Odpor každého vodiče je obecně závislý na teplotě. Odpor kovů se s teplem zvyšuje. Z fyzikálního hlediska se to vysvětluje zvýšením amplitudy tepelných vibrací mřížkových prvků a zvýšením odporu proti směrovému toku elektronů. Odpor elektrolytů a polovodičů se při zahřívání snižuje - to se vysvětluje jinými procesy.
Obsah
Jak funguje termistor
V mnoha případech je jev teplotní odolnosti škodlivý. Například nízký odpor vlákna žárovky za studena způsobí, že se po zapnutí přepálí. Změna hodnoty odporu pevných rezistorů při zahřívání nebo chlazení vede ke změnám parametrů obvodu.
Pro boj s tímto jevem byly vyvinuty rezistory se sníženým teplotním koeficientem odporu (TCR). Tyto prvky jsou dražší než běžné prvky. Existují však elektronické součástky, které mají výraznou závislost na teplotě a standardizovaný koeficient odporu. Tyto prvky se nazývají termistory nebo termistory.
Typy a konstrukce termistorů
Termistory lze rozdělit do dvou velkých skupin podle jejich reakce na změny teploty:
- Pokud se odpor při zahřívání snižuje, nazývají se takové termistory NTC termistory (záporný teplotní koeficient odporu);
- Pokud se odpor při zahřívání zvyšuje, má termistor kladnou TCR (PTC charakteristiku) - takové prvky se také nazývají Tyto PTC prvky se také označují jako PTC termistory ..
Typ termistoru je určen vlastnostmi materiálu termistoru. Kovy při zahřívání zvyšují svůj odpor, a proto se používají (nebo spíše oxidy kovů) jako základ pro termorezistory s kladným TKC. Polovodiče mají opačnou závislost, a proto se z nich vyrábějí prvky NTC. Termostatické odporové prvky se záporným TKC lze teoreticky vyrobit na bázi elektrolytů, ale tato varianta je v praxi velmi nevhodná. Její specializací je laboratorní výzkum.
Konstrukce termistorů může být různá. Mají podobu válečků, kuliček, podložek apod. se dvěma vodiči (jako je např. šroubovák). konvenční rezistor). Pro instalaci na pracovišti je možné zvolit nejvhodnější tvar.
Klíčové vlastnosti
Nejdůležitější charakteristikou každého termistoru je jeho teplotní koeficient odporu (TCR). Udává, o kolik se změní odpor při zahřátí nebo ochlazení o 1 stupeň Kelvina.
Přestože změna teploty vyjádřená ve stupních Kelvina se rovná změně ve stupních Celsia, termorezistory jsou stále charakterizovány v Kelvinech. To je způsobeno tím, že se při výpočtech široce používá Steinhartova-Hartova rovnice, která zahrnuje teplotu v K.
TCS je záporná pro termistory typu NTC a kladná pro pozistory.
Další důležitou charakteristikou je hodnota odolnosti. Jedná se o hodnotu odporu při 25 °C. Znalost těchto parametrů umožňuje snadno určit použitelnost termistoru v konkrétním obvodu.
Pro použití termistorů je důležité také jmenovité napětí a maximální provozní napětí. První parametr určuje napětí, při kterém může prvek dlouhodobě pracovat, zatímco druhý parametr určuje napětí, při jehož překročení není zaručena výkonnost termistoru.
U pozistorů je důležitým parametrem referenční teplota - bod na křivce odpor-teplota, při kterém dochází k charakteristickému lomu. Tím je určen pracovní rozsah PTC rezistoru.
Při výběru termistoru je třeba věnovat pozornost také jeho teplotnímu rozsahu. Mimo specifikace výrobce není charakteristická křivka standardizovaná (to může způsobit nesprávnou funkci jednotky), jinak termistor nebude fungovat vůbec.
Označení jednotky
Grafické symboly se mohou mírně lišit, ale hlavním znakem termistoru je symbol t vedle obdélníku symbolizujícího rezistor. Bez tohoto symbolu nelze určit typ rezistoru - používají se podobné symboly BRE, např. varistory (odpor je určen přiloženým napětím) a dalšími prvky.
Někdy je k UGO připojen další symbol, který označuje kategorii termistoru:
- NTC pro buňky s negativním TCS;
- PTC pro pozistory.
Tato vlastnost se někdy označuje šipkami:
- jednosměrné pro PTC;
- všesměrové pro NTC.
