Site Loader

Содержание

5.5. Термисторы


Хермистор — это полупроводниковое термочувствительное сопротивление. При повышении температуры сопротивление тер-мистора резко уменьшается, а следовательно, увеличивается его электропроводность. Устройство некоторых термисторов приведено на рис. 96. Различают стержневые формы термисторов (рис. 96, а, б), сферические / и дисковые 2 (рис. 96, в).

Основное достоинство термисторов — большой температурный коэффициент сопротивления, равный 3-4% на градус (у платины и меди около 0,4% на градус). Малые габариты термисторов обеспечивают их небольшую тепловую инерционность, что важно при измерении сравнительно быстро меняющихся температур.

Термисторы могут быть изготовлены очень небольших размеров для измерения температур в миниатюрных приборах и в малодоступных местах. Обычное сопротивление термисторов, применяемых для измерения температур, составляет от 1 до 5 кОм. При таком значительном сопротивлении результаты измерений не зависят от длины соединительных проводов. Температурный диапазон применения термисторов составляет от -50 до +180 °С. Выпускают термисторы, работающие и до 450 «С. Измерительные схемы с использованием термисторов принципиально Не отличаются от схем с проволочными термометрами сопротивления. Следует учитывать только, что сопротивление термисторов с ростом температуры падает не линейно, а экспоненциально.

Основным параметром термистора является его вольтамперная характеристика (рис. 96, г). У небольших термисторов, имеющих малую тепловую инерцию, кривая U = f(I) имеет хорошо выраженный максимум, за которым следует падение напряжения с увеличением силы тока. При повышении температуры сопротивление термистора падает, а ток, проходящий через него, растет, что приводит к увеличению выделения энергии в Форме теплоты в самом термисторе. При некоторой температуре ток в измерительной схеме может возрасти настолько, что теплота, выделяемая в термисторе, не будет успевать отводиться,



Рис. 96. Устройство термисторов (о, 6, в) и их вольтамперная характеристика (г): а, б: 1 — вещество, обладающее электрическим сопротивлением; 2 — колпачки; 3 — защитный металлический чехол; 4 — стеклянный изолятор

а это приведет к дальнейшему разогреву и возрастанию тока, а следовательно, и увеличению погрешностей в измерении температуры. Поэтому каждый термистор имеет верхний температурный предел применимости. Для выбора рабочего режима тер-мистора снимают его вольтамперную характеристику. В соответствии с полученной характеристикой подбирают параметры измерительной схемы, которые отвечают левому участку кривой до точки максимума. При замене термистора прибор снова калибруют.

Другим недостатком термисторов является систематическое изменение сопротивления со временем и связанная с этим невысокая воспроизводимость показаний. При 100 «С показания термисторов воспроизводятся в интервале ±0,01 °С. Наибольшей стабильностью показаний термисторы обладают в интервал температур от -60 до +100 °С. Когда термистор помешают герметичный защитный чехол, стабильность их показаний возрастает, но при этом увеличивается их инерционность.

При длительном пользовании термистором измеряемая температура с точностью до 1 °С может воспроизводиться лишь при условии периодически повторяемой калибровки.

В качестве полупроводниковых датчиков температуры могут быть использованы также полупроводниковые диоды и транзисторы- При постоянном значении тока, протекающего в прямом управлении через переход транзистора, изменение напряжения на переходе практически линейно меняется с температурой. Датчиками могут быть как германиевые, так и кремниевые транзисторы.

 

К оглавлению


Температура термисторами — Справочник химика 21

    ПО ступеням так, чтобы выходное напряжение на мостике изменялось в достаточной степени линейно в зависимости от температур термистора Н з между —5 — -21° в интервалах по 6°. Напряжение па выходе мостика, которое может быть измерено с помощью потенциометра на 25 ом, регистрируется компенсационным самописцем, включенным через чувствительный усилитель с высоким (по сравнению со средним поперечным сопротивлением мостика) входным сопротивлением. Вследствие сравнительно низкого внутреннего сопротивления самописца использовался усилитель со стабилизированным питанием такого типа, как применяется в аналогичных счетных устройствах и используется для интегрирования измеряемых величин, полученных методом газовой хроматографии, магнитного протонного резонанса, инфракрасной спектроскопии и т. д. [9]. Мостик после тщательного определения температурной функции термистора настраивался так, что при коэффициенте компенсационного усилителя 1 20 (входное сопротивление 500 ком, переходное сопротивление 10 мом) самописец на 25 мв (со шкалой на 100 делений) с изменением температуры на 0,1° показывал полный отброс стрелки, что соответствует максимальной чувствительности в 10 градуса на 1 деление шкалы. 
[c.135]

