Что такое термистор?
Что такое термистор?
Определение термистора
Термистор (или тепловой резистор) определяется как резистор, электрическое сопротивление которого значительно изменяется при изменении температуры.
Термисторы действуют как пассивные компоненты в цепи. Они являются точным, дешевым и надежным способом измерения температуры.
Хотя термисторы неэффективны при экстремальных температурах, они являются предпочтительными датчиками для многих применений.
Термисторы идеальны, когда требуется точное измерение температуры. Символ цепи для термистора показан ниже:
Применение термисторов
Термисторы имеют множество применений. Они широко используются для измерения температуры в различных жидкостях и окружающем воздухе. Некоторые из наиболее распространенных применений термисторов включают:
Цифровые термометры (термостаты)
Автомобильные применения (для измерения температуры масла и охлаждающей жидкости в автомобилях и грузовиках)
Бытовая техника (например, микроволновые печи, холодильники и духовки)
Защита цепей (например, защита от перенапряжения)
Перезаряжаемые батареи (обеспечение правильной температуры батареи)
Для измерения теплопроводности электрических материалов
Полезны во многих базовых электронных схемах (например, в качестве части начального набора Arduino)
Компенсация температуры (например, поддержание сопротивления для компенсации эффектов, вызванных изменениями температуры в другой части цепи)
Использование в мостовых схемах Уитстона
Принцип работы
Принцип работы термистора заключается в том, что его сопротивление зависит от температуры. Мы можем измерить сопротивление термистора с помощью омметра.
Понимая, как изменения температуры влияют на сопротивление термистора, мы можем измерить его сопротивление, чтобы определить температуру.
Степень изменения сопротивления зависит от типа материала, используемого в термисторе. Отношение между температурой и сопротивлением термистора является нелинейным. Типичный график термистора показан ниже:
Если у нас есть термистор с приведенным выше графиком температуры, мы можем просто выровнять сопротивление, измеренное омметром, с температурой, указанной на графике.
Начертим горизонтальную линию от сопротивления по оси Y, а затем вертикальную линию вниз от точки пересечения этой горизонтальной линии с графиком, чтобы получить температуру термистора.
Типы термисторов
Существует два типа термисторов:
Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)
Термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC)
NTC-термистор
В NTC-термисторе сопротивление уменьшается при увеличении температуры и наоборот. Это обратное соотношение делает NTC-термисторы наиболее распространенными.
Отношение между сопротивлением и температурой в NTC-термисторе определяется следующим выражением:
RT — сопротивление при температуре T (K)
R0 — сопротивление при температуре T0 (K)
T0 — опорная температура (обычно 25°C)
β — константа, значение которой зависит от характеристик материала. Номинальное значение принимается равным 4000.
Если значение β высокое, то отношение сопротивления к температуре будет очень хорошим. Более высокое значение β означает большую вариацию сопротивления при одинаковом повышении температуры, что увеличивает чувствительность (и, следовательно, точность) термистора.
Из уравнения мы можем определить температурный коэффициент сопротивления, который указывает на чувствительность термистора.
Выше мы четко видим, что αT имеет отрицательный знак. Этот отрицательный знак указывает на отрицательные характеристики сопротивления-температуры NTC-термистора.
Если β = 4000 K и T = 298 K, то αT = –0.0045/°K. Это намного выше, чем чувствительность платинового термометра сопротивления. Это позволяет измерять очень малые изменения температуры.
Однако сейчас доступны альтернативные формы сильно легированных термисторов (по высокой цене), которые имеют положительный температурный коэффициент.
Выражение (1) таково, что невозможно сделать линейное приближение к кривой даже на небольшом диапазоне температур, и, следовательно, термистор является явно нелинейным датчиком.
PTC-термистор
PTC-термистор имеет обратное отношение между температурой и сопротивлением. Когда температура увеличивается, сопротивление также увеличивается.
И когда температура уменьшается, сопротивление также уменьшается. Таким образом, в PTC-термисторе температура и сопротивление обратно пропорциональны.
Хотя PTC-термисторы не так распространены, как NTC-термисторы, они часто используются в качестве защиты цепи. Подобно функции предохранителей, PTC-термисторы могут действовать как ограничители тока.
Когда ток проходит через устройство, он вызывает небольшое количество теплового сопротивления. Если ток достаточно велик, чтобы создать больше тепла, чем устройство может потерять в окружающую среду, то устройство нагревается.
В PTC-термисторе это нагревание также вызывает увеличение его сопротивления. Это создает самоподдерживающий эффект, который увеличивает сопротивление, таким образом, ограничивая ток. В этом случае он действует как ограничитель тока, защищая цепь.
Характеристики термистора
Отношение, определяющее характеристики термистора, приведено ниже:
R1 = сопротивление термистора при абсолютной температуре T1 [°K]
R2 = сопротивление термистора при температуре T2 [°K]
β = константа, зависящая от материала преобразователя (например, преобразователя-генератора)
Мы видим в уравнении выше, что отношение между температурой и сопротивлением является высоко нелинейным. Стандартный NTC-термистор обычно имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления около 0.05/°C.
Конструкция термистора
Для изготовления термистора смешивают два или более порошка полупроводников, изготовленных из металлических оксидов, с связующим веществом, чтобы образовать суспензию.
Маленькие капли этой суспензии формируют на проводах. Для сушки их помещают в обжиговую печь.
В процессе суспензия сжимается на проводах, создавая электрическое соединение.
Обработанный металлический оксид покрывается стеклом. Это стеклянное покрытие придает термисторам водонепроницаемость, что помогает улучшить их стабильность.