Písmenné označení může být různé - R, RK, TH atd.
Jak otestovat správnou funkci termistoru
První kontrolou funkce termistoru je změření jmenovitého odporu pomocí standardního multimetru. Při měření při pokojové teplotě, která se příliš neliší od +25 °C, by se naměřený odpor neměl výrazně lišit od odporu uvedeného na krytu nebo v dokumentaci.
Pokud je okolní teplota vyšší nebo nižší než uvedená hodnota, je třeba provést malou korekci.
Lze se pokusit o teplotní charakteristiku termistoru - porovnat ji s charakteristikou uvedenou v dokumentaci nebo ji rekonstruovat pro součástku neznámého původu.
K dispozici jsou tři teploty, které lze vytvořit s dostatečnou přesností bez měřicích přístrojů:
- tající led (lze vzít z lednice) - kolem 0 °C;
- lidského těla - přibližně 36 °C;
- vroucí voda - asi 100 °C.
Podle těchto bodů je možné nakreslit přibližnou závislost odporu na teplotě, ale u pozistorů to nemusí fungovat - na grafu jejich TCS jsou oblasti, kde R není definován teplotou (pod referenční teplotou). Pokud je k dispozici teploměr, je možné změřit charakteristiku o několik bodů - spuštěním termistoru do vody a jeho zahřátím. Odpor se měří každých 15...20 stupňů a hodnota se vynese do grafu. Pokud je nutné odečítat parametry nad 100 stupňů, lze místo vody použít olej (např. automobilový nebo převodový).
Diagram ukazuje typické teplotní závislosti odporu - plná čára je pro PTC a čárkovaná čára pro NTC.
Kde použít
Nejzřetelnějším použitím termistorů je použití jako teplotní čidla. K tomuto účelu jsou vhodné termistory NTC i PTC. Stačí vybrat prvek podle pracovní oblasti a zohlednit charakteristiku termistoru v měřicím zařízení.
Je možné sestavit tepelné relé - kdy se porovnává odpor (přesněji úbytek napětí na něm) s nastavenou hodnotou a při překročení prahové hodnoty se sepne výstup. Takové zařízení lze použít jako tepelné monitorovací zařízení nebo jako požární hlásič. Snímače teploty jsou založeny na jevu nepřímého ohřevu, kdy je termistor ohříván vnějším zdrojem.
Přímý ohřev - termistor je ohříván proudem, který jím protéká. NTC rezistory lze tímto způsobem použít k omezení proudu - např. při nabíjení velkokapacitních kondenzátorů při zapnutí, stejně jako k omezení rozběhového proudu motorů apod. Tepelně závislé prvky mají v chladu vysoký odpor. Když se kondenzátor částečně nabije (nebo když motor dosáhne jmenovitých otáček), termistor se stihne zahřát protékajícím proudem, jeho odpor klesne a přestane ovlivňovat činnost obvodu.
Stejně tak můžete prodloužit životnost žárovky tím, že do série s ní zapojíte termistor. Tím se omezí proud v nejtěžším okamžiku - při zapnutí napětí (tehdy většina žárovek selže). Po zahřátí již nebude mít na žárovku žádný vliv.
Naproti tomu termistory s kladnou charakteristikou se používají k ochraně elektromotorů během provozu. Pokud proud vinutím vzroste v důsledku zaseknutí motoru nebo překročení zatížení hřídele, PTC rezistor se zahřeje a tento proud omezí.
Termistory se záporným PTC lze použít také jako kompenzátory tepla pro jiné součástky. Pokud je například termistor NTC s kladným PTC umístěn paralelně k režimovému odporu tranzistoru, změna teploty ovlivní každou součástku opačným způsobem. Výsledkem je kompenzace teplotního efektu a neposunutí pracovního bodu tranzistoru.
Existují kombinovaná zařízení nazývaná nepřímo vyhřívané termistory. Teplotně závislý prvek a topné těleso jsou umístěny ve stejném pouzdře takového prvku. Dochází mezi nimi k tepelnému kontaktu, ale jsou galvanicky odděleny. Změnou proudu procházejícího topným tělesem lze regulovat odpor.
Termistory s různými charakteristikami se v technice hojně používají. Kromě standardních aplikací lze rozšířit i jejich působnost. Vše je omezeno pouze představivostí a kvalifikací designéra.
Související články:
