Co je termistor?

Co je termistor?

Definice termistoru

Termistor (nebo tepelný odpor) je definován jako odpor, jehož elektrická odporovost se výrazně mění s změnou teploty.

Termistory fungují jako pasivní komponenty v obvodu. Jsou přesné, levné a robustní způsob, jak měřit teplotu.

Ačkoli termistory nejsou efektivní v extrémních teplotách, jsou preferovanými senzory pro mnoho aplikací.

Termistory jsou ideální, když je potřeba přesné čtení teploty. Symbol obvodu pro termistor je níže uveden:

Použití termistorů

Termistory mají různé aplikace. Jsou široce používány jako způsob měření teploty jako termistorový teploměr v mnoha různých kapalných a okolních vzdušných prostředích. Některé z nejčastějších použití termistorů zahrnují:

• Digitální teploměry (teplotní čidlo)

• Automobilové aplikace (pro měření teploty oleje a chladiva v autech & nákladních vozidlech)

• Spotřebiče (jako mikrovlnné trouby, ledničky a trouby)

• Ochrana obvodů (tj. ochrana proti přetížení)

• Nabíjecí baterie (zajištění správné teploty baterie)

• K měření tepelné vodivosti elektrických materiálů

• Užitečné v mnoha základních elektronických obvodech (např. jako součást začátečnického Arduino starter kitu)

• Teplotní kompenzace (tj. udržení odporu k kompenzaci účinků způsobených změnami teploty v jiné části obvodu)

• Použití ve Wheatstoneových mostech

Princip fungování

Princip fungování termistoru spočívá v tom, že jeho odpor závisí na teplotě. Odpor termistoru můžeme změřit ohmmetrem.

Rozumím, jak změny teploty ovlivňují odpor termistoru, můžeme změřit jeho odpor a určit teplotu.

Jak moc se odpor mění, závisí na typu materiálu použitého v termistoru. Vztah mezi teplotou a odporovostí termistoru je nelineární. Typický graf termistoru je níže uveden:

Pokud bychom měli termistor s výše uvedeným teplotním grafem, mohli bychom jednoduše porovnat odpor změřený ohmmetrem s teplotou uvedenou na grafu.

Tím, že vytvoříme horizontální čáru od odporu na osu y a vertikální čáru dolů od místa, kde se tato horizontální čára protíná s grafem, můžeme odvodit teplotu termistoru.

Typy termistorů

Existují dva typy termistorů:

• Termistor s negativním teplotním koeficientem (NTC)

• Termistor s pozitivním teplotním koeficientem (PTC)

NTC Termistor

V NTC termistoru odpor klesá s rostoucí teplotou a naopak. Tento inverzní vztah dělá z NTC termistorů nejrozšířenější typ.

Vztah mezi odporovostí a teplotou v NTC termistoru je řízen následujícím výrazem:

• RT je odpor při teplotě T (K)

• R0 je odpor při teplotě T0 (K)

• T0 je referenční teplota (obvykle 25°C)

• β je konstanta, její hodnota závisí na charakteristikách materiálu. Nominační hodnota je 4000.

Pokud má hodnota β vysokou hodnotu, pak vztah mezi odporem a teplotou bude velmi dobrý. Vyšší hodnota β znamená vyšší změnu odporu pro stejný nárůst teploty – tedy zvýšili jste citlivost (a tedy přesnost) termistoru.

Z rovnice můžeme určit teplotní koeficient odporu, který ukazuje citlivost termistoru.

Nahoře můžeme jasně vidět, že αT má záporné znaménko. Toto záporné znaménko naznačuje záporné teplotní charakteristiky odporu NTC termistoru.

Pokud β = 4000 K a T = 298 K, pak αT = –0,0045/oK. To je mnohem vyšší než citlivost platinového RTD. To by bylo schopno měřit velmi malé změny teploty.

Nicméně, alternativní formy silně dotovaných termistorů jsou nyní dostupné (za vysokou cenu), které mají pozitivní teplotní koeficient.

Výraz (1) je takový, že není možné provést lineární aproximaci křivky ani na malém teplotním rozsahu, a proto jsou termistory velmi definitivně nelineárními senzory.

PTC Termistor

PTC termistor má opačný vztah mezi teplotou a odporem. Když teplota stoupá, odpor stoupá.

A když teplota klesá, odpor klesá. Proto jsou v PTC termistoru teplota a odpor nepřímo úměrné.

Ačkoli PTC termistory nejsou tak běžné jako NTC termistory, jsou často používány jako forma ochrany obvodů. Podobně jako funkce pojistek, PTC termistory mohou sloužit jako zařízení omezující proud.

Když proud prochází zařízením, způsobí to malé tepelné odporové zahřívání. Pokud je proud dostatečně velký, aby vygeneroval více tepla, než zařízení může ztratit do okolí, zařízení se zahřívá.

V PTC termistoru toto zahřívání také způsobí, že jeho odpor stoupne. Toto vytváří samoosilující efekt, který odpor pohání nahoru, a tím omezí proud. Tímto způsobem slouží jako zařízení omezující proud – chrání obvod.

Charakteristiky termistoru

Vztah, který řídí charakteristiky termistoru, je uveden níže:

• R1 = odpor termistoru při absolutní teplotě T1[^oK]

• R2 = odpor termistoru při teplotě T2 [^oK]

• β = konstanta závislá na materiálu transduceru (např. oscilátorový transducer)

Můžeme vidět v rovnici výše, že vztah mezi teplotou a odporem je velmi nelineární. Standardní NTC termistor obvykle ukazuje záporný teplotní koeficient odporu přibližně 0,05/^oC.

Konstrukce termistoru

Pro výrobu termistoru se dvě nebo více prachů ze slitinových oxidů smíchají s vazivem, aby se vytvořila hmota.

Malé kapky této hmoty se utvářejí nad vedoucí dráty. Pro usazení je nutné ji vložit do spékací pece.

Během tohoto procesu se hmota stlačí na vedoucí dráty a vytvoří elektrické spojení.

Zpracovaný kovový oxid je uzavřen pokrytím skleněnou vrstvou. Tato skleněná vrstva dává termistorům vodotěsnou vlastnost – což pomáhá zlepšit jejich stabilitu.