Термисторы
Термисторы — это по сути термометры сопротивления, выполненные на основе смешанных оксидов переходных металлов. Два основные типа термисторов – NTC (с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления) и PTC ( с положительным коэффициентом). Наиболее распространенный тип – NTC. РТС термисторы используются только в очень узких диапазонах температур, в несколько градусов, в основном в системах сигнализации и контроля.
Конструкция и материалы
Большим преимуществом термисторов является разнообразие форм и миниатюрность. Основные конструктивные типы: бусинковые (0,1-1 мм), дисковые (2,5-18 мм), цилиндрические (3-40 мм), пленочное покрытие (толщина 0,2-1 мм). Выпускаются бусинковые термисторы диаметром до 0,07 мм с выводами толщиной 0,01 мм. Такие миниатюрные датчики позволяют измерять температуру внутри кровеносных сосудов или растительных клеток.
Большинство термисторов – керамические полупроводники, изготовленные из гранулированных оксидов и нитридов металлов путем формирования сложной многофазной структуры с последующим спеканием (синтерация) на воздухе при 1100-1300 °С.
Сложные двойные и тройные структуры оксидов переходных металлов, такие как (AB)3O4, (ABC)3O4 лежат в основе термисторов. Распространенной формулой является (Ni0.2Mn0.8)3O4. Наиболее стабильными термисторами при температурах ниже 250 °С являются термисторы на основе смешанных оксидов мания и никеля или магния, никеля и кобальта, имеющие отрицательный ТКС. Удельная проводимость термистора r (25 °C) зависит от химического состава и степени окисления. Дополнительное управление проводимостью осуществляется добавлением очень малых концентраций таких металлов как Li и Na.
При изготовлении бусинковых термисторов бусинки наносятся на две параллельные платиновые проволоки при температуре 1100 °С, проволоки разрезаются на куски для получения необходимой конфигурации выводов. На бусинки наносится стеклянное покрытие, спекаемое при 300 °С, либо бусинки герметизируются внутри миниатюрных стеклянных трубок.
Для получения металлических контактов в дисковых термисторах, на диск наносится металлическое покрытие Pt-Pd-Ag и выводные проводники соединяются с покрытием пайкой или прессованием.
Номинальное сопротивление термисторов значительно выше, чем у металлических термометров сопротивления, оно обычно составляет 1, 2, 5, 10, 15 и 30 кОм. Поэтому может применяться двухпроводная схема включения.
Зависимость сопротивления термистора от температуры
Сопротивление идеальных полупроводников (количество дырок и носителей заряда одинаково) в зависимости от температуры может быть представлено следующей формулой
R(T) = A exp(b/T)
где A, b – постоянные, зависящие от свойств материала и геометрических размеров.
Однако, сложная композиция и неидеальное распределение зарядов в термисторном полупроводнике не позволяет напрямую использовать теоретическую зависимость и требует эмпирического подхода. Для NTC термисторов используется аппроксимационная зависимость Стейнхарта и Харта
1/T = a+b(lnR)+c(lnR)3
где T – температура в К;
R – сопротивление в Ом;
a,b,c – константы термистора, определенные при градуировке в трех температурных точках, отстоящих друг от друга не менее, чем на 10 °С.
Типичный 10 кОм-ый термистор имеет коэффициенты в диапазоне 0-100 °С близкие к следующим значениям:
a = 1,03 10-3
b = 2,93 10-4
c = 1,57 10-7
Дисковые термисторы могут быть взаимозаменяемыми, т.е. все датчики определенного типа будут иметь одну и ту же характеристику в пределах установленного производителем допуска. Лучший возможный допуск, как правило, ±0,05 °С в диапазоне от 0 до 70 °С. Бусинковые термисторы не взаимозаменяемы и требуют индивидуальной градуировки.
Градуировка термисторов может осуществляться в жидкостных термостатах. Необходимо герметизировать термисторы, погрузив их в стеклянные пробирки. Обычно для градуировки и вычисления констант проводится сличение термистора с образцовым платиновым термометром. В диапазоне от 0 до 100 °С сличение проводится в точках с интервалом 20 °С. Погрешность интерполяции обычно не превышает 1 –5 мК при использовании модифицированного уравнения Стейнхарта и Харта:
1/T = a+b(lnR)+c(lnR)2 + d(lnR)3
Могут также использоваться реперные точки: тройная точка воды (0,01 °С), точка плавления галлия (29,7646 °С), точки фазовых переходов эвтектик и органических материалов.
