Термисторы и их применение: основные области использования и особенности работы

Какие основные области применения термисторов. Как используются термисторы для измерения и контроля температуры. Какие преимущества дает использование термисторов в электронных устройствах. Почему термисторы так широко распространены в современной электронике.

Основные области применения термисторов

Термисторы находят широкое применение в различных областях техники и электроники благодаря своей способности изменять сопротивление в зависимости от температуры. Основные сферы использования термисторов включают:

• Измерение и контроль температуры в различных устройствах
• Температурная компенсация в электронных схемах
• Ограничение пускового тока в электрических цепях
• Датчики потока жидкости и газа
• Системы пожарной сигнализации
• Автомобильная электроника

Использование термисторов для измерения температуры

Одно из основных применений термисторов — измерение температуры. Для этого термистор включается в измерительную схему, где изменение его сопротивления преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный температуре. Преимущества термисторов для измерения температуры:

• Высокая чувствительность к изменениям температуры
• Компактные размеры
• Быстрый отклик на изменение температуры
• Возможность измерения в широком диапазоне температур

Применение термисторов в системах контроля температуры

Термисторы широко используются в системах контроля и регулирования температуры в различных устройствах и оборудовании. Принцип работы таких систем основан на изменении сопротивления термистора при изменении температуры контролируемого объекта. Это позволяет:

• Поддерживать заданную температуру в холодильниках, инкубаторах, печах и т.д.
• Отключать устройство при перегреве
• Включать вентиляторы охлаждения при повышении температуры
• Регулировать скорость вращения вентиляторов в зависимости от температуры

Использование термисторов для температурной компенсации

Важной областью применения термисторов является температурная компенсация в электронных схемах. Термисторы позволяют компенсировать изменение параметров электронных компонентов при изменении температуры. Это обеспечивает:

• Стабильную работу устройств в широком диапазоне температур
• Повышение точности измерительных приборов
• Компенсацию температурного дрейфа в усилителях
• Стабилизацию частоты генераторов

Применение термисторов в автомобильной электронике

Автомобильная промышленность является одним из крупнейших потребителей термисторов. В современных автомобилях термисторы используются для:

• Измерения температуры охлаждающей жидкости двигателя
• Контроля температуры масла
• Регулирования работы климатической системы
• Измерения температуры воздуха на впуске двигателя
• Контроля температуры аккумуляторной батареи

Использование термисторов в бытовой технике

Термисторы нашли широкое применение в различных видах бытовой техники и электроники:

• Холодильники — контроль температуры в камерах
• Кондиционеры — измерение температуры воздуха
• Стиральные машины — контроль температуры воды
• Электрочайники — отключение при закипании воды
• Утюги — поддержание заданной температуры

Применение термисторов в системах пожарной сигнализации

Термисторы активно используются в системах пожарной безопасности. Принцип работы термисторных пожарных извещателей основан на быстром изменении сопротивления термистора при резком повышении температуры. Это позволяет:

• Обнаруживать возгорание на ранней стадии
• Определять скорость нарастания температуры
• Реагировать на превышение заданного порога температуры
• Обеспечивать высокую надежность и быстродействие систем пожарной сигнализации

Использование термисторов в медицинском оборудовании

В медицинской технике термисторы применяются для различных целей:

• Измерение температуры тела пациентов
• Контроль температуры в инкубаторах для новорожденных
• Измерение кровотока методом термодилюции
• Контроль температуры в стерилизаторах медицинских инструментов
• Измерение температуры в аппаратах искусственной вентиляции легких

Преимущества использования термисторов

Широкое распространение термисторов обусловлено рядом их преимуществ:

• Высокая чувствительность к изменениям температуры
• Малые размеры и вес
• Простота конструкции
• Низкая стоимость
• Высокая надежность
• Возможность измерения в широком диапазоне температур
• Быстрый отклик на изменение температуры

Эти преимущества делают термисторы незаменимыми во многих областях современной электроники и техники.

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.

