Термисторы принцип действия. Термисторы: принцип действия, виды и применение в электронике

Что такое термистор и как он работает. Какие бывают виды термисторов. Где применяются термисторы в электронике и бытовой технике. Как выбрать и проверить термистор.

Что такое термистор и как он работает

Термистор — это полупроводниковый элемент, сопротивление которого зависит от температуры. Название «термистор» происходит от сокращения термина «термочувствительный резистор». Принцип работы термистора основан на свойстве полупроводников менять свою проводимость при изменении температуры.

Выделяют два основных типа термисторов:

• NTC-термисторы (с отрицательным температурным коэффициентом) — их сопротивление уменьшается при нагреве
• PTC-термисторы (с положительным температурным коэффициентом) — их сопротивление увеличивается при нагреве

Как работает NTC-термистор? При повышении температуры в полупроводнике увеличивается концентрация носителей заряда, что приводит к уменьшению сопротивления. У PTC-термисторов при нагреве происходят структурные изменения в материале, вызывающие рост сопротивления.

Основные виды и характеристики термисторов

По конструктивному исполнению термисторы делятся на следующие виды:

• Бусинковые — в виде стеклянной капсулы с полупроводниковым шариком внутри
• Дисковые — в форме небольшого диска
• Стержневые — цилиндрической формы
• Чип-термисторы — для поверхностного монтажа

Ключевые характеристики термисторов:

• Номинальное сопротивление при 25°C
• Температурный коэффициент сопротивления
• Диапазон рабочих температур
• Максимальная рассеиваемая мощность
• Постоянная времени

Важной особенностью термисторов является нелинейная зависимость сопротивления от температуры, что обеспечивает высокую чувствительность в определенном температурном диапазоне.

Применение термисторов в электронике

Благодаря своим свойствам термисторы нашли широкое применение в различных областях электроники и техники:

1. Измерение и контроль температуры
2. Температурная компенсация в электронных схемах
3. Ограничение пусковых токов в блоках питания
4. Защита от перегрева в электродвигателях
5. Датчики потока в расходомерах

Рассмотрим некоторые примеры использования термисторов подробнее.

Термисторы в бытовой технике

В бытовых приборах термисторы часто применяются для контроля температуры. Например:

• В холодильниках — для управления компрессором
• В утюгах — для поддержания заданной температуры
• В чайниках — для отключения при закипании воды
• В стиральных машинах — для контроля температуры воды

Термисторы позволяют создавать простые и надежные системы терморегулирования в бытовой технике.

Применение в автомобильной электронике

В автомобилях термисторы используются в различных системах:

• Датчики температуры охлаждающей жидкости
• Датчики температуры воздуха на впуске
• Контроль температуры аккумулятора
• Управление вентилятором охлаждения

Термисторы помогают оптимизировать работу двигателя и других систем автомобиля в зависимости от температурных условий.

Как выбрать и проверить термистор

При выборе термистора для конкретного применения следует учитывать следующие факторы:

• Тип термистора (NTC или PTC)
• Номинальное сопротивление
• Рабочий диапазон температур
• Точность и стабильность характеристик
• Время отклика
• Размеры и тип корпуса

Для проверки исправности термистора можно использовать мультиметр. Измерьте сопротивление термистора при комнатной температуре и сравните с номинальным значением. Затем нагрейте термистор (например, пальцами) и проследите за изменением сопротивления — оно должно уменьшаться для NTC и увеличиваться для PTC термисторов.

Преимущества и недостатки термисторов

Термисторы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими температурными датчиками:

• Высокая чувствительность
• Быстрый отклик на изменение температуры
• Простота конструкции и низкая стоимость
• Широкий диапазон сопротивлений и температур
• Малые размеры

Однако у термисторов есть и некоторые недостатки:

• Нелинейная характеристика
• Саморазогрев при прохождении тока
• Ограниченная точность и стабильность
• Необходимость индивидуальной калибровки для высокоточных измерений

Несмотря на эти ограничения, термисторы остаются одним из самых популярных и универсальных компонентов для измерения и контроля температуры в электронике.

Заключение и перспективы развития термисторов

Термисторы прошли долгий путь развития с момента их изобретения в 1930-х годах. Современные технологии позволяют создавать термисторы с улучшенными характеристиками:

• Повышенная стабильность и точность
• Расширенный температурный диапазон
• Миниатюрные размеры для применения в микроэлектронике
• Интеграция с цифровыми интерфейсами

Перспективными направлениями развития термисторов являются:

• Создание многослойных термисторов с улучшенными характеристиками
• Разработка термисторов на основе новых материалов, например, графена
• Интеграция термисторов в микроэлектромеханические системы (МЭМС)
• Применение в гибкой и печатной электронике

Термисторы продолжают играть важную роль в современной электронике и найдут новые применения в развивающихся областях, таких как Интернет вещей, носимая электроника и автономные системы.

принцип действия, схемы и т.д.

Термистор — это чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала. Он ведет себя как резистор, чувствительный к изменениям температуры. Термин «термистор» — это сокращение от термочувствительного резистора. Полупроводниковый материал — это материал, который проводит электрический ток лучше, чем диэлектрик, но не так хорошо, как проводник.

Термистор

Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Принцип работы термистора

Подобно термометрам сопротивления термисторы используют изменения величины сопротивления в качестве основы измерений. Однако сопротивление термистора обратно пропорционально изменениям температуры, а не прямо пропорционально. По мере увеличения температуры вокруг термистора, его сопротивление понижается, а по мере понижения температуры его сопротивление увеличивается.

Хотя термисторы выдают такие же точные показания, как и термометры сопротивления, однако, термисторы чаще конструируются для измерений в более узком диапазоне. Например, диапазон измерений термометра сопротивления может быть в пределах от -32°F до 600°F, а термистор будет измерять от -10°F до 200°F. Диапазон измерений для конкретного термистора зависит от размера и типа полупроводникового материала, который в нем используется.

Как термометры, термисторы реагируют на изменения температуры пропорциональным изменением сопротивления, они оба часто используются в мостовых схемах.

Мостовая схема с термистором

В данной цепи изменение температуры и обратно пропорциональная зависимость между температурой и сопротивлением термистора будет определять направление протекания тока. Иначе цепь будет функционировать таким же образом как в случае с термометром сопротивления. По мере изменения температуры термистора, изменяется его сопротивление и мост становится неуравновешенным. Теперь через прибор будет протекать ток, который можно будет измерить. Измеряемый ток можно преобразовать в единицы измерения температуры с помощью переводной таблицы, или откалибровав соответствующим образом шкалу.

устройство, принцип работы, назначение, виды

При ремонте бытовой техники приходится сталкиваться с большим разнообразием деталей и компонентов. Часто новички не знают, что такое терморезистор и какими они бывают. Это полупроводниковые компоненты, сопротивление которых изменяется под воздействием температуры. Благодаря этим свойствам они нашли широкий диапазон применений. Начиная от термометров, заканчивая ограничителями пускового тока. В этой статье мы ответим на все интересующие вас вопросы простыми словами.

Устройство и виды

Терморезистор – это полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от его температуры. В зависимости от типа элемента сопротивление может повышаться или падать при нагреве. Различают два вида терморезисторов:

• NTC (Negative Temperature Coefficient) – с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Часто их называют «Термисторы».
• PTC (Positive Temperature Coefficient) – с положительным ТКС. Их также называют «Позисторы».

Важно! Температурный коэффициент электрического сопротивления – это зависимость сопротивления от температуры. Описывает, на сколько Ом или процентов от номинальной величины изменяется сопротивление элемента при повышении его температуры на 1 градус Цельсия. Например, у обычных резисторов положительный ТКС (при нагреве сопротивление проводников повышается).

Терморезисторы бывают низкотемпературными (до 170К), среднетемпературными (170-510К) и высокотемпературными (900-1300К). Корпус элемента может быть выполнен из пластика, стекла, металла или керамики.

Условное графическое обозначение терморезисторов на схеме напоминает обычные резисторы, а отличием является лишь то, что они перечеркнуты полосой и рядом указывается буква t.

Кстати, так обозначаются любые резисторы, сопротивление которых изменяется под воздействием окружающей среды, а род воздействующих величин и указывается буквой, t – температура.

Основные характеристики:

• Номинальное сопротивление при 25 градусах Цельсия.
• Максимальный ток или мощность рассеяния.
• Интервал рабочих температур.
• ТКС.

Интересный факт: Терморезистор изобретен в 1930 году ученым Самюэлем Рубеном.

Давайте подробнее рассмотрим, как устроен и для чего нужен каждый из них.

NTC

Основные сведения

Сопротивление NTC-терморезисторов уменьшается при нагреве, их ТКС отрицательный. Зависимость сопротивления от температуры изображена на графике ниже.

Здесь вы можете убедиться, что при нагреве сопротивление NTC-терморезистора уменьшается.

Такие термисторы изготавливают из полупроводников. Принцип действия заключается в том, что с ростом температуры увеличивается концентрация носителей зарядов, электроны переходят в зону проводимости. Кроме полупроводников используются оксиды переходных металлов.

Обратите внимание на такой параметр как бета-коэффициент. Учитывается при использовании терморезистора для измерения температуры, для усреднения графика сопротивления от температуры и проведения расчетов с помощью микроконтроллеров. Бета-уравнение для приближения кривой изменения сопротивления термистора вы видите ниже.

Интересно: в большинстве случаев термисторы используют в диапазоне температур 25-200 градусов Цельсия. Соответственно могут использоваться для измерений в этих диапазонах, в то время как термопары работают и при 600 градусах Цельсия.

Где используется

Терморезисторы с отрицательным ТКС часто используют для ограничения пусковых токов электродвигателей, пусковых реле, для защиты от перегрева литиевых аккумуляторов и в блоках питания для уменьшения зарядных токов входного фильтра (емкостного).

На схеме выше приведен пример использования термистора в блоке питания. Такое применение называется прямым нагревом (когда элемент сам разогревается при протекании тока через него). На плате блока питания NTC-резистор выглядит следующим образом.

На рисунке ниже вы видите, как выглядит NTC-терморезистор. Он может отличаться размерам, формой, а реже и цветом, самый распространенный – это зелёный, синий и черный.

Ограничение пускового тока электродвигателей с помощью NTC-термистора получило широкое распространение в бытовой технике благодаря простоте реализации. Известно, что при пуске двигателя он может потреблять ток в разы и десятки раз превышающий его номинальное потребление, особенно если двигатель пускается не в холостую, а под нагрузкой.

Принцип работы такой схемы:

Когда термистор холодный его сопротивление велико, мы включаем двигатель и ток в цепи ограничивается активным сопротивлением термистора. Постепенно происходит разогрев этого элемента и его сопротивление падает, а двигатель выходит на рабочий режим. Термистор подбирается таким образом, чтобы в горячем состоянии сопротивление было приближено к нулю. На фото ниже вы видите сгоревший терморезистор на плате мясорубки Zelmer, где и используется такое решение.

Недостаток этой конструкции состоит в том, что при повторном пуске, когда термистор еще не остыл – ограничения тока не происходит.

Есть не совсем привычное любительское применение терморезистора для защиты ламп накаливания. На схеме ниже изображен вариант ограничения всплеска тока при включении таких лампочек.

Если терморезистор используется для измерения температуры – такой режим работы называют косвенным нагревом, т.е. он нагревается от внешнего источника тепла.

Интересно: у терморезисторов нет полярности, так что их можно использовать как в цепях постоянного, так и переменного тока не опасаясь переполюсовки.

Маркировка

Терморезисторы могут маркироваться как буквенным способом, так и содержать цветовую маркировку в виде кругов, колец или полос. При этом различают множество способов буквенной маркировки – это зависит от производителя и типа конкретного элемента. Один из вариантов:

На практике, если он применяется для ограничения пускового тока чаще всего встречаются дисковые термисторы, которые маркируются так:

5D-20

Где первая цифра обозначает сопротивление при 25 градусах Цельсия – 5 Ом, а «20» – диаметр, чем он больше – тем большую мощность он может рассеять. Пример такого вы видите на рисунке ниже:

Для расшифровки цветовой маркировки можно воспользоваться таблицей, изображенной ниже.

Из-за обилия вариантов маркировки можно ошибиться в расшифровке, поэтому для точности расшифровки лучше искать техническую документацию к конкретному компоненту на сайте производителя.

PTC

Основные сведения

Позисторы, как было сказано, имеют положительный ТКС, то есть их сопротивление повышается при нагреве. Их изготавливают на основе титаната бария (BaTiO₃). У позистора такой график температуры и сопротивления:

Кроме этого нужно обратить внимание на его вольтамперную характеристику:

Рабочий режим зависит от выбора рабочей точки позистора на ВАХ, например:

• Линейный участок используется для измерения температуры;
• Нисходящий участок используется в пусковых реле, реле времени, измерения мощности ЭМИ на СВЧ, противопожарной сигнализации и прочего.

