Hvad er en termistor?

Hvad er en termistor?

Termistordefinition

En termistor (eller varmeafhængig resistor) defineres som en resistor, hvis elektriske modstand varierer betydeligt med ændringer i temperaturen.

Termistorer fungerer som passive komponenter i et kredsløb. De er en præcis, billig og robust måde at måle temperatur på.

Selvom termistorer ikke er effektive ved ekstreme temperaturer, er de foretrukne sensorer for mange applikationer.

Termistorer er ideelle, når der kræves en præcis temperaturmåling. Kredsløbs-symbol for en termistor vises nedenfor:

Anvendelser af termistorer

Termistorer har en række anvendelser. De bruges bredt til at måle temperatur som en termistor-temperatursensor i mange forskellige væsker og ambientluftmiljøer. Nogle af de mest almindelige anvendelser af termistorer inkluderer:

• Digitale termometre (termostat)

• Automotive applikationer (til at måle olie- og kølevæske-temperaturer i biler & lastbiler)

• Husholdningsapparater (som mikroovner, køleskabe og ovne)

• Kredsløbsbeskyttelse (f.eks. overstrømsbeskyttelse)

• Genopladelige batterier (sikrer, at den korrekte batteritemperatur opretholdes)

• Til at måle den termiske ledningsevne af elektriske materialer

• Brugbar i mange grundlæggende elektroniske kredsløb (f.eks. som del af en begynder Arduino starterkit)

• Temperaturkompen­sation (dvs. opretholdelse af modstand for at kompensere for effekter, som skyldes ændringer i temperatur i en anden del af kredsløbet)

• Bruges i wheatstonebrokredsløb

Arbejdsgang

Arbejdsgangen for en termistor er, at dens modstand afhænger af dens temperatur. Vi kan måle modstanden af en termistor ved hjælp af en ohmmeter.

Ved at forstå, hvordan temperaturændringer påvirker en termistors modstand, kan vi måle dens modstand for at bestemme temperaturen.

Hvor meget modstanden ændres, afhænger af det materiale, der bruges i termistoren. Forholdet mellem en termistors temperatur og modstand er ikke-lineært. Et typisk termistor-graf vises nedenfor:

Hvis vi havde en termistor med ovenstående temperaturgraf, kunne vi bare linje op modstanden, der blev målt af ohmmetern, med temperaturen, der angives på grafen.

Ved at tegne en vandret linje fra modstanden på y-aksen, og tegne en lodret linje ned fra, hvor denne vandrette linje skærer grafen, kan vi dermed udlede temperaturen af termistoren.

Termistor-typer

Der findes to typer termistorer:

• Negativ Temperaturkoefficient (NTC) Termistor

• Positiv Temperaturkoefficient (PTC) Termistor

NTC Termistor

I en NTC termistor falder modstanden, når temperaturen stiger, og omvendt. Dette inverse forhold gør NTC termistorer til den mest almindelige type.

Forholdet mellem modstand og temperatur i en NTC termistor styres af følgende udtryk:

• RT er modstanden ved temperatur T (K)

• R0 er modstanden ved temperatur T0 (K)

• T0 er referencetemperaturen (normalt 25oC)

• β er en konstant, hvis værdi afhænger af materialets egenskaber. Den nominelle værdi er taget som 4000.

Hvis værdien af β er høj, vil forholdet mellem modstand og temperatur være meget godt. En højere værdi af β betyder en større variation i modstand for samme stigning i temperatur – hvilket øger sensitiviteten (og dermed præcisionen) af termistoren.

Fra ligningen kan vi bestemme resistens-temperaturkoefficienten, som indikerer termistorens sensitivitet.

Herover kan vi klart se, at αT har et negativt fortegn. Dette negative fortegn indikerer den negative modstand-temperatur karakteristik af NTC termistoren.

Hvis β = 4000 K og T = 298 K, så er αT = –0.0045/oK. Dette er meget højere end sensitiviteten af platinum RTD. Dette ville kunne måle meget små ændringer i temperaturen.

Dog er alternative former for tungt doppede termistorer nu tilgængelige (til høj pris), som har en positiv temperaturkoefficient.

Udtryk (1) er sådan, at det ikke er muligt at lave en lineær approksimation til kurven over endda en lille temperaturinterval, og derfor er termistoren meget definitivt en ikke-lineær sensor.

PTC Termistor

En PTC termistor har det modsatte forhold mellem temperatur og modstand. Når temperaturen stiger, stiger modstanden.

Og når temperaturen falder, falder modstanden. Derfor er i en PTC termistor temperatur og modstand invers proportionale.

Selvom PTC termistorer ikke er så almindelige som NTC termistorer, bruges de ofte som form for kredsløbsbeskyttelse. Lignende funktionen af sikringe, kan PTC termistorer fungere som strømbegrænsende enheder.

Når strøm passer igennem en enhed, vil det forårsage en lille mængde resistensvarme. Hvis strømmen er stor nok til at generere mere varme, end enheden kan tabe til omgivelserne, så vil enheden opvarmes.

I en PTC termistor vil denne opvarming også forårsage, at dens modstand stiger. Dette skaber en selvforstærkende effekt, der driver modstanden opad, og dermed begrænser strømmen. På denne måde fungerer den som en strømbegrænsende enhed – beskytter kredsløbet.

Termistor-egenskaber

Forholdet, der styrer egenskaberne af en termistor, er givet nedenfor som:

• R1 = modstanden af termistoren ved absolut temperatur T1[^oK]

• R2 = modstanden af termistoren ved temperatur T2 [^oK]

• β = konstant, afhængig af materialet i transduceren (f.eks. en oscillator-transducer)

Vi kan se i ligningen ovenfor, at forholdet mellem temperatur og modstand er højst ikke-lineært. En standard NTC termistor viser normalt en negativ termisk modstandstemperaturkoefficient på ca. 0.05/^oC.

Termistor-konstruktion

For at lave en termistor bliver to eller flere halvledermaterialer lavet af metaloksid blandet med en binder for at danne en slur.

Små dråber af denne slur dannes over ledtråde. For tøringsformål skal det sættes ind i en sinterovn.

Under denne proces vil sluren trække sig sammen på ledtrådene for at danne en elektrisk forbindelse.

Den behandlede metaloksid siges ved at påføre en glasbelægning. Denne glasbelægning giver termistorerne en vandtæt egenskab – hjælper med at forbedre deres stabilitet.

Der findes forskellige former og størrelser af termistorer på markedet. Mindre termistorer er i form af perler med diameter fra 0.15 millimeter til 1.5 millimeter.