ — величина допуска отклонения сопротивления на приборе от его установленного значения при температуре 25 °С. Как правило, эта величина не превышает 20% от R₂₅.
• Max. Steady State Current — максимальное значение силы тока в Амперах, которое в течение продолжительного времени может протекать через прибор. Превышение этого значения грозит быстрым падением сопротивления и, как следствие, выходом термистора из строя.
• Approx. R of Max. Current — эта величина показывает значение сопротивления в Омах, которое приобретает прибор при прохождении через него тока максимальной величины. Это значение должно быть на 1-2 порядка меньше, чем сопротивление термистора при комнатной температуре.
• Dissip. Coef. — коэффициент, который показывает температурную чувствительность прибора к поглощаемой им мощности. Этот коэффициент показывает величину мощности в мВт, которую необходимо поглотить термистору, чтобы его температура увеличилась на 1 °C. Эта величина имеет важное значение, поскольку показывает, какую мощность нужно затратить, чтобы разогреть прибор до его рабочих температур.
• Thermal Time Constant. Если термистор используется в качестве ограничителя пускового тока, то важно знать, за какое время он сможет остыть после выключения питания, чтобы быть готовым к новому его включению. Так как температура термистора после его выключения спадает согласно экспоненциальному закону, то вводят понятие «Thermal Time Constant» — время, за которое температура прибора уменьшится на 63,2% от величины разности рабочей температуры прибора и температуры окружающей среды.
• Max. Load Capacitance in μF — величина емкости в микрофарадах, которую можно разряжать через данный прибор без его повреждения. Данная величина указывается для конкретного напряжения, например, 220 В.

Как проверить термистор на работоспособность

Для грубой проверки термистора на его исправность можно воспользоваться мультиметром и обычным паяльником.

Первым делом следует включить на мультиметре режим измерения сопротивления и подключить выходные контакты термистора к клеммам мультиметра. При этом полярность не имеет никакого значения. Мультиметр покажет определенное сопротивление в Омах, его следует записать.

Затем нужно включить в сеть паяльник и поднести его к одному из выходов термистора. Следует быть осторожным, чтобы не сжечь прибор. Во время этого процесса следует наблюдать за показаниями мультиметра, он должен показывать плавно спадающее сопротивление, которое быстро установится на каком-то минимальном значении. Минимальное значение зависит от типа термистора и температуры паяльника, обычно, оно в несколько раз меньше измеренной в начале величины. В этом случае можно быть уверенным в исправности термистора.

Если сопротивление на мультиметре не изменилось или, наоборот, резко упало, тогда прибор является непригодным для его использования.

Заметим, что данная проверка является грубой. Для точного тестирования прибора необходимо измерять два показателя: его температуру и соответствующее сопротивление, а потом сравнивать эти величины с теми, что заявил производитель.

Области применения

Во всех областях электроники, в которых важно следить за температурными режимами, применяются термисторы. К таким областям относятся компьютеры, высокоточное оборудование промышленных установок и приборы для передачи различных данных. Так, термистор принтера 3D используется в качестве датчика, который контролирует температуру нагревательного стола либо головки для печати.

Одним из широко распространенных применений термистора является ограничение пускового тока, например, при включении компьютера. Дело в том, что в момент включения питания пусковой конденсатор, имеющий большую емкость, разряжается, создавая огромную силу тока во всей цепи. Этот ток способен сжечь всю микросхему, поэтому в цепь включают термистор.

Этот прибор на момент включения имел комнатную температуру и огромное сопротивление. Такое сопротивление позволяет эффективно снизить скачок силы тока в момент пуска. Далее прибор нагревается из-за проходящего по нему тока и выделения тепла, и его сопротивление резко уменьшается. Калибровка термистора такова, что рабочая температура компьютерной микросхемы приводит к практическому занулению сопротивления термистора, и падения напряжения на нем не происходит. После выключения компьютера, термистор быстро остывает и восстанавливает свое сопротивление.

Таким образом, использование термистора для ограничения пускового тока является рентабельным и достаточно простым.

Примеры термисторов

В настоящее время в продаже имеется широкий ассортимент товаров, приведем характеристики и области использования некоторых из них:

• Термистор B57045-K с гаечным креплением, имеет номинальное сопротивление 1 кОм с допуском 10%. Используется в качестве датчика измерения температуры в бытовой и автомобильной электроники.
• Дисковый прибор B57153-S, обладает максимально допустимым током 1,8 А при сопротивлении 15 Ом при комнатной температуре. Используется в качестве ограничителя пускового тока.

Реферат — Термисторы и их применение

	Скачать реферат: Термисторы и их применение

Слово «термистор» понятно само по себе: ТЕРМический резИСТОР – устройство, сопротивление которого изменяется с температурой.

Термисторы являются в значительной степени нелинейными приборами и зачастую имеют параметры с большим разбросом. Именно поэтому многие, даже опытные инженеры и разработчики схем испытывают неудобства при работе с этими приборами. Однако, познакомившись поближе с этими устройствами, можно видеть, что термисторы на самом деле являются вполне простыми устройствами.

Вначале необходимо сказать, что не все устройства, изменяющие сопротивление с температурой, называются термисторами. Например, резистивные термометры, которые изготавливаются из маленьких катушек витой проволоки или из напыленных металлических плёнок. Хотя их параметры зависят от температуры, однако, они работают не так, как термисторы. Обычно термин «термистор» применяется по отношению к чувствительным к температуре полупроводниковым устройствам.

Имеется два основных класса термисторов: с отрицательным ТКС (температурным коэффициентом сопротивления) и с положительным ТКС.

Существуют два принципиально различных типа выпускаемых термисторов с положительным ТКС. Одни изготавливаются подобно термисторам с отрицательным ТКС,  другие же делаются из кремния. Термисторы с положительным ТКС будут описаны кратко, а основное внимание будет уделено боле распространенным термисторам с отрицательным ТКС. Таким образом, если отсутствуют особые указания, то речь будет идти о термисторах с отрицательным ТКС.

Термисторы с отрицательным ТКС являются высокочувствительными, нелинейными устройствами с узким диапазоном, сопротивление которых уменьшается при увеличении температуры.  На рис.1 изображена кривая, показывающая изменение сопротивления в зависимости от температуры и представляющая собой типовую температурную зависимость сопротивления. Чувствительность – приблизительно 4-5 %/оС. Имеется большой диапазон номиналов сопротивлений, и изменение сопротивления может достигать многих ом и даже килоом на градус.

Степени нелинейны. Rо может быть в омах, килоомах или мегоомах:

1-отношение сопротивлений R/Rо; 2- температура в оС 

  По существу термисторы представляют собой полупроводниковую керамику. Они изготавливаются на основе порошков окислов металлов (обычно окислов никеля и марганца), иногда с добавкой небольшого количества других окислов. Порошкообразные окислы смешиваются с водой и различными связующими веществами для получения жидкого теста, которому придаётся необходимая форма и которое обжигается при температурах свыше 1000 оС.

Приваривается проводящее металлическое покрытие (обычно серебряное), и подсоединяются выводы. Законченный термистор обычно покрывается эпоксидной смолой или стеклом или заключается в какой-нибудь другой корпус.

Рис.2

Из рис. 2 можно видеть, что имеется множество типов термисторов.

Термисторы имеют вид дисков и шайб диаметром от 2.5 до приблизительно 25.5 мм, форму стержней различных размеров.

Некоторые термисторы сначала изготавливаются в виде больших пластин, а затем режутся на квадраты. Очень маленькие бусинковые термисторы изготавливаются путем непосредственного обжигания капли теста на двух выводах из тугоплавкого титанового сплава с последующим опусканием термистора в стекло с целью получения покрытия.

Типовые параметры

Говорить «типовые параметры» — не совсем правильно, так как для термисторов существует лишь несколько типовых параметров. Для множества термисторов различных типов, размеров, форм, номиналов и допусков существует такое же большое количество технических условий. Более того, зачастую термисторы, выпускаемые различными изготовителями, не являются взаимозаменяемыми.

  Можно приобрести термисторы с сопротивлениями (при 25 oС — температуры, при которой обычно определяется сопротивление термистора) от одного ома до десяти мегоом и более. Сопротивление зависит от размера и формы термистора, однако, для каждого определённого типа номиналы сопротивления могут отличаться на 5-6 порядков, что достигается путём простого изменения оксидной смеси. При замене смеси также и изменяется и вид температурной зависимости сопротивления (R-T кривая) и меняется стабильность при высоких температурах. К счастью термисторы с высоким сопротивлением, достаточным для того, чтобы использовать их при высоких температурах, также обладают, как правило, большей стабильностью.

Недорогие термисторы обычно имеют довольно большие допуски параметров. Например, допустимые значения сопротивлений  при 25 оС изменяются в диапазоне от ± 20% до ± 5%. При более высоких  или низких температурах разброс параметров еще больше увеличивается. Для типового термистора, имеющего чувствительность 4% на градус Цельсия, соответствующие допуски измеряемой температуры меняются приблизительно от ± 5 о до ± 1,25 оС  при 25 оС. Высокоточные термисторы будут рассматриваться в данной статье ниже.

Ранее было сказано, что термисторы являются устройствами с узким диапазоном. Это необходимо пояснить: большинство термисторов работает в диапазоне от –80 оС до 150 оС, и имеются приборы (как правило, со стеклянным покрытием), которые работают при 400 оС и больших температурах. Однако для практических целей большая чувствительность термисторов ограничивает их полезный температурный диапазон. Сопротивление типового термистора может изменяться в 10000 или 20000 раз при температурах от –80 оС до +150 оС. Можно представить себе трудности при проектировании схемы, которая обеспечивала бы точность измерений на обоих концах этого диапазона (если не используется переключение диапазонов). Сопротивление термистора, номинальное при нуле градусов, не превысит значения нескольких ом при 400 оС.

В большинстве термисторов для внутреннего подсоединения выводов используется пайка. Очевидно, что такой термистор нельзя использовать для измерения температур, превышающих температуру плавления припоя. Даже без пайки, эпоксидное покрытие термисторов сохраняется лишь при температуре не более 200 оС. Для более высоких температур необходимо использовать термисторы со стеклянным покрытием, имеющие приваренные или вплавленные выводы.