    В основе измерения лежит изменение сопротивления термистора с изменением температуры. Термистор (МТ-54) представляет собой полупроводниковый маленький шарик, к которому припаяны два электрода. Полупроводниковый материал, из которого изготовлен термистор, имеет высокий температурный коэффициент и, таким образом, его сопротивление очень чувствительно к изменению температуры. Термистор включают в схему электрического моста Уитстона (рис. 2). Мост будет сбалансирован,если 
[c.8]

    Чувствительность прибора может быть существенно повышена при использовании в качестве температурных датчиков терморезисторов, сопротивление которых сильно зависит от температуры. Термисторы имеют высокий температурный коэффициент, достигающий 5 % при 25 °С, большое удельное сопротивление, они просты и удобны в эксплуатации, имеют малые размеры, доступны, что делает их перспективными в прецизионной термо- 

[c.297]

    Изменение температуры термистора измерительной камеры в зависимости от теплопроводности смеси вызывает разбаланс электрического моста, записываемый регистратором в виде пика, высота или площадь которого пропорциональна концентрации компонента в анализируемой смеси. [c.50]

    Термисторы изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов, например, МпО, СоО, NiO, uO легированных Ge и Si Si полупроводниковых материалов типа стеклообразных полупроводников и других материалов. По номинальному значению рабочих температур термисторы разделяют на низкотемпературные (рассчитанные на работу при температурах ниже -100 °С), среднетемпературные (-100. .. 250 °С) и высокотемпературные (свыше 250 °С). Кроме того, существуют термисторы, работающие при 4,2 К и ниже, а также при температурах 650. .. 1000 °С. Наиболее широко используются среднетемпературные термисторы с ТКС -2,4. .. -8,4 % К и номинальным сопротивлением 1. .. 10 Ом. 

[c.554]

    Сопоставляя наблюдаемые и рассчитанные теоретически повышения температуры термисторов, Харрис и Нэш [44] рассчитали термический коэффициент полезного действия предложенной ими системы, который, в общем, составляет 35%, хотя в зависимости от природы применяемого газа может слегка варьировать. Такая относительно низкая эффективность связана с целым рядом меха- 

[c.208]

    Основными узлами криоскопа являются криоскопическая ячейка с хорошей теплоизоляцией, мешалка и чувствительное устройство для измерения температуры (термисторы или термопары). [c.101]

    При прохождении газа-носителя через обе камеры условия теплопередачи от термисторов к стенкам камеры почти одинаковы, В это время устанавливается баланс мостовой схемы и нулевое положение каретки с пером регистратора. Как только в измерительную камеру начнут поступааь компоненты анализируемой смеси, теплопроводность которой отличается от теплопроводности чистого газа-носителя, изменится температура термистора измерительной камеры соответственно его сопротивлению, из-за чего нарушится баланс моста. Прохождение через детектор анализируемой смеси записывает регистратор в виде пика, площадь или высота которого пропорциональны концентрации компонентов. Выводы тер- 

[c.165]


    Попытки измерить температуру термисторами не дали положительных результатов вследствие нестабильности этих датчиков при высоком давлении. [c.188]

    Снова подставляя R jR = 7 — 1 для максимальной чувствительности, при небольшом изменении температуры термистора получим [c.223]

    Константа рассеяния. Константа рассеяния определяется как энергия (обычно в милливаттах), необходимая для повышения температуры термистора или другого элемента на 1° С выше температуры окружающей среды. Эта характеристика определяется площадью поверхности, весом и теплоемкостью шарика и теплопроводностью атмосферы. Поскольку термисторы мало отличаются по составу, шарики одинакового диаметра будут иметь одинаковые константы рассеяния. Небольшие, но измеримые различия могут возникнуть вследствие колебаний в толщине защитного стеклянного покрытия. При любых условиях константа рассеяния может определяться изменением напряжения и тока термистора. Напряжение и ток можно определить непосредственно на термисторе или рассчитать по току и напряжению, приложенным к мосту, и известным сопротивлениям моста при нулевом выходе. По значению величины р, которую дают фирмы, производящие термисторы, получим для константы рассеяния ф уравнение 