На видео ниже рассказывается, что такое позисторы:

Где применяется

Сфера применения позисторов достаточно широка. В основном они используются в схемах защиты оборудования и устройств от перегрева или перегрузки, реже для измерения температуры, а также в качестве автостабилизирующих нагревательного элемента. Кратко перечислим примеры использования:

1. Защиты электродвигателей. Устанавливаются в лобовой части каждой обмотки электродвигателя (для односкоростных трёхфазных 3, для двухскоростных 6 и т.д.), PTC-терморезистор предотвращает перегорание обмотки в случае заклинивания ротора или при выходе из строя системы принудительного охлаждения. Как работает эта схема? Позистор используется в качестве датчика, подключенного к управляющему устройству с исполнительными реле, пускателями и контакторами. В случае нештатной ситуации его сопротивление повышается и этот сигнал передаётся на управляющий орган, двигатель отключается.
2. Защиты обмоток трансформатора от перегрева и (или) перегрузки, тогда позистор устанавливается последовательно с первичной обмоткой.
3. Система размагничивания кинескопов ЭЛТ-телевизоров и мониторов. Кстати эта деталь часто выходит из строя и с этим случаем приходится сталкиваться при ремонте, характерен при этом выход из строя предохранителя.
4. Нагревательный элемент в клеевых пистолетах. В автомобилях для прогрева впускного тракта, на пример на фото ниже изображен подогреватель канала ХХ карбюратора Pierburg.

Терморезисторы – это группа устройств, способных преобразовать температуру в электрический сигнал, который считывают посредством измерения падения напряжения или силы тока в цепи, где он установлен. Или же они сами по себе могут являться регулирующим органом, если это позволяют сделать его параметры. Простота и доступность этих устройств позволяет их широко использовать как для профессионального конструирования приборов, так и для радиолюбительской практики.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором подробно рассказывается, что такое терморезистор, как он работает и где применяется:

Наверняка вы не знаете:

назначение, сопротивление и характеристики, маркировка, принцип работы, как проверить и подключить

Люди, далекие от радиоэлектроники, смутно представляют назначение и принцип действия терморезистора. Какие функции выполняет этот элемент? Для его он предусмотрен? Как маркируется? О каких тонкостях проверки и подключения необходимо знать? Какие бывают виды, и в чем их особенности? Эти и другие вопросы рассмотрим ниже.

Что такое терморезистор, общие положения

Терморезистор — полупроводниковый элемент с меняющимися характеристиками (по сопротивлению) в зависимости от температуры. Изделие изобрели в 1930 году, а его создателем считается известный ученый Самуэль Рубен.

С момента появления терморезистор получил широкое распространение в радиоэлектронике и успешно применяется во многих смежных сферах.

Деталь изготавливается с применением материалов, имеющих высокий температурный коэффициент (ТК). В основе лежат специальные полупроводники, по характеристикам превосходящие наиболее чистые металлы и их сплавы.

При получении главного резистивного элемента применяются оксиды некоторых металлов, галогениды и халькогениды. Для изготовления используется медь, никель, марганец, кобальт, германий, кремний и другие вещества.

В процессе производства полупроводнику придется разная форма. В продаже можно найти терморезисторы в виде тонких трубок, крупных шайб, тонких пластинок или небольших круглых элементов.  Некоторые детали имеют габариты, исчисляемые несколькими микронами.

Основные виды терморезисторов — термисторы и позисторы (с отрицательным и положительным ТКС (температурный коэффициент сопротивления) соответственно. В термисторах с ростом температуры сопротивление падает, а позисторах, наоборот, увеличивается.

Где используется (сфера применения)

Терморезисторы активно применяются в разных сферах, тесно связанных с электроникой. Они особенно важных при реализации процессов, зависящих от правильности настройки температурного режима.

Такой подход актуален для компьютерных технологий, устройств передачи информации, высокоточного промышленного оборудования и т. д.

Распространенный способ применения терморезисторов — ограничение токов, возникающих в процессе пуска аппаратов.

При подаче напряжения к БП конденсатор быстро набирает емкость, что приводит к протеканию повышенного тока. Если не ограничить этот параметр, высок риск повреждения (пробоя) диодного моста.

Для защиты дорогостоящего узла применяется термистор — элемент, ограничивающий ток в случае резкого нагрева. После нормализации режима температура снижается до безопасного уровня, и сопротивление термистора возвращается до первоначального уровня.

Устройство и виды

Терморезистор — полупроводниковый элемент, который в зависимости от вида меняет сопротивление при росте/снижении температуры. Сегодня выделяется два вида изделий:

1. Термисторы — детали с негативным температурным коэффициентом (NTC). Их особенность состоит в падении сопротивления при росте температуры.
2. Позисторы — элементы, имеющие «плюсовой» температурный коэффициент (PTC). В отличие от прошлого вида, при повышении T сопротивление, наоборот, растет.

В зависимости от типа полупроводника при его производстве применяются разные элементы. Как отмечалось, при создании резистивных элементов используются оксиды, халькогениды и галогениды различных металлов, а конструктивное исполнение может меняться в зависимости от сферы назначения.

Типы по принципу действия

Терморезисторы различаются по принципу действия. Выделяется два типа:

1. КОНТАКТНЫЕ. К этой категории относятся термопары, термодатчики, заполненные термометры и термометры биметаллического типа.
2. БЕСКОНТАКТНЫЕ. В эту группу входят терморезисторы, построенные на инфракрасном принципе действия. Они активно применяются в оборонной сфере, благодаря способности выявлять тепловое излучение ИК и оптических лучей (выделяются газами и жидкостями).

Классификация по температурному срабатыванию

Терморезисторы отличаются по температуре, на которую они реагируют при срабатывании. С этой позиции выделяются следующие типы деталей:

1. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ. Такие элементы срабатывают при температуре ниже 170 Кельвинов (минус 102⁰С). 1 Кельвин = минус 272,15⁰С.
2. СРЕДНЕТЕМПЕРАТУРНЫЕ. Здесь диапазоне работы выше и находится между 170 и 510 Кельвинами.
3. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ. Терморезисторы такого класса работают при температурах от 570 Кельвинов.
4. ОТДЕЛЬНЫЙ КЛАСС. Выделятся также индивидуальная группа высокотемпературных термических резисторов, работающих в диапазоне от 900 до 1300 К.

Вне зависимости от вида (позисторы, термисторы) терморезисторы могут работать в разных температурных режимах и внешних условиях. При эксплуатации в условиях частых изменений температур первоначальные параметры детали могут меняться.

Речь идет о двух параметрах — сопротивлении детали в условиях комнатной температуры и коэффициенте сопротивления.

По виду нагрева

По способу нагревания терморезисторы делятся на два типа:

1. ПРЯМОГО НАГРЕВА. Подразумевается изменение температуры детали под действием окружающего воздуха или тока, протекающего через деталь. Устройства с прямым нагревом чаще всего применяются для решения двух задач — изменения температуры или восстановления нормального режима. Такие терморезисторы применяются в градусниках, ЗУ, термостатах и других устройствах.
2. КОСВЕННОГО НАГРЕВА. В отличие от прошлого типа здесь нагрев происходит из-за элементов, находящихся в непосредственной близости от резистора. Узлы никак не взаимосвязаны. При таком подходе сопротивление полупроводника обуславливается изменением тока, который проходит через близлежащий элементы. Терморезисторы, работающие на косвенном принципе, нашли применение в мультиметрах (комбинированных приборах).

Главные параметры терморезисторов

При выборе детали важно ориентироваться на ее показатели и характеристики, меняющиеся в зависимости от типа, производителя, исходного материала и других показателей.

При выборе изделия нужно выяснить главные параметры и определить, подходят они для решения поставленной задачи или нет.

Параметры терморезисторов:

1. ГАБАРИТЫ. При покупке нужно быть уверенным, что деталь подходит по размеру и поместится на плате (в схеме).
2. СОПРОТИВЛЕНИЯ RT и RT. Параметры измеряются в Омах и указываются применительно к текущей температуре в градусах Цельсия или Кельвинах. Если деталь рассчитана на работу при температурах от -100 до +200 градусов Цельсия, температурный режим для окружающей среды принимается на уровне 20-25 градусов Цельсия.
3. ПОСТОЯННАЯ ВРЕМЕНИ Τ (СЕК). Параметр отражает тепловую инерционность. При расчете учитывается время, которое необходимо для изменения температуры термического резистора на 63% от разницы t детали и окружающего воздуха. В большинстве случаев этот параметр принимается равным 100 градусов Цельсия.
4. ТКС (в % на один градус Цельсия). Как правило, этот показатель прописывается для той же температуры t, что и холодное сопротивление. В такой ситуации при обозначении используются другие цифры — at.
5. Мощность рассеивания Pmax (предельно допустимый параметр), Вт. По этому показателю можно судить о пределе, до достижения которого в полупроводнике не происходит необратимых изменений (параметры остаются прежними). При этом превышение температуры tmax при достижении Pmax исключено.
6. Температура tmax — максимально допустимый параметр, при котором характеристики терморезистора длительное время остаются без изменений (на установленном производителем уровне).
7. Коэффициент энергетической чувствительности (измеряется в Вт/проценты*R). Обозначение — G. Показатель отражает мощность, которую необходимо рассеять на детали для снижения параметра R на один процент.
8. Коэффициент рассевания (измеряется в Вт на один градус Цельсия). Условное обозначение — H. Параметр отражает мощность, которая рассеивается на термическом резисторе при разнице в температурных режимах детали и окружающего воздуха на один градус.

Рассмотренные выше коэффициенты (G и H) зависят от характеристик применяемого полупроводника и особенностей обмена тепла между изделием и окружающей его средой. Параметры связаны друг с другом через специальную формулу — G=H/100а.

9. Теплоемкость (измеряется в Джоулях на один градус Цельсия). Условное обозначение — C. Показатель отражает объем тепла (энергии), необходимой для нагрева терморезистора на один градус.

Некоторые рассмотренные параметры связаны друг с другом. В частности, постоянная времени τ равна отношению между теплоемкостью и коэффициентом рассеивания.

При покупке позитрона, кроме указанных выше параметров, нужно учесть интервал позитивного температурного сопротивления и кратность изменения R в секторе положительного ТКС.

Читайте также:

Базовые характеристики терморезисторов

При оценке терморезисторов нужно учесть и проанализировать их характеристики:

1. Вольтамперная характеристика — кривая на графике, показывающая зависимость напряжения на образце от проходящего через терморезистор тока. График рисуется с учетом теплового равновесия с окружающей природой. Для позисторов и термисторов графики различаются.
2. Температурная характеристика. При построении графика снимается зависимость сопротивления от температуры в определенном режиме. По оси R выставляется параметр по принципу десятикратного увеличения (10Х), а по оси времени пропускается участок в диапазоне от нуля до 223 Кельвинов.
3. Подогревная характеристика. С помощью графика можно увидеть параметры термических резисторов, работающих на косвенном принципе. Иными словами, кривая отражает зависимость сопротивления детали от подаваемой к нему мощности. При указании графика масштаб по сопротивлению берется с учетом 10Х.

Общий принцип действия

Терморезисторы делаются максимально чувствительными к изменению температурного режима, ведь на этом принципе они и работают. При отсутствии нагрева атомы, входящие в состав детали, находятся в правильном порядке и формируют длинные ряды.

В случае нагрева количество активных «переносчиков» заряда растет. Чем больше таких единиц, тем выше проводимость материала.

При изучении кривой зависимости сопротивления от температуры можно увидеть характеристику нелинейного типа. При этом лучшие характеристики терморезистор показывает в диапазоне от -90 до +130 градусов.

Важно учесть, что принцип действия таких деталей строится на корреляции между температурным режимом и металлами в составе детали.

Сам терморезистор изготавливается с применением полупроводниковых составов (оксидов, марганца, меди, никеля, силикатов, железа и других). Такие компоненты способны реагировать на малейшее изменение в температуре.

Создаваемое электрическое поле подталкивает электрон, который перемещается до момента удара об атом. По этой причине движение электрона затормаживается.

При росте температуры атомы двигаются активнее. При таких обстоятельствах исходный актом быстрее столкнется с другим элементом. В результате возникает дополнительное сопротивление.

После снижения рабочей температуры электроны «падают» в нижние валентные уровни и переходят в невозбужденное состояние. Иными словами, они меньше перемещаются и не создают такого сопротивления.

В случае повышения температуры растет и показатель R. Но здесь нужно учесть тип терморезистора, от которого зависит принцип повышения и роста сопротивления при изменении температурного режима.

NTC

Терморезисторы NTC — изделия, имеющие отрицательный температурный коэффициент. Их особенность — повышенная чувствительность, высокий температурный коэффициент (на один или два порядка выше, чем у металла), небольшие габариты и широкий температурный диапазон.

