Принцип работы терморезистора: принцип действия, схемы и т.д.

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.

СОДЕРЖАНИЕ:

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.

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление

Содержание

• 1 Виды
• 2 Принцип действия
• 3 Особенности конструкций
  • 3.1 Позисторы
  • 3.2 Термисторы
• 4 Технические характеристики
• 5 Область применения
  • 5.1 Термодатчик воздуха
  • 5.2 Автомобильный термодатчик
  • 5.3 Датчик пожара
• 6 Видео

Термодатчик относится к числу наиболее часто используемых устройств. Его основное предназначение заключается в том, чтобы воспринимать температуру и преобразовывать ее в сигнал. Существует много разных типов датчиков. Наиболее распространенными из них являются термопара и терморезистор.

Виды термодатчиков

Виды

Обнаружение и измерение температуры – очень важная деятельность, имеет множество применений: от простого домохозяйства до промышленного. Термодатчик – это устройство, которое собирает данные о температуре и отображает их в понятном для человека формате. Рынок температурного зондирования демонстрирует непрерывный рост из-за его потребности в исследованиях и разработках в полупроводниковой и химической промышленностях.

Термодатчики в основном бывают двух типов:

• Контактные. Это термопары, заполненные системные термометры, термодатчики и биметаллические термометры;
• Бесконтактные датчики. Это инфракрасные устройства, имеют широкие возможности в секторе обороны из-за их способности обнаруживать тепловую мощность излучения оптических и инфракрасных лучей, излучаемых жидкостями и газами.

Термопара (биметаллическое устройство) состоит из двух разных видов проводов (или даже скрученных) вместе. Принцип действия термопары основан на том, что скорости, с которыми расширяются два металла, между собой отличаются. Один металл расширяется больше, чем другой, и начинает изгибаться вокруг металла, который не расширяется.

Терморезистор – это своего рода резистор, сопротивление которого определяется его температурой. Последний обычно используют до 100 ° C, тогда как термопара предназначена для более высоких температур и не так точна. Схемы с использованием термопар обеспечивают милливольтные выходы, в то время как термисторные схемы – высокое выходное напряжение.

Важно! Основное достоинство терморезисторов заключается в том, что они дешевле термопар. Их можно купить буквально за гроши, и они просты в использовании.

Принцип действия

Терморезисторы обычно чувствительны и имеют разное термосопротивление. В ненагретом проводнике атомы, составляющие материал, имеют тенденцию располагаться в правильном порядке, образуя длинные ряды. При нагревании полупроводника увеличивается количество активных носителей заряда. Чем больше доступных носителей заряда, тем большей проводимостью обладает материал.

Сопротивление медного провода

Кривая сопротивления и температуры всегда показывает нелинейную характеристику. Терморезистор лучше всего работает в температурном диапазоне от -90 до 130 градусов по Цельсию.

Важно! Принцип работы терморезистора основан на базовой корреляции между металлами и температурой. Они изготавливаются из полупроводниковых соединений, таких как сульфиды, оксиды, силикаты, никель, марганец, железо, медь и т. д., могут ощущать даже небольшое температурное изменение.

Электрон, подталкиваемый приложенным электрическим полем, может перемещаться на относительно большие расстояния до столкновения с атомом. Столкновение замедляет его перемещение, поэтому электрическое «сопротивление» будет снижаться. При более высокой температуре атомы больше смещаются, и когда конкретный атом несколько отклоняется от своего обычного «припаркованного» положения, он, скорее всего, столкнется с проходящим электроном. Это «замедление» проявляется в виде увеличения электрического сопротивления.

Для информации. Когда материал охлаждается, электроны оседают на самые низкие валентные оболочки, становятся невозбужденными и, соответственно, меньше двигаются. При этом сопротивление движению электронов от одного потенциала к другому падает. По мере увеличения температуры металла сопротивление металла потоку электронов увеличивается.

Особенности конструкций

По своей природе терморезисторы являются аналоговыми и делятся на два вида:

• металлические (позисторы),
• полупроводниковые (термисторы).