Для градуировки нескольких термисторов они могут быть соединены последовательно, так чтобы через них проходил одинаковый ток. При градуировке и использовании термисторов важно учитывать эффект нагрева измерительным током. Для 10 кОм – ого термистора рекомендуется выбирать токи от 10 мкА (погрешность 0,1 мК), до 100 мкА (погрешность 10 мК).
Стабильность
Причины нестабильности термисторов следующие:
— напряжения, возникающие в материале при термоциклировании и образование микротрещин;
— структурные изменения в полупроводнике;
— внешнее загрязнение (водой и др. веществами) и в результате химические реакции в порах и на поверхности полупроводника;
— нарушение адгезии металлической пленки;
— миграция примесей из металлических контактов в материал термистора.
Для получения стабильного состояния термисторы подвергают старению (до 500-700 дней). Как правило, во время старения наблюдается рост сопротивления. При длительном использовании термисторов, они уходят за пределы допуска, в большинстве случаев, термисторный термометр показывает температуру несколько ниже, чем значение, определенное по номинальной характеристике.
Исследования показывают, что бусинковые термисторы могут проявлять очень высокую стабильность (дрейф до 3 мК за 100 дней при 60 °С). Дисковые термисторы менее стабильны (дрейф до 50 мК за 100 дней при 60 °С).
Термисторы представляют особый интерес для измерения низких температур благодаря своей относительной нечувствительности к магнитным полям. Некоторые типы термисторов могут применяться до температуры минус 100 °С.
Диапазон наилучшей стабильности термисторов – от 0 до 100 °С. Основными преимуществами термисторов являются вибропрочность, малый размер, малая инерционность и невысокая цена.
В 2014 г. Консультативный комитет по термометрии (ККТ) выпустил в электронном виде брошюру «Термисторная термометрия» , которая сейчас доступна по ссылке:
Thermistor Thermometry
Прочитайте на нашем сайте также о других типах датчиков температуры:
Термометры сопротивления
Термопары
Радиационные термометры (пирометры)
Волоконно-оптические датчики температуры
Кварцевые датчики температуры
Интегральные датчики температуры (IC temperature sensors)
NTC-терморезиторы (термисторы) от компании Sencera
NTC-терморезисторы (термисторы) от компании Sencera
Терморезисторы (термисторы) — это полупроводниковые элементы, сопротивление которых логарифмически зависит от температуры.
Существуют терморезисторы с отрицательным (NTC) и положительным (PTC) температурным коэффициентом. В первом случае сопротивление уменьшается с увеличением температуры, во втором случае — увеличивается.
Не следует путать терморезисторы с термосопротивлениями (термометрами сопротивления, RTD). Термосопротивления имеют практически линейную зависимость R(T), работают в более широком диапазоне температур, превосходят терморезисторы по надежности и повторяемости, однако их стоимость значительно выше по сравнению с терморезисторами.
NTC-терморезисторы от компании Sencera — это бюджетные датчики для работы с температурами до +110 °C. Выпускаются SMD-датчики и элементы для монтажа в отверстия с жесткими или гибкими выводами.
СЕРИЯ CT — ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА
Миниатюрные элементы для поверхностного монтажа, которые выпускаются в корпусах трех типов — 1206, 0805 и 0603.
| Обозначение | Размер, мм |
| 1206 | 3. 2 x 1.6 |
| 0805 | 2.0 x 1.25 |
| 0603 | 1.6 x 0.8 |
Коэффициент рассеяния составляет 1 мВ/°С, а постоянная времени t = 7 сек. Другие характеристики термисторов серии CT представлены в таблице.
| Термистор | Номинальное сопротивление при t = 25°C, кОм |
B (при t=25°C — 85°C), K |
Разброс номинального сопротивления |
| СT302В1 | 3 | 3510 |
1% |
| СT302В3 | 3% | ||
| СT302В5 | 5% | ||
| СT502С1 | 5 | 3324 |
1% |
| СT502С3 | 3% | ||
| СT502С4 | 5% | ||
| СT103C1 | 10 | 3435 | 1% |
| СT103C3 | 3% | ||
| СT103C5 | 5% | ||
| CT103D1 | 10 | 3950 |
1% |
| CT103D3 | 3% | ||
| CT103D5 | 5% | ||
| CT203D1 | 20 | 3950 |
1% |
| CT203D3 | 3% | ||
| CT203D5 | 5% | ||
| CT473D1 | 47 | 3965 |
1% |
| CT473D3 | 3% | ||
| CT473D5 | 5% | ||
| CT104D1 | 100 | 4040 |
1% |
| CT104D3 | 3% | ||
| CT104D5 | 5% |
СЕРИЯ TS — ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ С ДЛИННЫМИ ГИБКИМИ ВЫВОДАМИ
Терморезисторы серии TS представляют собой «бусинки», покрытые гипоксидной смолой и оснащенные двумя гибкими изолированными выводами, оголенными на конце.
