Upornost katerega koli prevodnika je na splošno odvisna od temperature. Odpornost kovin se povečuje s toploto. Z vidika fizike je to razloženo s povečanjem amplitude toplotnih vibracij elementov kristalne mreže in povečanjem odpornosti proti usmerjenemu toku elektronov. Odpornost elektrolitov in polprevodnikov se pri segrevanju zmanjša - to je razloženo z drugimi procesi.
Vsebina
Načelo termistorja
V mnogih primerih je pojav odpornosti proti temperaturi škodljiv. Na primer, nizek upor žarilne nitke žarnice z žarilno nitko, ko je hladna, povzroči, da le-ta ob vklopu izgori. Spreminjanje vrednosti upora trajnih uporov pri segrevanju ali ohlajanju povzroči spremembe parametrov vezja.
Razvijalci se proti temu pojavu borijo s proizvodnjo uporov z zmanjšanim TCR - temperaturnim koeficientom upora. Takšni elementi so dražji od običajnih. Vendar obstajajo takšne elektronske komponente, pri katerih je odvisnost upora od temperature izrazita in normalizirana. Te elemente imenujemo termorezistorji ali termistorji.
Vrste in zasnova termistorjev
Termistorje lahko glede na njihovo reakcijo na spremembe temperature razdelimo v dve veliki skupini:
- Če se upor pri segrevanju zmanjša, se imenujejo takšni termistorji NTC termistorji (z negativnim temperaturnim koeficientom odpornosti);
- Če se upor poveča pri segrevanju, ima termistor pozitivno TCS (PTC-karakteristiko) - takšni elementi se imenujejo tudi pozistorji.
Vrsto termistorja določajo lastnosti materialov, iz katerih so termistorji izdelani. Kovine povečajo odpornost pri segrevanju, zato se na njihovi osnovi (ali natančneje na osnovi kovinskih oksidov) izdelujejo termouporniki s pozitivnim TCS. Polprevodniki imajo nasprotno odvisnost, zato se uporabljajo za izdelavo NTC-celic. Termostatske elemente z negativnim TKC je teoretično mogoče izdelati na osnovi elektrolitov, vendar je ta možnost v praksi zelo neprijetna. Njena niša so laboratorijske raziskave.
Zasnova termistorjev je lahko različna. Na voljo so v obliki valjev, kroglic, podložk itd. z dvema vodnikoma (kot pri običajni upor). Izberete lahko najprimernejšo obliko za namestitev na delovnem mestu.
Glavne značilnosti
Najpomembnejša značilnost vsakega termistorja je njegov temperaturni koeficient upora (TCR). To kaže, koliko se upor spremeni pri segrevanju ali ohlajanju za 1 stopinjo Kelvina.
Čeprav je sprememba temperature, izražena v stopinjah Kelvina, enaka spremembi v stopinjah Celzija, so termouporniki še vedno označeni v Kelvinih. To je posledica široke uporabe Steinhart-Hartove enačbe v izračunih, ki vključuje temperaturo v K.
TCS je negativen za termistorje tipa NTC in pozitiven za posistorje.
Druga pomembna značilnost je stopnja odpornosti. To je vrednost upora pri 25 °C.Če poznamo te parametre, je enostavno določiti uporabnost termistorja za določeno vezje.
Pri uporabi termistorjev sta pomembni tudi nazivna in maksimalna delovna napetost. Prvi parameter določa napetost, pri kateri lahko element deluje dalj časa, drugi parameter pa napetost, nad katero delovanje termistorja ni zagotovljeno.
Pri pozistorjih je pomemben parameter referenčna temperatura - točka na diagramu upor-toplota, pri kateri pride do značilnega loma. Določa delovno območje odpornosti PTC.
Pri izbiri termistorja je potrebno paziti na njegovo temperaturno območje. Zunaj območja, ki ga je določil proizvajalec, njegova značilnost ni standardizirana (to lahko povzroči okvaro opreme) ali tam termistor sploh ne deluje.
Slika 1.
V shemah CSR termistorja se lahko nekoliko razlikujejo, vendar je glavna značilnost termistorja simbol t poleg pravokotnika za upor. Brez tega simbola je nemogoče ugotoviti, od česa je odvisen upor - podobne UGO imajo npr. varistorji (upornost določa uporabljena napetost) in drugi elementi.
Včasih se na UGO doda dodaten simbol, ki določa kategorijo termistorja:
- NTC za celice z negativnim TCS;
- PTC za pozistorje.
Ta lastnost je včasih označena s puščicami:
- enosmerno za PTC;
- Večsmerno za NTC.
