Qu'est-ce qu'un thermistance?

Qu'est-ce qu'un thermistance ?

Définition d'un thermistance

Un thermistance (ou résistance thermique) est défini comme une résistance dont la résistance électrique varie considérablement en fonction des changements de température.

Les thermistances agissent en tant que composant passif dans un circuit. Ils sont une manière précise, bon marché et robuste de mesurer la température.

Bien que les thermistances ne soient pas efficaces à des températures extrêmes, elles sont des capteurs préférés pour de nombreuses applications.

Les thermistances sont idéales lorsqu'une lecture précise de la température est requise. Le symbole de circuit pour un thermistance est montré ci-dessous :

Utilisations des thermistances

Les thermistances ont une variété d'applications. Elles sont largement utilisées comme moyen de mesurer la température en tant que thermomètre de thermistance dans de nombreux environnements liquides et d'air ambiant différents. Parmi les utilisations les plus courantes des thermistances, on trouve :

• Thermomètres numériques (thermostats)

• Applications automobiles (pour mesurer les températures d'huile et de liquide de refroidissement dans les voitures et camions)

• Appareils ménagers (comme les micro-ondes, réfrigérateurs et fours)

• Protection de circuit (par exemple, protection contre les surtensions)

• Batteries rechargeables (assurer que la température de la batterie est maintenue correctement)

• Pour mesurer la conductivité thermique des matériaux électriques

• Utile dans de nombreux circuits électroniques de base (par exemple, en tant que partie d'un kit de démarrage Arduino pour débutants)

• Compensation de température (c'est-à-dire maintenir la résistance pour compenser les effets causés par les changements de température dans une autre partie du circuit)

• Utilisé dans les circuits de pont de Wheatstone

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement d'un thermistance est que sa résistance dépend de sa température. Nous pouvons mesurer la résistance d'un thermistance à l'aide d'un ohmmètre.

En comprenant comment les changements de température affectent la résistance d'un thermistance, nous pouvons mesurer sa résistance pour déterminer la température.

La quantité de changement de résistance dépend du type de matériel utilisé dans le thermistance. La relation entre la température d'un thermistance et sa résistance est non linéaire. Un graphique typique de thermistance est montré ci-dessous :

Si nous avions un thermistance avec le graphique de température ci-dessus, nous pourrions simplement aligner la résistance mesurée par l'ohmmètre avec la température indiquée sur le graphique.

En traçant une ligne horizontale à partir de la résistance sur l'axe y, et en traçant une ligne verticale descendante à partir de l'intersection de cette ligne horizontale avec le graphique, nous pouvons ainsi déduire la température du thermistance.

Types de thermistances

Il existe deux types de thermistances :

• Thermistance à coefficient de température négatif (NTC)

• Thermistance à coefficient de température positif (PTC)

Thermistance NTC

Dans un thermistance NTC, la résistance diminue lorsque la température augmente, et vice versa. Cette relation inverse fait des thermistances NTC le type le plus courant.

La relation entre la résistance et la température dans un thermistance NTC est gouvernée par l'expression suivante :

• RT est la résistance à la température T (K)

• R0 est la résistance à la température T0 (K)

• T0 est la température de référence (généralement 25°C)

• β est une constante, sa valeur dépend des caractéristiques du matériau. La valeur nominale est prise comme 4000.

Si la valeur de β est élevée, alors la relation résistance-température sera très bonne. Une valeur plus élevée de β signifie une variation plus importante de la résistance pour la même augmentation de température – ce qui augmente la sensibilité (et donc la précision) du thermistance.

À partir de l'équation, nous pouvons déterminer le coefficient de résistance température, qui indique la sensibilité du thermistance.

On peut clairement voir ci-dessus que αT a un signe négatif. Ce signe négatif indique les caractéristiques de résistance-température négatives du thermistance NTC.

Si β = 4000 K et T = 298 K, alors αT = –0,0045/oK. Cela est beaucoup plus élevé que la sensibilité d'un RTD en platine. Cela permet de mesurer de très petites variations de température.

Cependant, des formes alternatives de thermistances fortement dopées sont maintenant disponibles (à un coût élevé) qui ont un coefficient de température positif.

L'expression (1) est telle qu'il n'est pas possible de faire une approximation linéaire de la courbe, même sur une petite plage de température, et par conséquent, le thermistance est très clairement un capteur non-linéaire.

Thermistance PTC

Un thermistance PTC a une relation inverse entre la température et la résistance. Lorsque la température augmente, la résistance augmente.

Et lorsque la température diminue, la résistance diminue. Ainsi, dans un thermistance PTC, la température et la résistance sont inversément proportionnelles.

Bien que les thermistances PTC ne soient pas aussi courantes que les thermistances NTC, elles sont fréquemment utilisées comme forme de protection de circuit. Similaire à la fonction des fusibles, les thermistances PTC peuvent agir comme dispositifs limitant le courant.

Lorsque le courant passe à travers un appareil, il provoque une petite quantité de chauffage résistif. Si le courant est suffisamment important pour générer plus de chaleur que l'appareil ne peut perdre dans son environnement, alors l'appareil se réchauffe.

Dans un thermistance PTC, ce réchauffement entraînera également une augmentation de sa résistance. Cela crée un effet d'auto-renforcement qui pousse la résistance vers le haut, limitant ainsi le courant. De cette façon, il agit comme un dispositif limitant le courant – protégeant le circuit.

Caractéristiques des thermistances

La relation gouvernant les caractéristiques d'un thermistance est donnée ci-dessous comme suit :

• R1 = résistance du thermistance à la température absolue T1[^oK]

• R2 = résistance du thermistance à la température T2 [^oK]

• β = constante dépendant du matériau du transducteur (par exemple, un transducteur oscillateur)

Nous pouvons voir dans l'équation ci-dessus que la relation entre la température et la résistance est fortement non linéaire. Un thermistance NTC standard présente généralement un coefficient de résistance température négatif d'environ 0,05/^oC.

Construction des thermistances

Pour fabriquer un thermistance, deux poudres ou plus de semi-conducteurs composées d'oxydes métalliques sont mélangées avec un liant pour former une pâte.

De petites gouttes de cette pâte sont formées sur les fils de connexion. Pour le séchage, nous devons la placer dans un four de frittage.

Au cours de ce processus, la pâte se rétrécira sur les fils de connexion pour établir une connexion électrique.

Ce dioxyde métallique traité est scellé en y appliquant un revêtement de verre. Ce revêtement de verre donne au thermistance une propriété imperméable à l'eau – aidant à améliorer sa stabilité.

Il existe différentes formes et tailles de thermistances sur le marché. Les thermistances plus petites sont sous forme de perles de diamètre allant de 0,15 millimètres à 1,5 millimètres.