Hva er en termistor?

Hva er en termistor?

Termistordefinisjon

En termistor (eller termisk resistor) defineres som en resistor hvis elektriske motstand varierer betydelig med endringer i temperatur.

Termistorer fungerer som en passiv komponent i et sirkuit. De er en nøyaktig, billig og robust måte å måle temperatur på.

Selv om termistorer ikke er effektive ved ekstreme temperaturer, foretrekker mange applikasjoner dem som sensorer.

Termistorer er ideelle når det kreves en nøyaktig temperaturmåling. Sirkuitsymbol for en termistor vises nedenfor:

Bruk av termistorer

Termistorer har en rekke anvendelser. De brukes vidt utbredt som en måte å måle temperatur som en termistor-termostat i mange ulike væske- og luftmiljøer. Noen av de mest vanlige brukene av termistorer inkluderer:

• Digitale termometre (termostater)

• Bilapplikasjoner (for å måle olje- og kjølevæsketemperatur i biler & lastebiler)

• Husholdningsapparater (som mikrobølgeovner, kjøleskap og ovner)

• Sirkuitbeskyttelse (f.eks. strømsparkbeskyttelse)

• Omladbare batterier (sørger for at riktig batteritemperatur holdes)

• For å måle den termiske ledeevnen til elektriske materialer

• Nyttige i mange grunnleggende elektroniske sirkuit (f.eks. som del av en begynner Arduino starterkit)

• Temperaturkompensasjon (dvs. behold motstand for å kompensere for effekter forårsaket av endringer i temperatur i en annen del av sirkuitet)

• Brukes i wheatstonebro-sirkuit

Arbeidsprinsipp

Arbeidsprinsippet for en termistor er at dens motstand er avhengig av dens temperatur. Vi kan måle motstanden til en termistor ved hjelp av en ohmmeter.

Ved å forstå hvordan temperaturendringer påvirker en termistors motstand, kan vi måle dens motstand for å bestemme temperaturen.

Hvor mye motstanden endres, avhenger av type materiale som brukes i termistoren. Forholdet mellom en termistors temperatur og motstand er ikke-lineært. Et typisk termistordiagram vises nedenfor:

Hvis vi hadde en termistor med ovennevnte temperaturgraf, kunne vi enkelt linje opp motstanden målt av ohmmeteren med temperaturen angitt på grafen.

Ved å trekke en horisontal linje over fra motstanden på y-aksen, og trekke en vertikal linje ned fra der denne horisontale linjen krysser grafen, kan vi dermed utlede temperaturen til termistoren.

Termistortyper

Det finnes to typer termistorer:

• Negativ Temperaturkoeffisient (NTC) Termistor

• Positiv Temperaturkoeffisient (PTC) Termistor

NTC Termistor

I en NTC termistor, minsker motstanden når temperaturen øker, og motsatt. Dette inverse forholdet gjør at NTC termistorer er den mest vanlige typen.

Forholdet mellom motstand og temperatur i en NTC termistor styres av følgende uttrykk:

• RT er motstanden ved temperatur T (K)

• R0 er motstanden ved temperatur T0 (K)

• T0 er referanstemperaturen (normalt 25oC)

• β er en konstant, dens verdi er avhengig av materialets egenskaper. Den nominelle verdien tas som 4000.

Hvis verdien av β er høy, vil forholdet mellom motstand og temperatur være veldig godt. En høyere verdi av β betyr en større variasjon i motstand for samme stigning i temperatur – dermed har du økt sensitiviteten (og dermed nøyaktigheten) av termistoren.

Fra ligningen kan vi bestemme motstandstemperaturkoeffisienten, som indikerer termistorens sensitivitet.

Over kan vi klart se at αT har et negativt fortegn. Dette negative fortegnet indikerer de negative motstand-temperaturkarakteristikkene til NTC termistoren.

Hvis β = 4000 K og T = 298 K, så er αT = –0,0045/oK. Dette er mye høyere enn sensitiviteten til platinum RTD. Dette ville kunne måle de svært små endringene i temperaturen.

Imidlertid er alternative former for sterkt dopede termistorer nå tilgjengelige (til høy kostnad) som har en positiv temperaturkoeffisient.

Uttrykket (1) er slik at det ikke er mulig å lage en lineær tilnærming til kurven over selv en liten temperaturområde, og derfor er termistoren definitivt en ikke-lineær sensor.

PTC Termistor

En PTC termistor har det motsatte forholdet mellom temperatur og motstand. Når temperaturen øker, øker motstanden.

Og når temperaturen synker, synker motstanden. Derfor er i en PTC termistor temperatur og motstand invers proporsjonale.

Selv om PTC termistorer ikke er like vanlige som NTC termistorer, brukes de ofte som en form for sirkuitbeskyttelse. Liknende funksjon som sikringer, kan PTC termistorer fungere som strømbegrensningsenheter.

Når strøm passerer gjennom et enhet, vil det forårsake en liten mengde resistiv oppvarming. Hvis strømmen er stor nok til å generere mer varme enn enheten kan miste til sin omgivelse, vil enheten oppvarmes.

I en PTC termistor, vil denne oppvarmingen også føre til at dens motstand øker. Dette skaper en selvforsterkende effekt som driter motstanden oppover, dermed begrenser strømmen. På denne måten fungerer den som en strømbegrensningsenhet – beskytter sirkuitet.

Termistoregenskaper

Forholdet som styrer egenskapene til en termistor er gitt nedenfor som:

• R1 = motstanden til termistoren ved absolutt temperatur T1[^oK]

• R2 = motstanden til termistoren ved temperatur T2 [^oK]

• β = konstant avhengig av materialet til transduceren (f.eks. en oscillatortransducer)

Vi kan se i ligningen over at forholdet mellom temperatur og motstand er høyst ikke-lineært. En standard NTC termistor viser normalt en negativ termisk motstandstemperaturkoeffisient på omtrent 0,05/^oC.

Termistorkonstruksjon

For å lage en termistor, blander man to eller flere halvleder pulver laget av metalliske okser med en binder for å danne en slur.

Små dråper av denne slurry dannes over ledningstrikkene. For tørking formål, må vi sette det inn i en sinterovn.

Under denne prosessen, vil slurrien krympes på ledningstrikkene for å lage en elektrisk forbindelse.

Denne bearbeidede metalliske oksid blir seglet ved å legge på en glassbelag. Denne glasbelaget gir termistorene et vannavvisende egenskap – hjelper til å forbedre deres stabilitet.

Det finnes forskjellige former og størrelser av termistorer på markedet. Mindre termistorer er i form av perler med diameter fra 0,15 millimeter til 1,5 millimeter.