De weerstand van een geleider is in het algemeen afhankelijk van de temperatuur. De weerstand van metalen neemt toe met de warmte. Vanuit natuurkundig oogpunt wordt dit verklaard door een toename van de amplitude van de thermische trillingen van de roosterelementen en een verhoging van de weerstand tegen de gerichte stroom van elektronen. De weerstand van elektrolyten en halfgeleiders neemt af bij verhitting - dit wordt verklaard door andere processen.
Inhoud
Hoe werkt een thermistor
In veel gevallen is het verschijnsel van de temperatuursbestendigheid nadelig. Zo zorgt een lage weerstand van de gloeidraad van een gloeilamp in koude toestand ervoor dat deze doorbrandt wanneer hij wordt ingeschakeld. Verandering van de weerstandswaarde van vaste weerstanden bij verhitting of afkoeling leidt tot veranderingen in de circuitparameters.
Om dit verschijnsel tegen te gaan, zijn weerstanden met een verlaagde TCR - temperatuurscoëfficiënt van de weerstand - ontwikkeld. Deze elementen zijn duurder dan de conventionele. Maar er zijn elektronische componenten, die een uitgesproken temperatuurafhankelijkheid en een genormaliseerde weerstandscoëfficiënt hebben. Deze elementen worden thermistors of thermistors genoemd.
Typen en constructie van thermistors
Thermistors kunnen in twee grote groepen worden onderverdeeld op grond van hun reactie op temperatuursveranderingen:
- Indien de weerstand afneemt bij verhitting, noemt men dergelijke thermistors NTC-thermistors (negatieve temperatuurscoëfficiënt van weerstand);
- Als de weerstand toeneemt bij verwarming, heeft de thermistor een positieve PTC (PTC-karakteristiek) - dergelijke elementen worden ook wel Dergelijke PTC-elementen worden ook wel PTC-thermistors genoemd..
Het type thermistor wordt bepaald door de materiaaleigenschappen van de thermistor. Metalen verhogen hun weerstand bij verhitting, en daarom worden zij (of liever metaaloxiden) gebruikt als basis voor thermoresistors met een positieve TKC. Halfgeleiders hebben de omgekeerde afhankelijkheid, en daarom worden zij gebruikt om NTC-elementen te maken. Thermostatische weerstandselementen met negatieve TKC kunnen theoretisch worden gemaakt op basis van elektrolyten, maar deze variant is in de praktijk zeer onhandig. Zijn niche is laboratoriumonderzoek.
Het ontwerp van thermistors kan verschillend zijn. Zij bestaan in de vorm van cilinders, kralen, sluitringen, enz. met twee aansluitdraden (zoals een conventionele weerstand). Het is mogelijk de meest geschikte vorm te kiezen voor installatie op de werkplek.
Belangrijkste kenmerken
De belangrijkste eigenschap van een thermistor is de temperatuurscoëfficiënt van de weerstand (TCR). Dit geeft aan hoeveel de weerstand verandert bij verwarming of afkoeling met 1 graad Kelvin.
Hoewel de verandering van temperatuur, uitgedrukt in graden Kelvin, gelijk is aan de verandering in graden Celsius, worden thermoresistors nog steeds in Kelvin gekarakteriseerd. Dit is het gevolg van het wijdverbreide gebruik van de Steinhart-Hart-vergelijking in berekeningen, en deze omvat de temperatuur in K.
Het TCS is negatief voor thermistors van het NTC-type en positief voor posistors.
Een ander belangrijk kenmerk is de weerstandswaarde. Dit is de weerstandswaarde bij 25°C. Wanneer deze parameters bekend zijn, kan gemakkelijk worden bepaald of een thermistor geschikt is voor een bepaalde schakeling.
Ook belangrijk voor het gebruik van thermistors zijn de nominale spanning en de maximale bedrijfsspanning. De eerste parameter bepaalt de spanning waarbij het element gedurende lange tijd kan werken, terwijl de tweede parameter bepaalt bij welke spanning de prestaties van de thermistor niet meer gewaarborgd zijn.
Voor posistors is een belangrijke parameter de referentietemperatuur - het punt op de weerstand-warmtekromme waarop de karakteristieke breuk optreedt. Dit bepaalt het werkingsbereik van de PTC-weerstand.
Bij de keuze van een thermistor moet ook aandacht worden besteed aan het temperatuurbereik. Buiten de specificatie van de fabrikant is de karakteristiek niet gestandaardiseerd (dit kan leiden tot een slechte werking van het toestel) of de thermistor zal helemaal niet werken.
Aanduiding van de eenheid
De grafische symbolen kunnen enigszins variëren, maar het belangrijkste kenmerk van een thermistor is het symbool t naast de rechthoek die de weerstand symboliseert. Zonder dit symbool is het niet mogelijk het type weerstand te bepalen - soortgelijke BRE-symbolen worden gebruikt, bijvoorbeeld varistoren (de weerstand wordt bepaald door de toegepaste spanning) en andere elementen.
Soms is een extra symbool aan de UGO gehecht, dat de categorie van de thermistor aangeeft:
- NTC voor cellen met een negatief TCS;
- PTC voor posistors.
Dit kenmerk wordt soms aangegeven met pijlen:
- eenrichtingsverkeer voor PTC;
- omnidirectioneel voor NTC.