L = 100±3 мм
W = 1,6 мм (максимум)
Рабочий температурный диапазон серии TS — от -40 до +90 °C.
Коэффициент рассеяния составляет 0.7 мВ/°С, постоянная времени t = 3.2 .. 3.4 сек. Другие характеристики термисторов серии TS представлены в таблице.
| Термистор | Номинальное сопротивление при t = 25°C, кОм |
Коэффициент температурной чувствительности B (при t=25°C — 85°C), K |
Разброс номинального сопротивления |
| TS212D3 | 2.1 | 3850 | 3% |
| TS402B3 | 4.0 | 3100 | 3% |
| TS582D3 | 5.8 | 3641 | 3% |
| TS902C3 | 9. 0 |
3470 | 3% |
| TS103C1 | 10.0 | 3435 | 1% |
| TS103C3 | 3% | ||
| TS103C5 | 5% | ||
| TS203D | 20.0 | 3950 | 3% |
| TS303D | 30.0 | 3950 | 3% |
| TS403D | 40.0 | 3525 | 3% |
| TS413D | 41.0 | 3435 | 3% |
| TS503D1 | 50.0 | 3965 | 1% |
| TS503D3 | 3% | ||
| TS503D5 | 5% | ||
| TS593D | 59.0 | 3617 | 3% |
| TS833D | 83. 0 |
4013 | 3% |
| TS104D | 100 | 4040 | 3% |
| TS224D | 220 | 4021 | 3% |
| TS234D | 230 | 4274 | 3% |
СЕРИИ HAT И HT — ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ С ЖЕСТКИМИ ВЫВОДАМИ
Терморезисторы серии HAT и HT имеют два жестких вывода и предназначены для ручного монтажа на плату.
Главное отличие датчиков HAT и HT — размеры элемента.
Кроме того, эти серии еще отличаются рядом электрических характеристик. Например, коэффициент рассеяния для серии HAT составляет 3 мВ/°C, а для серии HT — 2 мВ/°C; постоянная температуры для HAT составляет 12 секунд, а для HT — 15 секунд. Другие характеристики элементов приведены в таблице.
| Термистор | Номинальное сопротивление при t = 25°C, кОм |
Коэффициент температурной чувствительности B (при t = 25°C .  . 85°C), K |
Разброс номинального сопротивления |
Рабочий температурный диапазон |
| HAT102B1 | 1 | 1% | -50 … +90°C |
|
| HAT102B3 | 3% | |||
| HAT102B5 | 5% | |||
| HT102B1 | 1% | |||
| HT102B3 | 3% | |||
| HT102B5 | 5% | |||
| HAT202B1 | 2 | 3182 | 1% | |
| HAT202B3 | 3% | |||
| HAT202B5 | 5% | |||
| HT202B1 | 1% | |||
| HT202B3 | 3% | |||
| HT202B5 | 5% | |||
| HAT502C1 | 5 | 3324 | 1% | -50 . .. +110°C |
| HAT502C3 | 3% | |||
| HAT502C5 | 5% | |||
| HT502C1 | 1% | |||
| HT502C3 | 3% | |||
| HT502C5 | 5% | |||
| HAT103C1 | 10 | 3435 | 1% | |
| HAT103C3 | 3% | |||
| HAT103C5 | 5% | |||
| HT103C1 | 1% | |||
| HT103C3 | 3% | |||
| HT103C5 | 5% | |||
| HAT103D1 | 10 | 3977 | 1% | |
| HAT103D3 | 3% | |||
| 5% | ||||
| HT103D1 | 1% | |||
| HT103D3 | 3% | |||
| HT103D5 | 5% | |||
| HAT203D1 | 20 | 1% | ||
| HAT203D3 | 3% | |||
| HAT203D5 | 5% | |||
| HT203D1 | 1% | |||
| HT203D3 | 3% | |||
| HT203D5 | 5% | |||
| HAT473D1 | 47 | 1% | ||
| HAT473D3 | 3% | |||
| HAT473D5 | 5% | |||
| HT473D1 | 1% | |||
| HT473D3 | 3% | |||
| HT1473D5 | 5% | |||
| HAT503D1 | 50 | 1% | ||
| HAT503D3 | 3% | |||
| HAT503D5 | 5% | |||
| HT503D1 | 1% | |||
| HT503D3 | 3% | |||
| HT503D5 | 5% |
Определение термистора, символ и типы
Резистор A
тип пассивного компонента, который ограничивает поток
электрический ток до определенного уровня.
Резисторы в основном
делятся на два типа: постоянные резисторы и переменные.
резисторы.
Фиксированный резистор — это тип резистора, который только ограничивает поток электрического тока, но не контролирует (увеличивает и уменьшение) протекания электрического тока. С другой стороны, переменный резистор — тип резистора, который управляет (увеличивает и уменьшается) расход электрического тока вручную уменьшая и увеличивая его сопротивление.
В постоянных или переменных резисторах, если мы
вручную установить сопротивление как постоянное, сопротивление изменяется
незначительно при повышении или понижении температуры. Однако, по
используя специальный тип резистора, мы можем быстро изменить
сопротивление резистора при изменении температуры. Этот
специальный тип резистора называется термистором.
Спрос на точные компоненты или устройств (термисторов) увеличилось в последние годы. Термисторы точно измеряют температуру и работают эффективно на долгие годы.
Термистор определение
Термистор – это тип резистора, сопротивление быстро изменяется при небольшом изменении температуры. Другими словами, это тип резистора, в котором изменяется протекание электрического тока быстро при небольшом изменении температуры. Слово «термистор» образовано от сочетания слов «тепловой» и «резистор».
Термистор символ
Американский стандарт и международный стандартный символ термистора показан на рисунке ниже.
Типы термисторов
Термисторы подразделяются на два типа в зависимости от того, как они ведут себя при изменении температуры:
- Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)
- Термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC)
Сопротивление NTC (Отрицательный
Температурный коэффициент) термисторов уменьшается с увеличением
температура.
Другими словами, электрический ток течет через
термисторы NTC (отрицательный температурный коэффициент)
увеличивается с повышением температуры.
Большинство термисторов NTC изготовлены из прессованный диск, стержень или литой чип из полупроводникового материала, такого как спеченные оксиды металлов.
В термисторах NTC носители заряда генерируются в процессе легирования. Из-за этого процесса допинга образуется большое количество носителей заряда.
При незначительном повышении температуры
большое количество носителей заряда (свободный
электроны) сталкивается с валентным
электроны других атомов
и обеспечивает их достаточной энергией.
Валентные электроны, набравшие достаточную энергию, разорвутся.
связь с родительским атомом и свободно перемещается с одного места
в другое место.
Электроны, которые свободно перемещаются из одного места
в другое место называются свободными электронами. Эти электроны
нести электрический ток, перемещаясь из одного места в
другое место. Валентный электрон, который становится свободным
электрон снова столкнется с другими валентными электронами и
делает их свободными.
Аналогично, небольшое повышение температуры производит миллионы свободных электронов. Больше свободных электронов или носители заряда означает больше электрического тока. Таким образом, небольшая повышение температуры быстро снижает сопротивление Термистор NTC и допускает большое количество электрического тока.
Сопротивление положительной температуре
Коэффициент полезного действия (PTC) термисторов увеличивается с увеличением
температура. Большая часть положительного температурного коэффициента (PTC)
термисторы изготовлены из легированной поликристаллической керамики.
Термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC)
также называемые позисторами.
История термисторов
Первый NTC (отрицательная температура Содействующий) термистор был открыт Майклом Фарадеем. в 1833 году. Майкл Фарадей заметил, что сопротивление серебра содержание сульфида быстро уменьшалось при повышении температуры.
Преимущества и недостатки термисторов
Преимущества термисторов
- Сопротивление термисторов быстро меняется при малых изменение температуры.
- Низкая стоимость
- Малый размер
- Термисторы легко переносить с одного места на другое место.
Недостатки термисторов
- Термисторы не подходят для широкого рабочего диапазона
- Характеристики сопротивления в зависимости от температуры
нелинейный.
Приложения термисторов
- Термисторы используются в медицинском оборудовании
- Термисторы используются в горячих концах 3D-принтеров.
- Термисторы используются в бытовых приборах, таких как духовки, волосы сушилки, тостеры, холодильники и др.
- Современные кофеварки используют термисторы для точного измерения и контролировать температуру воды.
- Термисторы используются в компьютерах.
- Термисторы используются в качестве датчиков температуры.
- Термисторы используются в качестве ограничителя пускового тока.
Что такое термистор? — Управление тепловыми ресурсами
Термистор представляет собой элемент, который измеряет температуру и состоит из спеченного полупроводникового материала, который показывает большое изменение сопротивления пропорционально небольшому изменению температуры.
Обычно они имеют отрицательные температурные коэффициенты, что означает, что сопротивление уменьшается при повышении температуры.
