Rezistența oricărui conductor depinde, în general, de temperatură. Rezistența metalelor crește odată cu căldura. Din punctul de vedere al fizicii, acest lucru se explică prin creșterea amplitudinii vibrațiilor termice ale elementelor rețelei și prin creșterea rezistenței la fluxul direcțional al electronilor. Rezistența electroliților și a semiconductorilor scade la încălzire - acest lucru se explică prin alte procese.
Cuprins
Cum funcționează un termistor
În multe cazuri, fenomenul de rezistență la temperatură este dăunător. De exemplu, o rezistență scăzută a filamentului unei lămpi cu incandescență la rece face ca aceasta să se ardă atunci când este aprinsă. Schimbarea valorii rezistenței rezistențelor fixe la încălzire sau răcire duce la modificarea parametrilor circuitului.
Pentru a combate acest fenomen, au fost dezvoltate rezistențe cu un TCR - coeficient de temperatură al rezistenței - redus. Aceste elemente sunt mai scumpe decât cele convenționale. Există însă componente electronice care au o dependență pronunțată de temperatură și un coeficient de rezistență standardizat. Aceste elemente se numesc termistoare sau termistoare.
Tipuri și construcție de termistori
Termistorii pot fi împărțiți în două mari grupe în funcție de reacția lor la schimbările de temperatură:
- În cazul în care rezistența scade la încălzire, astfel de termistori se numesc Termistori NTC (coeficientul de temperatură negativ al rezistenței);
- Dacă rezistența crește la încălzire, termistorul are un TCR pozitiv (caracteristică PTC) - astfel de elemente se mai numesc și Elemente PTC, cum ar fi termistori PTC.
Tipul de termistor este determinat de proprietățile materiale ale termistorului. Metalele își măresc rezistența atunci când sunt încălzite, motiv pentru care acestea (sau mai degrabă oxizii metalici) sunt utilizate ca bază pentru termorezistențele cu un TKC pozitiv. Semiconductorii au o dependență opusă, motiv pentru care sunt folosiți pentru fabricarea elementelor NTC. Elementele rezistive termostatice cu TKC negativ pot fi realizate teoretic pe bază de electroliți, dar această variantă este foarte incomodă în practică. Nișa sa este cercetarea de laborator.
Proiectarea termistoarelor poate fi diferită. Acestea se prezintă sub formă de cilindri, mărgele, șaibe etc. cu două fire (ca un Rezistor convențional). Este posibilă selectarea celei mai convenabile forme pentru instalarea la locul de muncă.
Caracteristici cheie
Cea mai importantă caracteristică a oricărui termistor este coeficientul de temperatură al rezistenței (TCR). Aceasta indică cât de mult se modifică rezistența atunci când este încălzită sau răcită cu 1 grad Kelvin.
Deși variația de temperatură, exprimată în grade Kelvin, este egală cu variația în grade Celsius, termorezistențele sunt caracterizate tot în grade Kelvin. Acest lucru se datorează utilizării pe scară largă a ecuației Steinhart-Hart în calcule, care include temperatura în K.
TCS este negativ pentru termistoarele de tip NTC și pozitiv pentru cele de tip posistor.
O altă caracteristică importantă este gradul de rezistență. Aceasta este valoarea rezistenței la 25°C. Cunoscând acești parametri, este ușor de determinat aplicabilitatea unui termistor la un anumit circuit.
De asemenea, importante pentru utilizarea termistoarelor sunt tensiunea nominală și tensiunea maximă de funcționare. Primul parametru determină tensiunea la care elementul poate funcționa pentru o perioadă lungă de timp, în timp ce al doilea parametru determină tensiunea peste care performanța termistorului nu este garantată.
În cazul posistorilor, un parametru important este temperatura de referință - punctul de pe curba rezistență-căldură la care are loc fractura caracteristică. Aceasta determină domeniul de funcționare a rezistenței PTC.
Atunci când se selectează un termistor, trebuie să se acorde atenție și domeniului său de temperatură. În afara specificațiilor producătorului, curba caracteristică nu este standardizată (acest lucru poate cauza funcționarea defectuoasă a unității) sau termistorul nu va funcționa deloc.
Denumirea unității
Simbolurile grafice pot varia ușor, dar principala caracteristică a unui termistor este simbolul t lângă dreptunghiul care simbolizează rezistența. Fără acest simbol nu se poate determina tipul de rezistență - se folosesc simboluri BRE similare, de exemplu varistori (rezistența este determinată de tensiunea aplicată) și alte elemente.
Uneori, un simbol suplimentar este atașat la UGO, indicând categoria termistorului:
- NTC pentru celulele cu un TCS negativ;
- PTC pentru posistoare.
Această caracteristică este uneori indicată prin săgeți:
- unidirecțională pentru CTP;
- omnidirecțional pentru NTC.