Полупроводники NTC удобны в применении, стабильны в работе и способны выдерживать большую перегрузку.

Особенность NTC в том, что их сопротивление увеличивается при снижении температуры. И наоборот, если t снижается, параметр R растет. При изготовлении таких деталей применяются полупроводники.

Принцип действия прост. При повышении температуры число носителей заряда резко растет, и электроны направляются в зону проводимости. При изготовлении детали, кроме полупроводников, могут применяться и переходные металлы.

При анализе NTC нужно учесть бета-коэффициент. Он важен в случае, если изделие применяется при измерении температуры, для усреднения графика и вычислений с помощью микроконтроллеров.

Как правило, термисторы NTC применяются в температурном диапазоне от 25 до 200 градусов. Следовательно, их можно использовать для измерений в указанном пределе.

Отдельного нужно рассмотреть сфера их использования. Такие детали имеют небольшую цену и полезны для ограничения пусковых токов при старте электрических двигателей, для защиты Li аккумуляторов, снижения зарядных токов блока питания.

Терморезистор NTC также используется в автомобиле — датчик, применяемый для определения точки отключения и включения климат-контроля в машине.

Еще один способ применения — контроль температуры двигателя. В случае превышения безопасного предела, подается команда на реле, а дальше двигатель глушится.

Читайте также:

Не менее важный элемент — датчик пожара, определяющий рост температуры и запускающий сигнализацию.

Терморезисторы NTC обозначаются буквами или имеют цветную маркировку в виде полос, колец или других обозначений. Варианты маркировки зависят от производителя, типа изделия и других параметров.

Пример обозначения 5D-20, где первая цифра показывает сопротивление терморезистора при 25 градусах Цельсия, а расположенная рядом с ней цифра (20) — диаметр.

Чем выше этот параметр, тем большую мощность рассеивания имеет изделие. Чтобы не ошибиться в маркировке, рекомендуется использовать официальную документацию.

PTC

В отличие от рассмотренных выше терморезисторов, PTC — термисторы, имеющие положительный коэффициент сопротивления. Это означает, что в случае нагрева детали увеличивается и ее сопротивление. Такие изделия активно применялись в старых телевизорах, оборудованных цветными телескопами.

Сегодня выделяется два типа PTC-терморезисторов (от числа выводов) — с двумя и тремя отпайками. Отличие трехвыводных изделий заключается в том, что в их состав входит два позитрона, имеющих вид «таблеток», устанавливаемых в одном корпусе.

Внешне может показаться, что эти элементы идентичны, но на практике это не так. Одна из «таблеток» имеет меньший размер. Отличается и сопротивление — от 1,3 до 3,6 кОм в первом случае, и от 18 до 24 Ом для второй такой таблетки.

Двухвыводные терморезисторы производятся с применением полупроводникового материала (чаще всего Si — кремний). Внешне изделие имеет вид небольшой пластинки с двумя выводами на разных концах.

Терморезисторы PTC применяются в разных сферах. Чаще всего их используют для защиты силового оборудования от перегруза или перегрева, а также поддержания температуры в безопасном режиме.

Главные направления применения:

1. Защита электрических двигателей. Задача изделия состоит в защите обмотки от перегорания при клине ротора или в случае поломки системы охлаждения. Позистор играет роль датчика, подключаемого к управляющему прибору с исполняющим реле, контакторами и пускателями. При появлении форс-мажорной ситуации сопротивление растет, а сигнал направляется к управляющему элементу, дающему команду на отключение мотора.
2. Защита трансформаторных обмоток от перегрева или перегруза. В такой схеме позистор устанавливается в цепи первичной обмотки.
3. Нагревательный узел в пистолетах для приклеивания.
4. В машинах для нагрева тракта впуска.
5. Размагничивание ЭЛТ-кинескопов и т. д.

Как проверить с помощью мультиметра

Важный вопрос при эксплуатации термисторов — знание принципов их проверки. При оценке исправности нужно понимать, что термисторы бывают двух видов — с положительными и отрицательным температурным коэффициентом (об этом упоминалось выше). Следовательно, сопротивление детали снижается или уменьшается с ростом температуры.

С учетом этого факта для проверки термистора потребуется всего два элемента — паяльник для нагрева и мультиметр.

Алгоритм действий:

1. Перевод прибора в режим замера сопротивления.
2. Подключение щупов к клеммам терморезистора (расположение не имеет значения).
3. Фиксация сопротивления на бумаге и поднесение нагретого паяльника к детали.
4. Контроль сопротивления (оно растет или падает в зависимости от вида терморезистора).
5. Если сопротивление снижается или увеличивается, полупроводник работает правильно.

Для примера можно использовать термистор NTC типа MF 72. В нормальном режиме он показывает сопротивление 6,9 Ом при обычной температуре.

После поднесения паяльника к изделию ситуация изменилась — сопротивление пошло в сторону снижения и остановилось на уровне двух Ом. По этой проверке можно сделать вывод, что терморезистор исправен.

Если сопротивление меняется резко или вообще не двигается, можно говорить о выходе детали из строя.

Стоит учесть, что такая проверка очень грубая. Для точного контроля нужно проверить температуру и сопротивление термистора, а после сравнить данные с официальными параметрами.

Как подключить

Принцип подключения термисторов прост (на примере Arduino). Для этого потребуется монтажная плата, деталь и резистор на 10 кОм. Так как изделие имеет высокое сопротивление, этот параметр для проводников не влияет на конечный результат.

Один контакт сопротивления подключается к контакту 5В, а второй — к контакту термистора.

Вторую отпайку терморезистора необходимо посадить на «землю». Центр двух резисторов подключается к контакту «Аналог 0).

<

Где находится на схеме

Отображение терморезистора на схеме может различаться. Изделие легко найти по обозначениям t и t0. Внешне оно отражается как сопротивление, через которое проходит полоска по диагонали с «подставкой» под t0 снизу. Главные обозначения — R1, Th2 или RK1.

Если возникают сомнения в сфере применения, терморезистор можно нагреть и посмотреть на его поведение. Если сопротивление будет меняться, это нужный элемент.

Терморезисторы используются почти везде — в плате зарядного устройства, в автомобильных усилителях, блоках питания ПК, в Li-Ion аккумуляторах и других устройства. Найти их на схеме не трудно.

SMD и встроенные терморезисторы

Существует также еще два вида терморезисторов, которым стоит уделить внимание:

1. SMD — детали с особым типом монтажа (для внешнего крепления). Внешне они не сильно отличаются от конденсаторов SMD, изготовленных из керамики. Габариты соответствуют стандартному ряду — 1206, 0805, 0603 и т. д. По виду отличить такие изделия от терморезисторов SMD почти невозможно.
2. Встроенные. Применяются в паяльных станциях (для контроля температуры жала), в том числе термовоздушного типа.

Читайте также:

В дополнение стоит сказать, что в электронике вместе с терморезисторами используются термореле и термические предохранители, которые работают на похожем принципе и также устанавливаются в электронных приборах.

<

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.

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.

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.

На электрических схемах терморезисторы обозначаются:

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:

8.1.1.      Принцип действия термисторов | Электротехника

Термистор – это полупроводниковый терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

В термисторах прямого подогрева сопротивление изменяется или под влиянием теплоты, выделяющейся в них при прохождении электрического тока, или в результате изменения температуры термистора из-за изменения его теплового облучения (например, при изменении температуры окружающей среды).

Уменьшение сопротивления полупроводника с увеличением температуры (отрицательный температурный коэффициент сопро­тивления) может быть вызвано разными причинами:

1) увеличе­нием концентрации носителей заряда;

2) увеличением интенсивности обмена электронами между ионами с переменной валентностью;

3) фазовыми превращениями полупроводникового материала.

1. Увеличе­нием концентрации носителей заряда характерно для термисторов, изготовлен­ных из монокристаллов ковалентных полупроводников (кремния, германия, карбида кремния, соединений типа А^IIIB^V и др.). Такие полупроводники обладают отрицательным температурным коэф­фициентом сопротивления в диапазоне температур, соответствующих примесной электропроводности, когда не все примеси иони­зированы, а также в диапазоне температур собственной электро­проводности, когда концентрация носителей изменяется из-за ионизации собственных атомов полупроводника. И в том и в другом случае сопротивление полупро­водника зависит в основном от изменения концентрации но­сителей заряда, так как температурные изменения подвижности при этом пренебрежимо малы.

В этих диапазонах температур зависимость сопротивления полупроводника от температуры соответствует уравнению

,                                                       (8.1)

где  – ко­эффициент, зависящий от материала и размеров термистора; – коэффициент температурной чувствительности. При неполной ионизации примесей и отсутствии компенсации:

,

где  – энергия ионизации примесей (доноров или акцепто­ров).

Для скомпенсированного полупроводника при неполной иони­зации примесей

.                                                        (8.2)

При собственной электропроводности

,                                                   (8.3)

где  – ширина запрещенной зоны полупроводника.

1. Основная часть термисторов, выпускаемых промышленно­стью, изготовлена из оксидных полупроводников – оксидов ме­таллов переходной группы таблицы Д.И. Менделеева (от титана до цинка). Такие термисторы в форме стержней, трубок, дисков или пластинок получают методом керамической технологии, т.е. путем обжига заготовок при высокой температуре.

Электропроводность оксидных полупроводников с преоблада­ющей ионной связью отличается от электропроводности ковалентных полупроводников. Для металлов переходной группы ха­рактерны наличие незаполненных электронных оболочек и пере­менная валентность. В результате, при образовании оксида в определенных условиях (наличие примесей, отклонение от стехио­метрии) в одинаковых кристаллографических положениях оказы­ваются ионы с разными зарядами.

Электропроводность таких материалов объясняется обменом электронами между соседними ионами. Энергия, необходимая для такого обмена, экспонен­циально уменьшается с увеличением температуры. В результате изменения интенсивности обмена электронами между ионами температурная зависимость сопротивления термистора из оксидного полупроводника имеет такой же характер, как и у термисто­ров из ковалентных полупроводников (8.1), но коэффи­циент температурной чувствительности отражает изменение интенсивности обмена электронами между ионами, а не изменение концентрации носителей заряда.

2. В оксидах ванадия V₂ O₄ и V₂
O₃ при температуре фазовых превращений (68 и  -110 °С) наблюдается уменьшение удельного сопротивления на несколько порядков. Это явление также может быть использовано для создания термисторов с большим отрица­тельным температурным коэффициентом сопротивления в диапа­зоне температур, соответствующих фазовому превращению.

характеристики и параметры, принцип действия и классификация

Развитие электроники с каждым годом набирает обороты. Но, несмотря на новые изобретения, в электрических схемах надёжно работают устройства, сконструированные ещё в начале XX века. Один из таких приборов — термистор. Форма и назначение этого элемента настолько разнообразны, что быстро отыскать его в схеме удаётся только опытным работникам сферы электротехники. Понять, что такое термистор, можно лишь владея знаниями о строении и свойствах проводников, диэлектриков и полупроводников.

Описание прибора

Датчики температуры широко используются в электротехнике. Почти во всех механизмах применяются аналоговые и цифровые микросхемы термометров, термопары, резистивные датчики и термисторы. Приставка в названии прибора говорит о том, что термистор — это такое устройство, которое зависит от влияния температуры. Количество тепла в окружающей среде — главенствующий показатель в его работе. Благодаря нагреванию или охлаждению, меняются параметры элемента, появляется сигнал, доступный для передачи на механизмы контроля или измерения.

Термистор — это прибор электроники, у которого значения температуры и сопротивления связаны обратной пропорциональностью.

Существуют и другое его название — терморезистор. Но это не вполне правильно, так как на самом деле термистор является одним из подвидов терморезистора. Изменение теплоты может влиять на сопротивление резистивного элемента двумя способами: либо увеличивая его, либо уменьшая.

Поэтому термосопротивления по температурному коэффициенту подразделяются на РТС (положительные) и NTC (отрицательные). РТС — резисторы получили название позисторов, а NTC — термисторов.

Отличие РТС и NTC приборов состоит в изменении их свойств при воздействии климатических условий. Сопротивление позисторов прямо пропорционально количеству тепла в окружающей среде. При нагреве NTC — приборов его значение уменьшается.

Таким образом, повышение температуры позистора приведёт к росту его сопротивления, а у термистора — к падению.

Вид терморезистора на электрических принципиальных схемах похож на обыкновенный резистор. Отличительной чертой является прямая под наклоном, которая перечёркивает элемент. Тем самым показывая, что сопротивление не постоянно, а может изменяться в зависимости от увеличения или уменьшения температуры в окружающей среде.

Основное вещество для создания позисторов — титанат бария. Технология изготовления NTC — приборов более сложная из-за смешивания различных веществ: полупроводников с примесями и стеклообразных оксидов переходных металлов.