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

Термисторы и их применение | Referat.ru

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. R Ro To Рис.1 Термисторы с отрицательным ТКС очень чувствительны и в значительной Степени нелинейны. Rо может быть

Финансовая математика (19 задач с решениями)

Юридические основы аудита

Эффект финансового рычага

Эффект производственного рычага

Эффект операционного рычага в финансовом менеджменте

Каковы применения термисторов?

Термистор представляет собой терморезистор , сопротивление которого зависит от внешней температуры . Измерение и управление температуры являются основными приложениями термистора. Термистор также используется для различных других приложений, которые подробно описаны ниже.

1. Измерение температуры

Термистор представляет собой резистор, сопротивление которого изменяется при небольшом изменении измеряемой температуры. Термистор имеет хорошую чувствительность, что обеспечивает высокую точность и разрешающую способность. Промышленный термистор имеет сопротивление 2000 Ом при температуре 25º по Цельсию с температурным коэффициентом 3,9%.

Предположим, что термистор соединен последовательно с амперметром и батареей, как показано на рисунке ниже. Небольшое изменение температуры вызывает изменение сопротивления термистора, что соответственно изменяет ток в цепи. Микрометр откалиброван по температуре. Микрометр дает разрешение около 1ºC.

В схеме используется мостовая схема, а термистор, показанный на рисунке выше, более чувствителен и обеспечивает точное измерение. Напряжение стандартной мостовой схемы при 25ºC примерно равно 18 мВ/ºC, а в их схеме используется термистор 4 кОм.

2. Контроль температуры

Простая схема измерения температуры показана на рисунке ниже. В схеме используется резистор 4 кОм, включенный последовательно с мостом, возбуждаемым переменным током. Небалансное напряжение подается на усилитель, и выход усилителя возбуждает реле. Реле регулирует ток цепи и выделяет тепло. Эти цепи контролируются с точностью до 0,00005ºC.

Цепи, управляемые термистором, стабильны и чувствительны. Время отклика схемы управления термистором очень мало, а их схемы просты.

3. Температурная компенсация

Температура имеет отрицательный температурный коэффициент, тогда как проводник и полупроводник имеют положительный температурный коэффициент. По этой причине термистор используется в цепи для компенсации температуры как компонента, так и цепи.

Термистор дискового типа используется для компенсации температуры не выше 125ºC. Термистор монтируется рядом с компонентом цепи, таким как медная измерительная катушка, которая испытывает те же температурные изменения, что и цепь. На приведенной ниже кривой показана компенсационная сеть.

Сеть компенсатора состоит из термистора, подключенного параллельно термистору. Отрицательный температурный коэффициент термистора и положительный температурный коэффициент компонента цепи делают температуру всей цепи постоянной.

4. Другие области применения

Термистор имеет множество других применений.

1. Используется для измерения высокочастотной мощности.
2. Термистор измеряет теплопроводность.
3. Термистор измеряет давление жидкости.
4. Измеряет состав газов.
5. Термистор измеряет вакуум и обеспечивает выдержку времени.

Термистор имеет больше применений по сравнению с термопарой и термопарой сопротивления.

Что такое термистор? Типы термисторов и их применение

Температура играет жизненно важную роль в работе любой электронной схемы. Каждый электронный компонент имеет свой температурный предел и безопасный диапазон рабочих температур, которые необходимо поддерживать для бесперебойной и точной работы. Для контроля температуры используются различные датчики, где термистор является эффективным и экономичным решением.

• Сообщение по теме: Что такое датчик? Различные типы датчиков с приложениями

 

Содержание

Что такое термистор?

Слово «Термистор» представляет собой комбинацию слов « Therm al» и «res istor ». Термистор — это тип резистора, сопротивление которого изменяется при изменении температуры. Это пассивный компонент, для работы которого не требуется дополнительный источник питания. Они недороги и точны в измерении температуры. Но они плохо работают в экстремальных условиях, таких как очень высокие или очень низкие температуры.