Требования к стабильности также ограничивают применение термисторов при высоких температурах. Структура термисторов начинает изменяться при воздействии высоких температур, и скорость и характер изменения в значительной степени определяются оксидной смесью и способом изготовления термистора. Некоторый дрейф термисторов с эпоксидным покрытием начинается при температурах свыше 100 оС или около того. Если такой термистор непрерывно работает при 150 оС, то дрейф может измеряться несколькими градусами за год. Низкоомные термисторы (к примеру, не более 1000 Ом при 25 оС) зачастую ещё хуже – их дрейф может быть замечен при работе приблизительно при 70 оС. А при 100 оС они становятся ненадёжными.

Недорогие устройства с большими допусками изготавливаются с меньшим вниманием к деталям и могут дать даже худшие результаты. С другой стороны, некоторые правильно разработанные термисторы со  стеклянным покрытием имеют прекрасную стабильность даже при более высоких температурах. Бусинковые термисторы со стеклянным покрытием обладают очень хорошей стабильностью, так же , как и недавно появившиеся дисковые термисторы со стеклянным покрытием. Следует помнить, что дрейф зависит как от температуры, так и от времени. Так, например, обычно можно использовать термистор с эпоксидным покрытием при кратковременном нагреве до 150 оС без значительного дрейфа.

При использовании термисторов необходимо учитывать номинальное значение постоянной рассеиваемой мощности. Например, небольшой термистор с эпоксидным покрытием имеет постоянную рассеивания, равную одному милливатту на градус Цельсия в неподвижном воздухе. Другими словами один милливатт мощности в термисторе увеличивает его внутреннюю температуру на один градус Цельсия, а два милливатта  —  на два градуса и так далее. Если подать напряжение в один вольт на термистор в один килоом, имеющий постоянную рассеивания один  милливатт на градус Цельсия, то получится ошибка измерения в один градус Цельсия. Термисторы рассеивают большую мощность, если они опускаются в жидкость. Тот же вышеупомянутый небольшой термистор с эпоксидным покрытием рассеивает 8 мВт/ оС , находясь в хорошо перемешиваемом масле. Термисторы с большими размерами имеют постоянное рассеивание лучше, чем небольшие устройства. Например термистор в виде диска или шайбы может рассеивать на воздухе мощность 20 или 30 мВт/ оС следует помнить, что аналогично тому, как сопротивление термистора изменяется в зависимости от температуры, изменяется и его рассеиваемая мощность.

Уравнения для термисторов 

Точного уравнения для описания поведения термистора не существует, – имеются только приближенные. Рассмотрим два широко используемых приближенных уравнения.

Первое приближенное уравнение, экспоненциальное, вполне удовлетворительно для ограниченных температурных диапазонов, в особенности – при использовании термисторов с малой точностью.

Второе уравнение, называемое уравнением Стейнхарта-Харта, обеспечивает прекрасную точность для диапазонов до 100 оС.

Сопротивление термистора с отрицательным ТКС уменьшается приблизительно по экспоненте с увеличением температуры. В ограниченных температурных диапазонах его R-T-зависимость достаточно хорошо описывается следующим уравнением:

RT2=RT1 е b (I/T2 – I/T1),

Где Т1 и Т2 – абсолютные температуры в градусах Кельвина (оС +273) ;

RT1 и RT2 – сопротивления термистора при Т1 и Т2; b — константа, определяемая путем измерения сопротивления термистора при двух известных температурах.

Если b и RT1  известны, то это уравнение можно преобразовать и  использовать для вычисления температуры, измеряя сопротивление:

Бета является большим, положительным числом и имеет размерность в градусах Кельвина. Типовые значения изменяются от 3000 до 5000 оК.

Изготовители часто включают значения для бета в спецификации, однако, так как экспоненциальное уравнение является лишь приблизительным, значение бета зависит от двух температур, использованных при его вычислении. Некоторые изготовители используют значения 0 и 50 оС; другие – 25 и 75 оС.

 Можно использовать другие температуры: можно вычислить самостоятельно значение бета на основании таблиц зависимости сопротивления от температуры, которые предлагает изготовитель. Уравнение, как правило согласуется с измеренными значениями в пределах ± 1 оС на участке в 100 оС. Уравнение нельзя использовать с достоверностью при температурах, сильно отличающихся от тех, что были использованы для определения бета.

Перед тем, как перейти к уравнению Стейнхарта-Харта, рассмотрим два других параметра, часто используемых для описания термисторов: альфа (a) и коэффициент сопротивления. Альфа просто определяется наклоном R-T- кривой, то есть является чувствительностью при определенной температуре. Альфа обычно выражается в «процентах на градус». Типовые значения изменяются от 3 % до 5 % оС. Так же, как и бета, альфа зависит от температур, при которых она определяется. Её значение несколько уменьшатся при более высоких температурах.

Под коэффициентом сопротивления подразумевается отношение сопротивления при одной температуре к сопротивлению при другой, более высокой температуре.

Для точных термисторов обычно имеется таблица значений сопротивления (для каждого градуса) в зависимости от температуры, которая поставляется изготовителем вместе с другой информацией. Однако иногда удобно иметь точное уравнение при выполнении конструкторских расчетов или (особенно) при использовании ЭВМ для пересчета сопротивления термистора в температуру. Кроме как для очень узких диапазонов температур, экспоненциальное уравнение с одним параметром не удовлетворительно – необходимо большее число параметров.

Наилучшим приближенным выражением, широко используемым в настоящее время, является уравнение Стейнхарта-Харта:

Где Т- абсолютная температура (в градусах Кельвина), R – сопротивление термистора; а, b и с –экспериментально полученные константы.

Преобразование уравнения с целью выражения сопротивления в виде функции температуры приводит к довольно громоздкому на вид выражению. Однако, с ним легко обращаться при использовании ЭВМ или программируемого калькулятора:

Где и  .

Необходимо отметить, что данные значения для альфа и бета не относятся к параметрам альфа и бета, используемым в экспоненнциальном уравнении с одним параметром.

Хотя уравнение Стейнхарта-Харта – более сложное, оно, как правило, согласуется с реальными значениями в пределах нескольких тысячных градуса в диапазонах до 1000 оС. Конечно, оно может быть настолько хорошим, если только экспериментальные значения параметров термистора также точны. Температуры с точностью до тысячных градуса можно получить только в первоклассных лабораториях. Скорее пользователь согласится пользоваться паспортными таблицами, чем захочет провести собственные измерения.

Для определения a, b и с необходимо знать точное сопротивление термистора при трёх температурах и подставить каждый набор данных  (R и Т) в уравнение Стейнхарта-Харта для определения трех неизвестных. Затем необходимо использовать математические средства для одновременного решения трёх уравнений и получения значений трёх констант. При использовании паспортных таблиц нужно выбирать значения R в зависимости от Т на краях и в середине температурного диапазона, который будет использоваться. Изготовители обычно не указывают паспортные значения для этих констант, так как эти значения изменяются в зависимости от используемого температурного диапазона.

Прецизионные термисторы

Параметры обычных термисторов указываются только с отклонениями от +-5% до +-20 % при 25 оС, а при других температурах допуски увеличиваются. Однако при соответствующем контроле над технологией и измерениях можно получить значительно более высокую точность. Имеется три типа точных термисторов: прецизионные взаимозаменяемые дисковые термисторы, прецизионные бусинковые термисторы и согласованные бусинковые пары. Точные термисторы обеспечивают электронную калибровку измерительных инструментов, не требуя точных нагревательных приборов. Взаимозаменяемые термисторы также позволяют заменить термистор без повторной калибровки электронных схем.

Прецизионные взаимозаменяемые дисковые термисторы изготавливаются при тщательном контроле и изменении R-T – параметров и стабильности оксидной смеси. Смеси, которые не удовлетворяют строгим требованиям, не используются. Термисторы смешиваются, формируются и обжигаются при помощи обычных технологий. Затем каждый термистор опускается в жидкостную ванну при тщательно контролируемой температуре для доводки сопротивления до номинального значения. Перед отправкой параметры каждого термистора измеряются при двух или трёх температурах, и, если они не соответствуют паспортным, термистор бракуется.

Можно приобрести готовые, стандартизованные термисторы с допусками ±0,2 оС или ±0,1 оС в диапазоне 0 -70 оС и меньшей точностью при –80 оС и +150 оС. Имеются специальные высокостабильные дисковые термисторы со стеклянным покрытием, имеющие допуски не свыше 0,05 оС. Данные высокоточные, взаимозаменяемые термисторы выпускаются только в виде дисков или квадратов небольшого размера, покрытых эпоксидной смолой или (для более высокой стабильности) стеклом. Несколько изготовителей предлагают некоторые или все из перечисленных ниже номиналов (при 25 оС): 100, 300, и 500 Ом; 1.0, 2.252, 3.0, 5.0, 10.0, 30.0, 50.0 ,100.0 и 300.0 килоом и 1 мегаом. Термисторы с номиналами 2,252; 3,0; и 5,0 килоом взаимозаменяемы для различных изготовителей; другие термисторы, как правило, — нет. Имеется большое количество температурных датчиков, в которых используется термистор с номиналом 2.252 Ком.

Бусинковые термисторы могут быть очень точными и стабильными, однако их малый размер и способы изготовления делают невозможной доводку до точного значения. Если пользователю необходимо выполнять точные измерения при помощи бусинковых термисторов (которые имеют наиболее малые размеры и наилучшие возможности работы при высоких температурах), он может попросить изготовителя провести изменения и напечатать значения R-T  — кривой для каждого термистора. Или же можно указать термисторы, выбранные из ряда номиналов и имеющие определенный допуск при некоторой температуре.

Другим способом, при помощи которого изготовители обеспечивают точность и взаимозаменяемость, является постоянное измерение параметров каждого термистора и последующее соединение выбранных согласованных пар параллельно или последовательно с целью обеспечения кривой определённой формы.