Классификация термисторов

Габариты и конструкция терморезисторов различны и зависят от области их применения.

Форма термисторов может напоминать:

• плоскую пластину;
• диск;
• стержень;
• шайбу;
• трубку;
• бусинку;
• цилиндр.

Самые маленькие терморезисторы в виде бусинок. Их размеры меньше 1 миллиметра, а характеристики элементов отличаются стабильностью. Недостатком является невозможность взаимной подмены в электрических схемах.

Классификация терморезисторов по числу градусов в Кельвинах:

• сверх высокотемпературные — от 900 до 1300;
• высокотемпературные — от 570 до 899;
• среднетемпературные — от 170 до 510;
• низкотемпературные — до 170.

Максимальный нагрев хоть и допустим для термоэлементов, но сказывается на их работе ухудшением качества и появлением значительной погрешности в показателях.

Технические характеристики и принцип действия

Выбор терморезистора для контролирующего или измерительного механизма проводят по номинальным паспортным или справочным данным. Принцип действия, основные характеристики и параметры термисторов и позисторов похожи. Но некоторые отличия все же существуют.

РТС — элементы оцениваются тремя определяющими показателями: температурной и статической вольт — амперной характеристикой, термическим коэффициентом сопротивления (ТКС).

У термистора список более широкий.

Помимо параметров, аналогичных позистору, показатели следующие:

• номинальное сопротивление;
• коэффициенты рассеяния, энергетической чувствительности и температуры;
• постоянная времени;
• температура и мощность по максимуму.

Из этих показателей основными, которые влияют на выбор и оценивание термистора, являются:

• номинальное сопротивление;
• термический коэффициент сопротивления;
• мощность рассеяния;
• интервал рабочей температуры.

Номинальное сопротивление определяется при конкретной температуре (чаще всего двадцать градусов Цельсия). Его значение у современных терморезисторов колеблется в пределах от нескольких десятков до сотен тысяч ом.

Допустима некоторая погрешность значения номинального сопротивления. Она может составлять не более 20% и должна быть указана в паспортных данных прибора.

ТКС зависит от теплоты. Он устанавливает величину изменения сопротивления при колебании температуры на одно деление. Индекс в его обозначении указывает на количество градусов Цельсия либо Кельвина в момент измерений.

Выделение теплоты на детали появляется из-за протекания по ней тока при включении в электрическую цепь. Мощность рассеяния — величина, при которой резистивный элемент разогревается от 20 градусов Цельсия до максимально допустимой температуры.

Интервал рабочей температуры показывает такое её значение, при котором прибор работает длительное время без погрешностей и повреждений.

Принцип действия термосопротивлений основан на изменении их сопротивления под влиянием теплоты.

Происходит это по нескольким причинам:

• из-за фазового превращения;
• ионы с непостоянной валентностью более энергично обмениваются электронами;
• сосредоточенность заряженных частиц в полупроводнике распределяется другим образом.

Термисторы используются в сложных устройствах, которые применяются в промышленности, сельском хозяйстве, схемах электроники автомобилей. А также встречаются в приборах, которые окружают человека в быту — стиральных, посудомоечных машинах, холодильниках и другом оборудовании с контролем температуры.

Термистор

: определение, применение и принцип работы

Что такое термистор?

Термистор (или термистор ) определяется как тип резистора, электрическое сопротивление которого изменяется при изменении температуры. Хотя сопротивление всех резисторов будет немного колебаться в зависимости от температуры, термистор особенно чувствителен к изменениям температуры.

Термисторы действуют как пассивный компонент в цепи. Это точный, дешевый и надежный способ измерения температуры.

Хотя термисторы плохо работают при очень высоких или низких температурах, они являются предпочтительным выбором для многих различных приложений.

Термисторы

идеальны, когда требуется точное измерение температуры. Обозначение схемы термистора показано ниже:

Использование термисторов

Термисторы имеют множество применений. Они широко используются как способ измерения температуры в качестве термисторного термометра во многих различных жидких средах и окружающем воздухе.Некоторые из наиболее распространенных применений термисторов включают:

• Цифровые термометры (термостаты)
• Автомобильные приложения (для измерения температуры масла и охлаждающей жидкости в легковых и грузовых автомобилях)
• Бытовая техника (например, микроволновые печи, холодильники и печи)
• Схема защита (т.е. защита от перенапряжения)
• Аккумуляторные батареи (убедитесь, что поддерживается правильная температура батареи)
• Для измерения теплопроводности электрических материалов
• Используется во многих основных электронных схемах (например.г. как часть начального набора Arduino для начинающих)
• Температурная компенсация (т.е. поддержание сопротивления для компенсации эффектов, вызванных изменениями температуры в другой части схемы)
• Используется в схемах моста Уитстона

Как работает термистор

Принцип работы термистора заключается в том, что его сопротивление зависит от его температуры. Мы можем измерить сопротивление термистора с помощью омметра.

Если мы знаем точную взаимосвязь между тем, как изменения температуры влияют на сопротивление термистора, то, измеряя сопротивление термистора, мы можем определить его температуру.

Насколько изменяется сопротивление, зависит от типа материала, из которого изготовлен термистор. Связь между температурой термистора и сопротивлением нелинейна. Типичный график термистора показан ниже:

Если бы у нас был термистор с указанным выше графиком температуры, мы могли бы просто сопоставить сопротивление, измеренное омметром, с температурой, указанной на графике.

Проведя горизонтальную линию поперек сопротивления на оси Y и проведя вертикальную линию вниз от того места, где эта горизонтальная линия пересекается с графиком, мы можем, следовательно, определить температуру термистора.

Типы термисторов

Существует два типа термисторов:

• Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)
• Термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC)

Термистор NTC

В термисторе NTC при повышении температуры сопротивление уменьшается. А при понижении температуры сопротивление увеличивается. Следовательно, в термисторе NTC температура и сопротивление обратно пропорциональны. Это наиболее распространенный тип резисторов.

Связь между сопротивлением и температурой в термисторе NTC определяется следующим выражением:

Где:

• R _T — сопротивление при температуре T (K)
• R ₀ — сопротивление при температуре T ₀ (K)
• T ₀ — эталонная температура (обычно 25 ^o C)
• β — постоянная величина, ее значение зависит от характеристик материала. Номинальное значение принято равным 4000.

Если значение β велико, то соотношение резистор – температура будет очень хорошим. Более высокое значение β означает большее изменение сопротивления при одинаковом повышении температуры — следовательно, вы увеличили чувствительность (и, следовательно, точность) термистора.

Из выражения (1) можно получить температурный коэффициент сопротивления. Это не что иное, как выражение чувствительности термистора.

Выше видно, что αT имеет отрицательный знак.Этот отрицательный знак указывает на отрицательные температурные характеристики термистора NTC.

Если β = 4000 K и T = 298 K, то α _T = –0,0045 / ^o K. Это намного выше, чем чувствительность платинового RTD. Это позволит измерить очень небольшие изменения температуры.

Однако сейчас доступны альтернативные формы сильно легированных термисторов (по высокой цене), которые имеют положительный температурный коэффициент.

Выражение (1) таково, что невозможно сделать линейную аппроксимацию кривой даже в небольшом диапазоне температур, и, следовательно, термисторы определенно являются нелинейным датчиком.

Термистор PTC

Термистор PTC имеет обратную зависимость между температурой и сопротивлением. При повышении температуры сопротивление увеличивается.

А при понижении температуры сопротивление уменьшается. Следовательно, в термисторе PTC температура и сопротивление обратно пропорциональны.

Хотя термисторы PTC не так распространены, как термисторы NTC, они часто используются как форма защиты цепи. Подобно предохранителям, термисторы PTC могут действовать как токоограничивающие устройства.

Когда ток проходит через устройство, он вызывает небольшое резистивное нагревание. Если сила тока достаточно велика, чтобы произвести больше тепла, чем устройство может потерять своему окружению, устройство нагревается.

В термисторе PTC этот нагрев также приведет к увеличению его сопротивления. Это создает самоусиливающийся эффект, который увеличивает сопротивление, тем самым ограничивая ток. Таким образом, он действует как устройство ограничения тока, защищая цепь.

Характеристики термистора

Взаимосвязь, определяющая характеристики термистора, приведена ниже как:

Где:

• R ₁ = сопротивление термистора при абсолютной температуре T ₁ [ ^o K]
• R ₂ = сопротивление термистора при температуре T ₂ [ ^o K]
• β = постоянная, зависящая от материала преобразователя (например, преобразователя осциллятора)

В приведенном выше уравнении можно увидеть, что зависимость между температурой и сопротивлением очень нелинейна.Стандартный термистор NTC обычно имеет отрицательный температурный коэффициент термического сопротивления около 0,05 / ^o C.

Конструкция термистора

Для изготовления термистора два или более порошка полупроводников, изготовленных из оксидов металлов, смешиваются со связующим для образования суспензии. .

Маленькие капли этой суспензии образуются на подводящих проводах. Для сушки его нужно поместить в печь для спекания.

Во время этого процесса суспензия сжимается на подводящих проводах для электрического соединения.

Этот обработанный оксид металла герметизируется путем нанесения на него стеклянного покрытия. Это стеклянное покрытие придает термисторам водонепроницаемые свойства, что способствует повышению их стабильности.

На рынке доступны термисторы различных форм и размеров. Термисторы меньшего размера имеют форму шариков диаметром от 0,15 мм до 1,5 мм.

Термисторы также могут быть в форме дисков и шайб, изготовленных путем прессования материала термистора под высоким давлением в плоские цилиндрические формы диаметром от 3 до 25 миллиметров.

Типы датчиков температуры

Типичный размер термистора составляет от 0,125 мм до 1,5 мм. Имеющиеся в продаже термисторы имеют номинальные значения 1K, 2K, 10K, 20K, 100K и т. Д. Это значение указывает значение сопротивления при температуре 25 ^o C.

Термисторы доступны в различных моделях: шарикового, стержневого типа. , дискового типа и др. Основными преимуществами термисторов являются их небольшие размеры и относительно невысокая стоимость.

Это преимущество в размере означает, что постоянная времени термисторов, работающих в оболочках, мала, хотя уменьшение размера также снижает их способность к рассеиванию тепла и, таким образом, увеличивает эффект самонагрева.Этот эффект может привести к необратимому повреждению термистора.

Чтобы предотвратить это, термисторы должны работать при низких уровнях электрического тока по сравнению с термометром сопротивления, что приводит к более низкой чувствительности измерения.

Термистор и термопара

Основные различия между термистором и термопарой:

Термисторы:

• Более узкий диапазон чувствительности (от 55 до +150 ^o C — хотя это зависит от марки)
• Параметр измерения = Сопротивление
• Нелинейная зависимость между параметром измерения (сопротивлением) и температурой
• Термисторы NTC имеют примерно экспоненциальное уменьшение сопротивления с повышением температуры
• Хорошо подходят для измерения небольших изменений температуры (трудно использовать термистор точно и с высоким разрешением в диапазоне более 50 ^o C).
• Чувствительная схема проста и не требует усиления и очень проста
• Точность обычно трудно улучшить, чем 1 ^o C без калибровки

Термопары:

• Имеют широкий диапазон измерения температуры ( Тип T = -200-350 ^o C; Тип J = 95-760 ° C; Тип K = 95-1260 ° C; другие типы работают до еще более высоких температур)
• Может быть очень точным
• Параметр измерения = напряжение образуются переходами при разных температурах
• Напряжение термопары относительно низкое
• Имеют линейную зависимость между параметром чувствительности (напряжением) и температурой

Термистор против RTD

Температурные датчики сопротивления (также известные как датчики RTD) очень похожи на термисторы.И RTD, и термисторы имеют разное сопротивление в зависимости от температуры.

Основное различие между ними — тип материала, из которого они сделаны. Термисторы обычно изготавливаются из керамических или полимерных материалов, а термометры сопротивления — из чистых металлов. С точки зрения производительности термисторы выигрывают почти во всех аспектах.

Термисторы более точны, дешевле и имеют более быстрое время отклика, чем термометры сопротивления. Единственный реальный недостаток термистора по сравнению с RTD — это диапазон температур.RTD может измерять температуру в более широком диапазоне, чем термистор.

Кроме этого, нет причин использовать термистор поверх RTD.

Принцип работы, типы и применение термистора

Измерение температуры считается наиболее важной частью любого электронного приложения. В бытовых приборах или в промышленной среде необходимо измерение температуры, чтобы установить определенные пределы для работы. Для этой цели существуют различные датчики, некоторые из которых часто предпочитают: термопары, полупроводниковые датчики, датчики температуры сопротивления, широко известные как RTD и термисторы.

