Η αντίσταση οποιουδήποτε αγωγού εξαρτάται γενικά από τη θερμοκρασία. Η αντίσταση των μετάλλων αυξάνεται με τη θερμότητα. Από την άποψη της φυσικής, αυτό εξηγείται από την αύξηση του πλάτους των θερμικών δονήσεων των στοιχείων του πλέγματος και την αύξηση της αντίστασης στην κατευθυνόμενη ροή των ηλεκτρονίων. Η αντίσταση των ηλεκτρολυτών και των ημιαγωγών μειώνεται όταν θερμαίνονται - αυτό εξηγείται από άλλες διεργασίες.
Περιεχόμενα
Πώς λειτουργεί ένα θερμίστορ
Σε πολλές περιπτώσεις, το φαινόμενο της αντοχής στη θερμοκρασία είναι επιβλαβές. Για παράδειγμα, η χαμηλή αντίσταση του νήματος πυράκτωσης ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως όταν είναι κρύος, προκαλεί την καύση του όταν ανάβει. Η αλλαγή της τιμής της αντίστασης των σταθερών αντιστάσεων κατά τη θέρμανση ή την ψύξη οδηγεί σε αλλαγές στις παραμέτρους του κυκλώματος.
Για την καταπολέμηση αυτού του φαινομένου έχουν αναπτυχθεί αντιστάσεις με μειωμένο συντελεστή θερμοκρασίας TCR (συντελεστής αντίστασης θερμοκρασίας). Τα στοιχεία αυτά είναι πιο ακριβά από τα συμβατικά. Υπάρχουν όμως ηλεκτρονικά εξαρτήματα, τα οποία έχουν έντονη εξάρτηση από τη θερμοκρασία και τυποποιημένο συντελεστή αντίστασης. Τα στοιχεία αυτά ονομάζονται θερμίστορ ή θερμίστορ.
Τύποι και κατασκευή θερμίστορ
Τα θερμίστορ μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες ανάλογα με την αντίδρασή τους στις μεταβολές της θερμοκρασίας:
- Εάν η αντίσταση μειώνεται όταν θερμαίνεται, τα θερμίστορ αυτά ονομάζονται Θερμίστορ NTC (αρνητικός θερμοκρασιακός συντελεστής αντίστασης),
- Εάν η αντίσταση αυξάνεται όταν θερμαίνεται, το θερμίστορ έχει θετικό PTC (χαρακτηριστική PTC) - τέτοια στοιχεία ονομάζονται επίσης Τέτοια στοιχεία PTC αναφέρονται επίσης ως θερμίστορ PTC ..
Ο τύπος του θερμίστορ καθορίζεται από τις ιδιότητες του υλικού του θερμίστορ. Τα μέταλλα αυξάνουν την αντίστασή τους όταν θερμαίνονται, γι' αυτό και χρησιμοποιούνται (ή μάλλον τα οξείδια των μετάλλων) ως βάση για θερμοαντιστάσεις με θετικό TKC. Οι ημιαγωγοί έχουν την αντίθετη εξάρτηση, γι' αυτό και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή στοιχείων NTC. Θερμοστατικά στοιχεία αντίστασης με αρνητικό TKC μπορούν θεωρητικά να κατασκευαστούν με βάση τους ηλεκτρολύτες, αλλά αυτή η παραλλαγή είναι πολύ άβολη στην πράξη. Η θέση της είναι η εργαστηριακή έρευνα.
Ο σχεδιασμός των θερμίστορ μπορεί να είναι διαφορετικός. Έχουν τη μορφή κυλίνδρων, χαντρών, ροδέλας κ.λπ. με δύο καλώδια (όπως ένα συμβατική αντίσταση). Είναι δυνατή η επιλογή του πιο βολικού σχήματος για την εγκατάσταση στο χώρο εργασίας.
Βασικά χαρακτηριστικά
Το σημαντικότερο χαρακτηριστικό κάθε θερμίστορ είναι ο θερμοκρασιακός συντελεστής αντίστασης (TCR). Αυτό δείχνει πόσο μεταβάλλεται η αντίσταση όταν θερμαίνεται ή ψύχεται κατά 1 βαθμό Κέλβιν.
Αν και η μεταβολή της θερμοκρασίας, εκφρασμένη σε βαθμούς Κέλβιν, είναι ίση με τη μεταβολή σε βαθμούς Κελσίου, οι θερμοαντιστάσεις εξακολουθούν να χαρακτηρίζονται σε βαθμούς Κέλβιν. Αυτό οφείλεται στη διαδεδομένη χρήση της εξίσωσης Steinhart-Hart στους υπολογισμούς, η οποία περιλαμβάνει τη θερμοκρασία σε Κ.
Το TCS είναι αρνητικό για θερμίστορ τύπου NTC και θετικό για ποζίστορ.
Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό είναι η ονομαστική αντίσταση. Αυτή είναι η τιμή της αντίστασης στους 25°C. Γνωρίζοντας αυτές τις παραμέτρους, είναι εύκολο να προσδιοριστεί η δυνατότητα εφαρμογής ενός θερμίστορ σε ένα συγκεκριμένο κύκλωμα.