На сопротивление каждого резистора влияет изменение температуры, но его температурный коэффициент настолько низок, что изменения его электрических свойств не столь значительны. С другой стороны, термисторы с очень высокими тепловыми коэффициентами склонны к значительным электрическим изменениям в зависимости от температуры.

Принцип работы

Термистор используется для измерения температуры. Принцип работы измерения температуры заключается в его сопротивлении.

Термистор изготовлен из полупроводникового материала, сопротивление которого сильно зависит от температуры окружающей среды. Они значительно меняются в зависимости от температуры. В зависимости от используемого материала сопротивление может увеличиваться или уменьшаться с повышением температуры, что называется термистором PTC и NTC.

Это изменение сопротивления может быть откалибровано и измерено для расчета точной температуры окружающей среды в контуре.

Для точного измерения необходим максимальный поверхностный контакт с компонентом или оборудованием. Для максимальной теплопроводности между поверхностями между ними используется специальная термопаста.

• Сообщение по теме: Что такое преобразователь? Типы датчиков и области применения

Типы термисторов

Существует два типа термисторов

• PTC (положительный температурный коэффициент) Термистор
• Термистор NTC (отрицательный температурный коэффициент)

Чтобы понять основную разницу между термисторами PTC и NTC, мы можем использовать это линейное уравнение для связи между изменением температуры и сопротивлением.

dR = k dT

Где

• dR = изменение сопротивления
• k = Температурный коэффициент
• dT = изменение температуры

Температурный коэффициент может быть как положительным, так и отрицательным и полностью меняет электрические свойства компонента. Термистор с положительным коэффициентом называется PTC, а термистор с отрицательным коэффициентом называется NTC.

Термистор PTC

Термистор PTC или термистор с положительным температурным коэффициентом представляет собой тип термистора, сопротивление которого прямо пропорционально температуре окружающей среды. Его сопротивление увеличивается с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры.

Изготовлен из поликристаллического керамического материала. Его сопротивление увеличивается нелинейно по кривой. Увеличение сопротивления очень мало при низких температурах, которое быстро увеличивается, когда температура достигает точки переключения (T _R ).

Данный символ представляет термистор с положительным температурным коэффициентом (T ⁺ ), чтобы показать, что термистор имеет положительный температурный коэффициент.

Характеристическая кривая

Характеристическая кривая термистора показывает зависимость между сопротивлением (зависимая – отображается по оси Y) и температурой (независимая – отображается по оси X). Вот кривая характеристик термистора PTC.

Термисторы имеют номинальное сопротивление при 25°C. Таким образом, любые термисторы PTC, имеющие номинальное сопротивление, являются их сопротивлением при 25°C. и нелинейный

Типы термисторов PTC

Существует два типа термисторов PTC

Силисторы
Силистор представляет собой термистор с положительным температурным коэффициентом, изготовленный из кремния с линейной характеристикой. Сопротивление увеличивается линейно с ростом температуры.

Тип переключения PTC

Тип переключения PTC представляет собой нелинейный термистор. Он изготовлен из поликристаллического керамического корпуса. Он имеет небольшую область NTC, где сопротивление немного уменьшается с повышением температуры до определенной точки, называемой критической температурой или температурой Кюри. После этого сопротивления экспоненциально увеличивается с небольшим повышением температуры.

Преимущества термистора PTC

Вот некоторые преимущества термистора PTC

• Обеспечивает лучшую защиту от перегрузки
• Может эффективно и безопасно запускать электродвигатель.
• Его сопротивление линейно зависит от температуры.
• Компактный размер.
• Дешевле

Недостатки термистора PTC

Вот некоторые недостатки термистора PTC.

• Они не очень чувствительны по сравнению с термисторами NTC.
• На его показания влияет эффект самонагрева.
• Имеет ограниченный температурный диапазон по сравнению с термистором NTC.