В ходе экспериментов с поведением полупроводникового материала, называемого сульфидом серебра, был обнаружен первый термистор, основанный на отрицательном температурном коэффициенте. Это стало возможным благодаря Майклу Фарадею в 1833 году. Он задокументировал свое наблюдение, что по мере уменьшения сопротивления компонента сульфида серебра температура имеет тенденцию к увеличению. Из-за возникших трудностей во время производства возможности применения были ограничены. В 1930 году Самуэль Рубен изобрел коммерческий термистор.

Что такое термистор?

Тип резистора, значение сопротивления которого чувствительно к изменению температуры, называется термистором. Это пассивный компонент схемы. Материал, из которого изготовлен этот датчик, отличается от RTD. Термисторы изготавливаются из керамики или полимеров.

Температура, измеренная этим термистором, дает точные значения. Они дешевы и надежны. Но это плохо, когда мы подключаем его в экстремально холодных и жарких условиях.Когда повышается требование поддерживать определенные термисторы с ограниченным диапазоном, предпочтительнее. В случае большого диапазона температур используются RTD, потому что они состоят из чистых металлов.

Обозначение термистора:

Термистор — символ

Принцип работы термистора

Функционирование термистора описывается как

• Принцип работы термистора заключается в его зависимости значений сопротивления от изменения температуры.
• Значение сопротивления можно измерить с помощью омметра.Они подключены последовательно к батарее и счетчику.
• Изменение сопротивления зависит от материала, выбранного в конструкции термистора.
• Термисторы считаются особой разновидностью резисторов. Как правило, резистор известен тем, что ограничивает величину тока в цепи.
• Но в этих терморезисторах изменение сопротивления зависит от изменения температуры.
• Если температура имеет тенденцию к увеличению, сопротивление в цепи уменьшается в этих специальных вариантах резисторов.Это решается исходя из температурного коэффициента.

Типы термисторов

Чтобы понять типы термисторов, необходимо проанализировать уравнение, которое показывает линейную зависимость между температурой и сопротивлением.

dR = k.dT

dR = изменение значения сопротивления

k = температурный коэффициент первого порядка

dT = изменение температуры

Это уравнение известно как приближение типа дифференциации первого порядка .Анализ изменения температуры основан на коэффициенте.

Если температурный коэффициент положительный. Затем повышение температуры увеличивает значение сопротивления. Следовательно, этот тип термистора называется типом с положительным температурным коэффициентом.

Если температурный коэффициент отрицательный. Тогда повышение температуры приводит к снижению сопротивления. Этот тип термистора известен как тип с отрицательным температурным коэффициентом.

Положительный температурный коэффициент (PTC)

Термисторы типа PTC подразделяются на два типа.Первая классификация известна как силисторы. Силисторы изготовлены из кремния и имеют линейные температурные характеристики. Другой тип классификации — это термисторы с положительным температурным коэффициентом переключения. Этот термистор изначально ведет себя как NTC, где сопротивление уменьшается с повышением температуры, но после достижения определенной температуры сопротивление увеличивается с повышением температуры.

PTC-термистор

Эта точка перехода устройства известна как температура Кюри.Как только эта точка пересечена, устройство ведет себя с положительным температурным коэффициентом.

Отрицательный температурный коэффициент (NTC)

Поскольку значение коэффициента k отрицательно, температура и сопротивление становятся обратно пропорциональными друг другу. Повышение температуры приводит к снижению сопротивления и наоборот. Этот тип термистора является наиболее предпочтительным. Потому что они могут быть реализованы практически в любом типе устройства, где температура играет важную роль.

NTC-термистор

Он способен обеспечивать точные значения температуры, а также достаточно хорошо обеспечивает контроль температуры. Они используются как «резистивные датчики температуры» и «ограничители тока». по сравнению с силисторами и термометрами сопротивления термисторы NTC очень чувствительны к изменениям температуры. Рабочий диапазон датчиков NTC от -55 до 200 ° C.

Материалы, используемые в конструкции этих термисторов NTC, — это оксиды кремния, железа, никеля и кобальта.В зависимости от процесса производства они делятся на три группы.

Термисторы с шариками

Термисторы этих типов изготавливаются с использованием выводных проводов из платинового сплава и напрямую соединяются в керамическом корпусе.

• Быстрое время отклика
• Лучшая стабильность
• Способность работать при более высоких температурах

Вышеуказанные особенности наблюдаются в термисторах Bead по сравнению с термисторами Disk и Chip.Из-за своей хрупкости при использовании в цепях они герметизированы стеклянным корпусом. Таким образом, устойчивость не пострадает, а также будет защищена от механических повреждений. Размер его от 0,075 до 5 мм.

Дисковые и чиповые термисторы

Они производятся с использованием металлических контактов. Они больше, из-за чего реакция становится медленнее, чем у термисторов шарикового типа.

Мощность, рассеиваемая этим термистором, пропорциональна квадрату силы тока.Следовательно, допустимая нагрузка по току у этих конденсаторов лучше, чем у шариковых термисторов. Дисковые термисторы, изготовленные из смеси оксидов в круглой матрице. Процесс ленточного литья используется при изготовлении терморезисторов для микросхем. размер от 0,25 до 25 мм.

Термисторы в стеклянной капсуле

Для использования термисторов с температурой выше 150 ° C термисторы конструируются путем их заключения в герметичное стекло. Они более стабильны и защищены от изменений окружающей среды.Размер этих термисторов составляет от 0,4 до 10 мм.

Характеристики термисторов

Характеристики термисторов меняются в зависимости от того, относятся ли они к типу с положительным или отрицательным коэффициентом. В PTC температура и сопротивление прямо пропорциональны, тогда как в NTC они обратно связаны друг с другом.

характеристики термистора

Из приведенного выше рисунка видно, что характеристики термистора являются нелинейными.Температуру термисторов можно изменять двумя способами. Во-первых, изменяя температуру снаружи в связи с изменением окружающей среды. Кроме того, концепция самонагрева может изменить температуру термистора внутри.

Области применения термистора

Термисторы применяются следующим образом:

1. Они компактны. Его можно использовать как датчик температуры в цифровых термометрах.
2. В автомобильной промышленности для измерения температуры охлаждающей жидкости и масла в грузовиках, а также в легковых автомобилях они предпочтительны.
3. В бытовых приборах термистор используется для увеличения или уменьшения количества необходимого тепла.
4. Для защиты цепей от воздействия перегрузки за счет увеличения значения сопротивления. Следовательно, термисторы считаются элементами защиты цепи.
5. В цепях моста Уитстона, аккумуляторов, электронных устройств используются термисторы.

Его единственная цель — поддерживать необходимое сопротивление в цепи.Таким образом, можно компенсировать влияние температуры.

Заключение

Датчики, зависящие от температуры, известны как термисторы. Это чувствительные устройства, которые реагируют на небольшие изменения температуры. Требование поддерживать определенную температуру, которую используют эти устройства. Эти термисторы используются для измерения, управления и охлаждения устройства Пельтье. Чтобы использовать его вместе с устройством, он устанавливается на поверхность и контролируется температура. После обсуждения можете ли вы описать, какова цель уравнения Штейна-Харта в термисторах?

Часто задаваемые вопросы

1.Что может использовать термистор?

Термистор — это слово, образованное от комбинации терминов термистор и резистор. Это ясно указывает на то, что единственная цель термисторов — бороться с теплом на основе сопротивления. Кроме того, они предпочтительны в качестве устройств для измерения температуры.

Когда тепло в контуре увеличивается, контур нагревается. В такой ситуации для защиты цепей используются термисторы.

2. Что вызывает отказ термистора?

Возникновение условий обрыва цепи из-за механического разделения между проводом и резистором.Это приводит к неправильному обращению или повреждению из-за нагрева. Это одна из причин выхода из строя термистора.

Другой причиной может быть старение термистора. По всем вышеперечисленным причинам происходят колебания значений температуры, и отображается неверный набор значений температуры. Это можно преодолеть заменой термистора.

3. Как проверить датчик термистора?

Для проверки термисторного датчика мы можем использовать аналоговый мультиметр.При проверке термисторов выполняются следующие шаги:

• Подключите аналоговый мультиметр к выводам термистора. Полярность не учитывается.
• С помощью паяльника из утюга можно нагреть термистор.
• Как только тепло в термисторе имеет тенденцию к изменению, значения на мультиметре могут увеличиваться или уменьшаться.
• Графический анализ основан на выбранном типе термистора: PTC или NTC.
• Для исправных термисторов изменение показаний плавное.

4. Есть ли у термистора непрерывность?

Термисторы — это устройства, которые предназначены для отображения значения сопротивления в зависимости от температуры. Колебания сопротивлений повлияют на его температуру. Следовательно, эти устройства не обладают непрерывностью.

Принцип работы термистора — Inst Tools

Термисторы

Термисторы — это чувствительные к температуре полупроводники, которые демонстрируют большое изменение сопротивления в относительно небольшом диапазоне температур.Существует два основных типа термисторов: положительный температурный коэффициент (PTC) и отрицательный температурный коэффициент (NTC). Термисторы NTC демонстрируют характеристику сопротивления, падающую с повышением температуры. Чаще всего они используются для измерения температуры.

Термистор аналогичен RTD, но вместо металла используется полупроводниковый материал . Термистор представляет собой твердотельное устройство и имеет большую чувствительность , чем RTD.В отличие от RTD, характеристика термостойкости термистора нелинейная, и не может быть охарактеризована одним коэффициентом. Кроме того, в отличие от RTD, сопротивление термистора уменьшается на с повышением температуры.

Термисторы

нельзя использовать для измерения высоких температур по сравнению с RTD. Фактически максимальная рабочая температура иногда составляет всего 100 или 200 ° C.

Производители обычно предоставляют данные сопротивления-температуры в виде кривых, таблиц или полиномиальных выражений.Линеаризация корреляции между сопротивлением и температурой может быть выполнена с помощью аналоговой схемы или математических расчетов с использованием цифровых вычислений. Типичная схема термистора показана ниже.

Из принципиальной схемы видно, что это простой делитель напряжения. R _s — некоторый фиксированный (питающий) резистор. R _s и напряжение питания V _s можно отрегулировать для получения желаемого диапазона выходного напряжения V _o для заданного диапазона температур.

Преимущества: Большое изменение сопротивления при изменении температуры, быстрое время отклика, хорошая стабильность, высокое сопротивление устраняет трудности, вызванные сопротивлением выводов, низкая стоимость и взаимозаменяемость

Недостатки: Нелинейный, ограниченный диапазон рабочих температур, возможны неточности из-за перегрева, требуется источник тока.

Кривая зависимости сопротивления от температуры

В отличие от RTD и термопар, термисторы не имеют стандартов, связанных с их сопротивлением по сравнению стемпературные характеристики или кривые. Следовательно, есть из чего выбирать.

Каждый материал термистора обеспечивает различную «кривую» зависимости сопротивления от температуры. Некоторые материалы обеспечивают лучшую стабильность, в то время как другие имеют более высокое сопротивление, поэтому из них могут быть изготовлены термисторы большего или меньшего размера.

Многие производители указывают постоянную бета (B) между двумя температурами (пример: [3 0/50 = 3890). Это, наряду с сопротивлением при 25 ° C (77 ° F), можно использовать для идентификации конкретной кривой термистора.

Термистор представляет собой термометр сопротивления, аналогичный датчику температуры сопротивления (RTD) и используется для измерения температуры . Он состоит из неметаллического резистора, который используется в качестве чувствительного элемента температуры.

Термистор — это сокращение от «термистор». Устройство состоит из объемного полупроводникового устройства, которое действует как резистор с высоким и отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, иногда до -6% на каждый градус Цельсия повышения температуры.Благодаря этому свойству высокой чувствительности (то есть огромному изменению сопротивления при небольшом изменении температуры) термистор в основном применим для точного измерения температуры, контроля температуры и температурной компенсации, особенно в более низком диапазоне температур -100 градусов Цельсия. до +300 градусов Цельсия.

Разница между термисторными и резистивными датчиками температуры (RTD)

Оба устройства работают по тому же принципу, что постоянный ток, протекающий через резистор, и его изменяющееся сопротивление из-за изменения температуры измеряется как падение напряжения на нем.Основное отличие состоит в том, что электрическое сопротивление резистора, используемого в термисторе, изменяется нелинейным образом в зависимости от температуры. Чувствительный элемент, используемый в термисторе, изготовлен из керамики или полимера, в то время как RTD использует чистые металлы в качестве чувствительного элемента. Еще одно важное отличие — рабочий диапазон. Из-за своей высокой чувствительности термисторы используются в измерениях в узком диапазоне и в диапазонах низких температур от -20 градусов Цельсия до +120 градусов Цельсия. Но RTD используются в широком диапазоне температур.