Позисторы

Материалом для терморезисторов можно использовать далеко не любые проводники тока, так как к этим устройствам предъявляются некоторые требования. Материал для их изготовления должен обладать высоким ТКС.

Для таких требований подходят медь и платина, не считая их высокой стоимости. Практически широко применяются медные образцы терморезисторов ТСМ, у которых линейность зависимости сопротивления от температуры намного выше. Их недостатком является малое удельное сопротивление, быстрая окисляемость. В связи с этим термосопротивления на основе меди имеют ограниченное применение, не более 180 градусов.

Позисторы PTC предназначены для ограничения тока при нагревании от более высокой рассеиваемой мощности. Поэтому их размещают последовательно в цепь переменного тока, чтобы уменьшить ток. Они (буквально любой из них) становятся горячими от слишком большого тока. Эти приспособления используют в устройстве защиты цепи, таком как предохранитель, в качестве таймера в схеме размагничивания катушек ЭЛТ-мониторов.

Для информации. Что такое позистор? Прибор, электрическое сопротивление которого растет в зависимости от его температуры, называется позистором (PTC).

Примеры позисторов

Термисторы

Устройство с отрицательным температурным коэффициентом (это когда, чем выше температура, тем ниже сопротивление) называется терморезистором NTC.

Для информации. Все полупроводники имеют меняющееся сопротивление по мере увеличения или уменьшения температуры. В этом проявляется их сверхчувствительность.

Характеристики и обозначение термистора

Термисторы NTC широко используются в качестве ограничителей пускового тока, самонастраивающихся сверхтоковых защит и саморегулируемых нагревательных элементов. Обычно эти приборы устанавливаются параллельно в цепь переменного тока.

Их можно встретить повсюду: в автомобилях, самолетах, кондиционерах, компьютерах, медицинском оборудовании, инкубаторах, фенах, электрических розетках, цифровых термостатах, переносных обогревателях, холодильниках, печах, плитах и других всевозможных приборах.

Термистор используется в мостовых цепях.

Технические характеристики

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Терморезисторы используют в батареях зарядки. Их основными характеристиками являются:

1. Высокая чувствительность, температурный коэффициент сопротивления в 10-100 раз больше, чем у металла;
2. Широкий диапазон рабочих температур;
3. Малый размер;
4. Простота использования, значение сопротивления может быть выбрано между 0,1 ~ 100 кОм;
5. Хорошая стабильность;
6. Сильная перегрузка.

Качество прибора измеряется с точки зрения стандартных характеристик, таких как время отклика, точность, неприхотливость при изменениях других физических факторов окружающей среды. Срок службы и диапазон измерений – это еще несколько важных характеристик, которые необходимо учитывать при рассмотрении использования.

Компактные терморезисторы

Область применения

Термосопротивление

Термисторы не очень дорогостоящие и могут быть легко доступны. Они обеспечивают быстрый ответ и надежны в использовании. Ниже приведены примеры применения устройств.

Термодатчик воздуха

Автомобильный термодатчик – это и есть терморезистор NTC, который сам по себе является очень точным при правильной калибровке. Прибор обычно расположен за решеткой или бампером автомобиля и должен быть очень точным, так как используется для определения точки отключения автоматических систем климат-контроля.  Последние регулируются с шагом в 1 градус.

Температурный датчик

Автомобильный термодатчик

Терморезистор встраивается в обмотку двигателя. Обычно этот датчик подключается к реле температуры (контроллеру) для обеспечения «Автоматической температурной защиты». Когда температура двигателя превышает заданное значение, установленное в реле, двигатель автоматически выключается. Для менее критического применения он используется для срабатывания сигнализации о температурном превышении с индикацией.

Датчик пожара

Можно сделать свое собственное противопожарное устройство. Собрать схему из термистора или биметаллических полосок, позаимствованных из пускателя. Тем самым можно вызвать тревогу, основанную на действии самодельного термодатчика.