Σημαντικά για τη χρήση των θερμίστορ είναι επίσης η ονομαστική τάση και η μέγιστη τάση λειτουργίας. Η πρώτη παράμετρος καθορίζει την τάση στην οποία το στοιχείο μπορεί να λειτουργήσει για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενώ η δεύτερη παράμετρος καθορίζει την τάση πάνω από την οποία η απόδοση του θερμίστορ δεν είναι εγγυημένη.
Για τα ποζίστορ, μια σημαντική παράμετρος είναι η θερμοκρασία αναφοράς - το σημείο της καμπύλης αντίστασης-θερμότητας στο οποίο εμφανίζεται η χαρακτηριστική θραύση. Αυτό καθορίζει το εύρος λειτουργίας της αντίστασης PTC.
Κατά την επιλογή ενός θερμίστορ, πρέπει επίσης να δοθεί προσοχή στην περιοχή θερμοκρασιών του. Εκτός των προδιαγραφών του κατασκευαστή, η χαρακτηριστική καμπύλη δεν είναι τυποποιημένη (αυτό μπορεί να προκαλέσει δυσλειτουργία της μονάδας) ή το θερμίστορ δεν θα λειτουργήσει καθόλου.
Ονομασία μονάδας
Τα γραφικά σύμβολα μπορεί να διαφέρουν ελαφρώς, αλλά το κύριο χαρακτηριστικό ενός θερμίστορ είναι το σύμβολο t δίπλα στο ορθογώνιο που συμβολίζει την αντίσταση. Χωρίς αυτό το σύμβολο δεν είναι δυνατόν να προσδιοριστεί ο τύπος του αντιστάτη - χρησιμοποιούνται παρόμοια σύμβολα BRE, για παράδειγμα varistors (η αντίσταση καθορίζεται από την εφαρμοζόμενη τάση) και άλλα στοιχεία.
Μερικές φορές ένα πρόσθετο σύμβολο επισυνάπτεται στο UGO, υποδεικνύοντας την κατηγορία του θερμίστορ:
- NTC για κύτταρα με αρνητικό TCS,
- PTC για ποζίστορ.
Αυτό το χαρακτηριστικό υποδεικνύεται μερικές φορές με βέλη:
- μονόδρομος για το PTC,
- πανκατευθυντικό για NTC.
Η ονομασία του γράμματος μπορεί να είναι διαφορετική - R, RK, TH κ.λπ.
Πώς να ελέγξετε ένα θερμίστορ για σωστή λειτουργία
Ο πρώτος έλεγχος λειτουργίας ενός θερμίστορ είναι η μέτρηση της ονομαστικής αντίστασης με τη χρήση ενός τυπικού πολυμέτρου. Εάν η μέτρηση γίνεται σε θερμοκρασία δωματίου, η οποία δεν διαφέρει πολύ από τους +25 °C, η μετρούμενη αντίσταση δεν θα πρέπει να διαφέρει σημαντικά από εκείνη που αναγράφεται στο περίβλημα ή στην τεκμηρίωση.
Εάν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι υψηλότερη ή χαμηλότερη από την καθορισμένη τιμή, πρέπει να γίνει μια μικρή διόρθωση.
Μπορεί να γίνει προσπάθεια να ληφθεί η χαρακτηριστική θερμοκρασία ενός θερμίστορ - να συγκριθεί με αυτήν που δίνεται στην τεκμηρίωση ή να ανακατασκευαστεί για ένα εξάρτημα άγνωστης προέλευσης.
Υπάρχουν τρεις διαθέσιμες θερμοκρασίες για τη δημιουργία με επαρκή ακρίβεια χωρίς όργανα μέτρησης:
- πάγος που λιώνει (μπορεί να ληφθεί από ψυγείο) - περίπου 0 °C,
- το ανθρώπινο σώμα - περίπου 36 °C,
- βραστό νερό - περίπου 100 °C.
Σύμφωνα με αυτά τα σημεία είναι δυνατόν να σχεδιαστεί μια κατά προσέγγιση εξάρτηση της αντίστασης από τη θερμοκρασία, αλλά για τα ποζίστορ μπορεί να μην λειτουργεί - στη γραφική παράσταση του ΤΚΣ τους, υπάρχουν περιοχές όπου το R δεν καθορίζεται από τη θερμοκρασία (κάτω από τη θερμοκρασία αναφοράς). Εάν υπάρχει διαθέσιμο θερμόμετρο, είναι δυνατόν να ληφθεί ένα χαρακτηριστικό κατά πολλά σημεία - κατεβάζοντας το θερμίστορ σε νερό και θερμαίνοντάς το. Η αντίσταση πρέπει να μετράται κάθε 15...20 μοίρες και η τιμή πρέπει να σχεδιάζεται. Εάν είναι απαραίτητο να διαβαστούν παράμετροι άνω των 100 βαθμών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί λάδι (π.χ. λάδι αυτοκινήτου ή λάδι μετάδοσης κίνησης) αντί για νερό.
