Το Thermistor είναι μια συσκευή σχεδιασμένη για τη μέτρηση της θερμοκρασίας και αποτελείται από ένα ημιαγωγό υλικό, το οποίο αλλάζει πολύ την αντίστασή του με μια μικρή αλλαγή στη θερμοκρασία. Γενικά, τα θερμίστορ έχουν αρνητικούς συντελεστές θερμοκρασίας, που σημαίνει ότι η αντίστασή τους μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.
Γενικό χαρακτηριστικό του θερμίστορ
Η λέξη "θερμίστορ" είναι σύντομη για τον πλήρη όρο της: θερμικά ευαίσθητη αντίσταση. Αυτή η συσκευή είναι ένας ακριβής και εύχρηστος αισθητήρας για τυχόν αλλαγές θερμοκρασίας. Γενικά, υπάρχουν δύο τύποι θερμίστορ: αρνητικός συντελεστής θερμοκρασίας και θετικός συντελεστής θερμοκρασίας. Τις περισσότερες φορές, ο πρώτος τύπος χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας.
Η ονομασία του θερμίστορ στο ηλεκτρικό κύκλωμα φαίνεται στη φωτογραφία.
Το υλικό των θερμίστορ είναι οξείδια μετάλλων με ημιαγωγικές ιδιότητες. Κατά την παραγωγή, δίνεται σε αυτές τις συσκευές η ακόλουθη μορφή:
- disc;
- ράβδος;
- σφαιρικό σαν μαργαριτάρι.
Το θερμίστορ βασίζεται στην αρχή του ισχυρούαλλαγή στην αντίσταση με μια μικρή αλλαγή στη θερμοκρασία. Ταυτόχρονα, σε δεδομένη ένταση ρεύματος στο κύκλωμα και σταθερή θερμοκρασία, διατηρείται σταθερή τάση.
Για να χρησιμοποιήσετε τη συσκευή, συνδέεται σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, για παράδειγμα, σε μια γέφυρα Wheatstone και μετράται το ρεύμα και η τάση στη συσκευή. Σύμφωνα με τον απλό νόμο του Ohm R=U/I προσδιορίζουμε την αντίσταση. Στη συνέχεια, εξετάζουν την καμπύλη εξάρτησης της αντίστασης από τη θερμοκρασία, σύμφωνα με την οποία είναι δυνατόν να πούμε ακριβώς σε ποια θερμοκρασία αντιστοιχεί η αντίσταση που προκύπτει. Όταν η θερμοκρασία αλλάζει, η τιμή της αντίστασης αλλάζει δραματικά, γεγονός που καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας με υψηλή ακρίβεια.
Υλικό θερμίστορ
Το υλικό της συντριπτικής πλειοψηφίας των θερμίστορ είναι κεραμικά ημιαγωγών. Η διαδικασία κατασκευής του συνίσταται στη σύντηξη σκονών νιτριδίων και οξειδίων μετάλλων σε υψηλές θερμοκρασίες. Το αποτέλεσμα είναι ένα υλικό του οποίου η σύνθεση οξειδίου έχει τον γενικό τύπο (AB)3O4 ή (ABC)3O4, όπου τα Α, Β, Γ είναι μεταλλικά χημικά στοιχεία. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα είναι το μαγγάνιο και το νικέλιο.
Εάν το θερμίστορ αναμένεται να λειτουργεί σε θερμοκρασίες μικρότερες από 250 °C, τότε το μαγνήσιο, το κοβάλτιο και το νικέλιο περιλαμβάνονται στην κεραμική σύνθεση. Τα κεραμικά αυτής της σύνθεσης δείχνουν τη σταθερότητα των φυσικών ιδιοτήτων στο καθορισμένο εύρος θερμοκρασίας.
Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό των θερμίστορ είναι η ειδική αγωγιμότητά τους (το αντίστροφο αντίστασης). Η αγωγιμότητα ελέγχεται με την προσθήκη μικρώνσυγκεντρώσεις λιθίου και νατρίου.