Связанный пост: LVDT: линейный дифференциальный трансформатор и индуктивные датчики

• Защита от перегрузки по току: Когда ток превышает определенный предел, выделяется тепло, которое может повредить проводку и компоненты. Сопротивление термистора PTC увеличивается с температурой, которую можно использовать для предотвращения увеличения тока.
• Защита от пускового тока: Пусковой ток — это очень высокий пусковой ток, потребляемый двигателем во время его запуска, который может повредить его обмотки. Термистор PTC нагревается, и его сопротивление увеличивается, что ограничивает пусковой ток.
• Пуск двигателя: Некоторые двигатели имеют вспомогательную пусковую обмотку, которая используется только для запуска двигателя. Первоначально сопротивление PTC очень низкое, что позволяет току проходить через эту вспомогательную обмотку. Температура постепенно увеличивается, как и сопротивление PTC. Как только двигатель достигает определенной скорости, сопротивление PTC увеличивается до точки, которая блокирует протекание тока к пусковым обмоткам.
• Временная задержка: PTC может переключаться из состояния низкого сопротивления в состояние высокого сопротивления после некоторой временной задержки. Время может зависеть от изменения температуры или используемого напряжения. Его можно использовать в цепях для достижения расчетной функции задержки времени, например, в автоматических выключателях, таймерах, реле.
• Контроль температуры: Термистор PTC может управлять нагревателем, чтобы поддерживать температуру от повышения определенного предела. PTC отключает питание, когда температура превышает определенные пределы, и снова включается, когда температура падает ниже определенного предела.
• Электрический предохранитель : Сопротивление также может увеличиваться с увеличением внутренней температуры из-за протекающего через него тока. Он может действовать как предохранитель, чтобы остановить ток в случае перегрузки по току.

Связанный пост: Емкостный датчик и преобразователь и его применение

Термистор NTC

Как следует из названия, термистор NTC или термистор с отрицательным температурным коэффициентом имеет отрицательный коэффициент k. следовательно, его сопротивление изменяется обратно пропорционально температуре. Сопротивление уменьшается с повышением температуры и наоборот. Вот символ термистора NTC.

Термисторы NTC изготовлены из оксидов никеля, кобальта, меди, железа и титана. Обычно они работают в очень широком диапазоне температур с очень точным контролем температуры.

Они в основном используются в устройствах измерения температуры, в отличие от PTC, которые в основном используются в качестве ограничителей тока.

Кривая характеристик

Следующая кривая характеристик показывает сравнение между сопротивлением и температурой термистора NTC. Сопротивление изменяется нелинейно с изменением температуры в виде кривой.

На данном графике показано резкое изменение сопротивления от нескольких ом до мегаом при изменении температуры, что обеспечивает точное измерение температуры и высокую чувствительность.

• Связанный пост: Что такое пьезоэлектрический датчик? Строительство, работа и применение

Преимущества термистора NTC

Вот некоторые преимущества термистора NTC

• Они гораздо более чувствительны, чем PTC.
• Работает в более широком диапазоне температур.
• Имеет более быстрое время отклика и высокую точность.
• Обеспечивают точное считывание температуры.
• Они компактны и занимают меньше места на печатной плате.

Недостатки термистора NTC

Вот некоторые преимущества термистора NTC

• Эффект самонагрева может вызвать ошибки в измерении температуры.
• Сопротивление зависит от температуры нелинейно.

Применение NTC

Термистор NTC в основном используется для измерения температуры. Вот некоторые области применения термисторов с отрицательным температурным коэффициентом:

• Цифровой термометр: Сопротивление с отрицательным температурным коэффициентом значительно меняется при небольшом изменении температуры, и он может измерять широкий диапазон температур с высокой точностью. Вот почему термистор NTC используется в цифровом термометре.
• Мониторинг и контроль температуры: Работа электронных компонентов, особенно компонентов на основе полупроводников, сильно зависит от температуры окружающей среды. Термисторы NTC используются для контроля и поддержания температуры, чтобы обеспечить бесперебойную работу оборудования.
• Пожарная сигнализация: Пожарная сигнализация используется в каждом здании для обнаружения первых признаков пожара и оповещения персонала внутри здания, а также соответствующих властей. Термисторы NTC используются в пожарной сигнализации для измерения температуры.
• Защита от пускового тока: Пусковой ток представляет собой очень высокий пусковой ток двигателя. Термистор NTC предлагает высокое начальное сопротивление, которое ограничивает пусковой ток. это намного эффективнее, чем использование постоянного резистора для ограничения пускового тока.