Температурные характеристики

Термисторы – это резисторы, и они подчиняются закону Ома (E=IxR) – если не изменяется их температура. Следует помнить, что достаточно лишь нескольких милливатт мощности для того. Чтобы увеличить температуру термистора на один градус и более, и что сопротивление уменьшается приблизительно на 4% на градус Цельсия. Если к термистору подключить источник тока и медленно увеличивать ток, то будет видно, что напряжение увеличивается все более и более медленно, так как сопротивление термистора уменьшается. Очевидно, что напряжение совсем перестанет увеличиваться и затем практически начнет уменьшаться при дальнейшем увеличении тока. На графике на рис. 4 представлены типовые вольт-амперные кривые. При малом токе и малой мощности кривая соответствует линии постоянного сопротивления, свидетельствуя о том, что термистор нагревается слабо. При увеличении мощности видно, что сопротивление термистора начинает падать. В области большой мощности термистор в некотором смысле, работает, как отрицательное сопротивление, то есть напряжение на нем уменьшается при увеличении тока.

Использование термисторов

Термисторы находят применение во многих областях. Практически ни одна сложная печатная плата не обходится без термисторов. Они используются в температурных датчиках, термометрах, практически в любой, связанной с температурными режимами, электронике.

 В противопожарной технике существуют стандартные температурные датчики. Подобный датчик содержит два термистора с отрицательным температурным коэффициентом, которые установлены на печатной плате в белом поликарбонатном корпусе. Один выведен наружу — открытый термистор, он быстро реагирует на изменение температуры воздуха. Другой термистор находится в корпусе и реагирует на изменение температуры медленнее.

При стабильных условиях оба термистора находятся в термическом равновесии с температурой воздуха и имеют некоторое сопротивление. Если температура воздуха быстро повышается, то сопротивление открытого термистора становится меньше, чем сопротивление закрытого термистора.

Отношение сопротивлений термисторов контролирует электронная схема, и если это отношение превышает пороговый уровень, установленный на заводе, она выдает сигнал тревоги. В дальнейшем такой принцип действия будет называться “реакцией на скорость повышения температуры”. Если температура воздуха повышается медленно, то различие сопротивлений термисторов незначительно. Однако, эта разница становится выше, если соединить последовательно с закрытым термистором резистор с высокой температурной стабильностью. Когда отношение суммы сопротивлений закрытого термистора и  стабильного резистора и сопротивления открытого термистора превышает порог, возникает режим тревоги. Датчик формирует режим «Тревога» при достижении внешней температуры 60°С вне зависимости от скорости нарастания температуры.

Таким образом, термисторы повсеместно используются во многих приборах, окружающих нас.

Список литературы

1. Шашков А.Г., Терморезисторы и их применение. М.1967.
2. Термоэлектрические измерительные преобразователи. Лекция по курсу «Электрические измерения механических величин». Ростов – на – Дону.1977
3. Сэми К. Измерительные термопары и терморезисторы. Перевод из журнала Отомэсён 1988. Т.33. №5.

© Реферат плюс

Термистор

Терморезисторы

Обозначение на схеме, разновидности, применение

В электронике всегда приходится что-то измерять или оценивать. Например, температуру. С этой задачей успешно справляются терморезисторы – электронные компоненты на основе полупроводников, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры. То есть, выполняет своего рода защитную функцию для устройства от перенапряжения (в смысле, ограничить силу тока, поступающего в конечный пункт)

В зависимости от сферы применения и типа терморезистора обозначение его на схеме может быть с небольшими отличиями. Но всегда его можно определить по характерной надписи t или t⁰.

Основная характеристика терморезистора — это его ТКС. ТКС — это температурный коэффициент сопротивления. Он показывает, на какую величину изменяется сопротивление терморезистора при изменении температуры на 1⁰С (1 градус Цельсия) или 1 градус по Кельвину.

Если нагреть термистор, то можно убедиться в том, что с ростом температуры его сопротивление падает.

Терморезисторы есть практически везде. Вот например плата от зарядного устройства ИКАР-506 и попробуем найти их.

Вот первый терморезистор. Запаян на небольшую плату и установлен на алюминиевый радиатор – контролирует температуру ключевых транзисторов.

Второй. Это так называемый NTC-термистор (JNR10S080L). О таких я ещё расскажу. Служит он для ограничения пускового тока.

Почему то если заходит речь о терморезисторах, то обычно думают, что они служат для измерения и контроля температуры. Оказывается, они нашли применение и как устройства защиты.

Прямой и косвенный нагрев.

По способу нагрева терморезисторы делят на две группы:

• Прямой нагрев. Это когда терморезистор нагревается внешним окружающим воздухом или током, который протекает непосредственно через сам терморезистор. Терморезисторы с прямым нагревом, как правило, используются либо для измерения температуры, либо температурной компенсации. Такие терморезисторы можно встретить в термометрах, термостатах, зарядных устройствах (например, для Li-ion батарей шуруповёртов).

• Косвенный нагрев. Это когда терморезистор нагревается рядом расположенным нагревательным элементом. При этом он сам и нагревательный элемент электрически не связаны друг с другом. В таком случае, сопротивление терморезистора определяется функцией тока, протекающего через нагревательный элемент, а не через терморезистор. Терморезисторы с косвенным нагревом являются комбинированными приборами.

NTC-термисторы и позисторы.

По зависимости изменения сопротивления от температуры терморезисторы делят на два типа:

Давайте разберёмся, какая между ними разница.

NTC-термисторы.

Своё название NTC-термисторы получили от сокращения NTC – Negative Temperature Coefficient, или «Отрицательный Коэффициент Сопротивления». Особенность данных термисторов в том, что при нагреве их сопротивление уменьшается.

Схема где термистор применяется для ограничения пускового тока.

Данный NTC-термистор устанавливается последовательно, на входе сетевого напряжения 220V.

Так как он включен последовательно с нагрузкой, то весь потребляемый ток протекает через него. NTC-термистор ограничивает пусковой ток, который возникает из-за заряда электролитических конденсаторов (на схеме С1). Бросок зарядного тока может привести к пробою диодов в выпрямителе (диодный мост на VD1 — VD4).

При каждом включении блока питания конденсатор начинает заряжаться, а через NTC-термистор начинает протекать ток. Сопротивление NTC-термистора при этом велико, так как он ещё не успел нагреться. Протекая через NTC-термистор, ток разогревает его. После этого сопротивление термистора уменьшается, и он практически не препятствует протеканию тока, потребляемого прибором. Таким образом, за счёт NTC-термистора удаётся обеспечить «плавный запуск» электроприбора и уберечь от пробоя диоды выпрямителя.

Понятно, что пока импульсный блок питания включен, NTC-термистор находится в «подогретом» состоянии.

Если в схеме происходит выход из строя каких-либо элементов, то, обычно резко возрастает и потребляемый ток. При этом нередки случаи, когда NTC-термистор служит своего рода дополнительным предохранителем и также выходят из строя из-за превышения максимального рабочего тока.

Выход из строя ключевых транзисторов в блоке питания зарядного устройства может привести к превышению максимального рабочего тока этого термистора (max 4A) и он сгореть.

Позисторы. PTC-термисторы.

Термисторы, сопротивление которых при нагреве растёт, называют позисторами. Они же PTC-термисторы (PTC — Positive Temperature Coefficient, «Положительный Коэффициент Сопротивления»).

Позисторы легко обнаружить на плате любого цветного CRT-телевизора (с кинескопом). Там он установлен в цепи размагничивания. В природе встречаются как двухвыводные позисторы, так и трёхвыводные.

На фото представитель двухвыводного позистора, который применяется в цепи размагничивания кинескопа.

Внутри корпуса между выводами-пружинами установлено рабочее тело позистора. По сути это и есть сам позистор. Внешне выглядит как таблетка с напылением контактного слоя по бокам.

Позисторы используются для размагничивания кинескопа, а точнее его маски. Из-за магнитного поля Земли или влияния внешних магнитов маска намагничивается, и цветное изображение на экране кинескопа искажается, появляются пятна.

Наверное, каждый помнит характерный звук, когда включается телевизор — это и есть тот момент, когда работает петля размагничивания.

Отличие их от двухвыводных заключается в том, что они состоят из двух позисторов-«таблеток», которые установлены в одном корпусе. Кроме того, что одна таблетка чуть меньше другой, так ещё и сопротивление их в холодном состоянии (при комнатной температуре) разное. У одной таблетки сопротивление около 1,3 ~ 3,6 кОм, а у другой всего лишь 18 ~ 24 Ом.

Трёхвыводные позисторы также применяются в цепи размагничивания кинескопа, как и двухвыводные, но только схема их включения немного иная. Если вдруг позистор выходит из строя, а такое бывает довольно часто, то на экране телевизора появляются пятна с неестественным отображением цвета.

Намагниченность кинескопа может появиться, если телевизор долго не отключали от электросети, т.е. аппарат долгое время работал или находился в дежурном режиме. В результате под действием магнитного поля Земли внутри кинескопа намагнитилась специальная пластина, её называют теневой маской.

Каждый раз при включении телевизора через катушку начинает течь довольно существенный ток, амплитудой около 10 ампер и частотой электросети (50 Гц). Этот ток в катушке порождает электромагнитное поле. Оно и размагничивает маску кинескопа. Чтобы электромагнитное поле плавно и быстро затухало, последовательно с катушкой устанавливается позистор (PTC). Напомню, что при комнатной температуре, в так называемом, «холодном» состоянии его сопротивление мало и равно всего 18 ~ 24 Омам.

Под действием большого броска тока он моментально разогревается и его сопротивление резко возрастает. В результате ток в катушке («петле») уменьшается, а, следовательно, и электромагнитное поле, которое требовалось для размагничивания кинескопа. На этом всё, кинескоп размагничен.

Далее, пока телевизор работает или просто «отдыхает» в дежурном режиме, позистор в цепи размагничивания находится в «подогретом» состоянии и ограничивает до минимума ток в катушке размагничивания L1. Так продолжается до тех пор, пока телевизор не отключат от сети 220V и позистор не остынет. При следующем включении телевизора он вновь сработает совместно с петлёй размагничивания.

Что такое термистор? И как они используются?

Что такое термистор? И как они используются?

Что такое термистор? Слово Термистор происходит от слов ТЕРМОЧувствительный резистор.

