Vad är en termistor?
Vad är en termistor?
Termistordefinition
En termistor (eller termisk resistor) definieras som en resistor vars elektriska resistans varierar betydligt med temperaturförändringar.
Termistorer fungerar som en passiv komponent i en krets. De är ett noggrant, billigt och robust sätt att mäta temperatur.
Även om termistorer inte är effektiva vid extremt höga eller låga temperaturer, är de föredragna sensorer för många tillämpningar.
Termistorer är idealiska när en exakt temperaturmätning krävs. Kretssymbolen för en termistor visas nedan:
Användningsområden för termistorer
Termistorer har en mängd olika tillämpningar. De används ofta som ett sätt att mäta temperatur som en termistortermometer i många olika vätske- och luftmiljöer. Några av de vanligaste användningsområdena för termistorer inkluderar:
Digitala termometrar (termostat)
Fordonstillämpningar (för att mäta olje- och kylmediestemperaturer i bilar & lastbilar)
Hushållsapparater (som mikrovågsugnar, kylda matvaror och ugnar)
Kretsskydd (t.ex. överspanningskydd)
Laddbara batterier (för att säkerställa rätt batteritemperatur)
För att mäta den termiska ledningsförmågan hos elektriska material
Användbart i många grundläggande elektroniska kretsar (t.ex. som en del av en begynnarmodul för Arduino)
Temperaturskompensation (d.v.s. bevara resistansen för att kompensera för effekter orsakade av temperaturförändringar i en annan del av kretsen)
Används i wheatstonebrokretsar
Arbetsprincip
Arbetsprincipen för en termistor är att dess resistans beror på dess temperatur. Vi kan mäta resistansen för en termistor med hjälp av en ohmmeter.
Genom att förstå hur temperaturförändringar påverkar en termistors resistans, kan vi mäta dess resistans för att fastställa temperaturen.
Hur mycket resistansen ändras beror på vilket material som används i termistorn. Förhållandet mellan en termistors temperatur och resistans är icke-linjärt. En typisk termistorgraf visas nedan:
Om vi hade en termistor med ovanstående temperaturgraf, skulle vi helt enkelt kunna linjera upp resistansen som mäts av ohmmetern med temperaturen som indikeras på grafen.
Genom att rita en horisontell linje över från resistansen på y-axeln, och dra en vertikal linje ner från där denna horisontella linje skär grafen, kan vi därför härleda termistorns temperatur.
Typer av termistorer
Det finns två typer av termistorer:
Negativ temperaturkoefficient (NTC) termistor
Positiv temperaturkoefficient (PTC) termistor
NTC-termistor
I en NTC-termistor minskar resistansen när temperaturen ökar, och vice versa. Detta inversa förhållande gör NTC-termistorer till den mest vanliga typen.
Förhållandet mellan resistans och temperatur i en NTC-termistor styrs av följande uttryck:
RT är resistansen vid temperatur T (K)
R0 är resistansen vid temperatur T0 (K)
T0 är referenstemperaturen (normalt 25oC)
β är en konstant, dess värde beror på materialets egenskaper. Nominalvärdet tas som 4000.
Om värdet på β är högt, kommer resistans–temperaturförhållandet att vara mycket bra. Ett högre värde på β innebär en högre variation i resistans för samma temperaturökning – därför har du ökat termistorns känslighet (och därför noga).
Från ekvationen kan vi bestämma resistanstemperaturkoefficienten, vilket indikerar termistorns känslighet.
Ovan kan vi tydligt se att αT har ett negativt tecken. Detta negativa tecken indikerar den negativa resistans–temperaturkarakteristiken hos NTC-termistor.
Om β = 4000 K och T = 298 K, då är αT = –0.0045/oK. Detta är mycket högre än platinavärmeelementets känslighet. Detta skulle kunna mäta de mycket små förändringarna i temperaturen.
Men alternativa former av starkt dopade termistorer är nu tillgängliga (till hög kostnad) som har en positiv temperaturkoefficient.
Uttrycket (1) är sådant att det inte går att göra en linjär approximation till kurvan även över en liten temperaturintervall, och därför är termistorerna definitivt en icke-linjär sensor.
PTC-termistor
En PTC-termistor har det motsatta förhållandet mellan temperatur och resistans. När temperaturen ökar, ökar resistansen.
Och när temperaturen minskar, minskar resistansen. Därför är temperatur och resistans inverterat proportionella i en PTC-termistor.
Även om PTC-termistorer inte är lika vanliga som NTC-termistorer, används de ofta som en form av kretsskydd. Liknande funktion som fyrar, kan PTC-termistor fungera som strömbegränsande enheter.
När ström passerar genom en enhet orsakar det en liten mängd resistiv uppvärmning. Om strömmen är tillräckligt stor för att generera mer värme än enheten kan förlora till sin omgivning, värms upp enheten.
I en PTC-termistor kommer detta uppvärmning också att orsaka att dess resistans ökar. Detta skapar en självförstärkande effekt som driver resistansen uppåt, vilket begränsar strömmen. På detta sätt fungerar det som en strömbegränsande enhet – skyddar kretsen.
Termistorers egenskaper
Förhållandet som styr termistorernas egenskaper ges nedan som:
R1 = resistansen för termistor vid absolut temperatur T1[oK]
R2 = resistansen för termistor vid temperatur T2 [oK]
β = konstant beroende på transducermaterial (t.ex. en oscillatortransducer)
Vi kan se i ekvationen ovan att förhållandet mellan temperatur och resistans är högst icke-linjärt. En standard NTC-termistor visar normalt en negativ termisk resistans temperaturkoefficient på cirka 0.05/oC.
Termistorbygge
För att tillverka en termistor blandas två eller flera halvledarsmältor gjorda av metalliska oxider med en binder för att forma en smet.
Små droppar av denna smet formas över ledtrådar. För torkningssyfte måste vi placera det i en sinteringsugn.
Under denna process kommer smeten att krympa sig runt ledtrådarna för att skapa en elektrisk anslutning.
Denna bearbetade metalliska oxide täcks med ett glasbeläggning. Denna glasbeläggning ger termistorerna vattenavvisande egenskaper – hjälper till att förbättra deras stabilitet.
Det finns olika former och storlekar av termistorer tillgängliga på marknaden. Mindre termistorer finns i form av pärlor med diameter från 0,15 millimeter till 1,5 millimeter.