• Связанный пост: Типы резистивных датчиков и преобразователей, потенциометров и тензодатчиков

Типы термисторов в зависимости от материала

Термистор может иметь три разных формы. Поэтому они делятся на следующие типы:

• Шариковый термистор
• Термистор в виде диска и чипа
• Цилиндрический термистор
• Термистор с металлизированной поверхностью

Термистор с шариком

Как следует из названия, термистор с шариком изготавливается в форме шарика. Он состоит из соединения провода непосредственно с керамическим корпусом. Они обеспечивают лучшую стабильность с быстрым временем отклика. Их структура позволяет работать при очень высоких температурах. Для дополнительной защиты от механических повреждений их инкапсулируют в стекло. Они самые маленькие по размеру, поэтому у них самое быстрое время отклика. Но у них есть возможности обработки низкого тока.

Дисковые и чиповые термисторы

Корпус такого термистора имеет форму диска или чипа. Имеет большую металлическую поверхность. Из-за большей поверхности они имеют более медленное время отклика и более высокие возможности обработки тока, чем шариковые.

Цилиндрический термистор

Корпус такого термистора спрессован в цилиндрическую форму. Они имеют больший размер по сравнению с другими типами. Они крепкие и надежные.

Металлизированный поверхностный термистор

Такие термисторы имеют металлизированные поверхностные контакты вместо спеченного провода, как в других упомянутых типах. Они имеют радиальные или осевые металлические контакты, которые используются для непосредственного подключения или поверхностного монтажа на печатной плате.

Термисторы также делятся в зависимости от используемых материалов. Они улучшают их производительность, долговечность и стабильность.

• Запись по теме: PIR — схема инфракрасного датчика движения, работа и применение

Термисторы со стеклянным корпусом

Термисторы заключены в стеклянный корпус для улучшения диапазона их рабочих температур. Это герметичный стеклянный корпус, который повышает его устойчивость и защищает от механических повреждений. Термисторы в стеклянном корпусе могут работать при температуре выше 150°C.

Термистор PAN

Термистор PAN изготовлен из особого типа оксида металла, чрезвычайно чувствительного к температуре. Он имеет очень высокую точность с допуском до ±0,2°C. Он имеет очень быстрое время отклика с большой точностью.

Термистор NTC, используемый в промышленности для точного измерения. Его рабочий диапазон составляет от 25° до 85°C.

Прецизионные взаимозаменяемые термисторы

Это наиболее точные термисторы, изготовленные на основе специальной кривой характеристик. Они быстры и имеют долговременную стабильность с высокой температурной точностью. Они обеспечивают взаимозаменяемость в диапазоне от 0°C до 70°C. Они не требуют индивидуальной калибровки.

Преимущества и недостатки термисторов

Преимущества

Вот некоторые преимущества термистора

• Быстрое время отклика
• Обладает более высокой степенью точности и высокой точностью.
• Они работают в широком диапазоне температур, особенно термисторы NTC.
• Они гораздо более стабильны при длительном использовании.
• Он может быть спроектирован таким образом, чтобы выдерживать любые механические нагрузки
• Может иметь любую форму.
• Имеет более высокую чувствительность, чем другие датчики температуры.
• Имеет меньший размер.
• Прочная конструкция.
• Дешевле других датчиков.
• Может использоваться в удаленных местах.

Недостатки

Вот некоторые недостатки термистора

• Большинство термисторов имеют ограниченный диапазон температур, особенно прецизионные термисторы, имеющие высокую точность.
• Сопротивление изменяется нелинейно в зависимости от температуры.
• Из-за эффекта самонагрева при считывании может возникнуть ошибка.
• Они хрупкие

Области применения термистора

Вот некоторые области применения термистора

• Основная функция термистора заключается в использовании его в качестве датчика температуры.