Строительство

Устройство изготовлено из материалов, таких как спеченные смеси оксидов металлов, таких как марганец, никель, кобальт и железо. Их сопротивление колеблется от 0,4 Ом до 75 МОм, и они могут изготавливаться самых разных форм и размеров. Термисторы меньшего размера имеют форму шариков диаметром от 0,15 мм до 1,5 мм. Такой шарик может быть запаян на кончике твердого стеклянного стержня, чтобы сформировать зонд, который легче установить, чем шарик.В качестве альтернативы термистор может иметь форму дисков и шайб, изготовленных прессованием материала термистора под высоким давлением в плоские цилиндрические формы диаметром от 3 до 25 миллиметров. Шайбы могут быть уложены друг на друга и размещены последовательно или параллельно, чтобы повысить способность регулирования мощности.

Характеристическая кривая

Характеристики зависимости сопротивления от температуры термистора

Кривая зависимости сопротивления от температуры является одной из основных характеристик, которая используется в приложениях измерения, управления и компенсации с использованием термистора.График характеристик представлен ниже. Из графика характеристик типичного термистора видно, что удельное сопротивление изменяется от 107 до 1 Ом-см при изменении температуры от -100 градусов Цельсия до +400 градусов Цельсия. Этот высокий отрицательный температурный коэффициент сопротивления делает термистор идеальным преобразователем температуры .

Термистор в качестве датчика температуры

Термистор, используемый для измерения температуры, показан на рисунке ниже.Термистор имеет сопротивление 2 кОм при 25 градусах Цельсия, а температурный коэффициент -4% на градус Цельсия снижает изменение температуры на 80 Ом на градус Цельсия.

К прибору последовательно подключены аккумулятор и микрометр. Изменение температуры вызывает изменение сопротивления, если регистрируются термистор и соответствующее значение тока микрометра. Обычно измеритель калибруется по температуре с разрешением 0,1 градуса Цельсия.Как показано на рисунке, для увеличения чувствительности термисторов также используется мостовая схема.

Типы термисторов

Для изучения различных типов термисторов важно понимать формулу, которая показывает линейную зависимость между сопротивлением и температурой.

В приближении 1 ^{-го порядка} , изменение сопротивления равно температурному коэффициенту сопротивления 1 ^{-го порядка} , умноженному на изменение температуры.

dR = k.dT

где, dR — изменение сопротивления

к — 1 ^ст Заказать Температурный коэффициент сопротивления

dT — Изменение температуры

Если значение температурного коэффициента сопротивления (k) положительное, повышение температуры увеличивает сопротивление. Такое устройство можно назвать позисторным или термистором с положительным температурным коэффициентом (PTC). Если значение k отрицательное, повышение температуры приведет к уменьшению значения сопротивления.Такое устройство называется термистором с отрицательным температурным коэффициентом (NTC).

Позистор / Термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC)

Термисторы

PTC, которые используются в промышленности, в целом подразделяются на два. Первый из них называется «Силисторы», что означает чувствительные кремниевые резисторы. Известно, что силисторы имеют положительный температурный коэффициент, равный 08% на градус Цельсия. Если температура поднимается выше 175 градусов Цельсия, устройство переходит в область отрицательного температурного коэффициента.Другая классификация термисторов PTC называется термисторами PTC переключаемого типа. Он изготовлен из материалов керамического типа и, как известно, имеет очень высокое сопротивление при небольшом изменении температуры. В материал также добавляются присадки, так что они также проявляют полупроводниковое поведение. Известно, что устройство имеет температуру перехода или «Кюри». Пока устройство не достигнет этой конкретной точки, его характеристики сопротивления-температура будут иметь отрицательный температурный коэффициент.После этого он начинает показывать увеличивающийся положительный температурный коэффициент сопротивления. В этот момент также начинает развиваться сопротивление. Основное различие между температурным сопротивлением силистора и переключающего термистора с положительным температурным коэффициентом показано ниже.

Температурное сопротивление силистора и тип переключения PTC

Приложения

1. Устройство известно своим применением в качестве устройства защиты цепей, например предохранителя. Прохождение тока через устройство вызывает нагревание из-за его резистивных свойств.Таким образом, если через устройство протекает чрезмерный ток, устройство начинает соответственно нагреваться и, таким образом, увеличивает свое сопротивление. Это увеличение сопротивления снова увеличивает нагрев. Это создает такой эффект, который вызывает большее сопротивление в устройстве и ограничивает величину напряжения и тока в устройстве.
2. Другое важное применение — это таймер в цепи катушки размагничивания ЭЛТ-мониторов. Когда ЭЛТ-монитор включен, начальный ток достигает термистора PTC и катушки размагничивания.Термистор с положительным температурным коэффициентом будет большого размера, и, таким образом, сопротивление устройства будет увеличиваться по мере прохождения тока. Это вызывает накопление тепла и, таким образом, катушка размагничивания отключается очень быстро. Катушка размагничивания необходима для плавного уменьшения непрерывного магнитного поля. Эту помощь может оказать только термистор PTC.

Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

Термисторы

NTC, которые используются в промышленности, в целом подразделяются на два.Таким образом, классификация основана на методе размещения электродов на керамическом корпусе. Эту основную категорию можно дополнительно разделить в зависимости от различных типов геометрии, форм и методов обработки. Одна из основных категорий, которые чаще всего используются в промышленности, — это термисторы шарикового типа. В соответствии с формой и методами производства термисторы с шариками можно снова разделить на голые шарики, шарики с стеклянным покрытием, шарики повышенной прочности, шарики в стеклянных корпусах и многие другие.

Еще одна группа термисторов NTC — это с металлизированными контактами. Эти термисторы могут быть установлены с помощью пружинных контактов или поверхностного монтажа.

Приложения

1. Термисторы NTC используются для измерения температуры (обычно в узком диапазоне и низких диапазонах температур).
2. Устройство может использоваться для ограничения внезапных перегрузок по току, протекающих в цепях питания. Известно, что вначале устройство имеет очень высокое значение сопротивления.Сопротивление постепенно уменьшается при нагревании устройства. По мере уменьшения сопротивления восстанавливается обычная работа схемы, и через нее протекает сильный ток, не повреждая другие части схемы.
3. Это устройство используется для измерения температуры инкубаторов.
Термисторы
4. NTC используются для измерения и контроля аккумуляторов во время их зарядки.
5. Они используются для определения температуры масла и охлаждающей жидкости, используемой в автомобильных двигателях.Эта информация отправляется обратно водителю косвенными способами.

Сравнение термисторов PTC и NTC

Термистор, сокращенно ТЕРМОЧувствительный РЕЗИСТОР.

PTC, сокращенно от «Положительный температурный коэффициент».
NTC, сокращенно от отрицательного температурного коэффициента.

Сопротивление термистора PTC увеличивается с ростом температуры.
Сопротивление термистора NTC уменьшается с повышением температуры.

Основной материал термистора PTC BaTio3, основным материалом термистора NTC является Mn, Ni, Cu.

Термистор

PTC в основном применяется для защиты от перегрузки по току и короткого замыкания, защиты связи, задержки времени плавного переключения освещения, запуска двигателя, измерения температуры и защиты, саморегулирования нагрева и т. Д.

Термистор

NTC в основном применяется для ограничения пускового тока, измерения температуры, температурной компенсации, контроля температуры и т. Д.

Также читайте: Принцип работы RTD

Основы термистора, принцип работы, типы и применение

Термистор — это датчик температуры, изготовленный из полупроводникового материала, который демонстрирует большое изменение сопротивления по сравнению с крошечным низким изменением температуры.Термисторы недорогие, прочные, надежные и быстро срабатывают. Из-за этих качеств термисторы используются для простых измерений температуры, но не для высоких температур. Термистор прост в использовании, дешев, долговечен и предсказуемо реагирует на изменение температуры. Термисторы в основном используются в цифровых термометрах и бытовой технике, такой как холодильники, духовки и т. Д. Стабильность, чувствительность и постоянная времени являются последними характеристиками термисторов, которые делают эти термисторы прочными, портативными, экономичными, чувствительными и лучшими для измерения температуры в одной точке.Термисторы доступны в различных формах, таких как стержень, диск, буртик, шайба и т. Д. В этой статье дается обзор принципа работы термистора и его применения.

Что такое термистор и как он работает?

Термистор — недорогой и легко доступный термочувствительный резистор, принцип работы термистора таков, его сопротивление зависит от температуры. При изменении температуры сопротивление термистора изменяется предсказуемым образом. Преимущества использования термистора — точность и стабильность.

Типы термисторов

Термисторы

делятся на два типа, например,

.

• Термисторные элементы
• Термисторные зонды

Термисторные элементы

Термисторные элементы — это простейшая форма термисторов, обычно они используются, когда пространство очень ограничено. OMEGA предлагает широкий выбор термисторных элементов, которые различаются не только по форм-фактору, но и по сопротивлению и температурным характеристикам. Поскольку термисторы нелинейны, устройство, используемое для считывания температуры, должно линеаризовать показания.

Термисторные зонды

Отдельный элемент термистора сравнительно хрупкий и не может быть размещен в суровых условиях. OMEGA предлагает термисторные зонды, которые представляют собой термисторные элементы, закрепленные в металлических трубках. Термисторные зонды гораздо больше подходят для промышленных сред, чем термисторные элементы.

Схема простой пожарной сигнализации

с использованием термистора

Эта простая схема пожарной сигнализации основана на термисторе, и обнаружение возгорания возможно через эту схему.

• Эта схема очень полезна в системах домашней безопасности.
• Эта схема работает на основе принципа коммутации транзистора
• Термистор и резистор R1 образуют делитель потенциала n / w для управления транзистором
• Полупроводниковые материалы, используемые для термисторов, чувствительны к температуре
• Транзистор включается падением напряжения на резисторе R1.
• Предположим, что температура атмосферы составляет около 25 ° C, затем сопротивление термистора изменяется, затем напряжение на термисторе изменяется в соответствии с принципом закона Ома V = IR.
• Когда напряжение на резисторе R1 низкое, этого недостаточно для включения транзистора.
• Когда температура увеличивается, сопротивление термистора уменьшается, так что падение на резисторе R1 увеличивается, что включает транзистор.
• Когда транзистор включен, ток от Vcc начинает течь через зуммер 6 В, который издает звуковой сигнал. Диод используется для обеспечения однонаправленной проводимости, а конденсатор устраняет внезапные переходные процессы с термистора.

Температуру термистора можно рассчитать по измеренному сопротивлению с помощью уравнения Стейнхардта-Харта.

1 / T = A + B * ln (R) + C * (ln (R)) 3
Где, R в W и T в oK

В приведенном выше уравнении A, B и C — константы, которые могут быть определены из экспериментальных измерений сопротивления. Вот несколько точек данных для типичного термистора

Используя эти три значения, мы можем получить три уравнения в A, B и C.

(1/273) = A + B ln (16330) + C (ln (16330)) 3

(1/298) = A + B ln (5000) + C (ln (5000)) 3

(1/323) = A + B ln (1801) + C (ln (1801)) 3

Эти уравнения можно решить и рассчитать для A, B, C
A = 0,001284
B = 2,364x 10-4
C = 9,304x 10-8

Используя эти значения, вы можете рассчитать температуру и обратную величину, и мы получим график зависимости сопротивления от Кельвина

.

График сопротивления против

Кельвина

Расчет температуры по сопротивлению

Если у вас есть значение сопротивления, вы можете найти температуру, используя приведенное выше уравнение Стейнхардта-Харта.

1 / T = A + B * ln (R) + C * (ln (R)) 3

Из приведенного выше уравнения мы можем рассчитать температуру

T = 1 / [A + B * ln (R) + C * (ln (R)) 3]

Испытание термистора

Это всего лишь образец теста термистора. Мультиметр должен находиться в режиме сопротивления. Две клеммы мультиметра должны быть подключены к двум клеммам термистора.

Испытание термистора

Здесь не нужно заострять внимание на полярности. Теперь нагрейте термистор, поднося к нему нагретое жало паяльника. Теперь вы можете плавно наблюдать за изменением показаний мультиметра в зависимости от того, какой термистор тестируемый — PTC или NTC.

Для неисправных термисторов необходимо соблюдать следующее.

• Изменение показаний термистора никогда не будет плавным
• Для короткого термистора показание счетчика всегда будет нулевым, тогда как в открытом термисторе показание счетчика всегда будет бесконечным.

Применение термисторов

• Термистор используется для измерения температуры.
• Термистор используется как элемент электрической цепи
• Для температурной компенсации
• Защита цепи
• Регулировка напряжения
• Задержка времени и регулятор громкости.
• Термисторы используются в автомобильной промышленности
• Приборы и связь
• Бытовая электроника
• Обработка и переработка пищевых продуктов
• Промышленная электроника
• Медицинская электроника
• Военная и авиакосмическая промышленность

Для лучшего понимания этой концепции здесь мы объяснили два проекта как приложение.

Нагрузка с регулированием температуры с помощью термисторного датчика

Основная цель этого проекта — разработать схему для автоматического управления нагрузкой с использованием термисторного датчика с фиксированным температурным пределом. Когда температура превышает установленный предел, включается лампа, чтобы довести температуру до нормального значения. Благодаря автоматическому включению нагрузки эта система не требует вмешательства человека для соблюдения нагрузки по температуре

Термистор с отрицательным коэффициентом полезного действия используется с операционным усилителем для активации реле в случае выхода температуры за допустимые пределы.Термистор обычно используется вместо различных датчиков температуры, поскольку они экономичны.

Но большинство их характеристик сопротивления в зависимости от температуры чрезвычайно нелинейны и требуют корректировки для приложений, требующих линейного отклика. Изменение температуры изменит входные параметры операционного усилителя. Операционный усилитель выдает размыкание для включения реле и включения / выключения лампы через его контакты.

В дальнейшем этот проект может быть развит с использованием цифрового датчика температуры вместо аналогового.Таким образом мы можем повысить точность системы контроля температуры.

Промышленный регулятор температуры

Основная цель этого проекта промышленного контроллера температуры — контролировать температуру любого устройства в промышленности. Температура может отображаться на ЖК-дисплее в диапазоне от –55 ° C до + 125 ° C. Микроконтроллер 8051 — это сердце схемы, которая контролирует все функции. В качестве датчика температуры используется микросхема DS1621. Эта ИС обеспечивает 9-битные показания температуры, эти показания определяют контроль температуры устройства.Заданные пользователем настройки температуры сохраняются в памяти EPROM через микроконтроллер.

Настройки максимальной и минимальной температуры вводятся в микроконтроллер с помощью набора переключателей, которые хранятся в EEPROM -24C02. Максимальные и минимальные настройки предназначены для разрешения любого необходимого гистерезиса. Сначала используется кнопка Set, затем установка температуры с помощью INC, а затем кнопка ввода.

Аналогично для кнопки DEC. Реле управляется микроконтроллером через драйвер транзистора.Контакт реле используется для нагрузки (лампы) в цепи. Для нагрузки нагревателя большой мощности может использоваться контакт, катушка которого приводится в действие контактами реле вместо лампы, как показано.

Таким образом, это все о термисторе, принципе работы термистора, его типах и областях применения, они используются для различных приложений измерения температуры. Надеюсь, что характеристики термистора и его применение, в дополнение к этому, могли бы дать вам лучшее и полное понимание темы.Пожалуйста, напишите свои предложения и комментарии в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, зачем нужна схема делителя потенциала термисторов?

Термистор

: конструкция, принцип работы, типы и применение — датчики и преобразователи

Термистор или просто Therm ally Sensitive Res istor — это датчик температуры, который работает по принципу изменения сопротивления в зависимости от температуры. Они сделаны из полупроводниковых материалов.Условное обозначение термистора показано на рисунке.

Конструкция термистора

Термистор изготовлен из оксидов металлов, таких как никель, марганец, кобальт, медь, уран и т. Д. Он доступен в различных формах и размерах. Обычно для конфигураций используются тип диска, тип борта и тип стержня.

Термистор дискового типа и термистор стержневого типа используются, когда требуется большее рассеивание мощности. Термистор стержневого типа имеет высокую пропускную способность.

Самым маленьким термистором в этих конфигурациях является термистор шарикового типа. его диаметр не превышает 0,15 мм. Измерительный элемент обычно заключен в стеклянный зонд. Обычно используется для измерения температуры жидкостей.

Принцип работы термистора

Термистор работает по простому принципу изменения сопротивления при изменении температуры. При изменении температуры окружающей среды термистор начинает самонагревать свои элементы.значение его сопротивления изменяется в зависимости от этого изменения температуры. Это изменение зависит от типа используемого термистора. Температурные характеристики сопротивления различных типов термисторов приведены в следующем разделе.

Типы термисторов

Доступны два основных типа термисторов: NTC и PTC.

Термистор NTC

NTC означает отрицательный температурный коэффициент. Это керамические полупроводники с высоким отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.Сопротивление NTC будет уменьшаться с увеличением температуры нелинейным образом.

Условные обозначения термисторов NTC и PTC показаны на следующем рисунке.

Термистор PTC

Термисторы PTC представляют собой резисторы с положительным температурным коэффициентом и изготовлены из поликристаллических керамических материалов. Сопротивление PTC будет увеличиваться с увеличением температуры нелинейным образом. Термистор PTC показывает только небольшое изменение сопротивления в зависимости от температуры, пока не будет достигнута точка переключения (T _R ).

Характеристики термостойкости NTC и PTC показаны на следующем рисунке.

Преимущества термисторов

• Дешевле.
• Более чувствительный, чем другие датчики.
• Быстрый ответ.
• Маленький размер.

Недостатки термисторов

• Ограниченный диапазон температур.
• Корреляция отношения сопротивления к температуре нелинейна.
• Неточное измерение может быть получено из-за эффекта самонагрева.
• Хрупкий.

Применение термисторов

Применение термистора NTC

• Цифровые термостаты.
• Термометры.
• Мониторы температуры аккумуляторной батареи.
• Устройства ограничения пускового тока

Применение термистора PTC

• Защита от перегрузки по току
• Защита от пускового тока

Дополнительная информация

Принцип работы термистора

— ваше электрическое руководство

Здравствуйте, друзья,

В этой статье я собираюсь обсудить принцип работы термистора NTC , его характеристики и применение.Итак, приступим.

Термистор — это специальный тип резистора, сопротивление которого изменяется при изменении температуры его тела. Они бывают двух типов:

• Термистор PTC
• Термистор NTC

Термистор PTC

Термистор

с положительным температурным коэффициентом (PTC) изготовлен из материала, имеющего положительный температурный коэффициент сопротивления.

В случае материала, имеющего положительный температурный коэффициент сопротивления, сопротивление материала увеличивается с увеличением температуры.Следовательно, сопротивление термистора PTC увеличивается с увеличением температуры его тела.

Термистор NTC

Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

изготовлен из материала с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, такого как марганец, никель, кобальт, медь, железо и уран, поэтому их сопротивление уменьшается с увеличением температуры тела. Они доступны в различных размерах и формах.

Поскольку термисторы NTC широко используются в инженерных приложениях, я буду обсуждать только их, а дальнейшее обсуждение относится только к термисторам NTC .

Когда температура окружающей среды термистора увеличивается, его сопротивление значительно уменьшается. Обычно при повышении температуры на 1 ^– ° C их сопротивление уменьшается на 5%. Так что их чувствительность очень высока.

Проще говоря, они могут наблюдать даже очень небольшое изменение температуры, которое не может быть обнаружено термопарой или RTD. Это делает их очень полезными для точного измерения температуры, контроля и компенсации.Это основной принцип работы термистора .

• Могут использоваться в диапазоне температур от — 60 ^o C до 300 ^o
• Они имеют сопротивление в диапазоне от 0,5 Ом до 0,75 МОм.

Характеристики термисторов

Три важных характеристики термисторов:

• сопротивление — температурные характеристики,
• вольт-амперная характеристика,
• текущие-временные характеристики.

Температурные характеристики сопротивления

С увеличением температуры термистора его сопротивление экспоненциально уменьшается. Математическое выражение для связи между сопротивлением термистора и температурой:

RT ₁ = RT ₂ e ^{[β (1 / T1 — 1 / T2)]}

Где RT ₁ = сопротивление термистор при температуре T ₁
RT ₂ = сопротивление термистора при температуре T ₂
β = является константой, его значение зависит от материала, из которого изготовлен термистор, обычно его значение находится в диапазоне от 3500 до 4500.

Напряжение-ток Характеристики

Падение напряжения на термисторе увеличивается с увеличением тока. Он увеличивается, пока не достигнет пикового значения после пикового значения, он уменьшается с повышением температуры.

Это так, потому что первоначально, когда увеличение тока небольшое, он не может вызвать изменение температуры термистора, поэтому падение напряжения на нем увеличивается. Но после пикового значения величина тока способна изменить температуру термистора.Это увеличивает его температуру. Это приводит к уменьшению сопротивления термистора. Следовательно, падение напряжения на термисторе уменьшается.

Токовые и временные характеристики

Текущие временные характеристики показаны на рисунке. Из рисунка очевидно, что время задержки для достижения максимального тока зависит от приложенного напряжения. Когда мы уменьшаем приложенное напряжение, время задержки для достижения максимального тока также уменьшается.

Это происходит потому, что, когда в термисторе возникает эффект нагрева, требуется определенное конечное время для нагрева термистора и увеличения тока до максимального установившегося значения.

Применение термисторов

Измерение температуры : Принципиальная схема измерения температуры с помощью термистора показана на рисунке.

В этой схеме, когда температура окружающей среды термистора увеличивается, его сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению тока. Другими словами, мы можем сказать, что изменение тока в цепи пропорционально температуре окружающей среды термистора. Следовательно, микроамперметр может показывать изменение температуры в микроамперах и может быть откалиброван непосредственно по показаниям температуры.

Температурная компенсация : Как мы знаем, термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, тогда как большинство элементов электронных схем имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Будучи противоположными по величине, они могут компенсировать влияние температуры. Таким образом, термисторы широко используются в электронных схемах для компенсации влияния температуры.

• Их можно использовать для измерения мощности на высоких частотах.
• Измерение теплопроводности также можно выполнить с помощью термисторов.
• Возможно измерение уровня, расхода, давления.
• Можно измерить вакуум.
• Может быть обеспечена задержка в работе электронных устройств с помощью термисторов.

Преимущества

• Они компактные, прочные и недорогие.
• Обладают хорошей стабильностью и высокой чувствительностью.
• Их реакция очень быстрая.
• На них не действуют паразитные магнитные и электрические поля.
• Из-за всех этих преимуществ термисторы предпочтительнее других устройств для определения температуры, таких как RTD и термопары.

Недостатки

Имеют нелинейные характеристики термостойкости.

Спасибо, что прочитали о «принципе работы термистора».

Приборы | Все сообщения

© www.yourelectricalguide.com / принцип работы термистора.

Термисторы и термисторы NTC

Термистор — это твердотельное устройство для измерения температуры, которое действует как электрический резистор, но чувствительно к температуре. Термисторы могут использоваться для создания аналогового выходного напряжения при изменении температуры окружающей среды и, как таковые, могут называться преобразователем. Это потому, что он вызывает изменение своих электрических свойств из-за внешнего и физического изменения тепла.

Термистор в основном представляет собой твердотельный термочувствительный преобразователь с двумя выводами, созданный с использованием чувствительных оксидов металлов на основе полупроводников с металлизированными или спеченными соединительными выводами, сформированными в виде керамического диска или валика.

Это позволяет термистору изменять значение сопротивления пропорционально небольшим изменениям температуры окружающей среды. Другими словами, с изменением температуры изменяется и его сопротивление, и поэтому его название «Термистор» представляет собой комбинацию слов THERM-allly sensitive res-ISTOR.

Хотя изменение сопротивления из-за нагрева обычно нежелательно для стандартных резисторов, этот эффект можно найти во многих схемах определения температуры. Таким образом, термисторы, являющиеся нелинейными устройствами с переменным сопротивлением, обычно используются в качестве датчиков температуры, имеющих множество применений для измерения температуры как жидкостей, так и окружающего воздуха.

Кроме того, будучи твердотельными устройствами, изготовленными из высокочувствительных оксидов металлов, они работают на молекулярном уровне, при этом внешние (валентные) электроны становятся более активными, создавая отрицательный температурный коэффициент, или менее активными, создавая положительный температурный коэффициент в качестве температуры окружающей среды. термистор увеличен.

Это означает, что они обладают очень хорошей устойчивостью к температурным характеристикам, что позволяет им работать при температурах до 200 ^o C.

Типовой термистор

Хотя термисторы в основном используются в качестве резистивных датчиков температуры, они также могут быть подключены последовательно с другим компонентом или устройством для управления электрическим током, протекающим через них. Другими словами, их можно использовать как термочувствительные токоограничивающие устройства.

Термисторы

доступны в широком диапазоне типов, материалов и размеров, которые характеризуются временем срабатывания и рабочей температурой.Кроме того, герметичные термисторы исключают ошибки в показаниях сопротивления из-за проникновения влаги, сохраняя при этом высокие рабочие температуры и компактные размеры. Три наиболее распространенных типа: термисторы с шариками, дисковые термисторы и термисторы в стеклянной капсуле.

Эти терморезисторы могут работать одним из двух способов, увеличивая или уменьшая свое сопротивление при изменении температуры. Также доступны два типа термисторов: отрицательный температурный коэффициент (NTC) сопротивления и положительный температурный коэффициент (PTC) сопротивления.