[c.230]

    В высокотемпературных термокондуктометрических детекторах применяются термисторы с высоким сопротивлением. Имеются термисторы с сопротивлением 10 и 10 ом они могут работать при температуре около 300° С. При таких температурах термисторы обладают еще достаточно высоким сопротивлением (>100 ом) и в отношении стабильности и воспроизводимости, по меньшей мере, эквивалентны металлическим нитям. Некоторые термисторные детекторы в лаборатории авторов работают при температуре ячейки 250° С в течение многих лет, и никаких существенных изменений в их поведении не наблюдается. Водород в данном случае неприменим, так как он быстро восстанавливает окиси металлов в термисторном шарике при температуре > 100°. Как и в случае металлических нитей, шумы увеличиваются с увеличением силы тока. [c.313]

    Поскольку очень важно, особенно в анализе следов, чтобы детектор работал при таком отношении сигнала к шуму, когда величину QQ можно наблюдать, шумы и длительный дрейф становятся важными факторами. Шумы являются функцией чувствительного элемента и электрической цепи, а дрейф — обычно функцией температуры. Термисторы по самой природе своей дают отношение сигнала к шуму в 5 раз выше, чем металлические нити [55]. [c.324]

    Джордан [34] сконструировал прибор для термометрического титрования, приспособленный главным образом для аналитических целей, в котором можно, однако, проводить и калориметрические измерения. Калориметр представляет собой обычный сосуд Дьюара, снабженный мешалкой, титратором, нагревателем и термистор-ным датчиком температуры. Термистор связан с мостиком Уитстона. Снимаемое с него напряжение непосредственно записывается на самописце. Ни калориметр, ни бюретка не термостатируются. Прибор предназначен для измерения теплоты реакции с небольшой степенью точности ( 1%). [c.60]

    Возможно дальнейшее упрощение уравнения для термисторной ячейки, но отсутствие достаточно точных данных констант рассеяния и различных потерь делает его практически нецелесообразным. Как будет показано ниже (при рассмотрении термисторов), оптимальная температура термистора на 40° выше температуры стенок ячейки, которая обычно известна. [c.224]

    При повышенных температурах термисторы теряют чувствительность, поэтому здесь применяются почти исключительно металлические нити. [c.72]

    Практическое значение термометрического титрования значительно возросло с применением в качестве датчиков температуры термисторов и использованием термостатированных поршневых бюреток или специальных устройств для автоматизированной подачи титранта в анализируемый раствор. [c.293]

    Чувствительными элементами могут служить также термисторы, изготавливающиеся из окислов марганца, никеля или кобальта в виде остеклованной бусинки диаметром 0,4 мм. Температурный коэффициент сопротивления термисторов примерно в 10 раз выше температурного коэффициента сопротивления платиновых или вольфрамовых нитей накала. При комнатной температуре термисторы значительно чувствительнее проволочных сопротивлений, но при повышении температуры их чувствительность заметно понижается (при нагревании на 30 °С — в 2 раза), поэтому при температуре выше 100°С рекомендуется использовать катарометры с металлическими нитями накала. [c.48]

    Практическое значение термометрического титрова яия значительно возросло с применением в качестве дат чиков температуры термисторов и использованием порш [c.179]

    Особого внимания заслуживает вопрос о кристаллизации воды при ее замерзании (образовании льда). Л. Н. Ефанов с соавторами отметили, что омагничивание воды и водных растворов анилина и сахарозы существенно (на 0,2°) изменяет их температуру замерзания. Это фиксируется только при измерении температуры термистором и, в гораздо меньшей степени термометром Бекмана [250, с. 104]. [c.72]


    Измерительный ток повышает температуру термистора и уменьшает его сопротивление. Для получения точных показаний рекомендуется измерять сопротивления потенциометром мощность, выделяемую в термисторе, следует ограничить величиной 2 10 5 вт. [c.306]

    Определить этим же методом термические характеристики кипящего слоя оказалось невозможным. При переходе через критическую скорость кр = 10 см/с по приведенным оценкам величины и а должны возрасти одновременно на три порядка и время достижения максимума Тщах должно сократиться от —70 с до —0,07 с, т. е. стать много меньше времени выделения теплоты источником, который тогда не может уже считаться мгновенным. Действительно, на опыте температуры термисторов круто поднимались за —0,5 с, а затем быстро падали. [c.126]