Дымовой извещатель

В электронике всегда приходится что-то измерять, например, температуру. С этой задачей лучше всего справляется  терморезистор  – электронный компонент на основе полупроводников. Прибор обнаруживает изменение физического количества и преобразуется в электрическое количество. Они являются своего рода мерой растущего сопротивления выходного сигнала. Существует две разновидности приборов: у позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов оно наоборот падает. Это противоположные по действию и одинаковые по принципу работы элементы.

Видео

Оцените статью:

Принцип работы термистора, типы и применение

Измерение температуры считается наиболее важной частью любого электронного приложения. В бытовых приборах или в промышленных условиях необходимо измерение температуры для установки определенных пределов для работы. Для этой цели существуют различные датчики, некоторые из них, которые часто предпочитают, — это термопары, полупроводниковые датчики, датчики температуры сопротивления, широко известные как RTD и термисторы.

В ходе экспериментов с поведением полупроводникового материала, называемого сульфидом серебра, обнаружен первый термистор на основе отрицательного температурного коэффициента. Это стало возможным благодаря некоему Майклу Фарадею в 1833 году. Он задокументировал свое наблюдение, что по мере уменьшения сопротивления компонента сульфида серебра температура имеет тенденцию к повышению. Из-за возникающих трудностей при производстве применение было ограничено. В 1930 году Сэмюэл Рубен изобрел коммерческий термистор.

Что такое Термистор?

Тип резистора, значение сопротивления которого чувствительно к изменению температуры, известен как термистор. Это пассивный компонент в цепи. Материал, используемый в конструкции этого отличается от RTD. Термисторы изготавливаются с использованием керамики или полимеров.

Температура, измеренная этим термистором, дает точные значения. Они имеют дешевую и прочную природу. Но это не очень хорошо, когда мы подключаем его в экстремальных холодных и жарких условиях. Когда возникает требование поддерживать определенные термисторы с ограниченным диапазоном, предпочтительными являются термисторы. В случае большого диапазона температур используются РДТ, поскольку они состоят из чистых металлов.

Символ термистора:

Символ термистора

Принцип работы термистора

Работа термистора описывается как

• Принцип, которому подчиняется термистор, заключается в зависимости его значений сопротивления от изменения температуры.
• Значение сопротивления можно измерить с помощью омметра. Они соединены последовательно с батареей и счетчиком.
• Изменение сопротивления зависит от материала, выбранного для изготовления 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 повышению, сопротивление в цепи уменьшается в этих специальных вариантах резисторов. Определяется по температурному коэффициенту.

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 аппроксимация типа дифференцирования первого порядка . Анализ изменения температуры основан на коэффициенте.

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

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

Положительный температурный коэффициент (PTC)

Термисторы с положительным температурным коэффициентом подразделяются на два типа. Первая классификация известна как силисторы. Силисторы состоят из кремния и имеют линейную температурную характеристику. Другой тип классификации — это тип переключения термисторов PTC. Этот термистор первоначально ведет себя как NTC, сопротивление которого уменьшается с повышением температуры, но после пересечения 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 отрицательное, температура и сопротивление становятся обратно пропорциональными друг другу. Повышение температуры приводит к уменьшению 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.

Термистор NTC

Он способен выдавать точные значения температуры, а также достаточно хорошо обеспечивает контроль температуры. Они используются в качестве «резистивных датчиков температуры» и в «ограничителях тока». по сравнению с силисторами и RTD термисторы NTC очень чувствительны к изменениям температуры. Рабочий диапазон датчиков NTC составляет от -55 до 200 °C.

В конструкции этих термисторов NTC используются оксиды кремния, железа, никеля и кобальта. По способу производства они подразделяются на три группы.

Шариковые термисторы

Эти типы термисторов изготавливаются из проводников из платинового сплава и напрямую соединяются с керамическим корпусом.

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

Вышеуказанные особенности наблюдаются у термисторов Bead по сравнению с термисторами Disk и Chip. Из-за своей хрупкости при использовании в цепях они запечатаны в стеклянный корпус. Таким образом, чтобы не пострадала устойчивость, а также была защищена от механических повреждений. Размер его составляет от 0,075 до 5 мм.