Denumirea literelor poate fi diferită - R, RK, TH, etc.
Cum să testați un termistor pentru funcționarea corectă
Prima verificare a funcționării unui termistor constă în măsurarea rezistenței nominale cu ajutorul unui multimetru standard. Dacă se măsoară la temperatura camerei, care nu diferă prea mult de +25 °C, rezistența măsurată nu trebuie să difere semnificativ de cea indicată pe carcasă sau în documentație.
În cazul în care temperatura ambiantă este mai mare sau mai mică decât valoarea specificată, trebuie efectuată o mică corecție.
Se poate încerca să se ia caracteristica de temperatură a unui termistor - pentru a o compara cu cea din documentație sau pentru a o reconstitui pentru o componentă de origine necunoscută.
Există trei temperaturi disponibile pentru a crea cu suficientă precizie fără instrumente de măsurare:
- gheață care se topește (poate fi luată dintr-un frigider) - în jur de 0 °C;
- corpul uman - aproximativ 36 °C;
- apă clocotită - aproximativ 100 °C.
În funcție de aceste puncte, este posibil să se traseze o dependență aproximativă a rezistenței de temperatură, dar pentru posistoare s-ar putea să nu funcționeze - pe graficul TCS, există zone în care R nu este definit de temperatură (sub temperatura de referință). Dacă este disponibil un termometru, este posibil să se ia o caracteristică cu mai multe puncte - coborând termistorul în apă și încălzindu-l. Rezistența se măsoară la fiecare 15...20 de grade, iar valoarea trebuie să fie reprezentată grafic. În cazul în care este necesar să se citească parametrii la peste 100 de grade, se poate folosi ulei (de exemplu, ulei de mașină sau ulei de transmisie) în loc de apă.
Diagrama prezintă dependențele tipice ale rezistenței de temperatură - linia continuă este pentru PTC, iar linia punctată este pentru NTC.
Unde se utilizează
Cea mai evidentă aplicație pentru termistori este ca senzori de temperatură. Atât termistoarele NTC, cât și cele PTC sunt potrivite în acest scop. Trebuie doar să selectați elementul în funcție de zona de lucru și să luați în considerare caracteristica termistorului din dispozitivul de măsurare.
Este posibil să se construiască un releu termic - atunci când rezistența (mai exact, căderea de tensiune pe aceasta) este comparată cu valoarea stabilită și ieșirea este comutată atunci când pragul este depășit. Un astfel de dispozitiv poate fi utilizat ca dispozitiv de monitorizare termică sau ca detector de incendiu. Senzorii de temperatură se bazează pe fenomenul de încălzire indirectă, în care termistorul este încălzit de o sursă externă.
Încălzire directă - termistorul este încălzit de curentul care trece prin el. Rezistențele NTC pot fi utilizate în acest mod pentru a limita curentul - de exemplu, la încărcarea condensatoarelor de mare capacitate la pornire și pentru a limita curentul de pornire a motoarelor etc. Elementele termodependente au o rezistență ridicată atunci când sunt reci. Atunci când un condensator este parțial încărcat (sau când un motor atinge viteza nominală), termistorul are timp să se încălzească din cauza curentului care circulă, rezistența sa va scădea și nu va mai afecta funcționarea circuitului.
În același mod, puteți prelungi durata de viață a unui bec cu incandescență punând un termistor în serie cu acesta. Acest lucru va limita curentul în cel mai dificil moment - când porniți tensiunea (acesta este momentul în care majoritatea becurilor cedează). După ce s-a încălzit, nu va mai avea niciun efect asupra becului.
În schimb, termistoarele cu caracteristică pozitivă sunt utilizate pentru a proteja motoarele electrice în timpul funcționării. În cazul în care curentul înfășurării crește din cauza unui blocaj al motorului sau a unei sarcini a arborelui care depășește sarcina, rezistența PTC se va încălzi și va limita acest curent.
Termistorii cu un PTC negativ pot fi, de asemenea, utilizați ca compensatori de căldură pentru alte componente. De exemplu, dacă un termistor NTC cu un PTC pozitiv este introdus în paralel cu rezistența de reglare a modului tranzistorului, variația de temperatură va afecta fiecare componentă în mod opus. Ca urmare, efectul de temperatură este compensat și punctul de funcționare al tranzistorului nu este deplasat.
Există dispozitive combinate numite termistori cu încălzire indirectă. Un element dependent de temperatură și un încălzitor sunt amplasate în aceeași carcasă a unui astfel de element. Există un contact termic între ele, dar sunt izolate galvanic. Prin variația curentului prin încălzitor, rezistența poate fi controlată.
Termistori cu caracteristici diferite sunt utilizați pe scară largă în tehnologie. În plus față de aplicațiile standard, domeniul lor de operare poate fi extins. Totul este limitat doar de imaginația și calificările designerului.
Articole conexe:
