Termistorul este un dispozitiv conceput pentru măsurarea temperaturii și constând dintr-un material semiconductor, care își modifică foarte mult rezistența la o mică modificare a temperaturii. În general, termistorii au coeficienți negativi de temperatură, ceea ce înseamnă că rezistența lor scade odată cu creșterea temperaturii.
Caracteristica generală a termistorului
Cuvântul „termistor” este prescurtarea termenului său complet: rezistor sensibil termic. Acest dispozitiv este un senzor precis și ușor de utilizat pentru orice schimbări de temperatură. În general, există două tipuri de termistori: coeficient de temperatură negativ și coeficient de temperatură pozitiv. Cel mai adesea, primul tip este folosit pentru a măsura temperatura.
Desemnarea termistorului din circuitul electric este prezentată în fotografie.
Materialul termistorilor sunt oxizi metalici cu proprietăți semiconductoare. În timpul producției, aceste dispozitive primesc următoarea formă:
- disc;
- rod;
- sferic ca o perlă.
Termistorul se bazează pe principiul puterniculuimodificarea rezistenței cu o mică modificare a temperaturii. În același timp, la o putere dată de curent în circuit și o temperatură constantă, se menține o tensiune constantă.
Pentru a utiliza dispozitivul, acesta este conectat la un circuit electric, de exemplu, la un pod Wheatstone, iar curentul și tensiunea de pe dispozitiv sunt măsurate. Conform legii simple a lui Ohm R=U/I determină rezistența. În continuare, se uită la curba de dependență a rezistenței de temperatură, conform căreia se poate spune exact la ce temperatură îi corespunde rezistența rezultată. Când temperatura se schimbă, valoarea rezistenței se modifică dramatic, ceea ce face posibilă determinarea temperaturii cu mare precizie.
Material termistor
Materialul marii majorități a termistorilor este ceramica semiconductoare. Procesul de fabricare constă în sinterizarea pulberilor de nitruri și oxizi metalici la temperaturi ridicate. Rezultatul este un material a cărui compoziție de oxid are formula generală (AB)3O4 sau (ABC)3O4, unde A, B, C sunt elemente chimice metalice. Cele mai utilizate sunt manganul și nichelul.
Dacă se preconizează că termistorul va funcționa la temperaturi mai mici de 250 °C, atunci magneziul, cob altul și nichelul sunt incluse în compoziția ceramică. Ceramica din această compoziție arată stabilitatea proprietăților fizice în intervalul de temperatură specificat.
O caracteristică importantă a termistorilor este conductivitatea lor specifică (reciproca de rezistență). Conductibilitatea este controlată prin adăugarea de miciconcentrații de litiu și sodiu.
Proces de fabricare a instrumentelor
Termistorii sferici sunt fabricați prin aplicarea lor pe două fire de platină la temperatură ridicată (1100°C). Firul este apoi tăiat pentru a forma contactele termistorului. Un strat de sticlă este aplicat instrumentului sferic pentru etanșare.
În cazul termistoarelor cu disc, procesul de realizare a contactelor este de a depune pe acestea un aliaj metalic de platină, paladiu și argint, apoi lipirea acestuia pe stratul termistorului.
Diferența față de detectoarele de platină
Pe lângă termistorii cu semiconductori, există un alt tip de detectoare de temperatură, al căror material de lucru este platina. Acești detectori își schimbă rezistența pe măsură ce temperatura se schimbă într-un mod liniar. Pentru termistori, această dependență a cantităților fizice are un caracter complet diferit.
Avantajele termistorilor față de omologii din platină sunt următoarele:
- Rezistență mai mare la schimbările de temperatură pe întregul interval de funcționare.
- Nivel ridicat de stabilitate a instrumentului și repetabilitate a citirilor.
- De dimensiuni mici pentru a răspunde rapid la schimbările de temperatură.
Rezistența termistorului
Această cantitate fizică scade odată cu creșterea temperaturii și este important să se ia în considerare intervalul de temperatură de funcționare. Pentru limitele de temperatură de la -55 °C la +70 °C, se folosesc termistori cu o rezistență de 2200 - 10000 ohmi. Pentru temperaturi mai ridicate, utilizați dispozitive cu o rezistență mai mare de 10 kOhm.
Spre deosebire de detectoarele și termocuplurile de platină, termistoarele nu au standarde specifice pentru curbele de rezistență față de temperatură și există o mare varietate de curbe de rezistență din care să alegeți. Acest lucru se datorează faptului că fiecare material termistor, ca un senzor de temperatură, are propria sa curbă de rezistență.
Stabilitate și precizie
Aceste instrumente sunt stabile din punct de vedere chimic și nu se degradează în timp. Senzorii cu termistori sunt printre cele mai precise instrumente de măsurare a temperaturii. Precizia măsurătorilor lor pe întregul interval de funcționare este de 0,1 - 0,2 °C. Vă rugăm să rețineți că majoritatea aparatelor funcționează într-un interval de temperatură de la 0 °C la 100 °C.
Parametrii de bază ai termistorilor
Următorii parametri fizici sunt de bază pentru fiecare tip de termistor (se oferă decodificarea numelor în engleză):
- R25 - rezistența dispozitivului în Ohmi la temperatura camerei (25 °С). Verificarea acestei caracteristici a termistorului este simplă folosind un multimetru.
