Kaj je termistor?

Kaj je termistor?

Definicija termistorja

Termistor (ali toplinski upornik) je definiran kot upornik, katerega električni upor se značilno spreminja s spremembami temperature.

Termistori delujejo kot pasivni komponenti v vezju. So natančen, poceni in odporen način merjenja temperature.

Čeprav termistorji niso učinkoviti pri ekstremnih temperaturah, so za mnoge uporabe priljubljeni senzorji.

Termistorji so idealni, ko je potrebno natančno merjenje temperature. Simbol vezja za termistor je prikazan spodaj:

Uporaba termistorjev

Termistorji imajo različne uporabe. Široko se uporabljajo kot način merjenja temperature kot termistorjski termometri v različnih tekočih in okoljskih zračnih okoljih. Med najpogostejšimi uporabami termistorjev so:

• Digitalni termometri (termostat)

• Avtomobilski uporabi (za merjenje temperature olja in hladiila v avtomobilih & kamionih)

• Gospodinjska aparatura (kot mikrovalovnice, hladilniki in pečnice)

• Zaščita vezja (npr. zaščita pred preobremenitvijo)

• Napajalne baterije (zagotavljanje pravilne temperature baterije)

• Merjenje toplinske prevodnosti električnih materialov

• Uporabni v mnogih osnovnih elektronskih vezjih (npr. kot del začetniškega Arduino seta)

• Temperaturna kompenzacija (tj. ohranjanje upora za kompenzacijo učinkov, ki jih povzročijo spremembe temperature v drugem delu vezja)

• Uporaba v mostastih vezjih

Načelo delovanja

Načelo delovanja termistorja je, da je njegov upor odvisen od temperature. Upor termistorja lahko izmerimo z ohmmetri.

S tem, da razumemo, kako spremembe temperature vplivajo na upor termistorja, lahko izmerimo njegov upor, da določimo temperaturo.

Koliko se upor spremeni, je odvisno od vrste materiala, uporabljenega v termistorju. Odnos med temperaturo termistorja in uporom je nelinearen. Tipičen graf termistorja je prikazan spodaj:

Če bi imeli termistor z zgornjim temperaturnim grafom, bi lahko preprosto poravnali upor, izmerjen z ohmmetrom, z temperaturo, prikazano na grafu.

S črtanjem horizontalne črte od upora na y-os in črtanjem vertikalne črte dol, kjer ta horizontalna črta seka graf, lahko tako izpeljemo temperaturo termistorja.

Vrste termistorjev

Obstajata dve vrsti termistorjev:

• Termistor z negativnim temperaturnim koeficientom (NTC)

• Termistor z pozitivnim temperaturnim koeficientom (PTC)

NTC Termistor

Pri NTC termistorju se upor zmanjša, ko se temperatura poveča, in obratno. Ta obratni odnos čini NTC termistorje najpogostejšo vrsto.

Odnos med uporom in temperaturo v NTC termistorju ureja naslednji izraz:

• RT je upor pri temperaturi T (K)

• R0 je upor pri temperaturi T0 (K)

• T0 je referenčna temperatura (običajno 25°C)

• β je konstanta, njena vrednost je odvisna od lastnosti materiala. Nominalna vrednost je 4000.

Če je vrednost β visoka, bo odnos upor-temperatura zelo dober. Višja vrednost β pomeni večjo variacijo upora za isto povečanje temperature – zato ste povečali občutljivost (in natančnost) termistorja.

Iz enačbe lahko določimo temperaturni koeficient upora, ki kaže občutljivost termistorja.

Glede na zgornje lahko jasno vidimo, da ima αT negativen znak. Ta negativen znak kaže negativne upor-temperaturne lastnosti NTC termistorja.

Če je β = 4000 K in T = 298 K, potem je αT = –0,0045/oK. To je veliko višje od občutljivosti platinovih RTD. To bi lahko zmoglo zelo majhne spremembe temperature.

Vendar so zdaj na voljo alternativne oblike močno dopiranih termistorjev (na visok strošek), ki imajo pozitiven temperaturni koeficient.

Izraz (1) je tak, da ni mogoče narediti linearnega približka krivulje celo v majhnem temperaturnem območju, in zato je termistor zelo definitivno nelinearen senzor.

PTC Termistor

PTC termistor ima obratno odnos med temperaturo in uporom. Ko se temperatura poveča, se upor poveča.

In ko se temperatura zmanjša, se upor zmanjša. Zato sta v PTC termistorju temperatura in upor obratno sorazmerni.

Čeprav PTC termistorji niso tako pogosti kot NTC termistorji, se pogosto uporabljajo kot oblika zaščite vezja. Podobno kot funkcija presledkov, PTC termistorji lahko delujejo kot napajalni omejevalci.

Ko tok preteče skozi napravo, to povzroči malo upornega segrevanja. Če je tok dovolj velik, da ustvari več toplote, kot jo naprava lahko izgubi v svojem okolju, se naprava segreva.

V PTC termistorju bo to segrevanje tudi povečalo njegov upor. To ustvarja samoodkrivalen učinek, ki poganja upor navzgor, zato omejuje tok. Na ta način deluje kot napajalni omejevalnik – zaščitni element vezja.

Lastnosti termistorja

Odnos, ki ureja lastnosti termistorja, je podan spodaj:

• R1 = upor termistorja pri absolutni temperaturi T1[^oK]

• R2 = upor termistorja pri temperaturi T2 [^oK]

• β = konstanta, odvisna od materiala prenaševalnika (npr. oscilatorjskega prenaševalnika)

V zgornjem izrazu lahko vidimo, da je odnos med temperaturo in uporom zelo nelinearen. Standardni NTC termistor običajno prikazuje negativni temperaturni koeficient upora okoli 0,05/^oC.

Konstrukcija termistorja

Za izdelavo termistorja se dve ali več polprevodniških prahov metalnih oksidov meša z vezivo, da se oblikuje smola.

Male kapljice te smole se oblikujejo nad vodili. Za sušenje moramo to postaviti v peč za sintezo.

Med tem procesom bo smola zmanjšala na vodilih, da bo ustvarila električno povezavo.

Ta obdelani metalni oksid je zaščiten z nanosom steklenega prekriva. Ta stekleni prekriv omogoča termistorjem odpornost na vodo – kar pomaga izboljšati njihovo stabilnost.