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.
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
- Классификация термисторов
- Технические характеристики и принцип действия
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, принцип работы и применение
Что такое термистор?Что такое кривые нагрузки?
Пожалуйста, включите JavaScript
Что такое кривые нагрузки?
Термистор представляет собой терморезистор, электрическое сопротивление которого увеличивается или уменьшается при изменении температуры.
Таким образом, термисторы представляют собой термочувствительные сопротивления, сопротивление которых изменяется при изменении температуры корпуса термистора. Мы обсудим принцип работы термистора. Как работают термисторы PTC и NTC и каковы области их применения, мы обсудим в последующих разделах.
Символ термистора показан на рисунке ниже.
Символ термистора приведен ниже. Термистор является пассивным элементом цепи. Пассивный компонент не требует внешнего источника питания для своей работы. Термистор очень прочный и дешевый, и его можно использовать для точного измерения температуры. Термистор не работает надежно при очень высоких или низких температурах. Поэтому термисторы лучше всего подходят для приложений, где требуется точное измерение температуры.
Принцип работы термистора Сопротивление термистора изменяется при изменении температуры корпуса термистора. Сопротивление термистора не изменяется линейно с изменением температуры.
Термистор имеет нелинейную кривую температуры сопротивления. Сопротивление термистора можно измерить с помощью измерителя сопротивления (омметра). Зная точную связь между изменением сопротивления в зависимости от температуры, можно определить температуру путем измерения сопротивления термистора при определенной температуре. Изменение сопротивления термистора в зависимости от температуры зависит от типа материала, из которого изготовлен термистор. График между температурой и сопротивлением термистора показан ниже.
Из приведенного выше графика мы можем измерить температуру путем измерения сопротивления термистора. Процедура измерения температуры следующая.
- Измерьте сопротивление термистора с помощью омметра.
- Проведите вертикальную линию напротив сопротивления по оси Y и, проведя вертикальную линию вниз от точки пересечения этой горизонтальной линии с графиком, мы можем вывести температуру.
Термисторы классифицируются в соответствии с увеличением или уменьшением сопротивления термистора при изменении температуры.
Есть два типа термисторов.
- Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)
- Термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC)
При повышении температуры большое количество носителей заряда или свободных электронов сталкивается с валентным электроном другого атома. Валентные электроны, получившие достаточную энергию, разрывают связь с родительским атомом и свободно перемещаются из одного места в другое. Электроны, свободно перемещающиеся из одного места в другое, называются свободными электронами. Таким образом, количество свободных электронов увеличивается из-за быстрого столкновения свободных электронов с атомом.
Небольшое повышение температуры приводит к образованию миллионов свободных электронов. Чем больше свободных электронов, тем быстрее увеличивается электрический ток. Таким образом, небольшое повышение температуры вызывает быстрое снижение температуры и позволяет протекать через термистор большому току.
Сопротивление термистора NTC уменьшается с повышением температуры. Соотношение между температурой и сопротивлением определяется в термисторе NTC следующим математическим выражением.
Уравнение термистора сильно нелинейно. Стандартный термистор NTC обычно имеет отрицательный температурный коэффициент теплового сопротивления около 0,0045/oK
Значение бета (β) термистора является индикатором наклона характеристики кривой сопротивление-температура.
Более высокое значение β показывает хорошую связь между сопротивлением и температурой. Небольшое повышение температуры вызовет большее снижение сопротивления, если значение β высокое.
Таким образом, более высокая чувствительность и большая точность могут быть достигнуты, если значение β высокое.
Из уравнения (1) можно определить температурный коэффициент термистора как;
Уравнение (2) показывает, что термистор имеет отрицательный температурный коэффициент.
Если β= 4000 K и T = 298 K, то α T = 0,0045/∘K температурный коэффициент. Температурный коэффициент термистора намного выше чувствительности платинового РДТ.
Сопротивление термистора PTC увеличивается с повышением температуры. Термисторы PTC изготовлены из легированной поликристаллической керамики. Термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) также называются позисторами. График между сопротивлением и температурой термистора PTC приведен ниже.