Дисковые и чип-термисторы

Изготавливаются с использованием контактов с металлическими поверхностями. Они больше, из-за чего отклик становится медленнее, чем у термисторов шарикового типа.

Мощность, рассеиваемая этим термистором, пропорциональна квадратному значению тока. Следовательно, пропускная способность этих конденсаторов по току лучше, чем у шариковых термисторов. Дисковые термисторы изготавливаются из смеси оксидов на круглой матрице. Процесс литья ленты используется при изготовлении термисторов на микросхемах. размер его от 0,25 до 25 мм.

Термисторы со стеклянным корпусом

Для использования термисторов с температурой выше 150 °C термисторы сконструированы таким образом, что они заключены в герметичное стекло. Они более стабильны и защищены от изменений окружающей среды. Размер этих термисторов колеблется от 0,4 до 10 мм.

Характеристики термисторов

Характеристики термисторов изменяются в зависимости от того, имеют ли они положительный или отрицательный коэффициент. В PTC температура и сопротивление находятся в прямой зависимости, тогда как в NTC они обратно пропорциональны друг другу.

характеристики термистора

Из приведенного выше рисунка видно, что характеристики термисторов нелинейны. Температуру термисторов можно изменять двумя способами. Во-первых, путем изменения температуры извне из-за изменения окружающей среды. Кроме того, концепция самонагрева может изменить внутреннюю температуру термистора.

Применение термистора

Применение термистора:

1. Компактные. Его можно использовать в качестве датчика температуры в цифровых термометрах.
2. В автомобильной промышленности для измерения температуры охлаждающей жидкости и масла в грузовых автомобилях и легковых автомобилях они предпочтительны.
3. В бытовых приборах используется термистор для увеличения или уменьшения количества необходимого тепла.
4. Для защиты цепей от эффекта перегрузки за счет увеличения значения сопротивления. Следовательно, термисторы рассматриваются как элементы защиты цепи.
5. В цепях моста Уитстона, аккумуляторных батарей, цепей электронных устройств используются термисторы.

Единственной целью является поддержание величины сопротивления в цепи. Таким образом, влияние температуры может быть компенсировано.

Заключение

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

Часто задаваемые вопросы

1. Для чего можно использовать термистор?

Термин «термистор» является производным от комбинации «термический» и «резистор». Это ясно указывает, что единственная цель термисторов — справиться с теплом на основе сопротивления. Кроме того, они предпочтительнее 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 разомкнутой цепи из-за механического разделения между выводом и резистором. Это приводит к неправильному обращению или повреждению из-за перегрева. Это одна из причин выхода термистора из строя.

Другой причиной может быть старение термистора. Из-за всех вышеперечисленных причин происходят колебания значений температуры и отображается неверный набор значений температуры. Это можно решить заменой термистора.

3. Как проверить термисторный датчик?

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

• Подключите аналоговый мультиметр к выводам термистора. Полярность не учитывается.
• С помощью паяльного стержня мы можем нагреть термистор.
• Как только нагрев термистора начинает изменяться, показания мультиметра увеличиваются или уменьшаются.
• Графический анализ основан на выбранном типе термистора PTC или NTC.
• У исправных термисторов изменение показаний плавное.

4. Есть ли у термистора непрерывность?

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

 

Принцип работы термистора — инструменты Inst

Термисторы

Термисторы представляют собой полупроводники, чувствительные к температуре, сопротивление которых сильно меняется в относительно небольшом диапазоне температур. Существует два основных типа термисторов: с положительным температурным коэффициентом (PTC) и с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом имеют характеристику падения сопротивления с повышением температуры. Они чаще всего используются для измерения температуры.

A термистор похож на RTD, но вместо металла используется полупроводниковый материал . Термистор представляет собой твердотельное устройство и имеет большую чувствительность , чем RTD. В отличие от РДТ, терморезистивная характеристика термистора является нелинейной и не может быть охарактеризована одним коэффициентом. Кроме того, в отличие от RTD, сопротивление термистора уменьшается с повышением температуры.