Το διάγραμμα δείχνει τυπικές εξαρτήσεις της αντίστασης από τη θερμοκρασία - η συνεχής γραμμή είναι για PTC και η διακεκομμένη γραμμή για NTC.
Πού να χρησιμοποιήσετε
Η πιο προφανής εφαρμογή για τα θερμίστορ είναι ως αισθητήρες θερμοκρασίας. Τόσο τα θερμίστορ NTC όσο και τα θερμίστορ PTC είναι κατάλληλα για το σκοπό αυτό. Απλά πρέπει να επιλέξετε το στοιχείο σύμφωνα με την περιοχή εργασίας και να λάβετε υπόψη το χαρακτηριστικό του θερμίστορ στη συσκευή μέτρησης.
Είναι δυνατή η κατασκευή ενός θερμικού ρελέ - όταν η αντίσταση (ακριβέστερα, η πτώση τάσης σε αυτήν) συγκρίνεται με την καθορισμένη τιμή και η έξοδος ενεργοποιείται όταν υπερβεί το όριο. Μια τέτοια συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συσκευή θερμικής παρακολούθησης ή ως ανιχνευτής πυρκαγιάς. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας βασίζονται στο φαινόμενο της έμμεσης θέρμανσης, όπου το θερμίστορ θερμαίνεται από μια εξωτερική πηγή.
Άμεση θέρμανση - το θερμίστορ θερμαίνεται από το ρεύμα που το διαρρέει. Οι αντιστάσεις NTC μπορούν να χρησιμοποιηθούν με αυτόν τον τρόπο για τον περιορισμό του ρεύματος - π.χ. κατά τη φόρτιση πυκνωτών μεγάλης χωρητικότητας κατά την ενεργοποίηση και για τον περιορισμό του ρεύματος εκκίνησης κινητήρων κ.λπ. Τα θερμοεξαρτώμενα στοιχεία έχουν υψηλή αντίσταση όταν είναι κρύα. Όταν ένας πυκνωτής φορτιστεί μερικώς (ή ένας κινητήρας φτάσει στην ονομαστική του ταχύτητα), το θερμίστορ έχει χρόνο να θερμανθεί από το ρεύμα που ρέει, η αντίστασή του θα πέσει και δεν θα επηρεάζει πλέον τη λειτουργία του κυκλώματος.
Με τον ίδιο τρόπο, μπορείτε να παρατείνετε τη διάρκεια ζωής ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως τοποθετώντας ένα θερμίστορ σε σειρά με αυτόν. Αυτό θα περιορίσει το ρεύμα στην πιο δύσκολη στιγμή - όταν ενεργοποιείτε την τάση (τότε είναι που οι περισσότεροι λαμπτήρες αποτυγχάνουν). Μόλις ζεσταθεί, δεν θα έχει πλέον καμία επίδραση στο λαμπτήρα.
Αντίθετα, τα θερμίστορ με θετική χαρακτηριστική χρησιμοποιούνται για την προστασία των ηλεκτροκινητήρων κατά τη λειτουργία. Εάν το ρεύμα περιέλιξης αυξηθεί λόγω εμπλοκής του κινητήρα ή λόγω φορτίου άξονα που υπερβαίνει το φορτίο, η αντίσταση PTC θα θερμανθεί και θα περιορίσει αυτό το ρεύμα.
Τα θερμίστορ με αρνητικό PTC μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως αντισταθμιστές θερμότητας για άλλα εξαρτήματα. Για παράδειγμα, εάν ένα NTC-θερμίστορ με θετικό PTC τοποθετηθεί παράλληλα με την αντίσταση ρύθμισης λειτουργίας του τρανζίστορ, η αλλαγή της θερμοκρασίας θα επηρεάσει κάθε στοιχείο με αντίθετο τρόπο. Ως αποτέλεσμα, η επίδραση της θερμοκρασίας αντισταθμίζεται και το σημείο λειτουργίας του τρανζίστορ δεν μετατοπίζεται.
Υπάρχουν συνδυασμένες συσκευές που ονομάζονται θερμίστορ με έμμεση θέρμανση. Ένα στοιχείο που εξαρτάται από τη θερμοκρασία και ένας θερμαντήρας βρίσκονται στο ίδιο περίβλημα ενός τέτοιου στοιχείου. Υπάρχει θερμική επαφή μεταξύ τους, αλλά είναι γαλβανικά απομονωμένα. Με τη μεταβολή του ρεύματος μέσω του θερμαντήρα, μπορεί να ελεγχθεί η αντίσταση.
Τα θερμίστορ με διαφορετικά χαρακτηριστικά χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία. Εκτός από τις τυπικές εφαρμογές, το πεδίο λειτουργίας τους μπορεί να επεκταθεί. Τα πάντα περιορίζονται μόνο από τη φαντασία και τα προσόντα του σχεδιαστή.
Σχετικά άρθρα:
