Minkä tahansa johtimen resistanssi riippuu yleensä lämpötilasta. Metallien vastus kasvaa lämmön vaikutuksesta. Fysiikan näkökulmasta tämä selittyy ristikkoelementtien lämpövärähtelyjen amplitudin kasvulla ja elektronien suuntautuvan virtauksen vastuksen kasvulla. Elektrolyyttien ja puolijohteiden resistanssi pienenee kuumennettaessa - tämä selittyy muilla prosesseilla.
Sisältö
Miten termistori toimii
Monissa tapauksissa lämpötilakestävyyden ilmiö on haitallinen. Esimerkiksi hehkulampun hehkulangan alhainen vastus kylmänä aiheuttaa sen palamisen, kun se kytketään päälle. Kiinteiden vastusten vastusarvon muuttaminen lämmityksen tai jäähdytyksen yhteydessä johtaa muutoksiin piirin parametreissa.
Tämän ilmiön torjumiseksi on kehitetty vastuksia, joiden TCR-kerroin - vastuksen lämpötilakerroin - on pienentynyt. Nämä elementit ovat kalliimpia kuin perinteiset elementit. On kuitenkin olemassa elektronisia komponentteja, joilla on selvä lämpötilariippuvuus ja vakioitu vastuskerroin. Näitä elementtejä kutsutaan termistoreiksi tai termistoreiksi.
Termistoreiden tyypit ja rakenne
Termistorit voidaan jakaa kahteen suureen ryhmään sen mukaan, miten ne reagoivat lämpötilan muutoksiin:
- Jos vastus pienenee lämmitettäessä, tällaisia termistoreja kutsutaan nimellä NTC-termistorit (negatiivinen lämpötilakerroin);
- Jos vastus kasvaa lämmitettäessä, termistori on positiivinen PTC (PTC-ominaisuus) - tällaisia elementtejä kutsutaan myös nimellä Tällaisia PTC-elementtejä kutsutaan myös PTC-termistoreiksi ..
Termistorin tyyppi määräytyy termistorin materiaaliominaisuuksien perusteella. Metallien resistanssi kasvaa kuumentuessaan, minkä vuoksi niitä (tai pikemminkin metallioksideja) käytetään positiivisen TKC:n omaavien termoresistoreiden perustana. Puolijohteilla on päinvastainen riippuvuus, minkä vuoksi niitä käytetään NTC-elementtien valmistukseen. Negatiivisen TKC:n omaavia termostaattisia vastuselementtejä voidaan teoriassa valmistaa elektrolyyttien pohjalta, mutta tämä vaihtoehto on käytännössä hyvin hankala. Sen erikoisalaa on laboratoriotutkimus.
Termistoreiden suunnittelu voi olla erilaista. Ne ovat sylintereitä, helmiä, aluslevyjä jne., joissa on kaksi johtoa (kuten esim. tavanomainen vastus). On mahdollista valita sopivin muoto asennettavaksi työpaikalle.
Tärkeimmät ominaisuudet
Termistorin tärkein ominaisuus on sen lämpötilakerroin (TCR). Tämä osoittaa, kuinka paljon resistanssi muuttuu, kun sitä lämmitetään tai jäähdytetään 1 kelvinin verran.
Vaikka kelvinasteina ilmaistu lämpötilan muutos on yhtä suuri kuin celsiusasteina ilmaistu muutos, termoresistoreiden ominaisuudet ilmaistaan edelleen kelvinasteina. Tämä johtuu siitä, että Steinhart-Hart-yhtälöä käytetään yleisesti laskelmissa, ja se sisältää lämpötilan K:ssa.
TCS on negatiivinen NTC-tyyppisille termistoreille ja positiivinen posistoreille.
Toinen tärkeä ominaisuus on vastusluokitus. Tämä on vastusarvo 25 °C:ssa. Kun nämä parametrit tunnetaan, on helppo määrittää termistorin soveltuvuus tiettyyn piiriin.
Termistoreiden käytön kannalta tärkeitä ovat myös nimellisjännite ja suurin käyttöjännite. Ensimmäinen parametri määrittää jännitteen, jolla elementti voi toimia pitkään, kun taas toinen parametri määrittää jännitteen, jonka yläpuolella termistorin toiminta ei ole taattu.
Posistoreiden osalta tärkeä parametri on vertailulämpötila - vastus-lämpökäyrän kohta, jossa ominaismurtuma tapahtuu. Tämä määrittää PTC-vastuksen toiminta-alueen.
Termistoria valittaessa on kiinnitettävä huomiota myös sen lämpötila-alueeseen. Valmistajan eritelmän ulkopuolella ominaiskäyrää ei ole standardoitu (tämä voi aiheuttaa laitteen toimintahäiriöitä) tai termistori ei toimi lainkaan.
Yksikön nimitys
Graafiset symbolit voivat vaihdella hieman, mutta termistorin tärkein ominaisuus on symboli t vastusta symboloivan suorakulmion vieressä. Ilman tätä symbolia ei ole mahdollista määrittää vastuksen tyyppiä - käytetään samanlaisia BRE-symboleja, esim. varistorit (vastus määräytyy käytetyn jännitteen mukaan) ja muita elementtejä.
Joskus UGO:hon on liitetty lisäsymboli, joka osoittaa termistorin luokan:
- NTC soluille, joiden TCS on negatiivinen;
- PTC posistoreille.
Tämä ominaisuus on joskus merkitty nuolilla:
- yksisuuntainen PTC:n osalta;
- NTC:n osalta suuntaamaton.