Термистор с отрицательным температурным коэффициентом

Термисторы сопротивления

с отрицательным температурным коэффициентом или термисторы NTC для краткости уменьшают или уменьшают свое сопротивление по мере увеличения рабочей температуры вокруг них. Как правило, термисторы NTC являются наиболее часто используемым типом датчиков температуры, поскольку их можно использовать практически в любом типе оборудования, где температура играет роль.

Температурные термисторы

NTC имеют отрицательную зависимость электрического сопротивления от температуры (R / T).Относительно большой отрицательный отклик термистора NTC означает, что даже небольшие изменения температуры могут вызвать значительные изменения их электрического сопротивления. Это делает их идеальными для точного измерения и контроля температуры.

Ранее мы говорили, что термистор — это электронный компонент, сопротивление которого сильно зависит от температуры, поэтому, если мы пропустим постоянный ток через термистор и затем измерим падение напряжения на нем, мы сможем таким образом определить его сопротивление при определенной температуре.

Термисторы NTC уменьшают свое сопротивление с повышением температуры и доступны с различными базовыми сопротивлениями и температурными кривыми. Термисторы NTC обычно характеризуются своим базовым сопротивлением при комнатной температуре, которое составляет 25 ^o C (77 ^o F), поскольку это обеспечивает удобную точку отсчета. Так, например, 2 кОм при 25 ^o C, 10 кОм при 25 ^o C или 47 кОм при 25 ^o C и т. Д.

Другой важной характеристикой термистора является его значение «B».Значение B — это постоянная материала, которая определяется керамическим материалом, из которого он изготовлен. он описывает градиент резистивной (R / T) кривой в определенном температурном диапазоне между двумя температурными точками. Каждый материал термистора будет иметь разную константу материала и, следовательно, разную кривую зависимости сопротивления от температуры.

Таким образом, значение B будет определять значение сопротивления термистора при первой температуре или базовой точке (которое обычно составляет 25 ^o C), называемое T ₁ , и значение сопротивления термистора во второй температурной точке, для Например, 100 ^o C, называется T ₂ .

Следовательно, значение B будет определять постоянную материала термистора в диапазоне от T ₁ до T ₂ . То есть B _{T1 / T2} или B _25/100 с типичными значениями термистора NTC B , указанными где-то между примерно 3000 и примерно 5000.

Однако обратите внимание, что обе температурные точки T ₁ и T ₂ рассчитываются в единицах температуры Кельвина, где 0 ⁰ C = 273,15 Кельвина.Таким образом, значение 25 ^o C равно 25 ^o + 273,15 = 298,15 K, а 100 ^o C равно 100 ^o + 273,15 = 373,15 K и т. Д.

Таким образом, зная значение B конкретного термистора (полученное из таблицы данных производителя), можно составить таблицу зависимости температуры от сопротивления для построения подходящего графика, используя следующее нормализованное уравнение:

Уравнение термистора

• Где:
• T ₁ — первая точка температуры в градусах Кельвина
• T ₂ — вторая точка температуры по Кельвину
• R ₁ — сопротивление термистора при температуре T1 в Ом
• R ₂ — сопротивление термистора при температуре T2 в Ом

Пример термистора №1

Термистор NTC 10 кОм имеет значение «B» 3455 в диапазоне температур от 25 ^o C до 100 ^o C.Рассчитайте его значение сопротивления при 25 ^o C и снова при 100 ^o C.

Приведены данные: B = 3455, R1 = 10 кОм при 25 ^o . Чтобы преобразовать температурную шкалу из градусов Цельсия, ^o C в градусы Кельвина, добавьте математическую константу 273,15

Значение R1 уже задано как базовое сопротивление 10 кОм, поэтому значение R2 при 100 ^o C рассчитывается как:

На основании следующих двух точек графика характеристик:

Обратите внимание, что в этом простом примере были найдены только две точки, но обычно термисторы изменяют свое сопротивление экспоненциально с изменениями температуры, поэтому их характеристическая кривая является нелинейной, поэтому чем больше точек рассчитывается, тем точнее будет кривая.

Температура ( o C)	10	20	25	30	40	50	60	70	80	100 110
Сопротивление (Ом)	18476	12185	10000	8260	5740	4080	2960	2188	1645

, и эти точки могут быть нанесены на график, как показано, чтобы получить более точную характеристическую кривую для термистора NTC 10 кОм, который имеет значение B 3455.

Кривая характеристик термистора

NTC

Обратите внимание, что он имеет отрицательный температурный коэффициент (NTC), то есть его сопротивление уменьшается с повышением температуры.

Использование термистора для измерения температуры.

Итак, как мы можем использовать термистор для измерения температуры. Надеюсь, к настоящему времени мы понимаем, что термистор является резистивным устройством и, следовательно, согласно закону Ома, если мы пропустим через него ток, на нем будет возникать падение напряжения.Поскольку термистор является датчиком пассивного типа, то есть для его работы требуется сигнал возбуждения, любые изменения его сопротивления в результате изменения температуры могут быть преобразованы в изменение напряжения.

Самый простой способ сделать это — использовать термистор как часть схемы делителя потенциала, как показано. Постоянное напряжение питания подается на последовательную цепь резистора и термистора, а выходное напряжение измеряется на термисторе.

Если, например, мы используем термистор 10 кОм с последовательным резистором 10 кОм, то выходное напряжение при базовой температуре 25 ^o C будет вдвое меньше напряжения питания, как 10 Ом / (10 Ом + 10 Ом) = 0.5.

Когда сопротивление термистора изменяется из-за изменений температуры, доля напряжения питания на термисторе также изменяется, создавая выходное напряжение, которое пропорционально доле общего последовательного сопротивления между выходными клеммами.

Таким образом, схема делителя потенциала является примером простого преобразователя сопротивления в напряжение, в котором сопротивление термистора регулируется температурой, а создаваемое выходное напряжение пропорционально температуре.Таким образом, чем сильнее нагревается термистор, тем ниже выходное напряжение.

Если мы поменяем местами последовательно соединенный резистор R _S и термистор R _TH , то выходное напряжение изменится в противоположном направлении, то есть чем горячее термистор, тем выше выходное напряжение.

Мы можем использовать термисторы NTC как часть базовой конфигурации измерения температуры, используя мостовую схему, как показано. Соотношение между резисторами R ₁ и R ₂ устанавливает опорное напряжение V _REF на требуемое значение.Например, если и R ₁ , и R ₂ имеют одинаковое значение сопротивления, опорное напряжение будет равно половине напряжения питания, как и раньше. То есть Vs / 2.

При изменении температуры и, следовательно, значения сопротивления термистора, напряжение на V _TH также изменится, выше или ниже, чем на V _REF , создавая положительный или отрицательный выходной сигнал на подключенный усилитель.

Схема усилителя, используемая для этой базовой схемы моста с датчиком температуры, может действовать как дифференциальный усилитель для высокой чувствительности и усиления или как простая схема триггера Шмитта для переключения ВКЛ-ВЫКЛ.

Проблема с прохождением тока через термистор таким образом заключается в том, что термисторы испытывают так называемый эффект самонагрева, то есть потери мощности I ² * R могут быть достаточно высокими для создания большего количества тепла, чем может быть рассеян термистором, влияющим на его значение сопротивления, что приводит к ложным результатам.

Таким образом, возможно, что если ток через термистор будет слишком высоким, это приведет к увеличению рассеиваемой мощности, а по мере увеличения температуры его сопротивление уменьшается, вызывая протекание большего тока, что еще больше увеличивает температуру, что приводит к так называемому термическому воздействию . Беглец .Другими словами, мы хотим, чтобы термистор был горячим из-за измеряемой внешней температуры, а не сам по себе.

Значение для последовательного резистора R _S , указанное выше, должно быть выбрано таким образом, чтобы обеспечить достаточно широкий отклик в ожидаемом диапазоне температур, для которого, вероятно, будет использоваться термистор, при одновременном ограничении тока до безопасного значения при самая высокая температура.

Один из способов улучшить это и получить более точное преобразование сопротивления в зависимости от температуры (R / T) — это задействовать термистор с источником постоянного тока.Изменение сопротивления можно измерить с помощью небольшого измеренного постоянного тока, или постоянного тока, пропущенного через термистор, чтобы измерить производимое падение выходного напряжения.

Термистор, используемый для подавления пускового тока

Здесь мы видели, что термисторы используются в качестве резистивных датчиков температуры, но сопротивление термистора может быть изменено либо за счет изменений внешней температуры, либо за счет изменений температуры, вызванных протекающим через них электрическим током, поскольку в конце концов они резистивные. устройств.

Закон

Ома говорит нам, что, когда электрический ток проходит через сопротивление R, в результате приложенного напряжения потребляется энергия в виде тепла из-за эффекта нагрева I ² * R. Из-за эффекта самонагрева тока в термисторе термистор может изменять свое сопротивление при изменении тока.

Индуктивное электрическое оборудование, такое как двигатели, трансформаторы, балластное освещение и т. Д., Страдает от чрезмерных пусковых токов при первом включении.Но термисторы, соединенные последовательно, также могут использоваться для эффективного ограничения любых высоких начальных токов до безопасного значения. Для такого регулирования тока обычно используются термисторы NTC с низкими значениями хладостойкости (при 25 ^o C).

Термистор ограничения пускового тока

Ограничители пускового тока и ограничители перенапряжения представляют собой типы последовательно подключенных термисторов, сопротивление которых падает до очень низкого значения, поскольку он нагревается током нагрузки, проходящим через него.При первоначальном включении значение холодного сопротивления термистора (его базовое сопротивление) достаточно высокое, что позволяет контролировать начальный пусковой ток нагрузки.

В результате тока нагрузки термистор нагревается и относительно медленно снижает свое сопротивление до точки, при которой рассеиваемая на нем мощность достаточна для поддержания низкого значения сопротивления, когда большая часть приложенного напряжения возникает на нагрузке.

Из-за тепловой инерции его массы этот эффект нагрева занимает несколько секунд, в течение которых ток нагрузки увеличивается постепенно, а не мгновенно, поэтому любой высокий пусковой ток ограничивается, и потребляемая мощность соответственно уменьшается.Из-за этого теплового воздействия термисторы для подавления пускового тока могут работать очень горячими в своем низкоомном состоянии. Таким образом, требуется период охлаждения или восстановления после отключения питания, что позволяет сопротивлению термистора NTC восстанавливаться в достаточной степени, чтобы в следующий раз он мог потребоваться.

Скорость срабатывания термистора ограничения тока определяется его постоянной времени. То есть время, необходимое для того, чтобы его сопротивление изменилось на 63% (то есть от 1 до 1 / ε) от общего изменения.Например, предположим, что температура окружающей среды изменяется от 0 до 100 ^o C, тогда постоянная времени 63% будет временем, за которое термистор имеет значение сопротивления при 63 ^o C.

Термисторы

NTC обеспечивают защиту от нежелательно высоких пусковых токов, в то время как их сопротивление остается пренебрежимо низким во время непрерывной работы с питанием нагрузки. Преимущество здесь в том, что они способны эффективно справляться с гораздо более высокими пусковыми токами, чем стандартные резисторы, ограничивающие постоянный ток, при том же потреблении энергии.

Сводка термисторов

В этом руководстве по термисторам мы видели, что термистор — это двухконтактный резистивный преобразователь, который может изменять свое сопротивление при изменении окружающей температуры окружающей среды, отсюда и название термистор, или просто «термистор».

Термисторы

— это недорогие, легко доступные датчики температуры, построенные из полупроводниковых оксидов металлов. Они доступны либо с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (NTC), либо с положительным температурным коэффициентом сопротивления (PTC).Разница в том, что термисторы NTC уменьшают свое сопротивление при повышении температуры, а термисторы PTC увеличивают свое сопротивление при повышении температуры.

Термисторы

NTC являются наиболее часто используемыми (особенно термистор NTC 10 кОм), и наряду с добавочным последовательным резистором R _S может использоваться как часть простой схемы делителя потенциала. Таким образом, изменение его сопротивления из-за изменений температуры дает выходное напряжение, зависящее от температуры.

Однако рабочий ток термистора должен быть как можно более низким, чтобы уменьшить любые эффекты самонагрева.Если их рабочий ток слишком высок, они могут нагреться быстрее, чем рассеять его, что приведет к ложным результатам.

Термисторы

характеризуются своим базовым сопротивлением, а также значением «B». Базовое сопротивление, например 10 кОм, представляет собой сопротивление термистора при заданной температуре, обычно 25 ^o C, поэтому определяется как: R ₂₅ . Значение B — это фиксированная константа материала, которая описывает форму наклона кривой сопротивления в зависимости от температуры (R / T).

Мы также видели, что термисторы могут использоваться не только для измерения внешней температуры, но и для управления электрическим током в результате эффекта нагрева I ² R, вызванного протекающим через него током. Последовательно подключив термистор NTC к нагрузке, можно эффективно ограничить любые высокие пусковые токи.

.