Διαδικασία κατασκευής οργάνων
Τα σφαιρικά θερμίστορ κατασκευάζονται εφαρμόζοντάς τα σε δύο σύρματα πλατίνας σε υψηλή θερμοκρασία (1100°C). Στη συνέχεια το σύρμα κόβεται για να διαμορφωθούν οι επαφές του θερμίστορ. Μια γυάλινη επίστρωση εφαρμόζεται στο σφαιρικό όργανο για σφράγιση.
Στην περίπτωση των θερμίστορ δίσκου, η διαδικασία δημιουργίας επαφών είναι η εναπόθεση ενός μεταλλικού κράματος πλατίνας, παλλαδίου και ασημιού πάνω τους και στη συνέχεια η συγκόλληση στην επίστρωση θερμίστορ.
Διαφορά από τους ανιχνευτές πλατίνας
Εκτός από τα θερμίστορ ημιαγωγών, υπάρχει ένας άλλος τύπος ανιχνευτών θερμοκρασίας, το υλικό εργασίας των οποίων είναι η πλατίνα. Αυτοί οι ανιχνευτές αλλάζουν την αντίστασή τους καθώς η θερμοκρασία αλλάζει με γραμμικό τρόπο. Για τα θερμίστορ, αυτή η εξάρτηση των φυσικών μεγεθών έχει εντελώς διαφορετικό χαρακτήρα.
Τα πλεονεκτήματα των θερμίστορ σε σύγκριση με τα αντίστοιχα πλατίνα είναι τα εξής:
- Υψηλότερη ευαισθησία αντίστασης στις αλλαγές θερμοκρασίας σε όλο το εύρος λειτουργίας.
- Υψηλό επίπεδο σταθερότητας οργάνου και επαναληψιμότητα των μετρήσεων.
- Μικρό σε μέγεθος για να ανταποκρίνεται γρήγορα στις αλλαγές θερμοκρασίας.
Αντίσταση θερμίστορ
Αυτή η φυσική ποσότητα μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και είναι σημαντικό να λάβετε υπόψη το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας. Για όρια θερμοκρασίας από -55 °C έως +70 °C, χρησιμοποιούνται θερμίστορ με αντίσταση 2200 - 10000 ohms. Για υψηλότερες θερμοκρασίες, χρησιμοποιήστε συσκευές με αντίσταση μεγαλύτερη από 10 kOhm.
Σε αντίθεση με τους ανιχνευτές και τα θερμοστοιχεία πλατίνας, τα θερμίστορ δεν έχουν συγκεκριμένα πρότυπα για καμπύλες αντίστασης έναντι θερμοκρασίας και υπάρχει μεγάλη ποικιλία καμπυλών αντίστασης για να διαλέξετε. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε υλικό θερμίστορ, όπως ένας αισθητήρας θερμοκρασίας, έχει τη δική του καμπύλη αντίστασης.
Σταθερότητα και ακρίβεια
Αυτά τα όργανα είναι χημικά σταθερά και δεν αλλοιώνονται με την πάροδο του χρόνου. Οι αισθητήρες θερμίστορ είναι από τα πιο ακριβή όργανα μέτρησης θερμοκρασίας. Η ακρίβεια των μετρήσεών τους σε όλο το εύρος λειτουργίας είναι 0,1 - 0,2 °C. Λάβετε υπόψη ότι οι περισσότερες συσκευές λειτουργούν σε εύρος θερμοκρασίας από 0 °C έως 100 °C.
Βασικές παράμετροι θερμίστορ
Οι παρακάτω φυσικές παράμετροι είναι βασικές για κάθε τύπο θερμίστορ (δίνεται η αποκωδικοποίηση των ονομάτων στα αγγλικά):
- R25 - αντίσταση της συσκευής σε Ohms σε θερμοκρασία δωματίου (25 °C). Ο έλεγχος αυτού του χαρακτηριστικού θερμίστορ είναι απλός χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο.
- Ανοχή R25 - η τιμή της ανοχής απόκλισης αντίστασης στη συσκευή από την καθορισμένη τιμή της σε θερμοκρασία 25 °C. Κατά κανόνα, αυτή η τιμή δεν υπερβαίνει το 20% του R25.
