Termistor to urządzenie przeznaczone do pomiaru temperatury, składające się z materiału półprzewodnikowego, który znacznie zmienia swoją rezystancję wraz z niewielką zmianą temperatury. Generalnie termistory mają ujemne współczynniki temperaturowe, co oznacza, że ich rezystancja maleje wraz ze wzrostem temperatury.
Ogólna charakterystyka termistora
Słowo „termistor” jest skrótem od pełnego określenia: rezystor wrażliwy na ciepło. To urządzenie jest dokładnym i łatwym w obsłudze czujnikiem do wszelkich zmian temperatury. Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwa rodzaje termistorów: ujemny współczynnik temperaturowy i dodatni współczynnik temperaturowy. Najczęściej pierwszy typ służy do pomiaru temperatury.
Oznaczenie termistora w obwodzie elektrycznym pokazano na zdjęciu.
Materiałem termistorów są tlenki metali o właściwościach półprzewodnikowych. Podczas produkcji urządzenia te otrzymują następującą postać:
- płyta;
- pręt;
- kulisty jak perła.
Termistor opiera się na zasadzie silnegozmiana rezystancji z niewielką zmianą temperatury. Jednocześnie przy danej sile prądu w obwodzie i stałej temperaturze utrzymywane jest stałe napięcie.
Aby korzystać z urządzenia, podłącza się je do obwodu elektrycznego, na przykład do mostka Wheatstone'a, i mierzy prąd i napięcie w urządzeniu. Zgodnie z prostym prawem Ohma R=U/I określamy opór. Następnie przyglądają się krzywej zależności oporu od temperatury, według której można dokładnie określić, jakiej temperaturze odpowiada wynikowy opór. Wraz ze zmianą temperatury wartość rezystancji zmienia się dramatycznie, co umożliwia określenie temperatury z dużą dokładnością.
Materiał termistora
Materiałem zdecydowanej większości termistorów jest ceramika półprzewodnikowa. Proces jej wytwarzania polega na spiekaniu proszków azotków i tlenków metali w wysokich temperaturach. Rezultatem jest materiał, którego skład tlenkowy ma wzór ogólny (AB)3O4 lub (ABC)3O4, gdzie A, B, C to metaliczne pierwiastki chemiczne. Najczęściej używane są mangan i nikiel.
Jeśli termistor ma działać w temperaturach niższych niż 250 °C, to magnez, kob alt i nikiel są zawarte w kompozycji ceramicznej. Ceramika o tym składzie wykazuje stabilność właściwości fizycznych w określonym zakresie temperatur.
Ważną cechą termistorów jest ich specyficzna przewodność (odwrotność oporu). Przewodność reguluje się dodając małestężenia litu i sodu.
Proces produkcji instrumentu
Termistory sferyczne powstają poprzez nałożenie ich na dwa platynowe przewody w wysokiej temperaturze (1100°C). Następnie przewód jest cięty w celu ukształtowania styków termistora. Powłoka szklana jest nakładana na kulisty instrument w celu uszczelnienia.
W przypadku termistorów dyskowych proces tworzenia styków polega na nałożeniu na nie stopu platyny, palladu i srebra, a następnie przylutowaniu go do powłoki termistora.
Różnica od wykrywaczy platyny
Oprócz termistorów półprzewodnikowych istnieje inny rodzaj detektorów temperatury, których materiałem roboczym jest platyna. Detektory te zmieniają swoją rezystancję wraz ze zmianą temperatury w sposób liniowy. Dla termistorów ta zależność wielkości fizycznych ma zupełnie inny charakter.
Zalety termistorów nad odpowiednikami platynowymi są następujące:
- Większa wrażliwość rezystancji na zmiany temperatury w całym zakresie roboczym.
- Wysoki poziom stabilności przyrządu i powtarzalności odczytów.
- Mały rozmiar umożliwia szybką reakcję na zmiany temperatury.
Rezystancja termistora
Ta wielkość fizyczna zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury i ważne jest, aby wziąć pod uwagę zakres temperatur roboczych. Dla temperatur granicznych od -55 °C do +70 °C stosowane są termistory o rezystancji 2200 - 10000 omów. W przypadku wyższych temperatur należy używać urządzeń o rezystancji większej niż 10 kOhm.
W przeciwieństwie do detektorów platynowych i termopar, termistory nie mają określonych standardów dotyczących krzywych rezystancji w zależności od temperatury, a do wyboru jest wiele różnych krzywych rezystancji. Dzieje się tak, ponieważ każdy materiał termistora, podobnie jak czujnik temperatury, ma własną krzywą rezystancji.
Stabilność i dokładność
Te instrumenty są stabilne chemicznie i nie ulegają degradacji z upływem czasu. Czujniki termistorowe należą do najdokładniejszych przyrządów do pomiaru temperatury. Dokładność ich pomiarów w całym zakresie roboczym wynosi 0,1 - 0,2°C. Należy pamiętać, że większość urządzeń działa w zakresie temperatur od 0 °C do 100 °C.
Podstawowe parametry termistorów
Poniższe parametry fizyczne są podstawowe dla każdego typu termistora (podano dekodowanie nazw w języku angielskim):
- R25 - rezystancja urządzenia w omach w temperaturze pokojowej (25 °С). Sprawdzenie tej charakterystyki termistora jest proste za pomocą multimetru.
