چه چیزی ترموستور است

ترمیستور چیست؟

تعریف ترمیستور

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

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

با این حال، ترمیستورها در دماهای شدید مؤثر نیستند، اما در بسیاری از کاربردها حسگر مورد علاقه هستند.

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

کاربردهای ترمیستور

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

• ترمومترهای دیجیتال (ترموستات)

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

• وسایل خانگی (مانند میکروویو، یخچال و فر)

• حفاظت مدار (به عنوان مثال محافظت از جرقه)

• باتری‌های شارژپذیر (برای حفظ دمای صحیح باتری)

• برای اندازه‌گیری هدایت حرارتی مواد الکتریکی

• مفید در بسیاری از مدارهای الکترونیکی پایه (به عنوان مثال بخشی از کیت شروع اردوینو برای مبتدیان)

• تعویض دما (یعنی حفظ مقاومت برای جبران اثرات ناشی از تغییرات دما در بخش دیگری از مدار)

• استفاده در مدارهای پل ویتستون

اصل کار

اصل کار یک ترمیستور این است که مقاومت آن به دما بستگی دارد. می‌توانیم مقاومت یک ترمیستور را با استفاده از اهم‌سنج اندازه‌گیری کنیم.

با فهمیدن اینکه چگونه تغییرات دما مقاومت ترمیستور را تحت تأثیر قرار می‌دهد، می‌توانیم مقاومت آن را اندازه‌گیری کنیم تا دما را تعیین کنیم.

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

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

با کشیدن یک خط افقی از مقاومت در محور y و کشیدن یک خط عمودی از محل تقاطع این خط افقی با نمودار، می‌توانیم دما را مشتق کنیم.

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 محبوب‌ترین نوع می‌کند.

رابطه بین مقاومت و دما در یک ترمیستور NTC توسط 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 ویژگی‌های ماده بستگی دارد. مقدار اسمی آن 4000 در نظر گرفته می‌شود.

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

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

در بالا می‌توانیم به وضوح ببینیم که αT علامت منفی دارد. این علامت منفی نشان‌دهنده ویژگی‌های مقاومت-دمایی منفی ترمیستور NTC است.

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

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

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

ترمیستور PTC

یک ترمیستور PTC رابطه معکوسی 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 با هم تناسب معکوس دارند.

با اینکه ترمیستورهای PTC به اندازه ترمیستورهای NTC محبوب نیستند، اما به طور معمول به عنوان یک نوع محافظ مدار استفاده می‌شوند. مشابه عملکرد سیم‌های فیوز، ترمیستورهای PTC می‌توانند به عنوان دستگاه محدود کننده جریان عمل کنند.

وقتی جریان از طریق دستگاه عبور می‌کند، مقدار کوچکی از گرمای مقاومتی تولید می‌کند. اگر جریان به اندازه کافی بزرگ باشد تا بیشتر گرمای تولید شده را از دستگاه به محیط اطراف منتقل کند، دستگاه گرم می‌شود.

در یک ترمیستور PTC، گرم شدن این گرمای تولید شده مقاومت آن را افزایش می‌دهد. این یک اثر خودتقویت‌کننده ایجاد می‌کند که مقاومت را به سمت بالا می‌برد، بنابراین جریان را محدود می‌کند. به این ترتیب، به عنوان دستگاه محافظ مدار عمل می‌کند.

ویژگی‌های ترمیستور

رابطه حاکم بر ویژگی‌های یک ترمیستور به صورت زیر ارائه شده است:

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

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

• β = ثابتی که به ماده سازنده ترانسدیسر بستگی دارد (مثلاً یک ترانسدیسر 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 ترمی