Thermistor er en enhed designet til at måle temperatur, og som består af et halvledermateriale, som i høj grad ændrer sin modstand med en lille ændring i temperaturen. Generelt har termistorer negative temperaturkoefficienter, hvilket betyder, at deres modstand falder med stigende temperatur.
Generel karakteristik af termistor
Ordet "termistor" er en forkortelse for dets fulde term: termisk følsom modstand. Denne enhed er en nøjagtig og letanvendelig sensor til temperaturændringer. Generelt er der to typer termistorer: negativ temperaturkoefficient og positiv temperaturkoefficient. Oftest bruges den første type til at måle temperatur.
Betegnelsen for termistoren i det elektriske kredsløb er vist på billedet.
Termistormaterialet er metaloxider med halvlederegenskaber. Under produktionen får disse enheder følgende form:
- disk;
- stang;
- kugleformet som en perle.
Termistoren er baseret på princippet om stærkændring i modstand med en lille ændring i temperatur. Samtidig opretholdes en konstant spænding ved en given strømstyrke i kredsløbet og en konstant temperatur.
For at bruge enheden er den forbundet til et elektrisk kredsløb, for eksempel til en Wheatstone-bro, og strømmen og spændingen på enheden måles. Ifølge Ohms simple lov bestemmer R=U/I modstanden. Dernæst ser de på kurven for modstandsafhængighed af temperatur, ifølge hvilken det er muligt at sige præcis, hvilken temperatur den resulterende modstand svarer til. Når temperaturen ændres, ændres modstandsværdien dramatisk, hvilket gør det muligt at bestemme temperaturen med høj nøjagtighed.
Termistormateriale
Materialet i langt de fleste termistorer er halvlederkeramik. Fremstillingsprocessen består i sintring af pulvere af nitrider og metaloxider ved høje temperaturer. Resultatet er et materiale, hvis oxidsammensætning har den generelle formel (AB)3O4 eller (ABC)3O4, hvor A, B, C er metalliske kemiske grundstoffer. De mest brugte er mangan og nikkel.
Hvis termistoren forventes at fungere ved temperaturer under 250 °C, er magnesium, kobolt og nikkel inkluderet i den keramiske sammensætning. Keramik af denne sammensætning viser stabiliteten af fysiske egenskaber i det specificerede temperaturområde.
En vigtig egenskab ved termistorer er deres specifikke ledningsevne (modstandens gensidige). Ledningsevne styres ved at tilføje småkoncentrationer af lithium og natrium.
Instrumentfremstillingsproces
Sfæriske termistorer fremstilles ved at påføre dem på to platintråde ved høj temperatur (1100°C). Tråden skæres derefter for at forme termistorkontakterne. En glasbelægning påføres det sfæriske instrument til forsegling.
I tilfælde af disktermistorer er processen med at skabe kontakter at afsætte en metallegering af platin, palladium og sølv på dem og derefter lodde den til termistorbelægningen.
Forskel fra platindetektorer
Udover halvledertermistorer er der en anden type temperaturdetektorer, hvis arbejdsmateriale er platin. Disse detektorer ændrer deres modstand, når temperaturen ændres på en lineær måde. For termistorer har denne afhængighed af fysiske størrelser en helt anden karakter.
Fordelene ved termistorer sammenlignet med platinmodstykker er som følger:
- Højere modstandsfølsomhed over for temperaturændringer over hele driftsområdet.
- Højt niveau af instrumentstabilitet og gentagelighed af aflæsninger.
- Lille i størrelse til at reagere hurtigt på temperaturændringer.
Termistormodstand
Denne fysiske mængde falder med stigende temperatur, og det er vigtigt at overveje driftstemperaturområdet. For temperaturgrænser fra -55 °C til +70 °C anvendes termistorer med en modstand på 2200 - 10000 ohm. Til højere temperaturer skal du bruge enheder med en modstand større end 10 kOhm.
I modsætning til platindetektorer og termoelementer har termistorer ikke specifikke standarder for modstands- versus temperaturkurver, og der er en lang række modstandskurver at vælge imellem. Dette skyldes, at hvert termistormateriale, ligesom en temperatursensor, har sin egen modstandskurve.
Stabilitet og nøjagtighed
Disse instrumenter er kemisk stabile og nedbrydes ikke over tid. Termistorsensorer er blandt de mest nøjagtige temperaturmåleinstrumenter. Nøjagtigheden af deres målinger over hele driftsområdet er 0,1 - 0,2 °C. Bemærk venligst, at de fleste apparater fungerer inden for et temperaturområde på 0 °C til 100 °C.
Grundlæggende parametre for termistorer
De følgende fysiske parametre er grundlæggende for hver type termistor (afkodning af navne på engelsk er angivet):
- R25 - enhedens modstand i ohm ved stuetemperatur (25 °С). Det er nemt at kontrollere denne termistorkarakteristik ved hjælp af et multimeter.
- Tolerance for R25 - værdien af modstandsafvigelsestolerancen på enheden fra dens indstillede værdi ved en temperatur på 25 °С. Som regel overstiger denne værdi ikke 20 % af R25.
- Maks. Konstant strøm - maksimumværdien af strømmen i ampere, der kan strømme gennem enheden i lang tid. Overskridelse af denne værdi truer med et hurtigt fald i modstand og som følge heraf svigt af termistoren.
- Ca. R af Max. Strøm - denne værdi viser værdien af modstand i ohm, som enheden opnår, når den maksimale strøm passerer gennem den. Denne værdi skal være 1-2 størrelsesordener mindre end termistorens modstand ved stuetemperatur.
- Dissip. Coef. - en koefficient, der viser enhedens temperaturfølsomhed over for den effekt, den absorberer. Denne faktor angiver mængden af effekt i mW, som termistoren skal absorbere for at øge dens temperatur med 1 °C. Denne værdi er vigtig, fordi den viser, hvor meget strøm du skal bruge for at opvarme enheden til dens driftstemperatur.
- Termisk tidskonstant. Hvis termistoren bruges som startstrømbegrænser, er det vigtigt at vide, hvor lang tid det vil tage at køle ned, efter at strømmen er slukket, for at være klar til at tænde den igen. Da temperaturen på termistoren efter at den er slukket falder i henhold til en eksponentiel lov, introduceres begrebet "Thermal Time Constant" - den tid, hvor temperaturen på enheden falder med 63,2% af forskellen mellem driftstemperaturen på enheden og den omgivende temperatur.
- Maks. Belastningskapacitet i ΜF - mængden af kapacitans i mikrofarader, der kan aflades gennem denne enhed uden at beskadige den. Denne værdi er angivet for en bestemt spænding,f.eks. 220 V.
Hvordan testes termistoren for drift?
For en grov kontrol af termistoren for dens brugbarhed kan du bruge et multimeter og en almindelig loddekolbe.
Først og fremmest skal du tænde for modstandsmåletilstanden på multimeteret og forbinde termistorens udgangskontakter til multimeterterminalerne. I dette tilfælde er polariteten ligegyldig. Multimeteret vil vise en vis modstand i ohm, det skal registreres.
Så skal du tilslutte loddekolben og bringe den til en af termistorudgangene. Pas på ikke at brænde enheden. Under denne proces skal du observere aflæsningerne af multimeteret, det skal vise en jævnt faldende modstand, som hurtigt vil falde til en minimumsværdi. Minimumsværdien afhænger af typen af termistor og loddekolbens temperatur, norm alt er den flere gange mindre end værdien målt i begyndelsen. I dette tilfælde kan du være sikker på, at termistoren virker.
Hvis modstanden på multimeteret ikke har ændret sig eller tværtimod er faldet kraftigt, er enheden uegnet til dens brug.
Bemærk, at denne kontrol er grov. For nøjagtig test af enheden er det nødvendigt at måle to indikatorer: dens temperatur og den tilsvarende modstand, og derefter sammenligne disse værdier med dem, der er angivet af producenten.
Applications
Termistorer bruges i alle områder af elektronik, hvor det er vigtigt at overvåge temperaturforhold. Disse områder omfattercomputere, højpræcisionsudstyr til industrielle installationer og enheder til transmission af forskellige data. Så 3D-printerens termistor bruges som en sensor, der styrer temperaturen på varmesengen eller printhovedet.
En af de mest almindelige anvendelser for en termistor er at begrænse startstrøm, f.eks. når du tænder for en computer. Faktum er, at i det øjeblik, strømmen er tændt, aflades startkondensatoren, som har en stor kapacitet, og skaber en enorm strøm i hele kredsløbet. Denne strøm er i stand til at brænde hele chippen, så en termistor er inkluderet i kredsløbet.
Denne enhed havde stuetemperatur og en enorm modstand, da den blev tændt. En sådan modstand kan effektivt reducere strømstigningen på starttidspunktet. Yderligere opvarmes enheden på grund af strømmen, der passerer gennem den og frigivelsen af varme, og dens modstand falder kraftigt. Termistorens kalibrering er sådan, at computerchippens driftstemperatur får termistorens modstand til praktisk t alt nul, og der er intet spændingsfald over den. Efter at have slukket computeren, afkøles termistoren hurtigt og genopretter dens modstand.
Så det er både omkostningseffektivt og ret simpelt at bruge en termistor til at begrænse startstrømmen.
Eksempler på termistorer
I øjeblikket er der en bred vifte af produkter til salg, her er egenskaberne og anvendelsesområderne for nogle af dem:
- Thermistor B57045-K med møtrikfastgørelse, har en nominel modstand på 1kOhm med en tolerance på 10 %. Anvendes som temperaturmålingssensor i forbruger- og bilelektronik.
- B57153-S diskinstrument, har en maksimal nominel strømstyrke på 1,8 A ved 15 ohm ved stuetemperatur. Bruges som startstrømbegrænser.
