Što je termistor?

Što je termistor?

Definicija termistora

Termistor (ili toplinski otpornik) definira se kao otpornik čiji električni otpor značajno varira s promjenama temperature.

Termistori djeluju kao pasivni komponenti u kolu. Oni su precizan, jeftin i pouzdan način mjerenja temperature.

Iako termistori nisu učinkoviti u ekstremnim temperaturama, oni su preferirani senzori za mnoge primjene.

Termistori su idealni kada je potrebno precizno čitanje temperature. Simbol kola za termistor prikazan je u nastavku:

Primjene termistora

Termistori imaju razne primjene. Široko se koriste kao način mjerenja temperature kao termistorski termometar u mnogim različitim okruženjima tekućina i zračnih ambijenata. Neki od najčešćih primjena termistora uključuju:

• Digitalni termometri (termostati)

• Automobilske primjene (za mjerenje temperature ulja i hlađiva u automobilima i kamionima)

• Zaštita kola (npr. zaštita od preopterećenja)







• Ponovlivo punjeni baterije (osiguravaju pravilnu temperaturu baterije)







• Mjerenje toplinske provodljivosti električnih materijala







• Korisni u mnogim osnovnim elektroničkim kolima (npr. kao dio početničkog Arduino starter kit-a)







• Kompenzacija temperature (npr. održavanje otpora kako bi se kompenzirale efekte uzrokovane promjenama temperature u drugom dijelu kola)




• Korišteni u Wheatstoneovim mostovima

 




Način rada




Način rada termistora temelji se na tome da njegov otpor ovisi o njegovoj temperaturi. Otpor termistora možemo izmjeriti pomoću ohmmetra.

 




Razumijevanjem kako promjene temperature utječu na otpor termistora, možemo izmjeriti njegov otpor kako bismo utvrdili temperaturu.

 




Koliko se otpor mijenja ovisi o vrsti materijala korištenog u termistoru. Odnos između temperature i otpora termistora nije linearan. Tipičan grafikon termistora prikazan je u nastavku:

 



 




Ako imamo termistor s gornjim grafičkim prikazom temperature, jednostavno možemo poravnati otpor izmjereno ohmmetrom s temperaturom označenom na grafikonu.

 




Crteći horizontalnu liniju od otpora na y-osi i crteći vertikalnu liniju dolje od mjesta gdje se ta horizontalna linija siječe s grafikonom, možemo tako izvesti temperaturu termistora.

 




Vrste termistora




Postoje dvije vrste termistora:

 




• Termistor s negativnim koeficijentom temperature (NTC Termistor)







• Termistor s pozitivnim koeficijentom temperature (PTC Termistor)




 

NTC Termistor




U NTC termistoru, otpor opada kako temperatura raste, i obratno. Ova inverzna relacija čini NTC termistore najčešćom vrstom.

 




Odnos između otpora i temperature u NTC termistoru upravlja se sljedećim izrazom:

 






 




• RT je otpor na temperaturi T (K)




• R0 je otpor na temperaturi T0 (K)




• T0 je referentna temperatura (obično 25oC)




• β je konstanta, njena vrijednost ovisi o karakteristikama materijala. Nominalna vrijednost se uzima kao 4000.

 




Ako je vrijednost β visoka, tada će odnos otpornika-temperature biti vrlo dobar. Viša vrijednost β znači veću varijaciju otpora za isti porast temperature – stoga ste povećali osjetljivost (i time preciznost) termistora.

 




Iz jednadžbe možemo odrediti koeficijent otpora temperature, koji pokazuje osjetljivost termistora.

 



 




Iznad možemo jasno vidjeti da αT ima negativan predznak. Taj negativan predznak ukazuje na negativne karakteristike otpora-temperature NTC termistora.

 




Ako je β = 4000 K i T = 298 K, tada je αT = –0.0045/oK. To je znatno više od osjetljivosti platinske RTD. To bi moglo mjeriti vrlo male promjene temperature.

 




Međutim, sada su dostupne alternative forme teško dopsanih termistora (po visokoj cijeni) koje imaju pozitivan koeficijent temperature.

 




Izraz (1) je takav da nije moguće napraviti linearnu aproksimaciju krive čak ni na malom temperaturnom rasponu, i stoga je termistor definitivno nelinearan senzor.

 




PTC Termistor




PTC termistor ima obrnut odnos između temperature i otpora. Kada temperatura raste, otpor raste.

 




A kada temperatura pada, otpor pada. Stoga u PTC termistoru temperatura i otpor su obrnuto proporcionalni.

 




Iako PTC termistori nisu toliko česti kao NTC termistori, često se koriste kao oblik zaštite kola. Slično funkciji sigurnosnih prekidnika, PTC termistori mogu djelovati kao uređaji za ograničavanje struje.

 




Kada struja prođe kroz uređaj, uzročit će malo toplinskog zagrijavanja. Ako je struja dovoljno velika da generira više topline od onog što uređaj može izgubiti u okolišu, tada se uređaj zagrije.

 




U PTC termistoru, to zagrijavanje uzročit će da se njegov otpor poveća. To stvara samopotporni učinak koji povećava otpor, time ograničujući struju. Na taj način, djeluje kao uređaj za ograničavanje struje – štiti kolo.

 




 

Karakteristike termistora




Odnos koji upravlja karakteristikama termistora dat je u nastavku:

 



 

• R1 = otpor termistora na apsolutnoj temperaturi T1[^oK]




• R2 = otpor termistora na temperaturi T2 [^oK]




• β = konstanta ovisna o materijalu transduktora (npr. oscilator transduktor)

 




Možemo vidjeti u gornjoj jednadžbi da je odnos između temperature i otpora vrlo nelinearan. Standardni NTC termistor obično pokazuje negativni termalni koeficijent otpora temperature oko 0.05/^oC.

 




Konstrukcija termistora




Za izradu termistora, dvije ili više prahova poluprovodnika od metalnih oksida mešaju se s vezivom da bi se formirao slurry.

 




Male kapljice ovog slurry-a formiraju se nad vodicima. Za sušenje, moramo to staviti u sagorevac za sinterez.

 




Tokom ovog procesa, slurry će se skupiti oko vodica kako bi se formirala električna veza.

 




Obradjeni metalni oksid zatvara se nanoseći stakleni poklopac. Taj stakleni poklopac daje termistoru vodootpornu svojstvo – pomaže u poboljšanju stabilnosti.

 






 




Postoje različite oblike