Термисторы изготавливаются из комбинации металлов и оксидов металлов. После того, как они смешаны, материалы формируются и вдавливаются в требуемую форму. Затем их можно использовать естественным образом в качестве дисковых термисторов без каких-либо изменений. В качестве альтернативы им можно придать дополнительную форму и соединить их с проводами и покрытиями для создания элементов в виде бусинок.
Чем термисторы отличаются от термометров сопротивления?В то время как RTD изменяют сопротивление почти линейно, термисторы имеют очень нелинейное изменение сопротивления и уменьшают свое сопротивление при повышении температуры. Они продолжают оставаться популярным способом измерения температуры по нескольким причинам, в том числе:
- Повышенное изменение сопротивления на градус температуры обеспечивает лучшее разрешение
- Высокий уровень повторяемости и стабильности
- Впечатляющая взаимозаменяемость
- Их небольшой размер означает, что они могут быстрее реагировать на изменения температуры
Термисторы обычно имеют два типа покрытий: эпоксидное покрытие для использования при более низких температурах (от -50 до 150°C) и стеклянное покрытие для применения при более высоких температурах (от -50 до 300°C).
Эти покрытия используются механически для защиты соединений буртика и проволоки, а также обеспечивают определенную степень защиты от коррозии и/или коррозии. С термисторами обычно поставляются провода очень малого диаметра и сплошные провода из меди или медного сплава. В большинстве случаев эти провода луженые, чтобы облегчить пайку.
Термисторы NTC уменьшают сопротивление при повышении температуры. Это также относится к тому, какое изменение сопротивления на градус он обеспечивает. Для применений с довольно низкими температурами (от -55 до примерно 70°C) обычно используются термисторы с более низким сопротивлением. Термисторы с более высоким сопротивлением используются для приложений с более высокими температурами, чтобы оптимизировать изменение сопротивления на градус при необходимой температуре. Эти элементы доступны в диапазоне сопротивлений и «кривых», а сопротивления обычно указаны при 25 ° C.
Как работает термистор? В отличие от резистивных датчиков сопротивления и термопар, термисторы не имеют стандартов, связанных с их характеристиками зависимости сопротивления от температуры или кривыми.
В результате есть несколько разных, которые вы можете выбрать. Каждый материал будет предлагать различную кривую зависимости сопротивления от температуры. Некоторые материалы будут иметь лучшую стабильность, в то время как другие имеют более высокое сопротивление, поэтому из них можно сделать термисторы большего или меньшего размера.
Независимо от того, заменяете ли вы термистор или приобретаете его для совершенно нового применения, для достижения наилучшего результата необходимо учитывать три ключевых момента. Это:
- Для новых применений выберите правильное базовое сопротивление или правильно укажите базовое сопротивление заменяемого.
- При указании корреляции сопротивление-температура будьте точны. Для замены подготовьте информацию о существующем термисторе
- Тип и размер упаковки
Термисторы являются одними из самых точных датчиков температуры на рынке.
Тем не менее, они могут быть весьма ограничены с точки зрения их температурного диапазона, работая в диапазоне от 0 до 100°C. Если вы не думаете, что термистор подойдет для ваших обычных применений термопары , придерживайтесь своей термопары. Несмотря на ряд полезных преимуществ, таких как химическая стабильность и, следовательно, незначительная подверженность старению, термистор не подходит для каждой отрасли или процесса из-за ограниченных параметров.
Когда пользователь определил правильное сопротивление и кривую, ему следует подумать о том, как он намерен использовать термистор. Таким образом, когда они выбирают правильный размер или упаковку для датчика, важно помнить, что, как и любой другой датчик, термистор будет измерять только собственную температуру.
Термисторы нельзя погружать в процесс. Они небольшие и быстро реагируют на изменение температуры, так как отделены от окружающей среды лишь тонким слоем эпоксидной смолы.
Тем не менее, вы можете получить термисторы разных стилей для разных целей.
Конструкции общего назначения могут использоваться в самых разных областях. От электронного оборудования до конструкций, процессов и проектирования, а также использования для проверки надежности, датчики этого типа легко устанавливать и контролировать с течением времени.
Измерение методом погружения в жидкостьТермисторы должны быть защищены от коррозии при контакте с жидкостями, а также должны быть аккуратно помещены в жидкость, чтобы она достигла требуемой температуры. Обычно это делается с использованием трубок с закрытыми концами и корпуса, специально предназначенных для этой работы. Вы должны позаботиться о том, чтобы к термистору был свободный тепловой путь, а тепловая масса была настолько малой, насколько это возможно.
Чем может помочь TRM? В TRM наша команда предлагает инженерные решения, которые работают при самых высоких температурах и в самых суровых условиях.