Що таке термістр?

Що таке термістр?

Визначення термістру

Термістр (або тепловий резистор) визначається як резистор, електричний опір якого значно змінюється зі зміною температури.

Термістри діють як пасивні компоненти в електричних колах. Вони є точним, дешевим та надійним способом вимірювання температури.

Хоча термістри не ефективні при крайніх температурах, вони є переважними датчиками для багатьох застосувань.

Термістри ідеальні, коли потрібне точне вимірювання температури. Символ електричного кола для термістру наведено нижче:

Застосування термістрів

Термістри мають різноманітні застосування. Вони широко використовуються для вимірювання температури як термістр-термометр у різних рідких та оточуючих повітряних середовищах. Найпоширеніші застосування термістрів включають:

• Цифрові термометри (термостати)

• Автомобільні застосування (для вимірювання температури масла та охолоджувальної рідини в автомобілях та вантажівках)

• Будинкові прилади (як мікрохвильові печі, холодильники та плити)

• Захист електричних кіл (наприклад, захист від перенапруги)

• Перезарядні батареї (для забезпечення правильної температури батареї)

• Для вимірювання теплопровідності електричних матеріалів

• Корисні в багатьох базових електронних схемах (наприклад, як частина початкового набору Arduino)

• Компенсація температури (тобто збереження опору для компенсації ефектів, спричинених зміною температури в іншій частині кола)

• Використання в містах Уітстоуна

Принцип роботи

Принцип роботи термістру полягає в тому, що його опір залежить від температури. Ми можемо виміряти опір термістру за допомогою омметра.

Розуміючи, як зміни температури впливають на опір термістру, ми можемо виміряти його опір, щоб визначити температуру.

Наскільки змінюється опір, залежить від типу матеріалу, використаного в термістрі. Зв'язок між температурою та опором термістру є нелінійним. Типова графік термістру наведений нижче:

Якщо б у нас був термістр з вищезазначеною температурною графікою, ми могли б просто вирівняти опір, виміряний омметром, з температурою, зазначеною на графіку.

Проводячи горизонтальну лінію від опору на осі Y, і вертикальну лінію вниз від точки, де ця горизонтальна лінія перетинає графік, ми можемо отже визначити температуру термістру.

Типи термістрів

Існує два типи термістрів:

• Термістр з негативним температурним коефіцієнтом (NTC)

• Термістр з позитивним температурним коефіцієнтом (PTC)

NTC термістр

У NTC термістрі, опір зменшується зі зростанням температури, і навпаки. Цей зворотний зв'язок робить NTC термістри найпоширенішим типом.

Зв'язок між опором та температурою в NTC термістрі регулюється наступним виразом:

• RT — опір при температурі T (K)

• R0 — опір при температурі T0 (K)

• T0 — референсна температура (зазвичай 25°C)

• β — константа, значення якої залежить від характеристик матеріалу. Номінальне значення приймається 4000.

Якщо значення β високе, то зв'язок між опором і температурою буде дуже добре. Більше значення β означає більшу зміну опору при однаковому зростанні температури – отже, ви збільшили чутливість (і, отже, точність) термістру.

З рівняння ми можемо визначити температурний коефіцієнт опору, який вказує на чутливість термістру.

Вище ми можемо чітко побачити, що αT має знак мінус. Цей знак мінус вказує на негативні характеристики опору-температури NTC термістру.

Якщо β = 4000 K і T = 298 K, то αT = –0.0045/oK. Це набагато вище, ніж чутливість платинового RTD. Це дозволить вимірювати дуже малі зміни температури.

Однак, альтернативні форми сильно леговані термістри зараз доступні (за високу ціну), які мають позитивний температурний коефіцієнт.

Вираз (1) такий, що неможливо зробити лінійне наближення до кривої навіть на невеликому температурному діапазоні, і тому термістр дійсно є нелінійним датчиком.

PTC термістр

PTC термістр має зворотний зв'язок між температурою та опором. Коли температура зростає, опір зростає.

А коли температура зменшується, опір зменшується. Отже, в PTC термістрі температура та опір є обернено пропорційними.

Хоча PTC термістри не так поширені, як NTC термістри, вони часто використовуються як форма захисту електричних кіл. Подібно до функції запобіжників, PTC термістри можуть діяти як пристрої обмеження струму.

Коли струм проходить через пристрій, він викликає невелике опорне нагрівання. Якщо струм достатньо великий, щоб генерувати більше тепла, ніж пристрій може втратити до оточуючої середовища, то пристрій нагрівається.

У PTC термістрі це нагрівання також призведе до збільшення опору. Це створює самоперевіряючийся ефект, що збільшує опір, отже, обмежуючи струм. Таким чином, він діє як пристрій обмеження струму — захищаючи коло.

Характеристики термістра

Зв'язок, що регулює характеристики термістру, наведено нижче:

• R1 — опір термістру при абсолютній температурі T1[^oK]

• R2 — опір термістру при температурі T2 [^oK]

• β — константа, що залежить від матеріалу перетворювача (наприклад, осциляторного перетворювача)

Ми бачимо в рівнянні, що зв'язок між температурою та опором є сильно нелінійним. Стандартний NTC термістр зазвичай має негативний температурний коефіцієнт опору приблизно 0.05/^oC.

Конструкція термістру