Термисторы нельзя использовать для измерения высоких температур по сравнению с RTD. На самом деле максимальная рабочая температура иногда составляет всего 100 или 200°С.

Производители обычно предоставляют данные сопротивления-температуры в виде кривых, таблиц или полиномиальных выражений. Линеаризация корреляции сопротивление-температура может быть достигнута с помощью аналоговой схемы или путем применения математики с использованием цифровых вычислений. Типичная схема термистора показана ниже.

Из принципиальной схемы видно, что это простой делитель напряжения. R _s — какой-то постоянный (питающий) резистор. R _s и напряжение питания, В _s , можно настроить для получения желаемого диапазона выходного напряжения _o В для заданного диапазона температур.

Преимущества: Большое изменение сопротивления в зависимости от температуры, быстрое время отклика, хорошая стабильность, высокое сопротивление устраняет проблемы, связанные с сопротивлением проводов, низкая стоимость и взаимозаменяемость

Недостатки: Нелинейность, ограниченный диапазон рабочих температур , может быть неточным из-за перегрева, требуется источник тока.

Кривая зависимости сопротивления от температуры

В отличие от RTD и термопар, термисторы не имеют стандартов, связанных с характеристиками или кривыми зависимости сопротивления от температуры. Следовательно, есть много разных на выбор.

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 можно изготовить термисторы большего или меньшего размера.

Многие производители указывают бета-константу (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 термометру сопротивления (RTD) , и используется для измерения температуры . Он состоит из неметаллического резистора, который используется в качестве чувствительного элемента температуры.

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

Разница между термистором и резистивным датчиком температуры (RTD)

Оба устройства работают по тому же принципу, что постоянный ток, протекающий через резистор, и его сопротивление, изменяющееся из-за изменения температуры, измеряется как падение напряжения на нем. . Основное отличие состоит в том, что электрическое сопротивление резистора, используемого в термисторе, изменяется нелинейно в зависимости от температуры. Чувствительный элемент, используемый в термисторе, изготовлен из керамики или полимера, в то время как в RTD в качестве чувствительного элемента используются чистые металлы. Еще одно существенное отличие заключается в его рабочем диапазоне. Благодаря высокой чувствительности термисторы используются для измерений в узком диапазоне и при низких температурах в диапазоне от -20 до +120 градусов Цельсия. Но RTD используются в более широких и больших диапазонах температур.

Конструкция

Устройство изготовлено из таких материалов, 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 быть изготовлены самых разных форм и размеров. Меньшие термисторы имеют форму шариков диаметром от 0,15 мм до 1,5 мм. Такая бусина может быть запечатана на кончике цельного стеклянного стержня, чтобы сформировать зонд, который легче установить, чем бусину. В качестве альтернативы термистор может иметь форму дисков и шайб, изготовленных путем прессования материала термистора под высоким давлением в плоские цилиндрические формы диаметром от 3 до 25 миллиметров. Шайбы можно складывать друг на друга и размещать последовательно или параллельно, чтобы увеличить способность к регулированию мощности.

Характеристическая кривая

Характеристика сопротивления термистора в зависимости от температуры

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 Датчик температуры .

Термистор в качестве датчика температуры

Термистор, используемый для измерения температуры, показан на рисунке ниже. Термистор рассчитан на сопротивление 2 кОм при 25 градусах Цельсия, а температурный коэффициент -4% на градус Цельсия обеспечивает уменьшение изменения температуры на 80 Ом на градус Цельсия.

Прибор последовательно подключается к аккумулятору и микрометру. Изменение температуры вызывает изменение сопротивления, если фиксируется показания терморезистора и соответствующее показание тока микрометра. Обычно измеритель калибруется по температуре с разрешением 0,1 градуса Цельсия. Как показано на рисунке, для повышения 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 порядка 1 ^st изменение сопротивления равно температурному коэффициенту сопротивления порядка 1 ^st , умноженному на изменение температуры.

dR = k.dT

где, dR – изменение сопротивления

k – 1 ^st Заказать Температурный коэффициент сопротивления

dT – изменение температуры

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

Позисторные термисторы/термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC)

