Mi a termisztor?

Mi a termisztor?

Termisztor definíció

A termisztor (vagy hőmérsékleti ellenállás) olyan ellenállás, amelynek elektromos ellenállása jelentősen változik a hőmérséklet változásával.

A termisztorok passzív alkatrészekként működnek a körben. Pontosak, olcsóak és megbízhatók a hőmérséklet mérésére.

Bár a termisztorok nem hatékonyak szélsőséges hőmérsékleteknél, sok alkalmazásban előnyben részesített érzékelők.

A termisztorok ideálisak, amikor precíz hőmérsékleti adat szükséges. A termisztor körjelölése az alábbi ábrán látható:

A termisztorok használata

A termisztorok számos alkalmazásban használatosak. Széles körben használják hőmérsékletmérőként különböző folyadék- és levegőkörnyezetekben. A leggyakrabban találkozható termisztor-alkalmazások:

• Digitális hőmérsékletmérők (hőszabályozók)

• Autóipari alkalmazások (olaj- és hűtőfolyadék hőmérsékletének mérése autókban és teherautókban)

• Háztartási berendezések (például mikrohullámú sütők, hűtők és sütők)

• Körvédelmi alkalmazások (pl. töredékvédelem)

• Tölthető akkumulátorok (biztosítják a megfelelő akkumulátorhőmérsékletet)

• Elektromos anyagok hővezetésének mérése

• Hasznosak számos alapvető elektronikus körben (pl. egy kezdő Arduino indítócsomag részeként)

• Hőmérséklet kompenzálás (azaz az ellenállás fenntartása a hőmérsékletváltozások más részén a körben okozott hatások kompenzálására)

• Wheatstone-híd körökben való használat

Működési elv

A termisztor működési elve, hogy ellenállása a hőmérséklettől függ. A termisztor ellenállását ohmmerttel mérik.

A hőmérséklet változásának hatásának megértésével a termisztor ellenállásának mérésével meghatározható a hőmérséklet.

Az ellenállás változásának nagysága a termisztorban használt anyagtól függ. A termisztor hőmérséklet-ellenállás viszonya nem lineáris. Egy tipikus termisztor grafikonja az alábbi ábra:

Ha van egy a fenti hőmérséklet-grafikonnal rendelkező termisztorunk, akkor egyszerűen össze lehet vetni az ohmmert által mérni kívánt ellenállást a grafikonon jelzett hőmérséklettel.

Vízszintes vonalat rajzolva az y-tengelyről az ellenállás felől, és függőleges vonalat rajzolva, ahol ez a vízszintes vonal metszi a grafikont, így meghatározható a termisztor hőmérséklete.

Termisztor típusok

Két fajta termisztor létezik:

• Negatív Hőmérsékleti Tényező (NHT) Termisztor

• Pozitív Hőmérsékleti Tényező (PHT) Termisztor

NHT Termisztor

Egy NHT termisztorban az ellenállás csökken, ha a hőmérséklet nő, és fordítva. Ez a fordított kapcsolat teszi az NHT termisztorokat a leggyakrabban használt típusnak.

Az NHT termisztorban az ellenállás és a hőmérséklet közötti kapcsolat a következő kifejezéssel írható le:

• RT a T (K) hőmérsékletnél mért ellenállás

• R0 a T0 (K) hőmérsékletnél mért ellenállás

• T0 a referenciási hőmérséklet (általában 25°C)

• β egy konstans, amely értéke a termisztor anyagának jellemzőitől függ. A nominális értéke 4000.

Ha a β értéke magas, akkor a ellenállás-hőmérséklet viszony jól definiált. A β magas értéke azt jelenti, hogy ugyanazon hőmérséklet-emelkedés esetén nagyobb ellenállásváltozás történik – tehát megnövelte a termisztor érzékenységét (és pontosságát).

A kifejezésből meghatározható az ellenállás-hőmérsékleti tényező, ami a termisztor érzékenységét mutatja.

Látható, hogy az αT negatív előjellel rendelkezik. Ez a negatív előjel a NHT termisztor negatív ellenállás-hőmérsékleti jellemzőit mutatja.

Ha β = 4000 K és T = 298 K, akkor az αT = –0.0045/oK. Ez sokkal magasabb, mint a platina RTD érzékenysége. Ez képes lenne nagyon kis hőmérséklet-változások mérésére.

Alternatív formában, nagy költséggel, most már olyan erősen dohányozott termisztorok is elérhetők, amelyek pozitív hőmérsékleti együtthatóval rendelkeznek.

A (1) kifejezés olyan, hogy még kis hőmérsékleti tartományon sem lehet lineáris közelítést adni a görbéhez, és így a termisztor egyértelműen nemlineáris érzékelő.

PHT Termisztor

A PHT termisztorban a hőmérséklet és az ellenállás fordított kapcsolatban áll. Ha a hőmérséklet nő, az ellenállás is nő.

Ha a hőmérséklet csökken, az ellenállás is csökken. Tehát a PHT termisztorban a hőmérséklet és az ellenállás fordítottan arányos.

Bár a PHT termisztorok nem olyan gyakran előfordulnak, mint az NHT termisztorok, gyakran használják őket körvédelmi célokra. A biztonsági elemekhez hasonlóan, a PHT termisztorok áramkorlátozó eszközként is működhetnek.

Amikor áram áthalad egy eszközön, kis mennyiségű ellenállási hőt generál. Ha az áram elegendő ahhoz, hogy több hőt generáljon, mint amennyit az eszköz elveszíthet a környezetébe, akkor az eszköz felmelegszik.

A PHT termisztorban ez a felmelegedés emeljezi az ellenállást. Ez egy önmagában erősödő hatást hoz létre, amely az ellenállást felfelé nyomja, tehát korlátozza az áramot. Így védik a kört.

Termisztor jellemzők

A termisztor jellemzőit a következő összefüggés írja le:

• R1 = a termisztor ellenállása T1[^oK] abszolút hőmérsékletnél

• R2 = a termisztor ellenállása T2 [^oK] hőmérsékletnél

• β = konstans, ami a transzducerelem anyagától függ (pl. oszcillátortranszducerelem)

A fenti egyenletből látható, hogy a hőmérséklet és az ellenállás közötti kapcsolat nagyon nemlineáris. A standard NHT termisztor általában kb. 0.05/^oC negatív hőmérsékleti ellenállás-hőmérsékleti együtthatóval rendelkezik.

Termisztor építése

A termisztor készítéséhez két vagy több fémmellékoxidekből készült por kerül keverésre egy kötőanyaggal, hogy porszuszka alakuljon.

Kis cseppek alakulnak ebből a porszuszka alakult anyagból a vezető dróton. Szárazítási célból be kell helyezni egy sinteresütőbe.