    Чувствительными элементами могут служить также термисторы, изготавливающиеся из оксидов марганца, ни eля или кобальта в виде остеклованной бусинки диаметром 0,4 мм. Температурный коэффициент сопротивления термисторов примерно в 10 раз выше температурного коэффициента сопротивления платиновых или вольфрамовых нитей накала При комнатной температуре термисторы значител1>но чувствительнее прозолочных сопротивлений, но при повышении температуры их чувствитель- [c.46]

    Недостатком такого способа измерения температуры является то обстоятельство, что работающий термистор вьщеляет тепло, повьпиающее его температуру (или, по крайней мере, температуру алюминиевого держателя) по сравнению с температурой эффузионной ячейки и ее мембраны. При изменении мощности эффузионного потока разница между температурой термистора и температурой мембраны ячейки также изменяется. [c.97]

    В каморах находятся чувствительные элементы детектора — точечные термисторы. Последние подогреваются постоянным током до темиературы, несколько иревышающей температуру в датчике. Если чороз камеры протекает газ одинакового состава, что соответствует положению крана, при котором через колонку пропускается чистый газ-поситель, то температура термисторов одинакова и мост находится в равновесии. [c.208]

    Потребителям прибора рекомендуется применять максимальную температуру ячейки в 250° и максимальную температуру термистора в 300°. Когда необходима более высокая температура, термисторы следует заменить нитями накала с соответствующей переделкой моста. Чувствительность детектора на термисторах сопротивлением 10 ом, измеренная для бензола, прп температуре ячмши для измерения теплопроводности в 240° составила по уравнению Димбата [4] величину 1900 мл ме/мг. Экспериментально было определено 20 частей бензола на миллион в пробе 20 мл н-понапа. [c.131]

    Разность температур между стенками детектора и чуЕСтвитоль-ными элементами достигается нагреванием последних током, питающим измерительную схему. Целесообразно поэтому рассмотреть одновременно и влияние тока детектора на его чувствительность. Есть существенная разница в том, применяются ли в качестве чувствительных элементов металлические нити или термисторы. Если у первых сигнал детектора непрерывно возрастает с увеличением тока, то при использовании термисторов он растет лишь до определенного его значения, а дальше начинает уменьшаться. Оказывается, имеется определенная область разности температур термисторов II стенок детектора, при которой чувствительность детектора наивысшая (см. рис. 31). Такой характер зависимости показывает целесообразность работы при токе детектора, соответствующем области плато . [c.71]

    При более высоких температурах термисторы с высоким oпpoтивлeниe ценнее, так как усиление сигнала (требуемое для достижения чувствительности в пределах нескольких частей на миллион для термисторов с низким сопротивлением) вызывает значительное повышение фона из-за спаянных соединений и др. [c.146]


Датчики и сенсоры онлайн журнал

 

 

Для определения сопротивления термистор включается в измерительную цепь, по изменению тока в той и судят о величине сопротивления. В зависимости от заданного уровня точности и стоимости калибровка термистора может проводиться на основе одной из известных аппроксимационных моделей.