Термистор — это термочувствительный керамический полупроводник, сопротивление которого изменяется при изменении температуры.

Как работает термистор?

Существует два типа термисторов: термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (отрицательный температурный коэффициент) и термисторы с положительным температурным коэффициентом.

Термисторы

NTC (отрицательный температурный коэффициент) обладают множеством преимуществ в области измерения температуры, включая чувствительное измерение изменения температуры (изменение сопротивления от -3% до -6% при повышении температуры на 1 ° C). , что делает его очень точным средством измерения температуры.

Термистор PTC — это термочувствительный резистор, сопротивление которого значительно увеличивается с температурой. Термисторы PTC обычно используются в защите двигателей в качестве устройств ограничения тока.

Общие приложения термистора

Ответив на вопрос « Что такое термистор ?» Теперь мы можем дать базовый общий обзор того, как они используются: —

Термисторы используются как датчики температуры. Их можно найти в бытовых приборах, таких как пожарная сигнализация, духовки и холодильники. Они также используются в цифровых термометрах и во многих автомобильных приложениях для измерения температуры.

Еще несколько коммерческих применений термисторов включают приложения в промышленной электронике, медицинской электронике, обработке пищевых продуктов, аэрокосмической промышленности, связи и приборостроении.

Какие типы термисторов может предложить Variohm?

У нас есть ряд термисторов, которые были разработаны и одобрены для различных промышленных применений. Ознакомьтесь с нашим ассортиментом термисторов , пригодных для использования в космосе, и нашим ассортиментом термисторов NTC . Мы также предлагаем множество различных типов датчиков температуры , ознакомьтесь со всеми здесь .

Что такое термистор и как он работает? Для чего они нужны?

Термин термистор происходит от терминов «термический» и «резистор».Термистор — это тип резистора, сопротивление которого зависит от температуры; это термометр сопротивления. Они сделаны из оксида металла, который формуют в виде бусинки, диска или цилиндра, а затем покрывают эпоксидной смолой или стеклом.

Термисторы плохо работают при экстремальных температурах, но они идеально подходят для измерения температуры в определенной точке; они точны, когда используются в ограниченном температурном диапазоне, то есть в пределах 50 ° C от заданной температуры; этот диапазон зависит от сопротивления базы.

Термисторы просты в использовании, относительно дешевы и долговечны. Они обычно используются в цифровых термометрах, в транспортных средствах для измерения температуры масла и охлаждающей жидкости, а также в бытовых приборах, таких как духовки и холодильники, и предпочтительны для приложений, где для безопасной работы требуются схемы защиты от нагрева или охлаждения.

Термистор встроен для более сложных приложений, таких как детекторы лазерной стабилизации, оптические блоки и устройства с зарядовой связью. Например, термистор 10 кОм является стандартным, встраиваемым в лазерные блоки.

Как работает термистор?

Существует два типа термисторов. Наиболее часто используется термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Сопротивление NTC уменьшается с повышением температуры, и наоборот. При использовании термистора с положительным температурным коэффициентом (PTC) сопротивление увеличивается с увеличением температуры и наоборот; обычно используется как предохранитель.

Тип материала, используемого в термисторе, будет определять степень изменения сопротивления, которое изменяется в зависимости от температуры.Термисторы нелинейны, то есть связь между сопротивлением и температурой не будет прямой линией, она будет образовывать кривую на графике; где находится линия и насколько она меняется, зависит от того, как сделан термистор.

Как изменение сопротивления преобразуется в измеряемые данные?

Изменение сопротивления необходимо преобразовать в температуру, чтобы получить измеряемые данные.

Термисторы по сравнению с другими датчиками

К другим типам используемых датчиков температуры относятся резистивные датчики температуры (RTD) и интегральные схемы.У каждого типа датчика есть свои плюсы и минусы, и приложение определит лучший инструмент для использования.

1. Термистор

Преимущества:

* кВт изображение

• Долговечный
• Чувствительный
• Маленький
• Относительно доступный
• Лучше всего подходит для измерения температуры в одной точке

Недостатки:

• Изогнутый выход
• Ограниченный диапазон температур

2.Температурные датчики сопротивления

Преимущества:

• Чрезвычайно точные
• Линейный выход
• Широкий диапазон температур

Недостатки:

Типы термисторов:

От чипа до стержневой формы, существует множество формы, доступные для поверхностного монтажа или встраивания.

Форма определяется типом контролируемого материала, т. Е. Твердым, жидким или газообразным. Они могут быть заключены в смолу / стекло, обожжены на феноле или окрашены в зависимости от области применения.Например, микросхемы термисторов устанавливаются на печатные платы, тогда как термистор с шариковыми выводами может быть встроен в устройство. Независимо от области применения, максимальный контакт поверхности с контролируемым устройством и использование теплопроводящей (не электропроводящей) пасты или эпоксидного клея для соединения являются идеальным решением.

Как термистор работает в управляемой системе?

Контроллер температуры контролирует температуру термистора, который затем дает команду нагревателю или охладителю, когда нужно включить или выключить, чтобы поддерживать температуру датчика (термистора), а также целевого устройства.Они широко используются в таких приложениях, как кондиционирование воздуха, холодильники / морозильники с витринами и многое другое.

Через датчик проходит небольшой ток (ток смещения), который посылается контроллером температуры. Контроллер не может считывать сопротивление, поэтому его необходимо преобразовать в изменения напряжения, используя источник тока для подачи тока смещения через термистор для создания управляющего напряжения.

Чтобы гарантировать точность, термистор следует размещать рядом с устройством, которое требует контроля температуры, встроенным или присоединенным.Если термистор расположен слишком далеко от устройства, время тепловой задержки резко снизит точность измерения температуры, а размещение термистора слишком далеко от термоэлектрического охладителя (нагревает и охлаждает целевое устройство) снижает стабильность. Чем ближе термистор к устройству, тем быстрее он будет реагировать на изменения температуры и тем точнее будет, что очень важно, когда требуются точные температуры.

После определения размещения термистора необходимо определить сопротивление базового термистора, ток смещения и заданную (желаемую) температуру нагрузки на контроллере температуры.

Как определить, какое сопротивление и ток смещения использовать?

Термисторы классифицируются по величине сопротивления, измеренной при комнатной температуре, например, 25 ° C; производитель определяет определенные технические характеристики для оптимального использования.

Температуры и диапазон:
Термисторы лучше всего работают при измерении одной температуры в диапазоне от -55 ° C до + 114 ° C, т.е. при измерении в пределах 50 ° C от окружающей среды; очень высокие или низкие температуры регистрируются неправильно.Лучше всего использовать термистор, когда заданная температура находится в середине диапазона.

В зависимости от тока смещения от контроллера каждый термистор имеет идеальный диапазон, т.е. диапазон температур, в котором точно регистрируются небольшие изменения температуры. Чувствительность термистора зависит от температуры. Например, некоторые термисторы более чувствительны при более низких температурах, чем при более высоких температурах.

Пределы напряжения на входе термистора контроллера температуры:

Изготовитель указывает пределы напряжения обратной связи термистора с регулятором температуры.Лучше всего выбрать комбинацию термистора и тока смещения, которая обеспечивает напряжение в пределах диапазона, разрешенного регулятором температуры, а в идеале — в середине диапазона.

Вход обратной связи регулятора температуры должен быть под напряжением, которое исходит от сопротивления термистора; обычно ее нужно изменить на температуру. Самый точный способ преобразовать сопротивление термистора в температуру — использовать уравнение Стейнхарта-Харта.

Что такое уравнение Стейнхарта-Харта и как оно используется?

Уравнение Стейнхарта-Харта — это простой метод более простого и точного моделирования температур термисторов.Это был ручной расчет, который был разработан до компьютеров, но теперь может быть рассчитан автоматически с помощью компьютерного программного обеспечения.

Уравнение вычисляет фактическое сопротивление термистора как функцию температуры с максимальной точностью; чем уже диапазон температур, тем точнее будет расчет сопротивления.

Вкратце:

Термисторы изменяют сопротивление при изменении температуры; это резисторы, зависящие от температуры.Они идеально подходят для сценариев, в которых необходимо поддерживать одну определенную температуру, они чувствительны к небольшим изменениям температуры. Они могут измерять жидкость, газ или твердые вещества, в зависимости от типа термистора.

Это лучший способ измерить и контролировать температуру термоэлектрического охладителя, как часть системы контроля температуры, благодаря их способности регулировать с небольшими приращениями. Чем ближе термистор к устройству, за которым нужно следить, тем лучше будет результат; они могут быть встроены в устройство или монтироваться на поверхность.

Обратите внимание, что термисторы бывают самых разных типов. Если вам нужен термистор производства Pyrosales — предоставьте как можно больше информации, включая стоимость лампы. Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации или позвоните нам по телефону 1300 737 976 .

Термисторная технология, типы и применение »Электроника

Термистор — это простое устройство, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. Это можно использовать для многих целей.

---

Resistor Tutorial:

Resistors Overview Углеродный состав Карбоновая пленка Металлооксидная пленка Металлическая пленка Проволочная обмотка SMD резистор MELF резистор Переменные резисторы Светозависимый резистор Термистор Варистор Цветовые коды резисторов Маркировка и коды SMD резисторов Характеристики резистора Где и как купить резисторы Стандартные номиналы резисторов и серия E

---

Название термистор является сокращением слов термический резистор.По сути, это термочувствительный резистор, дающий изменение сопротивления при изменении температуры.

Термисторы

можно использовать по-разному, позволяя температуре среды, окружающей устройство, или самому устройству изменять его сопротивление. Затем это может быть обнаружено оборудованием и использовано для всего, от широкого измерения температуры до предохранителей от перегрузки и многих других идей.

Термисторы

используются во многих схемах и оборудовании, обеспечивая простой и экономичный, но эффективный метод измерения температуры.

Обозначение цепи термистора

Термистор распознается в цепях по собственному символу цепи. В условном обозначении термисторной цепи в качестве основы используется стандартный прямоугольник резистора, через который проходит диагональная линия с небольшим вертикальным сечением.

Обозначение цепи термистора

Обозначение схемы, показанное выше, является наиболее широко используемым. Можно увидеть и другие типы, но, как правило, они следуют аналогичному подходу — обычно используют старый символ резистора в виде зигзагообразной линии в качестве основы с той же линией, проходящей через него, что используется с более традиционным прямоугольным резистором.

Типы термисторов

Термисторы можно разделить на разные типы термисторов несколькими способами. Первый зависит от того, как они реагируют на тепло. Некоторые из них увеличивают свое сопротивление с повышением температуры, в то время как другие демонстрируют падение сопротивления.

Чтобы расширить эту идею, можно использовать очень упрощенное уравнение для кривой термистора:

Где
ΔR = изменение сопротивления.
ΔT = изменение температуры.
k = температурный коэффициент сопротивления первого порядка.

В большинстве случаев зависимость между температурой и сопротивлением нелинейна, но при небольших изменениях можно предположить линейную зависимость.

Для некоторых термисторов значение k положительно, а для других — отрицательно, и, соответственно, термисторы можно классифицировать в соответствии с этим аспектом их характеристик.

• Отрицательный температурный коэффициент (термистор NTC) Этот тип термистора имеет свойство, при котором сопротивление уменьшается с увеличением температуры, т.е.е. k отрицательно. Термин термистор NTC широко используется в технических описаниях и данных о компонентах.
  
• Положительный температурный коэффициент (термистор PTC) Этот тип имеет свойство, при котором сопротивление увеличивается с повышением температуры, то есть значение k является положительным.
  

Помимо характера изменения сопротивления, термисторы также можно классифицировать по типу используемого материала.Обычно используют один из двух материалов:

• Металлические соединения, включая оксиды и т. Д.
• Монокристаллические полупроводники

Как впервые были разработаны термисторы

Еще в девятнадцатом веке люди смогли продемонстрировать изменение резистора в зависимости от температуры. Они использовались по-разному, но многие из них имеют сравнительно небольшие отклонения даже в большом диапазоне температур.Термисторы обычно подразумевают использование полупроводников, которые обеспечивают гораздо большее изменение сопротивления при заданном изменении температуры.

Из двух типов материалов, используемых для термисторов, металлические соединения были открыты первыми. Отрицательный температурный коэффициент наблюдал Фарадей в 1833 году, когда он измерял изменение сопротивления сульфида серебра в зависимости от температуры. Однако только в 1940-х годах оксиды металлов стали коммерчески доступными.

В рамках работ, которые были предприняты в области полупроводниковых материалов после Второй мировой войны, были изучены термисторы из кристаллического германия, а позднее — кремниевые термисторы.

Хотя существует два типа термисторов, оксиды металлов и разновидности полупроводников, они охватывают разные диапазоны температур и, таким образом, не конкурируют друг с другом.

Конструкция и состав термистора

Термисторы

бывают разных форм и размеров, и они изготавливаются из различных материалов в зависимости от их предполагаемого применения и температурного диапазона, в котором они должны работать. По своей физической форме они могут представлять собой плоские диски для приложений, где им необходимо соприкасаться с плоской поверхностью.Однако они также могут быть выполнены в форме шариков или даже стержней для использования в датчиках температуры. Фактически, фактическая форма термистора очень зависит от требований к применению.

Металлооксидные термисторы обычно используются для температур в диапазоне 200-700 К. Эти термисторы изготавливаются из мелкодисперсного порошка материала, который сжимается и спекается при высокой температуре. Наиболее распространенными материалами, используемыми для этих термисторов, являются оксид марганца, оксид никеля, оксид кобальта, оксид меди и оксид железа.

Полупроводниковые термисторы используются для гораздо более низких температур. Германиевые термисторы более широко используются, чем их кремниевые аналоги, и используются при температурах ниже 100 К, то есть в пределах 100 градусов от абсолютного нуля. Кремниевые термисторы можно использовать при температурах до 250 ° К. Выше этой температуры устанавливается положительный температурный коэффициент. Сам термистор сделан из монокристалла, который был легирован до уровня 10 ¹⁶ — 10 ¹⁷ на кубический сантиметр.

Применения термистора

Существует множество различных применений термисторов — они используются во многих приложениях. Они предоставляют очень дешевые, но эффективные элементы в схемах и поэтому очень привлекательны в использовании. Фактические применения зависят от того, имеет ли термистор положительный или отрицательный температурный коэффициент.

• Области применения термисторов с отрицательным температурным коэффициентом:
  
  • Термометры для очень низких температур: Они используются в качестве термометров сопротивления при измерениях очень низких температур.
  • Цифровые термостаты: Эти термисторы также широко используются в современных цифровых термостатах.
  • Мониторы батарейного блока: Термисторы NTC также используются для контроля температуры батарейных блоков во время зарядки. Поскольку современные аккумуляторы, такие как литий-ионные, очень чувствительны к перезарядке, температура очень хорошо показывает состояние зарядки и время завершения цикла зарядки.
  • Устройства защиты от бросков тока: Термисторы NTC могут использоваться в качестве устройств ограничения пускового тока в цепях питания. Первоначально они имеют более высокое сопротивление, что предотвращает протекание больших токов при включении, а затем нагреваются и становятся намного более низкими, что позволяет протекать большему току во время нормальной работы. Эти термисторы обычно намного больше, чем термисторы измерительного типа, и специально предназначены для этого применения.
  
  
• Применения термисторов с положительным температурным коэффициентом:
  
  • Устройства ограничения тока: Термисторы PTC могут использоваться в качестве устройств ограничения тока в электронных схемах, где они могут использоваться как альтернатива предохранителям.Ток, протекающий через устройство при нормальных условиях, вызывает небольшой нагрев, который не вызывает каких-либо нежелательных эффектов. Однако, если ток большой, он вызывает больше тепла, которое устройство не сможет отдать в окружающую среду, и сопротивление возрастет. В свою очередь, это приводит к большему тепловыделению в результате эффекта положительной обратной связи. По мере увеличения сопротивления ток падает, тем самым защищая устройство.
  
  

Термисторы могут использоваться в самых разных областях.Они обеспечивают простой, надежный и недорогой метод измерения температуры. Как таковые, их можно найти в самых разных устройствах, от пожарных сигнализаций до термостатов. Хотя их можно использовать отдельно, их также можно использовать как часть моста Уитстона для обеспечения более высокой степени точности.

Другое применение термистора — устройства компенсации температуры. Большинство резисторов имеют положительный температурный коэффициент, их сопротивление увеличивается с повышением температуры. В приложениях, где требуется стабильность, в схему можно включить термистор с отрицательным температурным коэффициентом, чтобы противодействовать влиянию компонентов с положительным температурным коэффициентом.

Технические характеристики термистора

Хотя термисторы имеют базовые характеристики сопротивления, другие параметры, такие как температурный коэффициент, очень важны.

Параметры, указанные в технических паспортах, включают базовое сопротивление, допуск на основное сопротивление, допуск на коэффициент теплового рассеяния, максимальную рассеиваемую мощность и диапазон рабочих температур.

Термисторы — это очень полезная форма резистора, которая может использоваться для определения температуры.Обычно может использоваться для регулирования температуры, в схемах защиты и многими другими способами. Их можно использовать в пожарных извещателях, поскольку они очень быстро реагируют на нагрев и представляют собой надежный компонент для этого типа приложений и многих других.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Термисторы — обзор | Темы ScienceDirect

2 АНЕМОМЕТРИЯ ТЕРМИСТОРА

Термисторы могут обеспечивать измерения скорости в ответ на изменения теплопередачи, которая для данной геометрии в основном зависит от скорости и температуры воздуха. Преимущества термисторов перед другими термоанемометрами, такими как термоанемометры, включают точность при низких скоростях, надежность и стабильность. Небольшой размер и низкая стоимость термисторов означают, что, несмотря на то, что они являются устройством вмешательства, их можно использовать в большом количестве по всей плоскости радиатора.Высокое разрешение устройства, которое можно получить с помощью термисторной анемометрии, рассматривается как главное преимущество этого метода.

Термисторы — это полупроводники, которые демонстрируют значительные и точные изменения электрического сопротивления в ответ на изменения температуры их тела. Термисторы, которые использовались во время этого исследования, представляли собой термисторы с герметизированными стеклянными шариками с отрицательным температурным коэффициентом (NTC).

Расмуссен [3] показал, что термисторы NTC демонстрируют следующую взаимосвязь между температурой и сопротивлением ( R _T ):

RT = R0eβ1T − 1T0

Где R ₀ — эталонное сопротивление термистора. при эталонной температуре T ₀ , и β — постоянная материала.Температурный коэффициент сопротивления α равен:

[3] α = 1RdRdT = −βT2

Если мощность подается на термистор посредством приложения электрического тока I , рассеиваемая мощность составляет P, и температура окружающей жидкости составляет T _e , , тогда уравнение теплопередачи принимает следующий вид:

[3] cdTdt = P − κT − Te

Где c — теплоемкость, которая является свойством материала и конструкции термистора, а κ — коэффициент рассеяния.

Коэффициент рассеяния можно интерпретировать как мощность, необходимую для повышения температуры термистора на один градус выше температуры окружающей жидкости. Температура термистора и, следовательно, его сопротивление будут реагировать на изменение коэффициента рассеяния. Именно эта характеристика делает термисторы подходящими для таких применений, как анемометрия. Если термистор используется в однонаправленном ламинарном потоке с постоянными другими свойствами жидкости, коэффициент рассеяния можно рассматривать только как функцию скорости жидкости.Следуя Расмуссену [3]:

T = Te + Pκ (U)

Если эталонное сопротивление термистора ( R _e ) измеряется при температуре жидкости, температуру корпуса термистора можно выразить следующим образом:

T = αeTe2αeTe −lnRRe

Приравнивание двух приведенных выше уравнений дает:

κ (U) = PTeαeTelnRRe − 1

Это уравнение обеспечивает метод расчета значения коэффициента рассеяния в терминах просто определяемых значений. К сожалению, трудно найти аналитические решения для взаимосвязи между скоростью жидкости и коэффициентом рассеяния, поскольку форма, соотношение материалов и, следовательно, тепловые характеристики значительно различаются между отдельными термисторами.Измерение постоянной рассеяния или зависимости между сопротивлением термистора и скоростью потока лучше всего достигается эмпирическим путем с помощью калибровки.

Где используются термисторы? — Электронное руководство

A Термистор — это электронный компонент, который позволяет нам контролировать температуру.

Эта способность контролировать температуру позволяет использовать термистор во многих приложениях, где требуется измерение температуры.

Итак, где на самом деле используются термисторы?

Термистор можно найти в системах обеспечения безопасности, таких как пожарная сигнализация, в кухонных приборах, таких как микроволновые печи, холодильники и тостеры, в автомобильной промышленности, в системах обеспечения комфорта, таких как кондиционеры и многое другое.

Однако, кроме измерения температуры, они используются для регулирования напряжения, регулировки громкости и защиты цепей.

Я расскажу о других приложениях, в которых используется термистор, позже в этой статье.

Это универсальный, дешевый и надежный вариант по сравнению со многими другими доступными альтернативами.

Хотя термисторы можно использовать по-разному, их основное назначение — служить датчиком температуры.

Что такое термистор?

Термистор — это, по сути, резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от изменения температуры окружающей среды.

При малых приращениях зависимость между термистором и температурой можно считать линейной, но в большинстве случаев зависимость нелинейная.

Слово Термистор представляет собой комбинацию двух слов; Тепловой резистор и .

Существует два основных типа термисторов; Отрицательный температурный коэффициент (NTC) и положительный температурный коэффициент (PTC).

Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

Отношение сопротивления термистора NTC к температуре обратно пропорционально.

Это означает, что при повышении температуры сопротивление уменьшается.

Термистор с положительным температурным коэффициентом (NTC)

Термисторы с положительным температурным коэффициентом, напротив, имеют пропорциональное соотношение.

Это означает, что при повышении температуры увеличивается сопротивление.

Используемые материалы

Другой фактор, который отличает типы термисторов, — это используемый материал.

Два наиболее часто используемых материала — это металлические соединения, которые включают оксиды (в основном это термисторы NTC) и монокристаллические полупроводники.

Оба эти типа материалов подходят для разных температурных диапазонов.

Краткая история

Самый ранний известный термистор был обнаружен Майклом Фарадеем в 1833 году.

Материал, который он использовал, представлял собой металлическое соединение с отрицательным температурным коэффициентом.

Материалом, который он использовал и заметил изменение сопротивления, был сульфид серебра.

Появление оксидов металлов произошло позже, в 1940-х годах.

Из-за исследований, которые были сосредоточены на полупроводниковых материалах после Второй мировой войны, кремниевые термисторы были изучены больше.

Где используются термисторы?

Благодаря своей дешевизне и высокой эффективности термисторы могут использоваться во многих областях.

Области применения термисторов можно разделить на две категории термисторов NTC и PTC.

Применение термистора NTC

• Когда есть потребность в измерении температуры при очень низких значениях, термисторы NTC являются наиболее эффективными
• Эти термисторы обычно используются в цифровых термостатах
• Зарядка аккумуляторов может быть опасной, если температура ниже контролируется.Они могут перегреться и вызвать возгорание. Термисторы NTC обеспечивают поддержание уровня температуры во время процесса зарядки.
• При включении источники питания имеют высокий пусковой ток. Термисторы NTC обеспечивают способ ограничения этого броска тока благодаря своему высокому сопротивлению. По мере постепенного повышения температуры сопротивление термистора уменьшается, позволяя току увеличиваться с постоянной скоростью.

Применение термистора PTC

• Подобно ограничителю пускового тока, для которого используются термисторы NTC, термисторы PTC используются в приложениях ограничения тока.Поскольку сопротивление термистора PTC увеличивается с повышением температуры, большой скачок тока вызовет повышение температуры, что, в свою очередь, увеличит сопротивление термистора, тем самым ограничив протекание тока.

Однако термисторы более универсальны, чем просто используются в приложениях, где требуется измерение температуры.

Они используются в схемах регулирования напряжения, громкости, временной задержки и защиты (как мы видели выше).

Общие продукты, в которых используются термисторы?

Микроволны — обычное, если не необходимое изделие во многих домашних хозяйствах.

Они позволяют разогреть еду и напитки нажатием пары кнопок.

Но микроволновая печь не сможет правильно работать без надлежащего регулирования температуры. Риск возгорания из-за перегрева очень высок.

Термисторы помогают микроволнам поддерживать необходимый уровень температуры.

Сетевые фильтры — это устройства, которые защищают ваши устройства, подключенные к розеткам электросети.

Удар молнии в линию электропередачи рядом с вашим домом может вызвать большой всплеск тока, который потенциально может повредить подключенные устройства.

Как мы видели выше, термисторы PTC обеспечивают способ ограничения этого тока и являются причиной их использования в сетевые фильтры.

Автомобили , как и ваша машина, имеют на приборной панели индикатор с буквами «H» (горячий) и «C» (холодный).

Этот индикатор позволяет узнать уровень температуры масел и охлаждающих жидкостей в вашем автомобиле с помощью термистора.

Хотя термистор не предотвращает перегрев, это всего лишь способ индикации уровней температуры.

Зачем нужны термисторы?

Из некоторых областей применения термисторов вы можете убедиться в их важности.

Термисторы обеспечивают обратную связь, которая позволяет нам узнать, является ли температура слишком высокой или низкой в ​​зависимости от области применения.

Итак, термисторы необходимо использовать, когда нам нужно регулировать температуру в «безопасной зоне».

Они являются распространенным вариантом из-за их доступности, невысокой стоимости и эффективности.

Что такое термистор

Термистор — это термочувствительный резистор, который демонстрирует точное и предсказуемое изменение сопротивления, пропорциональное небольшим изменениям температуры тела. Насколько изменится его сопротивление, зависит от его уникального состава.Термисторы являются частью большой группы пассивных компонентов. И в отличие от своих активных компонентов, пассивные устройства не способны обеспечить усиление мощности или усиление схемы.

История термистора

Майкл Фарадей; Английский ученый впервые открыл концепцию термисторов в 1833 году, когда писал о полупроводниковом поведении сульфида серебра. В ходе своих исследований он заметил, что сопротивление сульфидам серебра снижается с повышением температуры.Это открытие позже привело к коммерческому производству термисторов в 1930-х годах, когда Самуэль Рубен изобрел первый коммерческий термистор. С тех пор технология улучшилась; прокладывая путь к совершенствованию производственных процессов; наряду с наличием более качественного материала.

Типы термисторов

Есть два типа термисторов. NTC или термисторы с отрицательным температурным коэффициентом и PTC или термисторы с положительным температурным коэффициентом .Разница в том, что термисторы NTC демонстрируют УМЕНЬШЕНИЕ сопротивления при повышении температуры тела, в то время как термисторы PTC демонстрируют УВЕЛИЧЕНИЕ сопротивления при повышении температуры тела.

Применения термисторов NTC и PTC включают:

• Температурная компенсация
• Измерение температуры
• Контроль температуры
• Ограничение пускового тока

Преимущества термисторов NTC и PTC

Термисторы

NTC отличаются прочностью, надежностью и стабильностью, они приспособлены для работы в экстремальных условиях окружающей среды и обладают большей помехоустойчивостью, чем другие типы датчиков температуры.

• Компактный размер : Варианты упаковки позволяют работать в небольших или ограниченных пространствах; тем самым занимая меньше места на печатных платах.
• Быстрое время отклика : Небольшие размеры позволяют быстро реагировать на изменение температуры, что важно, когда требуется немедленная обратная связь.
• Экономичность : Термисторы не только дешевле, чем другие типы датчиков температуры; Если у приобретенного термистора правильная кривая RT, никакая другая калибровка не требуется во время установки или в течение его срока службы.
• Точечное совпадение : Возможность получить определенное сопротивление при определенной температуре.
• Соответствие кривой : Сменные термисторы с точностью от + 0,1 ° C до + 0,2 ° C.

Общие рекомендации по выбору

Независимо от того, устанавливаете ли вы новую систему или просто заменяете устройство в существующей системе, вы должны рассмотреть эти ключевые моменты, прежде чем делать свой выбор, чтобы гарантировать желаемый результат.

1. Базовое сопротивление : Если вы устанавливаете новое приложение, обязательно выберите правильное базовое сопротивление в зависимости от требований вашего приложения.Если вы заменяете термистор, убедитесь, что оно соответствует текущему сопротивлению базы.
2. Кривая зависимости сопротивления от температуры : Если вы устанавливаете новое приложение, определите правильную зависимость сопротивления от кривой температуры. Если вы заменяете устройство, убедитесь, что совпадают данные с имеющимся термистором.
3. Упаковка термистора : Убедитесь, что выбранная упаковка соответствует требованиям вашего приложения.

Для получения дополнительной помощи в процессе выбора посетите нашу страницу Выбор термисторов NTC

Термисторы NTC нелинейны, и, как следует из их названия, их сопротивление уменьшается с увеличением температуры.Явление, называемое самонагревом, может повлиять на сопротивление термистора NTC. Когда ток проходит через термистор NTC, он поглощает тепло, вызывая повышение собственной температуры.

Приложения

• Измерение температуры
• Температурная компенсация
• Контроль температуры

Посетите нашу страницу, посвященную применению термисторов, чтобы получить дополнительную информацию обо всем, от расчета температурного коэффициента термистора до измерения температуры с помощью моста Уитстона.

Преимущества

• Быстрое время отклика до (± 1%).
• Точность: термисторы NTC имеют диапазон точности от 0,05 до 0,20 ˚C с долговременной стабильностью. Другие датчики температуры могут со временем дрейфовать.
• Упаковка: Термисторы NTC настраиваются в соответствии с требованиями различных приложений.
• Помехоустойчивость: термисторы NTC обеспечивают превосходную устойчивость к электрическим помехам и сопротивление проводов больше, чем другие типы датчиков температуры.
• Рентабельность: из-за своего небольшого размера и простоты производства термисторы с NTC и PTC оказываются очень экономичным выбором.