De letteraanduiding kan verschillend zijn - R, RK, TH, enz.
Hoe test je een thermistor op zijn goede werking?
De eerste functiecontrole van een thermistor is het meten van de nominale weerstand met een standaard multimeter. Bij meting bij kamertemperatuur, die niet veel verschilt van +25 °C, mag de gemeten weerstand niet aanmerkelijk afwijken van die welke op de behuizing of in de documentatie is aangegeven.
Als de omgevingstemperatuur hoger of lager is dan de aangegeven waarde, moet een kleine correctie worden uitgevoerd.
Men kan proberen de temperatuurkarakteristiek van een thermistor te nemen - deze te vergelijken met die welke in de documentatie is vermeld of te reconstrueren voor een component van onbekende oorsprong.
Er zijn drie temperaturen beschikbaar om zonder meetinstrumenten met voldoende nauwkeurigheid te creëren:
- smeltend ijs (kan uit een koelkast worden gehaald) - ongeveer 0 °C;
- het menselijk lichaam - ongeveer 36 °C;
- kokend water - ongeveer 100 °C.
Volgens deze punten is het mogelijk een benaderende afhankelijkheid van de weerstand van de temperatuur te tekenen, maar voor posistors werkt dit misschien niet - op de grafiek van hun TCS zijn er gebieden waar R niet door de temperatuur wordt bepaald (onder de referentietemperatuur). Indien een thermometer beschikbaar is, is het mogelijk een karakteristiek met verschillende punten te nemen - door de thermistor in water te laten zakken en te verwarmen. De weerstand moet om de 15...20 graden worden gemeten en de waarde moet worden uitgezet. Indien het nodig is parameters boven 100 graden af te lezen, kan olie (b.v. auto- of transmissieolie) worden gebruikt in plaats van water.
Het diagram toont typische temperatuurafhankelijkheden van de weerstand - de ononderbroken lijn is voor PTC en de stippellijn is voor NTC.
Waar te gebruiken
De meest voor de hand liggende toepassing van thermistors is als temperatuursensoren. Zowel NTC- als PTC-thermistors zijn voor dit doel geschikt. U hoeft alleen het element te kiezen in overeenstemming met het werkgebied en rekening te houden met de thermistorkarakteristiek in het meetapparaat.
Het is mogelijk een thermisch relais te bouwen - wanneer de weerstand (meer precies, de spanningsval erover) wordt vergeleken met de ingestelde waarde en de uitgang wordt geschakeld wanneer de drempel wordt overschreden. Een dergelijk toestel kan worden gebruikt als thermisch bewakingsapparaat of als branddetector. Temperatuursensoren zijn gebaseerd op het verschijnsel van indirecte verwarming, waarbij de thermistor wordt verwarmd door een externe bron.
Directe verwarming - de thermistor wordt verwarmd door de stroom die er doorheen loopt. NTC-weerstanden kunnen op deze manier worden gebruikt om de stroom te beperken - b.v. bij het laden van condensatoren met hoge capaciteit bij het inschakelen, en om de aanloopstroom van motoren te beperken, enz. Warmte-afhankelijke elementen hebben een hoge weerstand wanneer zij koud zijn. Wanneer een condensator gedeeltelijk is opgeladen (of een motor het nominale toerental heeft bereikt), heeft de thermistor tijd om door de stroom te worden opgewarmd, zijn weerstand zal dalen en hij zal de werking van de schakeling niet langer beïnvloeden.
Op dezelfde manier kan men de levensduur van een gloeilamp verlengen door er een thermistor mee in serie te plaatsen. Dit zal de stroom beperken op het moeilijkste moment - wanneer u de spanning inschakelt (dit is het moment waarop de meeste lampen stuk gaan). Als hij eenmaal is opgewarmd, heeft hij geen effect meer op de gloeilamp.
Thermistors met positieve karakteristiek worden daarentegen gebruikt om elektrische motoren tijdens de werking te beschermen. Als de wikkelingsstroom stijgt doordat de motor vastloopt of de asbelasting de belasting overschrijdt, zal de PTC-weerstand opwarmen en deze stroom beperken.
Thermistors met een negatieve PTC kunnen ook worden gebruikt als warmtecompensatoren voor andere componenten. Als bijvoorbeeld een NTC-thermistor met een positieve PTC parallel wordt geplaatst met de bedrijfsstand-instelweerstand van de transistor, zal de temperatuurverandering elk onderdeel op de tegenovergestelde manier beïnvloeden. Daardoor wordt het temperatuureffect gecompenseerd en wordt het werkingspunt van de transistor niet verschoven.
Er zijn gecombineerde apparaten die indirect verwarmde thermistors worden genoemd. Een temperatuurafhankelijk element en een verwarmingselement bevinden zich in dezelfde behuizing van een dergelijk element. Er is thermisch contact tussen de twee, maar ze zijn galvanisch gescheiden. Door de stroom door het verwarmingselement te variëren, kan de weerstand worden geregeld.
Thermistors met verschillende kenmerken worden veel gebruikt in de technologie. Naast de standaardtoepassingen kunnen hun toepassingsgebieden worden uitgebreid. Alles wordt slechts beperkt door de verbeelding en de kwalificaties van de ontwerper.
Verwante artikelen:
