Modstanden af enhver leder er generelt afhængig af temperaturen. Metallers modstandsdygtighed øges med varme. Ud fra et fysisk synspunkt forklares dette ved en forøgelse af amplituden af de termiske vibrationer i gitterelementerne og en forøgelse af modstanden mod elektronernes retningsbestemte strømning. Modstanden for elektrolytter og halvledere falder ved opvarmning - dette forklares ved andre processer.
Indhold
Sådan fungerer en termistor
I mange tilfælde er fænomenet modstand mod temperatur skadeligt. F.eks. medfører en lav modstand i glødetråden i en kold glødelampe, at den brænder ud, når den tændes. Ændring af modstandsværdien for faste modstande ved opvarmning eller afkøling fører til ændringer i kredsløbsparametrene.
Modstande med en reduceret TCR - temperaturkoefficienten for modstand - er blevet udviklet for at bekæmpe dette fænomen. Disse elementer er dyrere end konventionelle elementer. Der findes imidlertid elektroniske komponenter, hvor modstandens temperaturafhængighed er udtalt og normaliseret. Disse elementer kaldes termistorer eller termistorer.
Typer og opbygning af termistorer
Termistorer kan opdeles i to store grupper efter deres reaktion på temperaturændringer:
- Hvis modstanden falder ved opvarmning, kaldes sådanne termistorer for NTC-termistorer (negativ temperaturkoefficient for modstand);
- Hvis modstanden stiger ved opvarmning, har termistoren en positiv PTC (PTC-karakteristik) - sådanne elementer kaldes også PTC-elementer som disse kaldes også PTC-termistorer ..
Typen af termistor bestemmes af termistorens materialeegenskaber. Metaller øger deres modstand ved opvarmning, og derfor anvendes de (eller snarere metaloxider) som grundlag for termoresistorer med en positiv TKC. Halvledere har den modsatte afhængighed, hvilket er grunden til, at de anvendes til at fremstille NTC-elementer. Termostatiske resistive elementer med negativ TKC kan teoretisk set fremstilles på basis af elektrolytter, men denne variant er meget uhensigtsmæssig i praksis. Dens niche er laboratorieforskning.
Udformningen af termistorer kan være forskellig. De findes i form af cylindre, perler, skiver osv. med to ledninger (som en konventionel modstand). Det er muligt at vælge den mest bekvemme form til installation på arbejdspladsen.
Vigtigste funktioner
Den vigtigste egenskab ved en termistor er dens temperaturkoefficient for modstand (TCR). Dette angiver, hvor meget modstanden ændrer sig, når den opvarmes eller afkøles med 1 grad Kelvin.
Selv om temperaturændringen, udtrykt i Kelvin, er lig med ændringen i grader Celsius, er termoresistorer stadig karakteriseret i Kelvin. Dette skyldes den udbredte brug af Steinhart-Hart-ligningen i beregninger, og den omfatter temperaturen i K.
TCS er negativ for termistorer af NTC-typen og positiv for posistorer.
En anden vigtig egenskab er modstandsklassen. Dette er modstandsværdien ved 25 °C. Når man kender disse parametre, er det let at afgøre, om en termistor kan anvendes i et bestemt kredsløb.
Det er også vigtigt for brugen af termistorer at kende den nominelle spænding og den maksimale driftsspænding. Den første parameter bestemmer den spænding, ved hvilken elementet kan fungere i lang tid, mens den anden parameter bestemmer den spænding, over hvilken termistorens ydeevne ikke er garanteret.
For posistorer er en vigtig parameter referencetemperaturen - det punkt på modstandsvarmekurven, hvor det karakteristiske brud opstår. Dette bestemmer PTC-modstandens driftsområde.
Når du vælger en termistor, skal du også være opmærksom på dens temperaturområde. Uden for fabrikantens specifikation er den karakteristiske kurve ikke standardiseret (dette kan medføre funktionsfejl i enheden), ellers virker termistoren slet ikke.
Betegnelse af enheden
De grafiske symboler kan variere en smule, men det vigtigste kendetegn ved en termistor er symbolet t ved siden af det rektangel, der symboliserer modstanden. Uden dette symbol er det ikke muligt at bestemme modstandstypen - der anvendes lignende BRE-symboler, f.eks. varistorer (modstanden bestemmes af den påførte spænding) og andre elementer.
Nogle gange er der knyttet et ekstra symbol til UGO'en, som angiver termistorens kategori:
- NTC for celler med et negativt TCS;
- PTC for posistorer.
Denne egenskab er undertiden markeret med pile:
- ensrettet for PTC;
- omnidirektionel for NTC.