- Toleranță de R25 - valoarea toleranței deviației rezistenței pe dispozitiv față de valoarea setată la o temperatură de 25 °С. De regulă, această valoare nu depășește 20% din R25.
- Max. Curent în stare de echilibru - maximvaloarea curentului în amperi care poate trece prin dispozitiv pentru o perioadă lungă de timp. Depășirea acestei valori amenință cu o scădere rapidă a rezistenței și, ca urmare, cu defecțiunea termistorului.
- Aprox. R de Max. Curent - această valoare arată valoarea rezistenței în Ohmi, pe care dispozitivul o dobândește atunci când trece curentul maxim prin el. Această valoare ar trebui să fie cu 1-2 ordine de mărime mai mică decât rezistența termistorului la temperatura camerei.
- Dissip. Coef. - un coeficient care arată sensibilitatea la temperatură a dispozitivului la puterea absorbită de acesta. Acest factor indică cantitatea de putere în mW pe care termistorul trebuie să o absoarbă pentru a-și crește temperatura cu 1 °C. Această valoare este importantă deoarece arată câtă energie trebuie să cheltuiți pentru a încălzi dispozitivul la temperatura de funcționare.
- Constantă de timp termică. Dacă termistorul este folosit ca limitator de curent de pornire, este important să știți cât timp va dura să se răcească după ce alimentarea este oprită, pentru a fi gata să-l porniți din nou. Deoarece temperatura termistorului după ce este oprit scade conform unei legi exponențiale, se introduce conceptul de „Constante de timp termică” - timpul în care temperatura dispozitivului scade cu 63,2% din diferența dintre temperatura de funcționare a dispozitivul și temperatura ambiantă.
- Max. Capacitate de sarcină în ΜF - cantitatea de capacitate în microfarad care poate fi descărcată prin acest dispozitiv fără a-l deteriora. Această valoare este indicată pentru o anumită tensiune,de exemplu, 220 V.
Cum se testează termistorul pentru funcționare?
Pentru o verificare brută a termistorului pentru funcționalitatea acestuia, puteți folosi un multimetru și un fier de lipit obișnuit.
În primul rând, porniți modul de măsurare a rezistenței pe multimetru și conectați contactele de ieșire ale termistorului la bornele multimetrului. În acest caz, polaritatea nu contează. Multimetrul va afișa o anumită rezistență în ohmi, ar trebui înregistrat.
Apoi trebuie să conectați fierul de lipit și să îl aduceți la una dintre ieșirile termistorului. Aveți grijă să nu ardeți dispozitivul. În timpul acestui proces, ar trebui să observați citirile multimetrului, acesta ar trebui să arate o rezistență în scădere ușor, care se va stabili rapid la o valoare minimă. Valoarea minimă depinde de tipul de termistor și de temperatura fierului de lipit, de obicei este de câteva ori mai mică decât valoarea măsurată la început. În acest caz, puteți fi sigur că termistorul funcționează.
Dacă rezistența multimetrului nu s-a schimbat sau, dimpotrivă, a scăzut brusc, atunci dispozitivul nu este potrivit pentru utilizarea sa.
Rețineți că această verificare este neplăcută. Pentru testarea precisă a dispozitivului, este necesar să se măsoare doi indicatori: temperatura acestuia și rezistența corespunzătoare, apoi să compare aceste valori cu cele declarate de producător.
Aplicații
Termistorii sunt utilizați în toate domeniile electronice în care este important să monitorizați condițiile de temperatură. Aceste zone includcalculatoare, echipamente de în altă precizie pentru instalații industriale și dispozitive pentru transmiterea diferitelor date. Prin urmare, termistorul imprimantei 3D este folosit ca senzor care controlează temperatura patului de încălzire sau a capului de imprimare.
Una dintre cele mai frecvente utilizări pentru un termistor este limitarea curentului de pornire, cum ar fi atunci când porniți un computer. Cert este că în momentul în care este pornită puterea, condensatorul de pornire, care are o capacitate mare, este descărcat, creând un curent uriaș în întregul circuit. Acest curent este capabil să ardă întregul cip, așa că un termistor este inclus în circuit.
Acest dispozitiv la momentul pornirii avea temperatura camerei și o rezistență uriașă. O astfel de rezistență poate reduce în mod eficient creșterea curentului în momentul pornirii. În plus, dispozitivul se încălzește din cauza curentului care trece prin el și a eliberării de căldură, iar rezistența sa scade brusc. Calibrarea termistorului este de așa natură încât temperatura de funcționare a cipului computerului determină rezistența termistorului practic la zero și nu există nicio cădere de tensiune pe el. După oprirea computerului, termistorul se răcește rapid și își restabilește rezistența.
Deci folosirea unui termistor pentru a limita curentul de pornire este atât rentabilă, cât și destul de simplă.
Exemple de termistori
În prezent, o gamă largă de produse sunt la vânzare, iată care sunt caracteristicile și domeniile de utilizare ale unora dintre ele:
- Termistor B57045-K cu fixare cu piuliță, are o rezistență nominală de 1kOhm cu o toleranță de 10%. Folosit ca senzor de măsurare a temperaturii în electronice de larg consum și auto.
- Instrument cu disc B57153-S, are un curent nominal maxim de 1,8 A la 15 ohmi la temperatura camerei. Folosit ca limitator de curent de pornire.