Термисторы PTC не так популярны, как термисторы NTC. Термисторы PTC используются для защиты цепи. Когда ток проходит через термистор PTC, это вызывает нагрев. В термисторе PTC этот нагрев также вызывает увеличение сопротивления.
Это создает эффект самоусиления, который увеличивает сопротивление, ограничивая ток, поэтому термистор PTC используется в качестве устройства ограничения тока.
Термисторы изготовлены из спеченной смеси оксидов металлов, таких как марганец, кобальт, медь, железо, никель, уран и т. д. термическая обработка для рекристаллизации.
На рынке доступны термисторы различных форм и размеров. Термисторы доступны в форме шариков, дисков и шайб. Размер термистора в виде шариков находится в диапазоне от 0,15 мм до 1,5 мм в диаметре. Термисторы в виде дисков и шайб изготавливаются путем прессования материала термистора под высоким давлением в плоские цилиндрические формы диаметром от 3 до 25 миллиметров.
Типичный размер термистора составляет от 0,125 мм до 1,5 мм. Термисторы доступны с номинальными значениями 1K, 2K, 10K, 20K, 100K и т.д. Значение сопротивления термистора при температуре 25oC. Основными преимуществами термисторов являются их небольшие размеры и относительно низкая стоимость.
Термисторы широко используются во многих приложениях для измерения температуры, включая измерение температуры воздуха и жидкости. Некоторые приложения приведены ниже.
- Используется в медицинских инструментах
- Цифровые термометры
- В бытовой технике, такой как духовка, фен, тостер, микроволновая печь, пожарная сигнализация и холодильник
- Для измерения температуры масла и охлаждающей жидкости в автомобиле
- Измерение теплопроводности электрических материалов
- Для защиты от перенапряжения
- В качестве ограничителя пускового тока
- Используется в базовой электронной схеме
- Используется для измерения температуры двигателя
- Для схемы температурной компенсации
- Используется в мосте Уитстона
- Цифровой термометр, связь 9 инструментальное поле
Похожие сообщения
- Почему диод неомический полупроводниковый прибор?
- Разница между омическими и неомическими проводниками
- Преобразователь температуры с креплением на головку и его преимущества
- Влияние температуры на сопротивление
- Как работают инфракрасные термометры?
Связанные сообщения:
Пожалуйста, подпишитесь на нас и поставьте лайк:
Принцип работы и характеристики термистора
В этой статье я собираюсь обсудить принцип работы термистора NTC , его характеристики и применение.
Итак, давайте начнем.
Принцип работы конденсатора — Анимация…
Пожалуйста, включите JavaScript
Принцип работы конденсатора — Анимация — Учебники — Объяснение
Термистор — это особый 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 повышением температуры. Следовательно, сопротивление термистора PTC увеличивается с температурой его корпуса.
Термистор NTC : Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) состоит из материала, имеющего отрицательный температурный коэффициент сопротивления, такого как марганец, никель, кобальт, медь, железо и уран, поэтому их сопротивление уменьшается с увеличением в температуре тела.
Они доступны в различных размерах и формах.
Поскольку термисторы NTC широко используются в инженерных приложениях, поэтому я буду обсуждать только их, а дальнейшее обсуждение относится только к термисторам NTC .
При повышении температуры окружающей среды термистора его сопротивление значительно уменьшается. Как правило, при повышении температуры на каждые 1 o °С их сопротивление уменьшается на 5%. Поэтому 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
- Имеют сопротивление в диапазоне от 0,5 Ом до 0,75 МОм.
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 используются следующие конфигурации: дисковый, бортовой и стержневой.
Термисторы дискового и стержневого типа обладают большей рассеиваемой мощностью. Термистор стержневого типа имеет высокую мощность обработки. Поэтому их следует использовать в конкретном приложении в соответствии с их мощностью и возможностями рассеивания температуры.
Конфигурация с буртиком является наименьшей. Как правило, его диаметр составляет около 0,15 мм. В этом случае измерительный элемент заключен в стеклянный зонд. Он обычно используется для измерения температуры жидкостей.
Характеристики термисторов
Три важные характеристики термисторов:
- характеристики сопротивление-температура,
- вольтамперные характеристики,
- ток-временные характеристики.
Характеристики сопротивления и температуры : По мере увеличения температуры термистора его сопротивление уменьшается экспоненциально.
Математическое выражение зависимости между сопротивлением термистора и температурой:
RT 1 = RT 2 e [β(1/T1 – 1/T2)]
Где RT 1
сопротивление термистора при температуре T 1
RT 2 = сопротивление термистора при температуре T 2
β = константа, ее значение зависит от материала, использованного в конструкции термистора, обычно его значение находится в диапазоне от 3500 до 4500.
Характеристики напряжения и тока увеличение тока. Он увеличивается до тех пор, пока не достигнет пикового значения после пикового значения, и уменьшается с повышением температуры.
Это связано с тем, что первоначально при небольшом увеличении тока он не способен произвести изменение температуры термистора, следовательно, падение напряжения на нем увеличивается. Но после пикового значения значение тока может изменить температуру термистора. Повышает его температуру. Это приводит к уменьшению сопротивления термистора.
И, следовательно, падение напряжения на термисторе уменьшается.
Текущие и временные характеристики: Текущие и временные характеристики показаны на рисунке. Из рисунка видно, что время задержки 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, чтобы термистор нагрелся и ток нарастал до максимального установившегося значения.
Применение термисторов
Измерение температуры : Схематическая диаграмма измерения температуры с помощью термистора показана на рисунке.
При таком расположении при повышении температуры окружающей среды термистора его сопротивление уменьшается, что увеличивает ток. Другими словами, мы можем сказать, что изменение тока 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. Поэтому термисторы широко используются в электронных схемах для компенсации влияния температуры.
- Могут использоваться для измерения мощности на высоких частотах.
- Измерение теплопроводности также может быть выполнено с помощью термисторов.
- Возможно измерение уровня, расхода и давления.
- Можно выполнить измерение вакуума.
- Временная задержка может быть обеспечена в работе электронных устройств с помощью термисторов.
- Они используются для контроля внутренней температуры нагревательных устройств, таких как микроволновые печи, бойлеры и т. д.
- Они используются для контроля выходного напряжения и тока источников питания и защиты подключенных устройств в случае неисправности.
- Цифровые термометры часто используют термисторы в качестве чувствительного элемента температуры.
- Они также используются в транспортных средствах для контроля температуры различных частей и секций.
- Пищевая промышленность, кондиционеры и холодильная промышленность для контроля температуры и соответствующего управления процессом.
д.Преимущества термистора
- Они компактны, прочны и недороги.
- Обладают хорошей стабильностью и высокой чувствительностью.
- Очень быстро реагируют.
- На них не влияют блуждающие магнитные и электрические поля.
Благодаря всем этим преимуществам термисторы предпочтительнее других устройств для измерения температуры, таких как RTD и термопары.
Недостатки термисторов
Имеют нелинейные характеристики термостойкости.
Термистор и термопара
Здесь мы проводим краткое сравнение между термистором и термопарой, чтобы можно было отличить их друг от друга и легко выбрать для конкретного применения.
- Термисторы имеют узкий диапазон чувствительности. Обычно она составляет от 55 до +150°C. С другой стороны, термопары имеют более широкий диапазон измерения температуры. Например, термопары типа T имеют диапазон чувствительности от -200 до 350 o
- Термисторы имеют нелинейную зависимость между параметром чувствительности (сопротивлением) и температурой. Принимая во внимание, что термопары имеют линейную зависимость между параметром измерения (напряжением) и температурой.
- Термисторы хороши для обнаружения небольших изменений температуры, однако они не так точны. Принимая во внимание, что термопары сравнительно более точны. Термисторы
- дешевле, меньше по размеру и проще в использовании, чем термопары.
Термистор и RTD
Резистивные датчики температуры (т.