Bogstavbetegnelsen kan være forskellig - R, RK, TH osv.
Sådan tester du en termistor for korrekt funktion
Den første funktionskontrol af en termistor er at måle den nominelle modstand ved hjælp af et standardmultimeter. Hvis den målte modstand måles ved stuetemperatur, som ikke afviger meget fra +25 °C, bør den målte modstand ikke afvige væsentligt fra den, der er angivet på huset eller i dokumentationen.
Hvis den omgivende temperatur er højere eller lavere end den angivne værdi, skal der foretages en lille korrektion.
Man kan forsøge at tage temperaturen af en termistor - for at sammenligne den med den, der er angivet i dokumentationen, eller for at rekonstruere den for en komponent af ukendt oprindelse.
Der er tre temperaturer til rådighed til at skabe med tilstrækkelig nøjagtighed uden måleinstrumenter:
- smeltende is (kan tages fra et køleskab) - omkring 0 °C;
- menneskekroppen - ca. 36 °C;
- kogende vand - ca. 100 °C.
I henhold til disse punkter er det muligt at tegne en omtrentlig afhængighed af modstanden af temperaturen, men for posistorer virker det måske ikke - på grafen for deres TCS er der områder, hvor R ikke er defineret af temperaturen (under referencetemperaturen). Hvis der er et termometer til rådighed, er det muligt at tage en karakteristik med flere punkter - sænk termistoren ned i vand og opvarm den. Modstanden måles hver 15...20...20...grad, og værdien tegnes på en kurve. Hvis det er nødvendigt at aflæse parametre over 100 grader, kan der anvendes olie (f.eks. bilolie eller transmissionsolie) i stedet for vand.
Diagrammet viser den typiske temperaturafhængighed af modstanden - den gennemgående linje er for PTC og den stiplede linje for NTC.
Hvor skal du bruge
Den mest oplagte anvendelse af termistorer er som temperaturfølere. Både NTC- og PTC-termistorer er velegnede til dette formål. Du skal blot vælge elementet i overensstemmelse med arbejdsområdet og tage hensyn til termistorkarakteristikken i måleapparatet.
Det er muligt at bygge et termisk relæ - når modstanden (mere præcist spændingsfaldet over den) sammenlignes med den indstillede værdi, og udgangen skiftes, når tærsklen overskrides. En sådan anordning kan anvendes som termisk overvågningsanordning eller som branddetektor. Temperatursensorer er baseret på fænomenet indirekte opvarmning, hvor termistoren opvarmes af en ekstern kilde.
Direkte opvarmning - termistoren opvarmes af den strøm, der løber gennem den. NTC-modstande kan på denne måde bruges til at begrænse strømmen - f.eks. ved opladning af kondensatorer med høj kapacitet ved tænding og til at begrænse motorers startstrøm osv. Termisk afhængige elementer har en høj modstand, når de er kolde. Når en kondensator er delvist opladet (eller en motor når nominel hastighed), har termistoren tid til at blive opvarmet af den strøm, der strømmer, dens modstand falder, og den påvirker ikke længere kredsløbets funktion.
På samme måde kan man forlænge en glødepæres levetid ved at sætte en termistor i serie med den. Dette vil begrænse strømmen på det sværeste tidspunkt - når du tænder for spændingen (det er her, de fleste pærer svigter). Når den er blevet varm, har den ikke længere nogen effekt på pæren.
Termistorer med positiv karakteristik anvendes derimod til at beskytte elmotorer under drift. Hvis viklingsstrømmen stiger på grund af motorstop eller en akselbelastning, der overstiger belastningen, vil PTC-modstanden varme op og begrænse denne strøm.
Termistorer med en negativ PTC kan også bruges som varmekompensatorer for andre komponenter. Hvis f.eks. en NTC-termistor med en positiv PTC er placeret parallelt med transistorens modstandsresistor, vil temperaturændringen påvirke hver komponent på modsat måde. Som følge heraf kompenseres temperaturvirkningen, og transistorens driftspunkt forskydes ikke.
Der findes kombinerede enheder, der kaldes indirekte opvarmede termistorer. Et temperaturafhængigt element og et varmelegeme er placeret i det samme hus i et sådant element. Der er termisk kontakt mellem dem, men de er galvanisk isolerede. Ved at variere strømmen gennem varmelegemet kan modstanden styres.
Termistorer med forskellige egenskaber anvendes i vid udstrækning i teknologien. Ud over standardapplikationer kan deres anvendelsesområde udvides. Alt er kun begrænset af designerens fantasi og kvalifikationer.
Relaterede artikler:
