Mis on termistor?

Mis on termistor?

Termistori definitsioon

Termistor (või soojusresistor) on defineeritud kui vastus, mille elektriline vastus muutub oluliselt temperatuurimuutustega.

Termistord toimivad kui passiivne komponent võrgus. Nad on täpne, odav ja tugev viis temperatuuri mõõtmiseks.

Kuigi termistord ei ole tõhusad äärmuslikes temperatuurides, on need paljude rakenduste jaoks eelistatud sensorid.

Termistoreid kasutatakse ideaalselt siis, kui vajalik on täpne temperatuurileminek. Termistori sümbol võrgus on näha allolevast joonist:

Termistorite kasutusalad

Termistoreil on mitmeid rakendusi. Neid kasutatakse laialdaselt temperatuuri mõõtmiseks erinevates vedelike ja õhukeskkondades. Mõned kõige levinumad termistorite kasutusalad on:

• Digiitaalsed termomeetrid (termostaadid)

• Autode rakendused (nafta ja jahutusvedeliku temperatuuri mõõtmine autodes ja veokites)

• Kodumasinad (nt mikrolaineahju, külmikud ja ahjud)

• Võrgukaitse (nt ülekoormuskaitse)

• Taaskasutatavad akud (tagada õige aku temperatuur)

• Elektriliste materjalide soojusjuhtivuse mõõtmine

• Mõeldud paljudele algssetele elektroonikavõrgudele (nt osana Arduino algajate komplektist)

• Temperatuurikompenseerimine (näiteks hoida vastus muu võrgu osa temperatuuri mõjude korral)

• Kasutamine wheatstone'i silindri võrkudes

Tööpõhimõte

Termistori tööpõhimõte seisneb selles, et selle vastus sõltub tema temperatuurist. Võime termistori vastust mõõta ohmmeetriga.

Mõistva, kuidas temperatuurimuutused mõjutavad termistori vastust, saame mõõta selle vastust, et määrata temperatuur.

Kui palju vastus muutub, sõltub sellest, millist materjali termistoris kasutatakse. Termistori temperatuuri ja vastuse vaheline suhe on mittelineaarne. Tavaline termistori graafik on näha allpool:

Kui meil oleks termistor sellise temperatuuri graafikuga, saaksime lihtsalt paigutada ohmmeetriga mõõdetud vastuse vastavalt graafikul näidatud temperatuurile.

Joonestades horisontaalse joone vastusest y-teljelt ja vertikaalse joone sellest, kus see horisontaalne joon lõikub graafikuga, saame seega tuletada termistori temperatuuri.

Termistoritüübid

On kaks tüüpi termistoreid:

• Negatiivne temperatuurikoefitsient (NTC) termistor

• Positiivne temperatuurikoefitsient (PTC) termistor

NTC termistor

NTC termistoris väheneb vastus, kui temperatuur kasvab, ja vastupidi. See pöördline suhe teeb NTC termistoreid kõige levinumaks tüübiks.

NTC termistori vastuse ja temperatuuri vaheline suhe reguleeritakse järgmise väljendiga:

• RT on vastus temperatuuril T (K)

• R0 on vastus temperatuuril T0 (K)

• T0 on viite temperatuur (tavaliselt 25oC)

• β on konstant, mille väärtus sõltub materjali omadustest. Nominaalne väärtus on 4000.

Kui β väärtus on kõrge, siis vastus-temperatuuri suhe on väga hea. Kõrge β väärtus tähendab, et vastus muutub rohkem sama temperatuuri tõusu korral – nii suurendate termistori tundlikkust (ja seega täpsust).

Võrrandist saame määrata vastuse temperatuurikoefitsiendi, mis näitab termistori tundlikkust.

Ülaltoodud võrrandist näeme selgelt, et αT-l on negatiivne märk. See negatiivne märk näitab NTC termistori negatiivset vastus-temperatuuri omadust.

Kui β = 4000 K ja T = 298 K, siis αT = –0.0045/oK. See on palju kõrgem kui platina RTD tundlikkus. See suudaks mõõta väga väikeseid temperatuurimuutusi.

Kuid alternatiivsed rikkalt doteeritud termistoreid, mis omavad positiivset temperatuurikoefitsienti, on nüüd saadaval (kõrge hinnaga).

Väljend (1) on selline, et selle käsitlus lineaarseks aproksimatsiooniks isegi väikese temperatuuri vahemiku ulatuses ei ole võimalik, ja seega on termistor väga kindlasti mittelineaarne andur.

PTC termistor

PTC termistoril on pöördne suhe temperatuuri ja vastuse vahel. Kui temperatuur kasvab, siis vastus ka kasvab.

Ja kui temperatuur väheneb, siis vastus väheneb. Seega PTC termistoris on temperatuur ja vastus pöördproportsionaalsed.

Kuigi PTC termistoreid ei ole nii levinud kui NTC termistoreid, kasutatakse neid sageli kui tüüpi kaitse. Sarnaselt plusside funktsioonile, saavad PTC termistored toimida kui voolu piirav seade.

Kui vool läbib seadet, tekib sellest mõõdukas vastussoojenemine. Kui vool on piisavalt suur, et luua rohkem soojust, kui seade saab oma ümbrusesse katta, siis seade soojeneb.

PTC termistoris tõstab see soojenemine ka vastust. See loob enda kinnitava efekti, mis tõstab vastust, seega piirab voolu. Sellisel moel toimib see kui voolu piirav seade – kaitstes võrgu.

Termistori omadused

Termistori omadusi määrav suhe on järgmine:

• R1 = termistori vastus absoluuttemperatuuril T1[^oK]

• R2 = termistori vastus temperatuuril T2 [^oK]

• β = konstant, mis sõltub transduktorimaterjalist (nt oskillaatortransduktor)

Võime näha ülaltoodud võrrandist, et temperatuuri ja vastuse vaheline suhe on väga mittelineaarne. Tavaline NTC termistor tavaliselt näitab negatiivset termilist vastuse temperatuurikoefitsienti umbes 0.05/^oC.

Termistori ehitus

Termistori valmistamiseks segatakse kaks või enamat semikondaktmetallide pulverit metallide oksiididega sidusaainega, moodustades šlaari.

Selle šlaari väikesed tilkud moodustatakse juhtdraadide peale. Kuivatamiseks peame selle pandud sinterdamispõletuskihti.

Selle protsessi ajal koonduvad šlaari tilkud juhtdraadide peale, luues elektrilise ühenduse.

See töötlemine metallide oksiididega katab klaasipeega. See klaasipee annab termistorile vedelikuallane omadus – aidates parandada nende stabiilsust.