Kirjaintunnus voi olla erilainen - R, RK, TH jne.
Termistorin oikean toiminnan tarkistaminen
Termistorin ensimmäinen toimintatarkastus on nimellisvastuksen mittaaminen tavallisella yleismittarilla. Jos mittaus tehdään huoneenlämmössä, joka ei poikkea paljon +25 °C:sta, mitatun resistanssin ei pitäisi poiketa merkittävästi kotelossa tai asiakirjoissa ilmoitetusta resistanssista.
Jos ympäristön lämpötila on korkeampi tai matalampi kuin määritetty arvo, on tehtävä pieni korjaus.
Termistorin lämpötilaominaisuutta voidaan yrittää ottaa - verrata sitä asiakirjoissa annettuun ominaislämpötilaan tai rekonstruoida se tuntematonta alkuperää olevan komponentin osalta.
Käytettävissä on kolme lämpötilaa, jotka voidaan luoda riittävällä tarkkuudella ilman mittauslaitteita:
- sulava jää (voidaan ottaa jääkaapista) - noin 0 °C;
- ihmiskeho - noin 36 °C;
- kiehuvaa vettä - noin 100 °C.
Näiden kohtien perusteella voidaan piirtää likimääräinen resistanssin riippuvuus lämpötilasta, mutta posistoreiden kohdalla se ei välttämättä toimi - niiden TCS-käyrästössä on alueita, joilla R ei ole määritelty lämpötilan mukaan (alle vertailulämpötilan). Jos käytettävissä on lämpömittari, voidaan ominaisarvo ottaa usealla pisteellä - laskemalla termistori veteen ja lämmittämällä sitä. Vastus mitataan 15...20 asteen välein ja arvo piirretään. Jos on tarpeen lukea yli 100 asteen parametreja, veden sijasta voidaan käyttää öljyä (esim. auto- tai voimansiirtoöljyä).
Kaaviossa on esitetty tyypilliset resistanssin lämpötilariippuvuudet - yhtenäinen viiva on PTC:lle ja katkoviiva NTC:lle.
Missä käyttää
Termistoreiden ilmeisin käyttökohde on termistoreiden lämpötila-anturit. Tähän tarkoitukseen soveltuvat sekä NTC- että PTC-termistorit. Sinun on vain valittava elementti työalueen mukaan ja otettava huomioon termistorin ominaispiirteet mittauslaitteessa.
On mahdollista rakentaa lämpörele - kun vastusta (tarkemmin sanottuna jännitehäviötä sen yli) verrataan asetettuun arvoon ja lähtö kytkeytyy, kun kynnysarvo ylittyy. Tällaista laitetta voidaan käyttää lämpövalvontalaitteena tai paloilmaisimena. Lämpötila-anturit perustuvat epäsuoraan lämmitykseen, jossa termistoria lämmittää ulkoinen lähde.
Suora lämmitys - termistoria lämmittää sen läpi kulkeva virta. NTC-vastuksia voidaan käyttää tällä tavoin virran rajoittamiseen - esimerkiksi suurikapasiteettisten kondensaattoreiden latauksessa, kun ne kytketään päälle, sekä moottoreiden käynnistysvirran rajoittamiseen jne. Lämpötilariippuvaisilla elementeillä on suuri vastus, kun ne ovat kylmiä. Kun kondensaattori on osittain ladattu (tai moottori saavuttaa nimellisnopeuden), termistori ehtii lämmetä virran vaikutuksesta, sen resistanssi laskee eikä se enää vaikuta piirin toimintaan.
Samalla tavalla voit pidentää hehkulampun käyttöikää laittamalla termistorin sarjaan hehkulampun kanssa. Tämä rajoittaa virtaa vaikeimmalla hetkellä - kun kytket jännitteen päälle (silloin useimmat lamput vikaantuvat). Kun se on lämmennyt, se ei enää vaikuta lamppuun.
Sitä vastoin termistoreja, joilla on positiivinen ominaispiirre, käytetään suojaamaan sähkömoottoreita käytön aikana. Jos käämivirta kasvaa moottorin jumiutumisen tai kuormituksen ylittävän akselikuorman vuoksi, PTC-vastus kuumenee ja rajoittaa tätä virtaa.
Termistoreja, joissa on negatiivinen PTC, voidaan käyttää myös muiden komponenttien lämpökompensaattoreina. Jos esimerkiksi positiivisella PTC:llä varustettu NTC-thermistori asetetaan rinnakkain transistorin tilavastuksen kanssa, lämpötilan muutos vaikuttaa kumpaankin komponenttiin päinvastaisella tavalla. Tämän seurauksena lämpötilan vaikutus kompensoituu eikä transistorin toimintapiste siirry.
On olemassa yhdistelmälaitteita, joita kutsutaan epäsuorasti lämmitettäviksi termistoreiksi. Lämpötilasta riippuvainen elementti ja lämmitin sijaitsevat samassa kotelossa. Niiden välillä on lämpökosketus, mutta ne ovat galvaanisesti eristettyjä. Lämmittimen läpi kulkevaa virtaa muuttamalla voidaan vastusta säätää.
Ominaisuuksiltaan erilaisia termistoreja käytetään laajalti teknologiassa. Vakiosovellusten lisäksi niiden käyttöalaa voidaan laajentaa. Kaikkea rajoittaa vain suunnittelijan mielikuvitus ja pätevyys.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
