Ano ang Thermistor?

Ano ang Thermistor?

Pangungusap ng Thermistor

Ang thermistor (o thermal resistor) ay inilalarawan bilang isang resistor na may malaking pagbabago sa electrical resistance nito depende sa pagbabago ng temperatura.

Ang mga thermistors ay gumagana bilang isang pasibong komponente sa isang circuit. Sila ay isang mahalagang, mura, at matatag na paraan upang sukatin ang temperatura.

Bagama't hindi ang mga thermistors ang pinakamabisang sensor sa ekstremong temperatura, sila ay paboritong sensor para sa maraming aplikasyon.

Ang mga thermistors ay ideyal kapag kinakailangan ng isang tumpak na pagbasa ng temperatura. Ang simbolo ng circuit para sa isang thermistor ay ipinapakita sa ibaba:

Mga Paggamit ng Thermistors

Ang mga thermistors ay may iba't ibang aplikasyon. Malawakang ginagamit sila bilang isang paraan upang sukatin ang temperatura bilang isang thermistor thermometer sa maraming iba't ibang likido at ambient air na kapaligiran. Ang ilan sa pinakakaraniwang paggamit ng mga thermistors ay kasama ang mga sumusunod:

• Digital na termometro (thermostats)

• Aplikasyon sa automotive (upang sukatin ang temperatura ng oil at coolant sa mga sasakyan)

• Kabahayan na mga appliance (tulad ng microwave, ref, at oven)

• Proteksyon sa circuit (halimbawa, surge protection)

• Rechargeable na mga battery (para siguruhin na ang tamang temperatura ng battery ay napapanatili)

• Upang sukatin ang thermal conductivity ng mga electrical materials

• Mga kapaki-pakinabang sa maraming basic na electronic circuits (halimbawa, bilang bahagi ng beginner Arduino starter kit)

• Temperature compensation (halimbawa, panatilihin ang resistance upang makompensahan ang mga epekto dulot ng pagbabago ng temperatura sa ibang bahagi ng circuit)

• Ginagamit sa wheatstone bridge circuits

Prinsipyong Paggamit

Ang prinsipyong paggamit ng isang thermistor ay ang kanyang resistance ay depende sa kanyang temperatura. Maaari nating sukatin ang resistance ng isang thermistor gamit ang ohmmeter.

Sa pamamagitan ng pag-unawa kung paano ang pagbabago ng temperatura ay nakakaapekto sa resistance ng isang thermistor, maaari nating sukatin ang kanyang resistance upang matukoy ang temperatura.

Kung gaano karami ang pagbabago ng resistance ay depende sa uri ng materyal na ginamit sa thermistor. Ang relasyon sa pagitan ng temperatura at resistance ng isang thermistor ay non-linear. Isang typical na graph ng thermistor ay ipinapakita sa ibaba:

Kung mayroon tayong termistor na may itinakdang temperatura sa itaas, maaari nating simpleng i-line up ang resistance na iminumetro ng ohmmeter sa temperatura na ipinapakita sa graph.

Sa pamamagitan ng pagguhit ng horizontal na linya mula sa resistance sa y-axis, at pagguhit ng vertical na linya pababa mula sa punto kung saan ang horizontal na linya ay tumatakip sa graph, maaari nating matukoy ang temperatura ng termistor.

Mga Uri ng Termistor

Mayroong dalawang uri ng termistor:

• Negative Temperature Coefficient (NTC) Termistor

• Positive Temperature Coefficient (PTC) Termistor

NTC Termistor

Sa NTC termistor, ang resistance ay bumababa habang ang temperatura ay tumataas, at kabaligtaran. Ang inversong relasyon na ito ay nagpapahiwatig na ang NTC termistor ang pinaka-karaniwang uri.

Ang relasyon sa pagitan ng resistance at temperatura sa NTC termistor ay sinusunod ng sumusunod na ekspresyon:

• RT ang resistance sa temperatura T (K)

• R0 ang resistance sa temperatura T0 (K)

• T0 ang reference temperature (karaniwang 25oC)

• β is a constant, its value is dependant on the characteristics of the material. The nominal value is taken as 4000.