Производственный процесс NTC

Мы производим термисторы NTC, используя смесь оксидов металлов, таких как марганец, никель или медь; вместе со связующими и стабилизаторами. Материал прессуется в вафельные формы и спекается при экстремальных температурах; делая пластины готовыми либо к нарезке на термисторы меньшего размера, либо оставленным в виде дискового термистора.

Конфигурации

Термисторы

NTC доступны в различных конфигурациях, как указано ниже:

• Диск и микросхема : Они поставляются с покрытием или без покрытия с лужеными медными выводами с быстрым откликом (± 1%). Также имеется широкий диапазон значений сопротивления для любой ситуации
• Эпоксидное покрытие : Эпоксидное покрытие, нанесенное методом погружения и припаянное между тефлоновыми / ПВХ проводами с оболочкой. Их небольшие размеры позволяют легко устанавливать, и они могут быть согласованы по точкам или кривой
• Стекло-инкапсулированный : отличный выбор при работе в экстремальных условиях окружающей среды.Конфигурации включают радиальные или осевые выводы
• Зонд в сборе : Доступен в различных корпусах в зависимости от требований приложения
• Поверхностный монтаж : Варианты конфигурации включают в себя навал, ленту и катушку, двусторонний и наматывающий с наконечниками из палладиевого серебра. Эти термисторы, изготовленные с никелевым барьером, отлично работают в прецизионных схемах

Глоссарий термисторов NTC

• Константа рассеяния (D.C. или дельта d) : Константа рассеяния — это отношение, обычно выражаемое в милливаттах на градус C (мВт / ° C) при заданной температуре окружающей среды, между изменением рассеиваемой мощности в термисторе и результирующим изменением температуры тела
• Постоянная материала (бета β) : Постоянная материала термистора NTC является мерой его сопротивления при одной температуре по сравнению с его сопротивлением при другой температуре. Его значение может быть рассчитано по приведенной ниже формуле и выражено в градусах кельвина (° k).β = ln (R @ T2 / R @ T1) / (T2- 1 — T 1-1)
• Максимальная номинальная мощность : Максимальная номинальная мощность термистора — это максимальная мощность, выраженная в ваттах или милливаттах (Вт или мВт), которую термистор будет рассеивать в течение длительного периода времени при приемлемой стабильности его характеристик
• Steinhart-Hart : Это эмпирическое выражение, которое было определено как лучшее математическое выражение для определения зависимости сопротивления от температуры термисторов NTC и узлов датчиков NTC
• Температурный коэффициент сопротивления (Alpha, α) : Отношение при заданной температуре, T, скорости изменения сопротивления при нулевой мощности с температурой к сопротивлению при нулевой мощности термистора.Температурный коэффициент; обычно выражается в процентах на градус Цельсия (% / ˚C)
• Температурный допуск : Температурный допуск соответствует тому, насколько большое отклонение в градусах Цельсия можно ожидать от термистора при определенной температуре
• Тепловая постоянная времени (T.C. или tau, t) : Время, необходимое термистору для изменения 63,2% от общей разницы между его начальной и конечной температурой корпуса, когда он подвергается ступенчатому изменению температуры в условиях нулевой мощности.Обычно выражается в секундах

Термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC)

предлагают пассивный подход к ограничению пускового тока. Используя термистор с положительным температурным коэффициентом, вы, вероятно, увидите снижение эксплуатационных расходов при более высокой надежности; без ущерба для защиты. Термисторы PTC испытывают изменение сопротивления при изменении температуры окружающей среды или при самонагреве устройства из-за поглощения входящего тока.А поскольку ограничение пускового тока зависит от указанного сопротивления термистора PTC, правильный выбор играет решающую роль в защите системы.

Типы термисторов PTC

• Керамические переключающие термисторы PTC
• Кремниевые кремниевые термисторы с положительным температурным коэффициентом
• Полимерные термисторы PPTC

Процесс производства термистора PTC

Процесс производства PTC требует тщательного контроля как материала, так и размера частиц, чтобы производить качественные устройства с надлежащими характеристиками переключения и номинальными напряжениями.

Применение термисторов общего назначения

• Задержка по времени
• Размагничивание
• Запуск двигателя
• Максимальная токовая защита

Если вы хотите узнать больше о термисторах с положительным температурным коэффициентом и о том, чем они отличаются от термисторов с отрицательным температурным коэффициентом, посетите Википедию

.

Керамические переключающие термисторы PTC

Термисторы этого типа демонстрируют сильно нелинейную кривую зависимости сопротивления от температуры. И поскольку термисторы PTC обладают сопротивлением с положительным температурным коэффициентом, они показывают незначительную величину отрицательного температурного коэффициента, пока не достигнут критической температурной точки, известной как «кюри» или переходное состояние.Когда это произойдет, устройство начнет показывать положительный температурный коэффициент и значительное увеличение сопротивления.

Производственный материал

Керамические переключающие термисторы PTC

изготавливаются из поликристаллического керамического материала, содержащего титанат бария, который был легирован редкоземельными материалами для придания ему сопротивления с положительным температурным коэффициентом.

Приложения

• Защита от перегрева
• Защита от перегрузки по току
• Температурная компенсация
• Задержка по времени

Преимущества термисторов PTC для ограничения пускового тока

Чтобы продемонстрировать универсальность термисторов PTC, ниже приведены несколько примеров, когда их использование в качестве ограничителя пускового тока является оптимальным выбором.

• Температура окружающей среды выше 65 ° C.
• Температура окружающей среды ниже нуля ° C.
• Время возврата должно быть близко к нулю ° C.
• Проблемы с коротким замыканием.

Посетите Термисторы PTC для ограничения пускового тока, чтобы увидеть, как термистор PTC сравнивается с термистором NTC, и получить дополнительную информацию об особых обстоятельствах, когда термистор PTC, несомненно, является лучшим выбором для ограничения пускового тока.

Конфигурации

• С радиальными выводами
• Крепление на поверхность

Глоссарий термисторов PTC

• Константа рассеяния (постоянный ток или дельта d) : Константа рассеяния — это отношение, обычно выражаемое в милливаттах на градус C (мВт / ° C) при заданной температуре окружающей среды, при изменении рассеиваемой мощности в термисторе к результирующее изменение температуры тела.
• Теплоемкость (Hc) : Теплоемкость термистора — это количество тепла, необходимое для повышения температуры его тела на один градус Цельсия (1 ° C).Теплоемкость — это общий показатель стандартных термисторов PTC, который выражается в ватт-секундах на кубический дюйм на градус Цельсия (ватт-сек / м3 / ° C). Отношение теплоемкости на единицу объема стандартных термисторов PTC составляет примерно 50 Вт-сек / м3 / ° C.
• Максимальный ток в установившемся режиме (Imax) : Максимальный ток в установившемся режиме — это номинальный максимальный ток, обычно выражаемый в амперах (A), который может проводиться термистором NTC с ограничением броска тока в течение длительного периода времени.
• Рабочая температура : Рабочая температура — это диапазон температур, в котором термистор может работать без сбоев.
  Switch Current: Минимальный ток, обычно выражаемый в амперах (A), который при прохождении через стандартный термистор PTC требуется для переключения в состояние с высоким сопротивлением.
• Температура переключения : Температура стандартного термистора PTC, при которой его сопротивление начинает быстро увеличиваться.
• Время переключения : Время, необходимое для переключения PTC в состояние высокого сопротивления.
• Температура переключения переключателя : Двойное сопротивление нулевой мощности PTC при 25 ˚C.

Кремниевые PTC-термисторы

Кремниевые термисторы « Silistor » PTC представляют собой линейные устройства, которые демонстрируют значительное сопротивление с положительным температурным коэффициентом. Однако, если температура превысит 150 ° C, они, скорее всего, будут иметь отрицательный температурный коэффициент.

Приложения

• Температурная компенсация
• Датчик температуры

Преимущества

Что такого особенного в кремниевых термисторах? Во-первых, кремний по своей природе является стабильным материалом, поэтому, если вам нужен термистор, который обеспечивает стабильность и более длительный срок службы, кремниевые термисторы будут хорошим выбором.

Другие преимущества включают:

• Высокотемпературный коэффициент
• Несколько конфигураций
• Высокая надежность

Производственный материал

Материалы, используемые для изготовления кремниевых термисторов, представляют собой композит из полимерных материалов, таких как полупроводниковый монокристаллический кремний, а также других проводящих частиц.

Конфигурации

• Чип SMD
• Эпоксидная
• Стекло-инкапсулированный
• Зонд в сборе

Полимерные термисторы PPTC

Полимерный термистор (PPTC) представляет собой термистор с положительным температурным коэффициентом, также известный как «сбрасываемый предохранитель », и он демонстрирует нелинейный эффект PTC. Поскольку это термически активируемые устройства, любые колебания окружающей температуры будут влиять на работу термистора.В нормальных условиях эксплуатации полимерный PTC демонстрирует минимальное сопротивление по сравнению с остальной частью схемы и практически не влияет на характеристики схемы в целом.

Однако, если система переходит в состояние отказа, PPTC реагирует переходом в состояние с высоким сопротивлением или состояние «отключение » . После устранения условий отказа PPTC сбрасывается, и схема возвращается в нормальное рабочее состояние. Посетите Википедию для получения дополнительной информации о сбрасываемых предохранителях и о том, как они работают.

Приложения

• Управление технологическим процессом и защита медицинского оборудования
• Бытовая электроника
• Автомобильная промышленность
• Телком

Производственный материал

Непроводящие кристаллические органические материалы, смешанные с частицами сажи, используются для создания полимерных термисторов, благодаря чему они становятся проводящими.

Преимущества

Термисторы PPTC следует рассматривать, если вы часто сталкиваетесь с перегрузками по току или если приложение требует постоянного времени безотказной работы.Нельзя отрицать, что стоимость компонентов — не единственная проблема. Спрос на более мелкие технологии, такие как носимые устройства, никуда не денется, и защита схем имеет решающее значение. Стоимость гарантийного ремонта может быстро перевесить стоимость датчиков, которые их защищают. Если вам необходимо определить надежность термистора для вашего приложения, посетите нашу страницу «Надежность термистора», чтобы просмотреть формулу для расчета надежности термистора PPTC.