- Tolerancja R25 - wartość tolerancji odchylenia rezystancji na urządzeniu od ustawionej wartości w temperaturze 25 °С. Z reguły ta wartość nie przekracza 20% R25.
- Maks. Prąd w stanie ustalonym - maksymalnywartość prądu w amperach, który może płynąć przez urządzenie przez długi czas. Przekroczenie tej wartości grozi gwałtownym spadkiem rezystancji iw efekcie awarią termistora.
- Ok. R maks. Prąd - wartość ta pokazuje wartość rezystancji w omach, którą urządzenie uzyskuje, gdy przepływa przez nie maksymalny prąd. Wartość ta powinna być o 1-2 rzędy wielkości mniejsza niż rezystancja termistora w temperaturze pokojowej.
- Pozbądź się. Współcz. - współczynnik, który pokazuje wrażliwość temperaturową urządzenia na pobieraną przez nie moc. Współczynnik ten wskazuje ilość mocy w mW, którą termistor musi pochłonąć, aby zwiększyć swoją temperaturę o 1°C. Ta wartość jest ważna, ponieważ pokazuje, ile energii trzeba wydać na podgrzanie urządzenia do jego temperatury roboczej.
- Termiczna stała czasowa. Jeśli termistor jest używany jako ogranicznik prądu rozruchowego, ważne jest, aby wiedzieć, ile czasu zajmie schłodzenie po wyłączeniu zasilania, aby był gotowy do ponownego włączenia. Ponieważ temperatura termistora po jego wyłączeniu spada zgodnie z prawem wykładniczym, wprowadzono pojęcie „termicznej stałej czasowej” - czasu, w którym temperatura urządzenia spada o 63,2% różnicy między temperaturą pracy urządzenie i temperaturę otoczenia.
- Maks. Pojemność obciążenia w ΜF - ilość pojemności w mikrofaradach, która może zostać rozładowana przez to urządzenie bez jego uszkodzenia. Ta wartość jest wskazana dla określonego napięcia,np. 220 V.
Jak przetestować działanie termistora?
Do wstępnego sprawdzenia termistora pod kątem jego użyteczności można użyć multimetru i zwykłej lutownicy.
Najpierw włącz tryb pomiaru rezystancji w multimetrze i podłącz styki wyjściowe termistora do zacisków multimetru. W tym przypadku polaryzacja nie ma znaczenia. Multimetr pokaże pewną rezystancję w omach, należy to zarejestrować.
Następnie musisz podłączyć lutownicę i doprowadzić ją do jednego z wyjść termistora. Uważaj, aby nie spalić urządzenia. Podczas tego procesu należy obserwować wskazania multimetru, powinien on wykazywać płynnie zmniejszającą się rezystancję, która szybko osiągnie pewną minimalną wartość. Wartość minimalna zależy od rodzaju termistora i temperatury lutownicy, zwykle jest kilkakrotnie mniejsza niż wartość zmierzona na początku. W takim przypadku możesz być pewien, że termistor działa.
Jeżeli opór multimetru nie zmienił się lub, przeciwnie, gwałtownie spadł, oznacza to, że urządzenie nie nadaje się do użytku.
Zauważ, że ta kontrola jest surowa. W celu dokładnego przetestowania urządzenia należy zmierzyć dwa wskaźniki: jego temperaturę i odpowiadającą jej rezystancję, a następnie porównać te wartościz wartościami podanymi przez producenta.
Aplikacje
Termistory są używane we wszystkich dziedzinach elektroniki, w których ważne jest monitorowanie warunków temperaturowych. Obszary te obejmująkomputery, precyzyjny sprzęt do instalacji przemysłowych oraz urządzenia do transmisji różnych danych. Tak więc termistor drukarki 3D służy jako czujnik kontrolujący temperaturę stołu grzewczego lub głowicy drukującej.
Jednym z najczęstszych zastosowań termistora jest ograniczanie prądu rozruchowego, na przykład podczas włączania komputera. Faktem jest, że w momencie włączenia zasilania kondensator rozruchowy, który ma dużą pojemność, jest rozładowywany, tworząc ogromny prąd w całym obwodzie. Ten prąd jest w stanie spalić cały chip, więc termistor jest zawarty w obwodzie.
To urządzenie w momencie włączania miało temperaturę pokojową i ogromny opór. Taka rezystancja może skutecznie zredukować prąd udarowy w momencie rozruchu. Ponadto urządzenie nagrzewa się z powodu przepływającego przez niego prądu i wydzielania ciepła, a jego opór gwałtownie spada. Kalibracja termistora jest taka, że temperatura pracy układu komputerowego powoduje praktycznie zerową rezystancję termistora i nie ma na nim spadku napięcia. Po wyłączeniu komputera termistor szybko się schładza i przywraca swoją rezystancję.
Więc użycie termistora do ograniczenia prądu rozruchowego jest zarówno opłacalne, jak i dość proste.
Przykłady termistorów
Obecnie w sprzedaży dostępna jest szeroka gama produktów, oto charakterystyka i obszary zastosowania niektórych z nich:
- Thermistor B57045-K z mocowaniem nakrętką, ma rezystancję nominalną 1kOhm z tolerancją 10%. Stosowany jako czujnik pomiaru temperatury w elektronice użytkowej i samochodowej.
- B57153-S przyrząd dyskowy ma maksymalny prąd znamionowy 1,8 A przy 15 omach w temperaturze pokojowej. Używany jako ogranicznik prądu rozruchowego.
