Šta je termistor?

Šta je termistor?

Definicija termistora

Termistor (ili toplinski otpornik) definisan je kao otpornik čiji električni otpor značajno varira u zavisnosti od promena temperature.

Termistori deluju kao pasivni komponenti u kolu. Oni su tačan, jeftin i pouzdan način merenja temperature.

Iako termistori nisu efikasni u ekstremnim temperaturama, oni su preferirani senzori za mnoge primene.

Termistori su idealni kada je potrebna precizna merenja temperature. Simbol kola za termistor prikazan je ispod:

Primene termistora

Termistori imaju razne primene. Široko se koriste kao način merenja temperature kao termistor termometar u mnogim različitim tekućim i okružujućim vazdušnim sredinama. Neki od najčešćih primena termistora uključuju:

• Digitalni termometri (termostati)

• Automobilske primene (za merenje temperature ulja i hlađiva u automobilima i kamionima)

• Kućanska aparatura (poput mikrovalnih pećnica, frizidera i pećnica)

• Zaštita kola (npr. zaštita od preopterećenja)

• Ponovo punjive baterije (osiguravaju pravilnu temperaturu baterije)

• Za merenje toplinske provodljivosti električnih materijala

• Koristan u mnogim osnovnim elektronskim kolima (npr. kao deo početničkog Arduino starter paketa)

• Kompensacija temperature (npr. održavanje otpora kako bi se kompenisali efekti izazvani promenama temperature u drugom delu kola)

• Korišćen u Wheatstone mostovim kolima

Način rada

Način rada termistora je da njegov otpor zavisi od njegove temperature. Otpor termistora možemo meriti pomoću ohmmetra.

Razumevajući kako promene temperature utiču na otpor termistora, možemo meriti njegov otpor kako bismo odredili temperaturu.

Koliko se otpor menja zavisi od tipa materijala korišćenog u termistoru. Odnos između temperature i otpora termistora nije linearan. Tipičan grafikon termistora prikazan je ispod:

Ako imamo termistor sa gornjim grafikonom temperature, jednostavno možemo poravnati otpor meren od strane ohmmetra sa temperaturom koja je označena na grafikonu.

Crtanjem horizontalne linije od otpora na y-osi, i crtanjem vertikalne linije od mesta gde se ta horizontalna linija seče sa grafikonom, možemo izvesti temperaturu termistora.

Tipovi termistora

Postoje dva tipa termistora:

• Termistor sa negativnim temperaturnim koeficijentom (NTC Termistor)

• Termistor sa pozitivnim temperaturnim koeficijentom (PTC Termistor)

NTC Termistor

U NTC termistoru, otpor pada dok temperatura raste, i obrnuto. Ova inverzna veza čini NTC termistore najčešćim tipom.

Odnos između otpora i temperature u NTC termistoru uređen je sledećim izrazom:

• RT je otpor na temperaturi T (K)

• R0 je otpor na temperaturi T0 (K)

• T0 je referentna temperatura (obično 25°C)

• β je konstanta, čija vrednost zavisi od karakteristika materijala. Nominalna vrednost uzima se kao 4000.

Ako je vrednost β visoka, tada će odnos otpor-temperatura biti vrlo dobar. Viša vrednost β znači veću varijaciju otpora za isti porast temperature – dakle, povećali ste osetljivost (i stoga tačnost) termistora.

Iz izraza možemo odrediti temperaturni koeficijent otpora, koji ukazuje na osetljivost termistora.

Iznad možemo jasno videti da αT ima negativan znak. Ovaj negativan znak ukazuje na negativne otporno-temperaturne karakteristike NTC termistora.

Ako je β = 4000 K i T = 298 K, tada je αT = –0,0045/oK. Ovo je mnogo više od osetljivosti platinske RTD. Ovo bi moglo da meri veoma male promene temperature.

Međutim, alternativne forme teško dopiranih termistora sada su dostupne (po visokoj ceni) koje imaju pozitivan temperaturni koeficijent.

Izraz (1) je takav da nije moguće napraviti linearnu aproksimaciju krive čak ni na malom temperaturnom opsegu, 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. Dakle, 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 prekidača, PTC termistori mogu delovati kao uređaji za ograničavanje struje.

Kada struja prođe kroz uređaj, uzroviće malo toplinskog zagrevanja. Ako je struja dovoljno velika da generiše više toplote nego što uređaj može da izgubi u okruženju, tada se uređaj zagreje.

U PTC termistoru, ovaj zagrevanje će takođe uzrokovati da se njegov otpor poveća. To stvara samojački efekat koji podiže otpor, time ograničavajući struju. Na taj način, deluje kao uređaj za ograničavanje struje – štiti kolo.

Karakteristike termistora

Odnos koji upravlja karakteristikama termistora dat je ispod:

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

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

• β = konstanta zavisna od materijala transducera (npr. oscilator transducer)

Možemo videti u izrazu iznad da je odnos između temperature i otpora visoko nelinearan. Standardni NTC termistor obično pokazuje negativan termalni otporno-temperaturni koeficijent od oko 0,05/^oC.

Konstrukcija termistora

Da bi se napravio termistor, dva ili više poluprovodnih prahova od metalnih oksida se mešaju sa vezivom da bi se formirao slurry.

Male kaplje ovog slurry-a se formiraju preko vodilnih žica. Za sušenje, moramo ga staviti u sintersku peć.

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

Ovaj obrađeni metalni oksid se zatvara postavljanjem staklenog prekrivača. Ovaj stakleni prekrivač daje vodootpornu osobinu termistorima – pomaže u poboljšanju njihove stabilnosti.