При использовании термистора в качестве датчика абсолютной температуры предполагается, что при прохождении через него электрического тока, его собственная температура не изменится, что означает, что он не внесет в систему значительных тепловых возмущений, способных повлиять на точность измерений. В этом случае говорят, что термистор обладает «нулевой мощностью».
Далее будет отображено, как эффект саморазогрева сказывается на величине сопротивления терморезистора, но пока будем считать, что он приводит к появлению лишь незначительных погрешностей. При использовании термисторов в каких-либо измерительных системах необходимо знать их передаточные функции, которые являются аналитическими выражениями, связывающими величину сопротивления и температуру. Для описания передаточной функции термисторов были предложены несколько математических моделей. рекомендуется отметить, что все математические модели являются только аппроксимациями, и, как правило, чем проще модель, тем ниже ее точность. С другой стороны, при использовании более сложных моделей значительно усложняется калибровка термисторов. Все существующие модели термисторов построены на экспериментально доказанном факте, что логарифм сопротивления термистора связан с его абсолютной температурой следующей полиноминальной зависимостью:
Термисторы с положительным температурным коэффициентом Все металлы относятся к материалам с положительным температурным коэффициентом (ПТК). Из соответствующей таблицы Приложения видно, что все они обладают низкими значениями температурных коэффициентов сопротивления (ТКС). РДТ, описанные ранее, также имеют небольшой ПТК. В отличие от них многие керамические материалы в определенном температурном диапазоне обладают довольно значительными ПТК. термисторы с ПТК обычно изготавливаются на базе поликристаллических керамических материалов, основные компоненты которых (титанат бария или твердые растворы титаната бария и стронция), обладающие высоким удельным сопротивлением, легируются дополнительными примесями для придания им свойств полупроводников [8]. При температурах, превышающих точку Кюри композиционных материалов, их ферроэлектрические свойства меняются очень быстро, что приводит к значительному увеличению сопротивления, иногда на несколько порядков. На рис. 16.12 отображены передаточные характеристики для трех типов температурных детекторов: с ОТК, ПТК и РДТ. Как видно из рисунка, для термисторов с ПТК очень сложно подобрать математическую аппроксимацию, поэтому для них в документации обычно приводятся следующие характеристики: 1. Сопротивление при нулевой приложенной мощности, R25. При этом значении влияние эффекта саморазогрева незначительно. 2. Минимальное сопротивление Rm, при котором термистор меняет знак своего температурного коэффициента (точка т) 3. Температура перехода Tt, начиная с той начинается быстрое изменение сопротивления. Она приблизительно совпадает с точкой Кюри материала. Значения температуры перехода обычно лежат в интервале — 30…+160°С (Keystone Carbon Co.)
Этот коэффициент сильно зависит от температуры и часто определяется в точке х (т.е. там, где он обладает максимальным значением). Он может достигать значений 2/°С, что означает 200% изменение сопротивления на °С. 4. Максимальное напряжение Ет, соответствующее предельно допустимому значению, выдерживаемому термистором. 5. Тепловые характеристики: теплоемкость, коэффициент рассеяния 8 (определенный для заданных условий связи детектора с окружающей средой) и тепловая постоянная времени (характеризующая быстродействие термистора при определенных условиях) Рис. 16.12. Передаточные функции для термисторов с ОТК, ПТК и РДТ рекомендуется отметить, что для термисторов с ПТК важными факторами являются: температура окружающей среды и эффект саморазогрева. Любой из них влияет на положение рабочей точки термистора. На рис. 16.13 отображены вольтампер-ные характеристики термистора с ПТК при разных температурах окружающей среды, по которым можно оценить его температурную чувствительность. В соответствии с законом Ома обычный резистор с близким к нулю ТКС обладает линейной вольтамперной характеристикой. При ОТК коэффициент кривизны положительный, а при ПТК — отрицательный. При подключении термисторов с ОТК к идеальному источнику напряжения (обладающему практически нулевым выходным сопротивлением и способностью вырабатывать любой ток без изменения величины напряжения) явление саморазогрева, возникающее из-за рассеяния Джо-улева тепла, приводит к уменьшению сопротивления, что, в свою очередь, вызывает увеличение тока и большему нагреву детектора. Если термистор с ОТК имеет плохой теплоотвод, может произойти его перегрев и даже разрушение. В отличие от термисторов с ОТК, детекторы с ПТК при подключении к идеальным источникам напряжения ведут себя как саморегулирующиеся устройства. к примеру, нить накаливания раскаленной лампы не перегорает из-за того, что увеличение ее температуры ведет к росту сопротивления, ограничивающего ток. Эффект саморегулирования значителен в термисторах с ПТК. Термин термистор образовался в результате соединения двух слов: тепловой и резистор. Это название дано металл-оксидным детекторам, имеющим форму капель, стержней, цилиндров, прямоугольных пластин и толстых пленок. термисторы относятся к классу сенсоров абсолютной температуры, отображения которых соответствуют абсолютной температурной шкале. Все термисторы делятся на две категории: с отрицательным температурным коэффициентом (ОТК) и положительным температурным коэффициентом (ПТК) сопротивления. Для проведения прецизионных измерений используются термисторы только с ОТК.
Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления Обычные металоксидные термисторы обладают ОТК. Это значит, что при увеличении температуры их сопротивление падает. Сопротивление термисторов с ОТК, также как и любых других резисторов, определяется их физическими величиными и удельным сопротивлением материала. Зависимость между величиной сопротивления и температурой является сильно нелинейной. При проведении прецизионных измерений или при работе в широком температурном диапазоне нельзя напрямую использовать характеристики термисторов, приведенные в документации на них, поскольку типовые допуски на номинальные значения серийно выпускаемых изделий при температуре 25°С составляют порядка ±20%. Поэтому для достижения высокой точности измерений термисторы необходимо индивидуально калибровать в широком температурном диапазоне. Правда, существуют и прецизионные термисторы, характеристики которых в заводских условиях подгоняются методом шлифовки до требуемых размеров. Этот процесс проводится под непрерывным контролем за номинальными значениями сопротивлений при заданной температуре. Однако такая процедура настройки термисторов приводит к значительному повышению их стоимости. Поэтому на практике чаще применяется метод индивидуальной калибровки термисторов. В процессе калибровки измеряется сопротивление термистора при помещении его в среду точно известной температурой (для этих целей часто применяется камера с мешалкой, в которую может быть залита вода, но чаще минеральное масло или специальный состав, к примеру, Flourent®). Если требуется многоточечная калибровка, эта процедура выполняется при разных температурах. Естественно, что качество проведенной калибровки сильно зависит от точности эталонного термометра. Из рис. 16.13 видно, что в относительно узком температурном диапазоне, термистор с ПТК обладает отрицательным сопротивлением, т.е. Рис. 16.13. Вольтамперная характеристика детектора с ПТК В этой зоне устройства обладают внутренней отрицательной обратной связью, т.е. работают саморегулирующимися термостатами. При этом любой рост напряжения на термисторе приводит к выделению тепла, то, в свою очередь, вызывает увеличение сопротивления и уменьшению тепловых потерь, в результате чего возникает динамическое равновесие, позволяющее удерживать температуру устройства на постоянном уровне TQ (рис. 16.12). Эта температура соответствует точке х, в той касательная к кривой имеет максимальный наклон. рекомендуется отметить, что термисторы с ПТК обладают максимальной эффективностью при больших значениях Т0 (около 100°С), а при меньших температурах их эффективность (наклон характеристики /?(7) в точке х) резко падает. По своей физической природе термисторы с ПТК предпочтительнее использовать при температурах, значительно превышающих температуру окружающей среды. Приведем четыре примера применения термисторов с ПТК: 1. В устройствах защиты электронных схем термисторы с ПТК могут играть роль неразрушаемых предохранителей, реагирующих на токи, значения которых превышают допустимые уровни. На рис. 16.14А отображен термистор с ПТК, включенный последовательно с источником напряжения Е, подающего на нагрузку ток /. При комнатной температуре термистор обладает очень низким сопротивлением (порядка 10… 140 Ом). При токе / падение напряжения на нагрузке составляет V , а на термисторе — К . Считаем, что VL»Vx Мощность, рассеиваемая на термисторе: P — V i, отдается в окружающую среду. При этом температура термистора возрастает, но очень на небольшую величину. Однако при значительном увеличении окружающей температуры или сильном изменении тока нагрузки происходит резкий рост температуры термистора до величины Т, по достижении той его сопротивление начинает расти, что предотвращает дальнейшее увеличение тока. При коротком замыкании в нагрузке Vx = Е, а ток /’ падает до минимального значения. Это значение будет сохраняться до тех пор, пока сопротивление нагрузки не придет в норму, после чего, термистор восстановит свои исходные характеристики. Однако при этом необходимо выполнение условия Е<0.9Етах, иначе может произойти разрушение термистора. 2. В миниатюрных термостатах с саморазогревом (рис. 16.14Б), используемых в микроэлектронике, биомедицине, химических исследованиях и т.д, также используются термисторы с ПТК с соответственно подобранной температурой перехода. Термостат состоит из кюветы, теплоизолированной от окружающей среды и связанной с термистором. Для устранения сухого контакта между термистором и кюветой делают слой из специальной смазки.
где 8 — коэффициент рассеяния, зависящий от теплоизоляции термистора от окружающей среды, а Г — температура окружающей среды. Рабочая точка термостата определяется физическими свойствами керамического материала (точкой Кюри). Благодаря внутренней тепловой обратной связи, устройство может работать в сравнительно широком диапазоне напряжений и окружающих температур. Естественно, что окружающая температура должна быть всегда меньше Т. 3. термисторы с ПТК из-за большой длительности переходных процессов, определяемых временем между подачей напряжения и переходом устройства в рабочее состояние, часто требует подключения схем задержки. 4. Расходомеры и детекторы уровня жидких сред, работающие на принципе детектирования теплового рассеяния, также часто реализуются на основе тер-мисторов с ПТК. Рис. 16.14. Применение термисторов с ПТК: А — в схемах ограничения тока, Б — в микротермостатах
.