Другие преимущества включают:

• Сбрасываемый
• Компактный размер
• Минимальная потеря мощности.
• Низкое сопротивление
• Конфигурации
• С радиальными выводами
• Крепление на поверхность

Посетите Википедию, чтобы узнать больше о полимерных термисторах PPTC.

Полимерный термистор PPTC Глоссарий

• Удерживающий ток : Удерживающий ток — это максимальный установившийся ток, который может пройти через сбрасываемый предохранитель PPTC при 23 ˚C, не вызывая его срабатывания.
• Максимальный ток : Максимальный ток — это максимальный ток повреждения, который может протекать через PPTC.
• Максимальное начальное сопротивление : Это максимальное сопротивление PPTC в исходном состоянии при 23 ˚C.
• Максимальное напряжение : Максимальное напряжение — это максимальное значение напряжения, которому может подвергаться PPTC.
• Минимальное начальное сопротивление : Это минимальное сопротивление PPTC в его начальном состоянии при 23 ˚C.
• Post Trip R1 : Это максимальное сопротивление PPTC через час после срабатывания.
• Рассеиваемая мощность : Рассеиваемая мощность — это количество рассеиваемой мощности, когда PPTC находится в отключенном состоянии.
• Время до отключения : Это время, необходимое PPTC для переключения в состояние отключения после подачи определенного тока.
• Ток отключения : Ток отключения — это минимальный ток, протекающий через PPTC, который вызывает его отключение при 23 ˚C.

Ресурсы термистора

Узнайте больше о термисторах и их использовании. Следуйте ссылкам на другие ценные ресурсы и информацию.

Математика термистора

Зонд в сборе и кривые NTC RT

Таблица температурных коэффициентов

Мы здесь, чтобы помочь

Наша миссия компании Ametherm — обеспечить вас всеми необходимыми инструментами и знаниями для правильного выполнения работы с первого раза.Вот почему наша команда инженеров всегда готова помочь вам. Свяжитесь с нами по телефону 800-808-2434 или 775-884-2434 , где по вы получите техническую поддержку в реальном времени. Вы также можете в любое время зайти в Интернет, чтобы задать нам вопрос. Ваш успех это и наш успех!

Оцените нашу продукцию

Мы знаем, что выбор подходящего термистора для работы очень важен, поэтому мы рекомендуем вам протестировать нашу продукцию, прежде чем вы решите купить что-то, что окажется неправильным решением.Свяжитесь с нами, чтобы заказать бесплатный образец, и мы бесплатно отправим его по США и Канаде. Позвоните нам по телефону 800-808-2434 или 775-884-2434 или нажмите здесь, чтобы начать.

Наши продукты доступны для немедленной доставки через наших дистрибьюторов. Пожалуйста, посетите их сайты для получения дополнительной информации о продукте.

Термисторы: описание термисторов NTC и PTC

Термистор — это один из многих вариантов измерения и определения температуры, от транспортировки до производства, нет ничего нового в использовании термистора для сбора данных о температуре! Но задумывались ли вы, какие бывают варианты термисторов и их применение? Сегодня мы ответим на этот вопрос!

Прежде чем мы перейдем прямо к нашему основному блюду сегодня, вам рекомендуется прочитать эти статьи об основных понятиях, связанных с термисторами:

---

Оставив это в стороне, мы можем теперь поговорить о термисторах! Давайте посмотрим, что будет рассказано в этой статье:

• Обзор термисторов
• Термисторы NTC и PTC
• Взаимосвязи и расчеты
• Применение термисторов
• Проекты с термисторами

---

Обзор термисторов

Что такое термистор?

Термистор — это сочетание двух слов: термический и резистор, что буквально делает его термочувствительным резистором! Это так просто, это в основном резистор, но это особый вид резисторов.

Как работает термистор?

Термисторы, как и его название, являются терморезисторами. Это означает, что он будет реагировать на малейшее изменение температуры. Так как он реагирует на температуру?

Термистор состоит из полупроводника и изолятора, причем сопротивление может быть найдено между изолятором и проводником. Обычно выбирают спеченную смесь оксидов металлов, таких как железо, уран, медь и т.д., вместе с изолятором, покрывающим полупроводник.Также он доступен в разных формах! Обычно в виде бусинки, диска и стержня.

Типы термисторов

Мы перечислили здесь довольно много типов термисторов, но чаще всего используются NTC и PTC:

Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

NTC — это наиболее часто используемый термистор, особенно термистор NTC 10 кОм. Он также популярен благодаря своей надежности и быстрому реагированию. Некоторые из характеристик, которыми он обладает:

• Сопротивление уменьшается при повышении температуры.
• Сопротивляется току с выделением тепла в качестве побочного продукта.
• К измеренным значениям можно применить поправку для поддержания точности.
• Обладает эффектом самонагрева при низких температурах.

Термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC)

PTC имеет совершенно противоположное применение, чем NTC, хотя они не так широко используются, они обычно используются для саморегулирующихся нагревательных элементов / целей самовосстановления. Некоторые из характеристик, которыми он обладает:

• Сопротивление увеличивается с повышением температуры.
• Действует как дроссель в цепи.
• Демонстрирует внезапное увеличение сопротивления выше определенной температуры.

Термопара

Термопара — это датчик температуры, который состоит из двух проводов из разных металлов, соединенных в двух точках. У них также самый широкий температурный диапазон среди всех датчиков температуры!

• Низкая точность: от 0,5 ° C до 5 ° C
• Нелинейная, требуется преобразование
• Широкий диапазон температур: от -200 ° C до 1750 ° C
• Используется в качестве датчиков температуры в термостатах, предохранительного устройства для газовых приборов

---

NTC против термисторов PTC

47 Оксид47 , железо, марганец, титан, кобальт

Термисторы	NTC	PTC
Температурный коэффициент	Отрицательный (-ve)	Положительный (+4)
Титанат стронция, барий, свинец
Диапазон температур	от -55 ° C до 200 ° C	от 60 ° C до 120 ° C
Области применения	Измерение и регулирование температуры, измерение расхода и т. Д.	Защита от сверхтоков, саморегулирующийся нагреватель и т. Д.

---

Взаимосвязи и расчеты

Поскольку мы говорили о резисторах NTC и RTC ранее, давайте посмотрим на их взаимосвязь, используя график для представления:

Как видно из графика, у них есть противоположные кривые, которые показывают их температурный коэффициент. Для NTC сопротивление уменьшается при повышении температуры. Для PTC сопротивление увеличивается при повышении температуры.

Их соответствующие символы также могут быть представлены следующим образом:

Как измерить температуру с помощью термистора?

Как мы все знаем до сих пор, термисторы — это резистивные устройства и инструмент для измерения температуры. Так как же нам его использовать? Это довольно просто, вы действительно можете использовать термистор в схеме делителя напряжения!

Например, если вы используете стандартный термистор 10 кОм с последовательным резистором 10 кОм, выходное напряжение при базовой температуре 25 градусов Цельсия будет вдвое меньше напряжения питания, как 10 Ом / (10 Ом + 10 Ом) = 0.5.

Уравнение Стейнхарта-Харта

Уравнение Стейнхарта-Харта помогает легко и точно моделировать температуру термистора. Он обычно использовался в прошлом до появления компьютеров, в настоящее время он может быть рассчитан автоматически с помощью программного обеспечения!

Уравнение выглядит следующим образом:

Где,

• T1 = Первая температурная точка в Кельвинах (единица температуры СИ)
• T2 = Вторая температурная точка в Кельвинах
• R1 = Сопротивление термисторов при T1 в Ом
• R2 = Сопротивление термисторов при T2 в Ом

To поможет вам понять, как использовать его вручную, давайте рассмотрим пример!

Вопрос : Термистор NTC 10 кОм имеет значение B 3455 в диапазоне температур от 25 ° C до 100 ° C.Рассчитайте его значение сопротивления при 25 градусах Цельсия и снова при 100oC.

Теперь у нас есть информация: B = 3455, R1 = 10 кОм при 25 градусах Цельсия. Однако нам нужен кельвин вместо градуса Цельсия, поэтому добавляем 273,15 К к исходным 25 градусам Цельсия. Слот для всех значений, и он должен выглядеть так:

После ответа вы можете построить двухточечный график характеристик:

Примечание: хотя построены только две точки, но в реальных экспериментах, чем больше точек температуры вы нанесете, тем точнее будут ваши показания!

---

Применение термисторов

Хотя термисторы являются очень специфическим типом резисторов и в основном помогают регулировать температуру, некоторые из нас фактически используют их каждый день!

Микроволновая печь

Я уверен, что это очень распространенный домашний кандидат, и мы часто используем его для разогрева на ночь или для приготовления в микроволновой печи продуктов раньше! Термисторы (или, в частности, PTC) используются в микроволновых печах для определения и поддержания внутренней температуры.Без этого возможен перегрев и опасность возгорания!

Цифровые термометры

Говоря о термисторах, как можно не говорить о термометрах? Ну конкретно цифровые. Другой тип термометра — это ртутные термометры, в которых вместо термистора используется ртуть. Цифровые термисторы используют NTC, которые измеряют температуру и точно отображают показания!

---

Проекты с термисторами

Теперь, когда мы знаем, как работают термисторы, мы можем перейти к интересным проектам по использованию ваших термисторов!

Цепь датчика холода

Заинтересованы в цепи термистора, чтобы помочь вам контролировать температуру вашего холодильника? Этот проект позволит вам узнать, как термисторы контролируют уровень температуры в контролируемой среде с помощью других электронных компонентов!

Что вам понадобится:

• Термистор NTC
• 2 светодиода (красный и желтый)
• Зуммер
• Батареи
• 4 резистора
• Провода

Для получения более подробной схемы и информации нажмите здесь!

Сделайте датчик температуры Arduino

Если у вас есть Arduino и вы хотите подключить термистор, этот базовый учебник по термистору прост и удобен для начинающих! Кроме того, в учебное пособие включены некоторые базовые знания о термисторах и расчетах!

Что вам понадобится:

Звучит интересно? Узнайте больше здесь!

---

Сводка

И все по термисторам! Вы узнали что-то новое? Мы говорили о термисторах PTC и NTC, их взаимосвязи и уравнении Стейнхарта-Харта.