อะไรคือเทอร์มิสเตอร์

เทอร์มิสเตอร์คืออะไร?

คำนิยามของเทอร์มิสเตอร์

เทอร์มิสเตอร์ (หรือเรียกว่าตัวต้านทานความร้อน) ถูกกำหนดให้เป็นตัวต้านทานที่มีความต้านทานไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

เทอร์มิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบพาสซีฟในวงจร เป็นวิธีที่แม่นยำ ราคาถูก และทนทานในการวัดอุณหภูมิ

แม้ว่าเทอร์มิสเตอร์จะไม่ได้มีประสิทธิภาพในอุณหภูมิสุดขั้ว แต่ก็เป็นเซ็นเซอร์ที่ได้รับความนิยมสำหรับการใช้งานหลายประเภท

เทอร์มิสเตอร์เหมาะสมเมื่อต้องการอ่านค่าอุณหภูมิที่แม่นยำ สัญลักษณ์วงจรของเทอร์มิสเตอร์แสดงดังนี้:

การใช้งานเทอร์มิสเตอร์

เทอร์มิสเตอร์มีการใช้งานหลากหลาย ใช้เป็นวิธีวัดอุณหภูมิในสภาพแวดล้อมของของเหลวและอากาศโดยรอบในหลาย ๆ ที่ บางการใช้งานที่พบบ่อยของเทอร์มิสเตอร์รวมถึง:

• เทอร์โมมิเตอร์ดิจิตอล (เทอร์โมสตัท)

• การใช้งานในยานยนต์ (เพื่อวัดอุณหภูมิน้ำมันและน้ำหล่อเย็นในรถยนต์และรถบรรทุก)

• เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้าน (เช่น ไมโครเวฟ ตู้เย็น และเตาอบ)

• การป้องกันวงจร (เช่น การป้องกันไฟกระชาก)

• แบตเตอรี่ชาร์จใหม่ (เพื่อรักษาอุณหภูมิแบตเตอรี่ให้ถูกต้อง)

• วัดความนำความร้อนของวัสดุไฟฟ้า

• มีประโยชน์ในวงจรไฟฟ้าพื้นฐานหลายแบบ (เช่น ในชุดเริ่มต้นของ Arduino สำหรับผู้เริ่มต้น)

• การชดเชยอุณหภูมิ (คือ รักษาความต้านทานเพื่อชดเชยผลกระทบจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงในส่วนอื่นของวงจร)

• ใช้ในวงจรบริดจ์วีทสโตน

หลักการทำงาน

หลักการทำงานของเทอร์มิสเตอร์คือ ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เราสามารถวัดความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์โดยใช้โอห์มมิเตอร์

โดยการเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมีผลต่อความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์อย่างไร เราสามารถวัดความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์เพื่อกำหนดอุณหภูมิได้

ความต้านทานเปลี่ยนแปลงมากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ในเทอร์มิสเตอร์ ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ไม่เป็นเชิงเส้น กราฟเทอร์มิสเตอร์ที่พบบ่อยแสดงดังนี้:

หากเรามีเทอร์มิสเตอร์ที่มีกราฟอุณหภูมิดังกล่าว เราสามารถวางแนวความต้านทานที่วัดได้โดยโอห์มมิเตอร์กับอุณหภูมิที่ระบุในกราฟได้

โดยการวาดเส้นแนวนอนจากความต้านทานบนแกน y และวาดเส้นแนวตั้งลงจากจุดที่เส้นแนวนอนนี้ตัดกับกราฟ เราสามารถหาอุณหภูมิของเทอร์มิสเตอร์ได้

ประเภทของเทอร์มิสเตอร์

มีสองประเภทของเทอร์มิสเตอร์:

• เทอร์มิสเตอร์ชนิดต้านทานลบ (NTC Thermistor)

• เทอร์มิสเตอร์ชนิดต้านทานบวก (PTC Thermistor)

เทอร์มิสเตอร์ NTC

ในเทอร์มิสเตอร์ NTC ความต้านทานลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และตรงกันข้าม ความสัมพันธ์นี้ทำให้เทอร์มิสเตอร์ NTC เป็นประเภทที่พบมากที่สุด

ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานและอุณหภูมิในเทอร์มิสเตอร์ NTC ควบคุมโดยสมการต่อไปนี้:

• RT คือความต้านทานที่อุณหภูมิ T (K)

• R0 คือความต้านทานที่อุณหภูมิ T0 (K)

• T0 คืออุณหภูมิอ้างอิง (โดยทั่วไปคือ 25oC)

• β คือค่าคงที่ ค่าของ β ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุ ค่าที่กำหนดโดยทั่วไปคือ 4000

หากค่าของ β สูง ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานและอุณหภูมิจะดีมาก ค่า β ที่สูงหมายความว่าความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงมากขึ้นสำหรับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเดียวกัน – ทำให้ความไว (และความแม่นยำ) ของเทอร์มิสเตอร์เพิ่มขึ้น

จากสมการ เราสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทาน-อุณหภูมิ ซึ่งระบุความไวของเทอร์มิสเตอร์

ด้านบนเราสามารถเห็นได้ว่า αT มีเครื่องหมายลบ เครื่องหมายลบระบุว่าเทอร์มิสเตอร์ NTC มีคุณสมบัติความต้านทาน-อุณหภูมิเป็นลบ

หาก β = 4000 K และ T = 298 K แล้ว αT = –0.0045/oK ค่านี้สูงกว่าความไวของ RTD แพลตินัม ซึ่งจะสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ ของอุณหภูมิได้

อย่างไรก็ตาม ตอนนี้มีเทอร์มิสเตอร์ที่มีการเจือสารหนักที่มีคุณสมบัติความต้านทานบวก (ที่ราคาสูง)

สมการ (1) ไม่สามารถทำให้เป็นการประมาณค่าเชิงเส้นได้แม้ในช่วงอุณหภูมิแคบ ๆ ดังนั้นเทอร์มิสเตอร์จึงเป็นเซ็นเซอร์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นอย่างชัดเจน

เทอร์มิสเตอร์ PTC

เทอร์มิสเตอร์ PTC มีความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและความต้านทานตรงกันข้าม เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานเพิ่มขึ้น

และเมื่ออุณหภูมิลดลง ความต้านทานลดลง ดังนั้นในเทอร์มิสเตอร์ PTC อุณหภูมิและความต้านทานมีความสัมพันธ์ตรงกันข้าม

แม้ว่าเทอร์มิสเตอร์ PTC จะไม่พบมากเท่าเทอร์มิสเตอร์ NTC แต่ก็ใช้เป็นรูปแบบของการป้องกันวงจร เช่นเดียวกับฟิวส์ เทอร์มิสเตอร์ PTC สามารถทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์จำกัดกระแส

เมื่อกระแสผ่านอุปกรณ์ จะทำให้เกิดความร้อนจากการต้านทาน หากกระแสเพียงพอที่จะสร้างความร้อนมากกว่าที่อุปกรณ์สามารถส่งออกสู่สิ่งแวดล้อม แล้วอุปกรณ์จะร้อนขึ้น

ในเทอร์มิสเตอร์ PTC การร้อนขึ้นนี้จะทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้น สร้างผลลัพธ์ที่เสริมกันเอง ทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงจำกัดกระแส ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์จำกัดกระแส – ป้องกันวงจร

คุณสมบัติของเทอร์มิสเตอร์

ความสัมพันธ์ที่ควบคุมคุณสมบัติของเทอร์มิสเตอร์แสดงดังนี้:

• R1 = ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ที่อุณหภูมิสัมบูรณ์ T1[^oK]

• R2 = ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ที่อุณหภูมิ T2 [^oK]

• β = ค่าคงที่ขึ้นอยู่กับวัสดุของทรานสดิวเซอร์ (เช่น ทรานสดิวเซอร์ออสซิลเลเตอร์)

เราสามารถเห็นได้จากสมการข้างต้นว่าความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและความต้านทานไม่เป็นเชิงเส้น เทอร์มิสเตอร์ NTC มาตรฐานมักมีสัมประสิทธิ์ความต้านทาน-อุณหภูมิเชิงลบประมาณ 0.05/^oC