  Список тем   Назад   Вперед

 

 

Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями.

 

По вопросам размещения статей   пишите на email:

[email protected]

 

 

Типы термисторов, характеристики и принцип работы

Название термистора было придумано как сокращение от «термочувствительного резистора». Полная форма термистора дает общее и подробное представление о действии, которое является особенностью термистора.


Автор: С. Пракаш

Различные типы устройств, в которых используются термисторы, включают широкий спектр устройств, таких как датчики температуры и электронные схемы, в которых они обеспечивают температурную компенсацию.


Хотя термистор используется не так часто, как транзисторы, резисторы и конденсаторы обычной формы, электронное поле использует термисторы в больших масштабах.

Символ цепи термистора

Символ, который используется термистором для его распознавания, является собственным символом цепи.


Обозначение схемы термистора состоит из основания, которое состоит из стандартного прямоугольника резистора и диагональной линии, проходящей через основание и состоящей из вертикальной секции небольшого размера.

В принципиальных схемах широко используется условное обозначение термистора.

Типы термистора

Термисторы можно разделить на различные типы и категории на основе ряда различных способов.

Эти способы их классификации в первую очередь основаны на том, как термистор реагирует на воздействие тепла.

Сопротивление некоторых конденсаторов увеличивается с повышением температуры, в то время как противоположное наблюдается в других типах термисторов, что приводит к уменьшению сопротивления.

Эту идею можно расширить с помощью кривой термистора, которую можно изобразить уравнением простой формы:

Связь между сопротивлением и температурой

ΔR = k x & ΔT

Приведенное выше уравнение состоит из:

ΔR = наблюдаемое изменение сопротивления

ΔT = наблюдаемое изменение температуры

k = температурный коэффициент сопротивления первого порядка

В большинстве случаев существует нелинейная зависимость между сопротивлением и температурой. Но с различными небольшими изменениями сопротивления и температуры, также наблюдается изменение во взаимосвязи, и взаимосвязь приобретает линейный характер.

Значение «k» может быть положительным или отрицательным в зависимости от типа термистора.

Термистор NTC (термистор с отрицательным температурным коэффициентом): свойство термистора NTC позволяет ему уменьшать свое сопротивление с увеличением температуры, и, таким образом, коэффициент «k» для термистора NTC является отрицательным.

Термистор PTC (термистор с положительным температурным коэффициентом): свойство термистора NTC позволяет ему увеличивать свое сопротивление с увеличением температуры, и, таким образом, коэффициент «k» для термистора NTC является положительным.

Другой способ, которым термистор можно дифференцировать и классифицировать, помимо характеристики изменения сопротивления, зависит от типа материала, который используется для термистора. Используемый материал бывает двух основных типов:

Монокристаллические полупроводники

Металлические соединения, например оксиды.

Термистор: развитие и история

Явление изменения, наблюдаемого в резисторе из-за изменений температуры, было продемонстрировано в начале девятнадцатого века.

Существует много способов использования термистора до настоящего времени. Но большая часть этих термисторов страдает недостатком, заключающимся в том, что они способны демонстрировать очень малое изменение сопротивления в соответствии с большим диапазоном температур.

Использование полупроводников обычно подразумевается в термисторах, которые позволяют термисторам показывать большие изменения сопротивления в соответствии с большим диапазоном температур.

Материалы, которые используются для изготовления термистора, бывают двух типов, включая металлические соединения, которые были первыми материалами, открытыми для термистора.

В 1833 году, измеряя изменение сопротивления в зависимости от температуры сульфида серебра, Фарадей обнаружил отрицательный температурный коэффициент. Но коммерческое использование оксидов металлов в больших масштабах произошло только в 1940-х годах.

Исследование кремниевого термистора и термистора на кристалле германия проводилось после Второй мировой войны, в то время как проводилось исследование полупроводниковых материалов.