Термисторы PTC, которые используются в промышленности, в целом подразделяются на две группы. Первый называется «Силисторы», как чувствительные кремниевые резисторы. Известно, что силисторы имеют положительный температурный коэффициент 08% на градус Цельсия. Если температура поднимается выше 175 градусов по Цельсию, устройство переходит в область с отрицательным температурным коэффициентом. Другая классификация термисторов PTC называется термисторами PTC переключающего типа. Он изготовлен из материалов керамического типа и, как известно, обладает очень высоким сопротивлением при небольшом изменении температуры. Легирующие примеси также добавляются в материал, чтобы он также проявлял полупроводниковое поведение. Известно, что устройство имеет температуру перехода или «Кюри». Пока устройство не достигнет этой конкретной точки, оно показывает отрицательный температурный коэффициент в своих характеристиках сопротивления-температуры. После этого момента он начинает показывать возрастающий положительный температурный коэффициент сопротивления. В этот момент также начинает развиваться резистентность. Основное различие в кривой температурного сопротивления между силистором и переключающим термистором PTC показано ниже.

Сопротивление Температурная характеристика силисторного и переключающего типа PTC

Применение

1. Устройство известно своим применением в качестве устройства защиты цепи, например предохранителя. Протекание тока через устройство вызывает накопление тепла из-за его резистивного свойства. Таким образом, если через устройство протекает чрезмерный ток, устройство соответственно начинает нагреваться и, таким образом, увеличивает свое сопротивление. Это увеличение сопротивления снова создает больше тепла. Это создает такой эффект, который создает большее сопротивление в устройстве и ограничивает величину напряжения и тока в устройстве.
2. Другим важным применением является таймер в цепи катушки размагничивания ЭЛТ-мониторов. Когда ЭЛТ-монитор включен, начальный ток достигает термистора PTC и катушки размагничивания. Термистор PTC будет иметь большой размер, и, таким образом, сопротивление устройства увеличивается по мере прохождения тока. Это вызывает накопление тепла, и, таким образом, катушка размагничивания отключается очень быстро. Катушка размагничивания необходима для плавного уменьшения постоянного магнитного поля. Эту помощь может оказать только термистор PTC.

Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

NTC Термисторы, которые используются в промышленности, в целом подразделяются на две группы. Таким образом, классификация основана на способе размещения электродов на керамическом корпусе. Эта основная категория может быть дополнительно разделена в зависимости от различных типов геометрии, формы и методов обработки. Одной из основных категорий, наиболее часто используемых в промышленности, являются термисторы шарикового типа. В зависимости от формы и методов производства, термисторы с шариками можно снова разделить на шарики без покрытия, шарики со стеклянным покрытием, шарики повышенной прочности, шарики в стеклянных корпусах и многие другие.

Другая группа термисторов NTC – это термисторы с металлизированными поверхностными контактами. Эти термисторы могут монтироваться с помощью пружинных контактов или путем поверхностного монтажа.

Области применения

1. Термисторы NTC используются для измерения температуры (обычно в узком диапазоне и низких температурных диапазонах).
2. Устройство можно использовать для ограничения внезапно возникающих перегрузок по току в цепях питания. Известно, что устройство вначале имеет очень высокое значение сопротивления. Сопротивление постепенно уменьшается при нагреве устройства. По мере уменьшения сопротивления нормальная работа цепи восстанавливается и по ней протекает большой ток, не повреждая другие части цепи.
3. Это устройство используется для измерения температуры инкубаторов.
4. Термисторы NTC используются для измерения и контроля аккумуляторов во время их зарядки.
5. Они используются для определения температуры масла и охлаждающей жидкости, используемых в автомобильных двигателях. Эта информация отправляется обратно водителю косвенными путями.

Сравнение термисторов PTC и NTC

Термистор, сокращенно от ТЕРМИЧЕСКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ РЕЗИСТОР.

PTC, сокращение от Положительный температурный коэффициент.
NTC (отрицательный температурный коэффициент).

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

Основной материал термистора PTC BaTio3, основной материал термистора NTC — Mn, Ni, Cu.