Какво е термистор?

Какво е термистор?

Определение на термистора

Термистор (или термален резистор) се дефинира като резистор, чието електрическо съпротивление варира значително при промени в температурата.

Термисторите действат като пасивен компонент в електрическата верига. Те са точен, евтин и надежден начин за измерване на температурата.

Макар термисторите да не са ефективни при крайни температури, те са предпочитани сензори за много приложения.

Термисторите са идеални, когато е необходима прецизна температурна информация. Символът на веригата за термистор е показан по-долу:

Приложения на термисторите

Термисторите имат множество приложения. Те се използват широко като начин за измерване на температурата като термисторен термометър в много различни течности и околна въздухова среда. Някои от най-общиите приложения на термисторите включват:

• Цифрови термометри (термостати)

• Автомобилни приложения (за измерване на температурата на масло и охлаждаща течност в коли и камиони)

• Битови прибори (като микровълнови фурни, хладилници и печки)

• Защита на веригата (напр. защита срещу пробой)

• Зареждаеми батерии (за поддържане на правилната температура на батерията)

• За измерване на термалната проводимост на електрически материали

• Полезни в много основни електронни вериги (например, като част от начален Arduino стартер набор)

• Компенсация на температурата (тоест поддържане на съпротивлението, за да се компенсира влиянието, причинено от промени в температурата в друга част на веригата)

• Използване в мостови вериги Уитстоун

Работен принцип

Работният принцип на термистора е, че неговото съпротивление зависи от температурата. Можем да измерим съпротивлението на термистора с помощта на омметър.

Чрез разбиране как промените в температурата влияят на съпротивлението на термистора, можем да измерим съпротивлението му, за да определим температурата.

Колко се променя съпротивлението, зависи от типа материал, използван в термистора. Връзката между температурата и съпротивлението на термистора е нелинейна. Типичен график на термистора е показан по-долу:

Ако имаме термистор с горния график на температурата, просто можем да подредим съпротивлението, измерено от омметъра, с температурата, указана на графика.

Чрез чертане на хоризонтална линия от съпротивлението на y-оса и чертане на вертикална линия надолу от мястото, където тази хоризонтална линия се пресича с графика, можем да извлечем температурата на термистора.

Видове термистори

Има два вида термистори:

• Термистор с отрицателен температурен коефициент (NTC)

• Термистор с положителен температурен коефициент (PTC)

NTC термистор

В NTC термистор, съпротивлението намалява, когато температурата се увеличава, и обратното. Тази обратна връзка прави NTC термисторите най-разпространения тип.

Връзката между съпротивлението и температурата в NTC термистор се управлява от следното изразяване:

• RT е съпротивлението при температура T (K)

• R0 е съпротивлението при температура T0 (K)

• T0 е референтната температура (нормално 25oC)

• β е константа, чиято стойност зависи от характеристиките на материала. Номиналната стойност се приема за 4000.

Ако стойността на β е висока, то връзката между съпротивлението и температурата ще бъде много добра. По-висока стойност на β означава по-голяма вариация в съпротивлението при еднакво повишаване на температурата – следователно сте увеличили чувствителността (и следователно точността) на термистора.

От уравнението можем да определим температурния коефициент на съпротивлението, което показва чувствителността на термистора.

По-горе ясно виждаме, че αT има отрицателен знак. Този отрицателен знак показва отрицателните температурно-съпротивителни характеристики на NTC термистора.

Ако β = 4000 K и T = 298 K, то αT = –0.0045/oK. Това е много по-високо от чувствителността на платиновия RTD. Това би могло да измери много малки промени в температурата.

Въпреки това, сега са налични алтернативни форми на силно допирани термистори (с висока цена), които имат положителен температурен коефициент.

Изразът (1) е такъв, че не е възможно да се направи линейна апроксимация на кривата дори върху малък температурен диапазон, и следователно термисторите са определено нелинейни сензори.

PTC термистор

PTC термистор има обратна връзка между температурата и съпротивлението. Когато температурата се увеличава, съпротивлението се увеличава.

И когато температурата намалява, съпротивлението намалява. Следователно в PTC термистор температурата и съпротивлението са обратнопропорционални.

Въпреки че PTC термисторите не са толкова разпространени като NTC термисторите, те често се използват като форма на защита на веригата. Подобно на функцията на предпазители, PTC термисторите могат да действат като устройство за ограничаване на тока.

Когато ток преминава през устройство, той причинява малко резистивно затопляне. Ако токът е достатъчно голям, за да генерира повече топлина, отколкото устройството може да загуби към околната среда, то устройството се затопля.

В PTC термистор, това затопляне също ще увеличи съпротивлението му. Това създава самоподдържащ ефект, който увеличава съпротивлението, следователно ограничавайки тока. По този начин, той действа като устройство за ограничаване на тока – защитавайки веригата.

Характеристики на термисторите

Връзката, управляваща характеристиките на термистора, е дадена по-долу като:

• R1 = съпротивлението на термистора при абсолютна температура T1[^oK]

• R2 = съпротивлението на термистора при температура T2 [^oK]

• β = константа, зависеща от материала на преобразувателя (например, осцилаторен преобразувател)

Виждаме в уравнението по-горе, че връзката между температурата и съпротивлението е силно нелинейна. Стандартен NTC термистор обикновено изпълнява отрицателен температурен коефициент на съпротивлението около 0.05/^oC.

Изработка на термистори

За изработка на термистор, две или повече порошки от метални оксиди се смесват с връзкител, за да се образува суспензия.