Oznaka črk je lahko drugačna - R, RK, TH itd.
Kako preizkusiti delovanje termistorja
Prvi preizkus termistorja je merjenje nazivnega upora z navadnim multimetrom. Če merite pri sobni temperaturi, ki se ne razlikuje zelo od +25 ° C, se izmerjena upornost ne sme bistveno razlikovati od tiste, ki je navedena na ohišju ali v dokumentaciji.
Če je temperatura okolja višja ali nižja od navedene vrednosti, je treba narediti majhen popravek.
Lahko poskusite vzeti temperaturno karakteristiko termistorja - jo primerjati s tisto, ki je navedena v dokumentaciji, ali jo rekonstruirati za element neznanega izvora.
Na voljo so tri temperature za ustvarjanje z zadostno natančnostjo brez merilnih instrumentov:
- taleči se led (lahko iz hladilnika) - približno 0 °C;
- človeško telo - približno 36 ° C;
- vrela voda - približno 100 °C.
Glede na te točke lahko narišete približno odvisnost upora od temperature, vendar za pozistorje morda ne bo delovalo - na grafu njihovega TCS obstajajo območja, kjer R ni določen s temperaturo (pod referenčno temperaturo). Če je na voljo termometer, lahko vzamete karakteristiko po več točkah - spustite termistor v vodo in ga segrejte. Vsakih 15 ... 20 stopinj morate izmeriti upor in označiti vrednost na diagramu. Če je treba odčitati parametre nad 100 stopinj, lahko namesto vode uporabimo olje (npr. avtomobilsko olje ali olje za menjalnik).
Slika prikazuje značilne temperaturne odvisnosti uporov: polna črta za PTC, črtkana črta za NTC.
Kje uporabiti
Najbolj očitna uporaba termistorjev je kot temperaturni senzorji. Za ta namen so primerni tako NTC kot PTC termistorji. Izbrati morate samo element glede na delovno območje in upoštevati karakteristiko termistorja v merilni napravi.
Lahko sestavite toplotni rele - ko se upor (natančneje, padec napetosti na njem) primerja z vnaprej določeno vrednostjo in ko je prag presežen, se izhod preklopi. Takšna naprava se lahko uporablja kot termokontrolna naprava ali detektor požara.Ustvarjanje merilnikov temperature temelji na pojavu posrednega segrevanja - ko se termistor segreje z zunanjim virom.
Prav tako se neposredno segrevanje uporablja pri uporabi termistorjev - termistor se segreje s tokom, ki teče skozenj. NTC upore na ta način lahko uporabimo za omejevanje toka - npr. pri polnjenju kondenzatorjev z visoko kapacitivnostjo, ko so vklopljeni, kot tudi za omejevanje zagonskega toka motorjev itd. Toplotno odvisni elementi imajo visoko odpornost, ko so hladni. Ko je kondenzator delno napolnjen (ali je motor pri nazivni hitrosti), ima termistor čas, da segreje tekoči tok, njegov upor bo padel in ne bo več vplival na delovanje vezja.
Na enak način lahko podaljšate življenjsko dobo žarnice z žarilno nitko, če z njo zaporedno vključite termistor. Omejil bo tok v najtežjem trenutku - ko je napetost vklopljena (takrat večina žarnic odpove). Ko se segreje, ne bo več vplivalo na žarnico.
Nasprotno pa se za zaščito elektromotorjev med delovanjem uporabljajo termistorji s pozitivno karakteristiko. Če tok navitja naraste zaradi zastoja motorja ali čezmerne obremenitve gredi, se bo upor PTC segrel in omejil ta tok.
Termistorje z negativnim PTC lahko uporabimo tudi kot toplotne kompenzatorje za druge komponente. Na primer, če namestite NTC termistor vzporedno z uporom za nastavitev načina tranzistorja s pozitivnim TCR, bo sprememba temperature vplivala na vsak element v nasprotni smeri. Posledično se temperaturni učinek kompenzira in delovna točka tranzistorja se ne premakne.
Obstajajo kombinirane naprave, imenovane indirektno ogrevani termistorji. Tak element ima v istem ohišju temperaturno odvisen element in grelec. Med njima je toplotni stik, vendar sta galvansko ločena.S spreminjanjem toka skozi grelec je mogoče nadzorovati upor.
V tehnologiji se pogosto uporabljajo termistorji z različnimi karakteristikami. Poleg standardnih aplikacij je njihov obseg dela mogoče razširiti. Vse je omejeno le z domišljijo in usposobljenostjo razvijalca.
Povezani članki:
