一般に、導体の抵抗は温度に依存します。金属の抵抗は、熱によって増加します。物理学の観点から、これは、結晶格子の要素の熱振動の振幅の増加と、電子の方向性の流れに対する抵抗の増加によって説明されます。加熱すると、電解質と半導体の抵抗が減少します。これは、他のプロセスによって説明されます。
サーミスタの原理
多くの場合、抵抗対温度の現象は有害です。たとえば、白熱灯のフィラメントの抵抗が低いと、スイッチを入れると切れてしまいます。永久抵抗器の加熱時や冷却時の抵抗値の変化は、回路パラメータの変化につながります。
開発者は、TCR (抵抗の温度係数) を低減した抵抗器を製造することで、この現象と戦っています。そのような要素は、従来のものよりも高価です。しかし、温度に対する抵抗の依存性が顕著で正規化されているような電子部品があります。これらの要素は、サーモレジスタまたはサーミスタと呼ばれます。
サーミスタの種類と設計
サーミスタは、温度変化に対する反応に応じて 2 つの大きなグループに分けることができます。
- 加熱すると抵抗が低下する場合、そのようなサーミスタは呼び出されます NTCサーミスタ (負の温度係数の抵抗);
- 加熱時に抵抗が増加する場合、サーミスタは正の TCS (PTC 特性) を持ちます。このような要素は、 ポジター.
サーミスタの種類は、サーミスタを構成する材料の特性によって決まります。金属は加熱すると抵抗が増加するため、それらに基づいて（より正確には金属酸化物に基づいて）、正のTCSを持つ熱抵抗が生成されます。半導体は逆の依存関係を持っているため、NTC セルの製造に使用されます。負の TKC を備えたサーモスタット要素は、理論的には電解質に基づいて作成できますが、この変形は実際には非常に不便です。そのニッチは実験室での研究です。
サーミスタの設計は異なる場合があります。それらは、シリンダー、ビーズ、ワッシャーなどの形で提供され、2 つのリードが付いています ( 従来の抵抗器）。職場での設置に最も便利な形態を選択できます。
主な特徴
サーミスタの最も重要な特性は、抵抗温度係数 (TCR) です。これは、1 ケルビンずつ加熱または冷却したときに抵抗がどれだけ変化するかを示します。
ケルビンで表される温度変化は摂氏での変化と同じですが、サーモレジスタは依然としてケルビンで特徴付けられます。これは、計算で Steinhart-Hart 方程式が広く使用されているためであり、K 単位の温度が含まれています。
TCS は、NTC タイプのサーミスタでは負、ポジスタでは正です。
もう1つの重要な特性は、抵抗定格です。 25℃での抵抗値です。これらのパラメータがわかれば、サーミスタを特定の回路に適用できるかどうかを簡単に判断できます。
サーミスタを使用する上で重要なのは、公称および最大動作電圧です。最初のパラメーターは素子が長時間動作できる電圧を決定し、2 番目のパラメーターはサーミスターの性能が保証されない電圧を決定します。
ポジスタの場合、重要なパラメータは基準温度です。これは、特徴的な破壊が発生する抵抗熱ダイアグラム上のポイントです。 PTC 抵抗の動作範囲を決定します。
サーミスタを選択するときは、その温度範囲に注意を払う必要があります。メーカー指定エリア以外は、特性が規格化されていません（これは、機器の誤動作を引き起こす可能性があります）またはサーミスタがまったく機能していません。
図1。
サーミスタの CSR のスキームでは若干異なる場合がありますが、サーミスタの主な特徴は記号 t です。 抵抗器の長方形の横にあるこのシンボルがないと、抵抗が何に依存するかを判断することは不可能です-同様のUGOには、たとえば、 バリスタ （抵抗は印加電圧によって決まります）およびその他の要素。
サーミスタのカテゴリを定義する追加の記号が UGO に付けられることがあります。
- NTC TCS が陰性の細胞の場合。
- PTC ポジター用。
この特性は、矢印で示されることがあります。
- PTC では単方向。
- NTC の多方向。
文字指定は、R、RK、TH など、異なる場合があります。
サーミスタの機能をテストする方法
サーミスタの最初のテストは、通常のマルチメータで公称抵抗を測定することです。 +25°Cとあまり変わらない室温で測定した場合、測定された抵抗は、ケースまたはドキュメントに示されている値と大きく異なることはありません。
周囲温度が指定値よりも高いか低い場合は、わずかな補正を行う必要があります。
サーミスタの温度特性を取得して、ドキュメントに記載されているものと比較したり、起源不明の要素を再構築したりできます。
測定器を使用せずに十分な精度で作成できる 3 つの温度があります。
- 氷が溶ける（冷蔵庫から取り出せます） - 約0℃。
- 人体 - 約36℃;
- 沸騰したお湯 - 約100℃。
これらの点によると、温度に対する抵抗のおおよその依存性を描くことができますが、ポジスタの場合はうまくいかない場合があります.TCSのグラフでは、Rが温度によって決定されない領域があります(基準温度未満)。温度計が利用できる場合は、いくつかのポイントで特性を取得できます-サーミスターを水中に下げて加熱します。 15 ～ 20 度ごとに抵抗を測定し、図に値をマークする必要があります。 100 度を超えるパラメーターを読み取る必要がある場合は、水の代わりにオイル (車のオイルやトランスミッション オイルなど) を使用できます。
この図は、抵抗の典型的な温度依存性を示しています。実線は PTC、破線は NTC です。
使用する場所
サーミスタの最も明白な用途は次のとおりです。 温度センサー.この目的には、NTC サーミスタと PTC サーミスタの両方が適しています。作業領域に応じてエレメントを選択し、測定デバイスのサーミスタ特性を考慮するだけで済みます。
サーマルリレーを構築できます-抵抗（より正確には、その両端の電圧降下）が所定の値と比較され、しきい値を超えると、出力が切り替えられます。このようなデバイスは、熱制御デバイスまたは火災検出器として使用できます。温度計の作成は、サーミスタが外部ソースによって加熱されるときの間接加熱の現象に基づいています。
また、サーミスタの使用には直接加熱が使用されます。サーミスタは、サーミスタを流れる電流によって加熱されます。このように NTC 抵抗器を使用して電流を制限できます。オン時に高静電容量のコンデンサを充電するとき、およびモーターなどの始動電流を制限するとき。熱に依存する要素は、冷たいときに高い抵抗を持ちます。コンデンサが部分的に充電されると (またはモータが公称速度になると)、サーミスタは流れる電流を加熱する時間があり、抵抗が低下し、回路の動作に影響を与えなくなります。
同様に、白熱灯と直列にサーミスタを組み込むことで、白熱灯の寿命を延ばすことができます。彼は最も困難な瞬間に電流を制限します-電圧がオンになったとき（これはほとんどの電球が故障したときです）。ウォームアップ後はランプに影響しなくなります。
対照的に、正の特性を持つサーミスタは、動作中の電気モーターを保護するために使用されます。モーターのジャムや過剰なシャフト負荷によって巻線電流が上昇すると、PTC 抵抗器が加熱され、その電流が制限されます。
負の PTC を持つサーミスタは、他のコンポーネントの熱補償器としても使用できます。たとえば、正の TCR を持つトランジスタ モード設定抵抗と並列に NTC サーミスタを取り付けると、温度変化が各素子に逆の影響を与えます。その結果、温度の影響が補償され、トランジスタの動作点がシフトしなくなります。
間接加熱サーミスタと呼ばれる複合デバイスがあります。このような要素は、同じハウジング内に温度依存要素とヒーターを備えています。それらの間には熱接触がありますが、ガルバニック絶縁されています。ヒーターを流れる電流を変えることにより、抵抗を制御することができます。
さまざまな特性を持つサーミスタが技術で広く使用されています。標準的なアプリケーションに加えて、その作業範囲を拡張できます。すべては、開発者の想像力と資格によってのみ制限されます。
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