Kung mataas ang halaga ng β, mas maganda ang resistor-temperature relationship. Ang mas mataas na halaga ng β ay nangangahulugan ng mas mataas na pagbabago sa resistance para sa parehong pagtaas ng temperatura – kaya mas inaangkop ang sensitibidad (at kaya nauunawaan) ng termistor.

Mula sa ekwasyon, maaari nating matukoy ang resistance temperature coefficient, na nagpapahiwatig ng sensitibidad ng termistor.

Sa itaas, malinaw na makikita natin na ang αT ay may negatibong sign. Ang negatibong sign na ito ay nagpapahiwatig ng negatibong resistance-temperature characteristics ng NTC termistor.

Kung β = 4000 K at T = 298 K, ang αT = –0.0045/oK. Ito ay mas mataas kaysa sa sensitibidad ng platinum RTD. Ito ay maaaring sukatin ang napakaliit na pagbabago sa temperatura.

Gayunpaman, may mga alternative forms ng heavily doped termistors na ngayon ay available (sa mataas na gastos) na may positibong temperature co-efficient.

Ang ekspresyon (1) ay hindi posible na gawing linear approximation sa curve kahit sa maliit na range ng temperatura, at kaya ang termistors ay talagang non-linear sensor.

PTC Thermistor

Ang PTC thermistor ay may kabaligtarang relasyon sa pagitan ng temperatura at resistansiya. Kapag tumaas ang temperatura, tumaas din ang resistansiya.

At kapag bumaba ang temperatura, bumababa rin ang resistansiya. Kaya sa isang PTC thermistor, ang temperatura at resistansiya ay inversely proportional.

Bagama't hindi kasing karaniwan ang PTC thermistors kumpara sa NTC thermistors, madalas silang ginagamit bilang isang anyo ng circuit protection. Katulad ng punsiyon ng mga fuse, maaaring mag-act ang PTC thermistors bilang current-limiting device.

Kapag lumipas ang kasalukuyan sa isang aparato, ito ay magdudulot ng kaunti na resistive heating. Kung sapat ang kasalukuyan upang makalikha ng mas maraming init kaysa sa kakayahan ng aparato na mawala sa kanyang paligid, ang aparato ay magiging mainit.

Sa isang PTC thermistor, ang pag-init na ito ay magdudulot rin ng pagtaas ng resistansiya nito. Ito ay naglalayong paunlarin ang epekto na ito na nagpapataas ng resistansiya, kaya limitado ang kasalukuyan. Sa paraang ito, ito ay gumagana bilang isang current limiting device – protektado ang circuit.

Mga Katangian ng Thermistor

Ang relasyon na nagpapahayag ng mga katangian ng isang thermistor ay ibinibigay sa ibaba:

• R1 = resistansiya ng thermistor sa absolute temperature T1[^oK]

• R2 = resistansiya ng thermistor sa temperatura T2 [^oK]

• β = constant depende sa materyal ng transducer (halimbawa, isang oscillator transducer)

Makikita natin sa equation sa itaas na ang relasyon sa pagitan ng temperatura at resistansiya ay lubhang nonlinear. Karaniwang ipinapakita ng standard NTC thermistor ang negative thermal resistance temperature coefficient ng humigit-kumulang 0.05/^oC.

Paggawa ng Thermistor

Upang gawin ang isang thermistor, dalawa o higit pang semiconductor powders na gawa sa metallic oxides ay pinagsama-sama sa pamamagitan ng binder upang makabuo ng slurry.

Maliit na drops ng slurry na ito ay nabubuo sa lead wires. Para sa proseso ng pagdrying, kailangan nating ilagay ito sa sintering furnace.

Sa prosesong ito, ang slurry ay sisisid sa lead wires upang makabuo ng electrical connection.

Ang prosesong metallic oxide na ito ay sealed sa pamamagitan ng pagsaslag ng glass coating dito. Ang glass coating na ito ay nagbibigay ng waterproof property sa mga thermistors – tumutulong ito upang mapabuti ang kanilang stability.

May iba't ibang hugis at laki ang mga thermistors na available sa merkado. Ang mas maliliit na thermistors ay nasa anyo ng beads na may diameter mula 0.15 millimeters hanggang 1.5 millimeters.

Maaaring maging sa anyo ng disk at washers ang mga thermistors na gawa sa pamamagitan ng pagsiksik ng materyales ng thermistor sa ilalim ng mataas na presyon upang mabuo ang flat cylindrical shapes na may diametro mula 3 millimeters hanggang 25 millimeters.

Ang karaniwang laki ng isang thermistor ay 0.125mm hanggang 1.5 mm. Ang mga komersyal na magagamit na thermistors ay may nominal values na 1K, 2K, 10K, 20K, 100K, atbp. Ang value na ito ay nagpapahiwatig ng resistance value sa temperatura ng 25oC.

Maaaring makukuha ang mga thermistors sa iba't ibang models: bead type, rod type, disc type, atbp. Ang pangunahing mga abilidad ng mga thermistors ay ang kanilang maliit na laki at relatibong mababang cost.

Ang advantage ng laki nito ay nangangahulugan na ang time constant ng mga thermistors na pinagana sa sheaths ay maliit, bagaman ang pagbabawas ng laki ay din nagbabawas ng kanyang heat dissipation capability at nagpapataas ng self-heating effect. Ang epekto na ito ay maaaring permanenteng masira ang thermistor.

Upang maiwasan ito, kailangan ng mga thermistors na ipagana sa mababang antas ng electric current kumpara sa resistance thermometer – na nagreresulta sa mas mababang measurement sensitivity.

Thermistor vs Thermocouple

Ang pangunahing mga pagkakaiba-iba sa pagitan ng thermistor at thermocouple ay:

Thermistors

• Mas maikling range ng sensing (55 hanggang +150oC – bagaman ito ay nag-iiba depende sa brand)

• Sensing parameter = Resistance

• Nonlinear relationship sa pagitan ng sensing parameter (resistance) at temperatura

• Ang NTC thermistors ay may halos exponential decrease sa resistance habang tumataas ang temperatura

• Maganda para sa pag-sense ng maliit na pagbabago sa temperatura (mahirap gamitin ang thermistor nang tama at may mataas na resolution sa higit sa 50oC range).

• Ang sensing circuit ay simple at hindi nangangailangan ng amplification & napakasimple

• Ang accuracy ay karaniwang mahirap mapabuti sa 1oC nang walang calibration

Thermocouples

• May malawak na range ng temperature sensing (Type T = -200-350oC; Type J = 95-760°C; Type K = 95-1260°C; ang iba pang types ay umuunlad pa sa mas mataas na temperatura)

• Maaaring maging napakatotoo

• Sensing parameter = voltage na ginenera ng junctions sa iba't ibang temperatura

• Relatively mababa ang thermocouple voltage

• May linear na relasyon sa pagitan ng parameter ng pagmamasid (voltage) at temperatura.

Thermistor vs RTD

Ang Resistance Temperature Detectors (na kilala rin bilang RTD sensors) ay napakapareho sa mga thermistors. Parehong ang mga RTDs at thermistors ay may iba't ibang resistansiya depende sa temperatura.

Ang pangunahing pagkakaiba sa dalawa ay ang uri ng materyales kung saan sila gawa. Ang mga thermistors ay karaniwang gawa sa ceramic o polymer materials habang ang mga RTDs ay gawa ng puro na metal. Sa aspeto ng performance, mas mabuti ang mga thermistors sa halos lahat ng aspeto.

Mas accurate, mas mura, at mas mabilis ang response time ng mga thermistors kaysa sa mga RTDs. Ang tanging tunay na hindi abot-kamay ng isang thermistor kumpara sa RTD ay nang ito'y tungkol sa saklaw ng temperatura. Mas malawak ang saklaw ng temperatura na maaaring sukatin ng mga RTDs kaysa sa isang thermistor.

Maliban dito, wala nang dahilan para gamitin ang thermistor kaysa sa RTD.