چه چیزی ترمیستور است

چه چیزی ترمیستور است؟

تعریف ترمیستور

ترمیستور (یا مقاومت حرارتی) به عنوان یک مقاومت تعریف می‌شود که مقاومت الکتریکی آن با تغییرات دما به طور قابل توجهی تغییر می‌کند.

ترمیستورها به عنوان یک المان غیرفعال در مدار عمل می‌کنند. آنها روش دقیق، ارزان و قوی برای اندازه‌گیری دما هستند.

هرچند ترمیستورها در دماهای شدید موثر نیستند، اما در بسیاری از کاربردها به عنوان حسگرهای مورد علاقه هستند.

ترمیستورها زمانی که نیاز به خواندن دقیق دما وجود دارد مناسب هستند. نماد مداری ترمیستور در زیر نشان داده شده است:

کاربردهای ترمیستور

ترمیستورها کاربردهای متنوعی دارند. آنها به طور گسترده‌ای به عنوان روشی برای اندازه‌گیری دما به عنوان ترمومتر ترمیستور در محیط‌های مختلف مایع و هوای محیطی استفاده می‌شوند. برخی از کاربردهای رایج ترمیستورها شامل:

• ترمومترهای دیجیتال (ترموستات)

• کاربردهای خودرو (برای اندازه‌گیری دمای روغن و سردکننده در خودروها و کامیون‌ها)

• وسایل خانگی (مثل میکروویو، یخچال و فر)

• حفاظت مدار (به عنوان مثال محافظت از سربار)

• باتری‌های شارژپذیر (برای حفظ دمای صحیح باتری)

• برای اندازه‌گیری هرسایی حرارتی مواد الکتریکی

• در بسیاری از مدارهای الکترونیکی پایه (به عنوان مثال بخشی از کیت آغازین Arduino)

• تعويض دما (به عنوان مثال حفظ مقاومت برای جبران تأثیرات ناشی از تغییرات دما در بخش دیگری از مدار)

• استفاده در مدارهای پل ویتستون

اصول کاری

اصول کاری ترمیستور این است که مقاومت آن به دما بستگی دارد. ما می‌توانیم مقاومت ترمیستور را با استفاده از اهم‌سنج اندازه‌گیری کنیم.

با فهمیدن اینکه چگونه تغییرات دما تاثیر بر مقاومت ترمیستور می‌گذارد، می‌توانیم مقاومت آن را اندازه‌گیری کنیم تا دما را تعیین کنیم.

چقدر مقاومت تغییر می‌کند بستگی به نوع ماده استفاده شده در ترمیستور دارد. رابطه بین دما و مقاومت ترمیستور غیرخطی است. یک نمودار معمولی ترمیستور در زیر نشان داده شده است:

اگر ترمیستوری با نمودار دما بالا داشته باشیم، می‌توانیم مقاومت اندازه‌گیری شده توسط اهم‌سنج را با دما مشخص شده در نمودار هم‌خط کنیم.

با کشیدن خط افقی از مقاومت در محور y و کشیدن خط عمودی از محل تقاطع این خط افقی با نمودار، می‌توانیم دمای ترمیستور را بدست آوریم.

نوع‌های ترمیستور

دو نوع ترمیستور وجود دارد:

• ترمیستور با ضریب دمایی منفی (NTC)

• ترمیستور با ضریب دمایی مثبت (PTC)

ترمیستور NTC

در یک ترمیستور NTC، مقاومت با افزایش دما کاهش می‌یابد و برعکس. این رابطه معکوس ترمیستورهای NTC را به پرکاربردترین نوع تبدیل می‌کند.

رابطه بین مقاومت و دما در یک ترمیستور NTC با عبارت زیر حاکم است:

• RT مقاومت در دمای T (K) است

• R0 مقاومت در دمای T0 (K) است

• T0 دمای مرجع (معمولاً 25oC) است

• β یک ثابت است که مقدار آن به خصوصیات ماده بستگی دارد. مقدار اسمی آن 4000 در نظر گرفته می‌شود.

اگر مقدار β بالا باشد، رابطه مقاومت-دمایی خوب خواهد بود. مقدار بالاتر β به معنای تغییر بیشتر در مقاومت برای همان افزایش دما است - بنابراین حساسیت (و در نتیجه دقت) ترمیستور افزایش یافته است.

از این معادله می‌توانیم ضریب مقاومت-دمایی را تعیین کنیم که حساسیت ترمیستور را نشان می‌دهد.

در بالا می‌توانیم ببینیم که αT دارای علامت منفی است. این علامت منفی نشان‌دهنده خصوصیات مقاومت-دمایی منفی ترمیستور NTC است.

اگر β = 4000 K و T = 298 K باشد، آنگاه αT = –0.0045/oK خواهد بود. این مقدار بسیار بالاتر از حساسیت RTD پلاتین است. این می‌تواند تغییرات بسیار کوچک در دما را اندازه‌گیری کند.

با این حال، اکنون ترمیستورهای دوپ شده سنگین دیگری موجود هستند (با هزینه بالا) که ضریب دمایی مثبت دارند.

عبارت (1) چنان است که حتی در یک محدوده دما کوچک، نمی‌توان تقریب خطی به منحنی داد، و بنابراین ترمیستور به طور قطع یک حسگر غیرخطی است.

ترمیستور PTC

یک ترمیستور PTC رابطه معکوس بین دما و مقاومت دارد. وقتی دما افزایش می‌یابد، مقاومت افزایش می‌یابد.

و وقتی دما کاهش می‌یابد، مقاومت کاهش می‌یابد. بنابراین در یک ترمیستور PTC، دما و مقاومت نسبت مستقیم دارند.

هرچند ترمیستورهای PTC به اندازه ترمیستورهای NTC معمول نیستند، اما به طور معمول به عنوان یک نوع حفاظت مداری استفاده می‌شوند. مشابه عملکرد فیوزها، ترمیستورهای PTC می‌توانند به عنوان دستگاه محدود کننده جریان عمل کنند.

وقتی جریان از یک دستگاه عبور می‌کند، مقدار کوچکی گرمای مقاومتی تولید می‌شود. اگر جریان به اندازه کافی باشد تا گرمای بیشتری از گرمایی که دستگاه می‌تواند به محیط اطراف دهد تولید کند، دستگاه گرم می‌شود.

در یک ترمیستور PTC، گرم شدن این گرمایی نیز مقاومت آن را افزایش می‌دهد. این یک اثر تقویت کننده خودکار است که مقاومت را به بالا می‌برد، بنابراین جریان را محدود می‌کند. به این ترتیب، عملکرد حفاظتی مدار را انجام می‌دهد.

ویژگی‌های ترمیستور

رابطه حاکم بر ویژگی‌های یک ترمیستور به صورت زیر است:

• R1 = مقاومت ترمیستور در دمای مطلق T1[^oK]

• R2 = مقاومت ترمیستور در دمای T2 [^oK]

• β = ثابتی که به ماده ترانسدوسر بستگی دارد (به عنوان مثال یک ترانسدوسر اسیلاتور)

می‌توانیم در معادله بالا ببینیم که رابطه بین دما و مقاومت بسیار غیرخطی است. یک ترمیستور NTC استاندارد معمولاً ضریب دمایی مقاومت منفی حدود 0.05/^oC دارد.

ساخت ترمیستور