- Μέγ. Ρεύμα σταθερής κατάστασης - μέγιστοτην τιμή του ρεύματος σε αμπέρ που μπορεί να ρέει μέσω της συσκευής για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η υπέρβαση αυτής της τιμής απειλεί με ταχεία πτώση της αντίστασης και, ως αποτέλεσμα, αστοχία του θερμίστορ.
- Περίπου. R του Max. Ρεύμα - αυτή η τιμή δείχνει την τιμή της αντίστασης σε Ohms, την οποία αποκτά η συσκευή όταν τη διέρχεται το μέγιστο ρεύμα. Αυτή η τιμή πρέπει να είναι 1-2 τάξεις μεγέθους μικρότερη από την αντίσταση του θερμίστορ σε θερμοκρασία δωματίου.
- Disip. Συντ. - ένας συντελεστής που δείχνει την ευαισθησία στη θερμοκρασία της συσκευής στην ισχύ που απορροφά. Αυτός ο παράγοντας δείχνει την ποσότητα ισχύος σε mW που χρειάζεται να απορροφήσει το θερμίστορ για να αυξήσει τη θερμοκρασία του κατά 1 °C. Αυτή η τιμή είναι σημαντική γιατί δείχνει πόση ενέργεια πρέπει να ξοδέψετε για να θερμάνετε τη συσκευή στη θερμοκρασία λειτουργίας της.
- Θερμική χρονική σταθερά. Εάν το θερμίστορ χρησιμοποιείται ως περιοριστής ρεύματος εισροής, είναι σημαντικό να γνωρίζετε πόσο χρόνο θα χρειαστεί να κρυώσει μετά την απενεργοποίηση του ρεύματος, προκειμένου να είστε έτοιμοι να το ενεργοποιήσετε ξανά. Δεδομένου ότι η θερμοκρασία του θερμίστορ μετά την απενεργοποίησή του μειώνεται σύμφωνα με έναν εκθετικό νόμο, εισάγεται η έννοια της "θερμικής χρονικής σταθεράς" - ο χρόνος κατά τον οποίο η θερμοκρασία της συσκευής μειώνεται κατά 63,2% της διαφοράς μεταξύ της θερμοκρασίας λειτουργίας του η συσκευή και η θερμοκρασία περιβάλλοντος.
- Μέγ. Χωρητικότητα φορτίου σε ΜF - η ποσότητα της χωρητικότητας σε μικροφαράδες που μπορεί να εκφορτιστεί μέσω αυτής της συσκευής χωρίς να την καταστρέψει. Αυτή η τιμή υποδεικνύεται για μια συγκεκριμένη τάση,π.χ. 220 V.
Πώς να δοκιμάσετε το θερμίστορ για λειτουργία;
Για έναν πρόχειρο έλεγχο του θερμίστορ ως προς τη λειτουργικότητά του, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα πολύμετρο και ένα κανονικό κολλητήρι.
Αρχικά, ενεργοποιήστε τη λειτουργία μέτρησης αντίστασης στο πολύμετρο και συνδέστε τις επαφές εξόδου του θερμίστορ στους ακροδέκτες του πολύμετρου. Σε αυτή την περίπτωση, η πολικότητα δεν έχει σημασία. Το πολύμετρο θα δείξει μια ορισμένη αντίσταση σε ohms, θα πρέπει να καταγραφεί.
Στη συνέχεια, πρέπει να συνδέσετε το κολλητήρι και να το φέρετε σε μία από τις εξόδους του θερμίστορ. Προσέξτε να μην κάψετε τη συσκευή. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, θα πρέπει να παρατηρήσετε τις ενδείξεις του πολύμετρου, θα πρέπει να εμφανίζει μια ομαλά φθίνουσα αντίσταση, η οποία θα κατακαθίσει γρήγορα σε κάποια ελάχιστη τιμή. Η ελάχιστη τιμή εξαρτάται από τον τύπο του θερμίστορ και τη θερμοκρασία του συγκολλητικού σιδήρου, συνήθως είναι αρκετές φορές μικρότερη από την τιμή που μετρήθηκε στην αρχή. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε να είστε σίγουροι ότι το θερμίστορ λειτουργεί.
Αν η αντίσταση στο πολύμετρο δεν έχει αλλάξει ή, αντίθετα, έχει πέσει απότομα, τότε η συσκευή είναι ακατάλληλη για χρήση.
Λάβετε υπόψη ότι αυτός ο έλεγχος είναι πρόχειρος. Για ακριβή έλεγχο της συσκευής, είναι απαραίτητο να μετρήσετε δύο δείκτες: τη θερμοκρασία της και την αντίστοιχη αντίσταση και στη συνέχεια να συγκρίνετε αυτές τις τιμέςμε αυτές που δηλώνει ο κατασκευαστής.
Εφαρμογές
Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται σε όλους τους τομείς των ηλεκτρονικών στους οποίους είναι σημαντικό να παρακολουθούνται οι συνθήκες θερμοκρασίας. Αυτές οι περιοχές περιλαμβάνουνυπολογιστές, εξοπλισμός υψηλής ακρίβειας για βιομηχανικές εγκαταστάσεις και συσκευές για τη μετάδοση διαφόρων δεδομένων. Έτσι, το θερμίστορ του τρισδιάστατου εκτυπωτή χρησιμοποιείται ως αισθητήρας που ελέγχει τη θερμοκρασία του θερμαντικού κρεβατιού ή της κεφαλής εκτύπωσης.
Μία από τις πιο κοινές χρήσεις ενός θερμίστορ είναι ο περιορισμός του ρεύματος εισροής, όπως κατά την ενεργοποίηση ενός υπολογιστή. Το γεγονός είναι ότι τη στιγμή που ενεργοποιείται η τροφοδοσία, ο πυκνωτής εκκίνησης, ο οποίος έχει μεγάλη χωρητικότητα, αποφορτίζεται, δημιουργώντας ένα τεράστιο ρεύμα σε ολόκληρο το κύκλωμα. Αυτό το ρεύμα είναι ικανό να κάψει ολόκληρο το τσιπ, επομένως ένα θερμίστορ περιλαμβάνεται στο κύκλωμα.
Αυτή η συσκευή τη στιγμή της ενεργοποίησης είχε θερμοκρασία δωματίου και τεράστια αντίσταση. Μια τέτοια αντίσταση μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά το κύμα ρεύματος τη στιγμή της εκκίνησης. Περαιτέρω, η συσκευή θερμαίνεται λόγω του ρεύματος που διέρχεται από αυτήν και της απελευθέρωσης θερμότητας και η αντίστασή της μειώνεται απότομα. Η βαθμονόμηση του θερμίστορ είναι τέτοια που η θερμοκρασία λειτουργίας του τσιπ υπολογιστή προκαλεί την αντίσταση του θερμίστορ πρακτικά μηδενική και δεν υπάρχει πτώση τάσης σε αυτό. Μετά την απενεργοποίηση του υπολογιστή, το θερμίστορ κρυώνει γρήγορα και αποκαθιστά την αντίστασή του.
Έτσι η χρήση ενός θερμίστορ για τον περιορισμό του ρεύματος εισροής είναι τόσο οικονομική όσο και αρκετά απλή.
Παραδείγματα θερμίστορ
Αυτή τη στιγμή, μια μεγάλη γκάμα προϊόντων είναι προς πώληση, εδώ είναι τα χαρακτηριστικά και οι τομείς χρήσης ορισμένων από αυτά:
- Thermistor B57045-K με κούμπωμα παξιμαδιών, έχει ονομαστική αντίσταση 1kOhm με ανοχή 10%. Χρησιμοποιείται ως αισθητήρας μέτρησης θερμοκρασίας σε ηλεκτρονικά είδη καταναλωτών και αυτοκινήτων.
- Το όργανο δίσκου B57153-S έχει μέγιστη ονομαστική ένταση ρεύματος 1,8 A στα 15 ohms σε θερμοκρασία δωματίου. Χρησιμοποιείται ως περιοριστής ρεύματος εισροής.