Хотя полупроводник и оксиды металлов относятся к двум типам термисторов, диапазоны температур, охватываемые ими, различны, и поэтому они не должны конкурировать.

Состав и конструкция термистора

На основе приложений, в которых должен использоваться термистор, а также диапазона температур, в котором термистор будет работать, решаются размеры, формы и тип материала, используемого для изготовления термистора.

В случаях, когда плоская поверхность должна постоянно контактировать с термистором, форма термистора в этих случаях имеет форму плоских дисков.

Если есть датчики температуры, для которых необходимо изготовить термистор, тогда форма термистора будет в виде стержней или бусинок. Таким образом, требования, предъявляемые к приложениям, в которых будет использоваться термистор, определяют фактическую физическую форму термистора.

Диапазон температур, для которых используется термистор типа оксида металла, составляет 200-700 К.

Компонент, который используется для производства этих термисторов, представляет собой мелкий порошок, который спекается и прессуется при очень высокой температуре.

Материалы, которые чаще всего используются для этих термисторов, включают оксид никеля, оксид железа, оксид марганца, оксид меди и оксид кобальта.

Температуры, при которых используются полупроводниковые термисторы, очень низкие. Кремниевые термисторы используются реже, чем германиевые термисторы, которые более широко используются для температур, находящихся в диапазоне ниже диапазона 100º от абсолютного нуля, то есть 100K.

Температура, при которой можно использовать кремниевый термистор, составляет максимум 250 К. Если температура повышается более чем на 250K, то на кремниевом термисторе устанавливается положительный температурный коэффициент. Монокристалл используется для изготовления термистора, в котором уровень легирования кристалла составляет 10 16 — 10 17 / см 3.

Применение термистора

Термистор может использоваться для множества различных типов приложений, и есть много других применений, в которых они используются.

Самая привлекательная особенность термисторов, которая делает их популярными для использования в схемах, заключается в том, что элементы, предоставляемые ими в схемах, очень рентабельны, поскольку они работают эффективно, но при этом доступны по низкой цене.

Тот факт, что температурный коэффициент отрицательный или положительный, определяет приложения, в которых можно использовать термистор.

В случае отрицательного температурного коэффициента термистор можно использовать в следующих случаях:

Термометры очень низкой температуры: термисторы используются для измерения температуры очень низких уровней в термометрах очень низкой температуры.

Цифровые термостаты: В современных цифровых термостатах термисторы широко и широко используются.

Мониторы аккумуляторных батарей: температура аккумуляторных блоков в течение всего периода их зарядки контролируется с помощью термисторов NTC.

Некоторые батареи, которые используются в современной промышленности, чувствительны к перезарядке, включая широко используемые литий-ионные батареи. В таких батареях их состояние зарядки эффективно указывается температурой и, таким образом, позволяет определить время, когда цикл зарядки должен быть прекращен.

Устройства защиты от пуска: в цепях питания используются Термисторы NTC в виде устройств, ограничивающих пусковой ток.

Термисторы NTC, выступая в качестве устройств защиты от бросков напряжения, предотвращают протекание большого количества тока в момент включения и обеспечивают начальный уровень высокого сопротивления.

После этого термистор нагревается, и, таким образом, исходный уровень сопротивления, обеспечиваемого им, существенно уменьшается, что позволяет протекать большим токам во время нормальной работы схемы.

Термисторы, используемые для этого приложения, спроектированы соответствующим образом, и поэтому их размер больше по сравнению с термисторами измерительного типа.

Если температурный коэффициент положительный, термистор можно использовать в следующих случаях:

Устройства ограничения тока: в электронных схемах используются термисторы PTC в виде устройств ограничения тока.

Термисторы PTC выступают в качестве альтернативного устройства для более часто используемых предохранителей. Нет никаких нежелательных или побочных эффектов, вызванных теплом, которое выделяется в небольших количествах, когда устройство испытывает ток в нормальных условиях.

Но в случае, если ток через устройство очень велик, это может привести к увеличению сопротивления, поскольку тепло не может рассеиваться в окружающей среде, поскольку устройство не может этого сделать.

Это приводит к выделению большего количества тепла, вызывая эффект положительной обратной связи. Устройство защищено от такого тепла и колебаний тока, так как падение тока наблюдается при увеличении сопротивления.

Области применения термисторов очень разнообразны. Термисторы можно использовать для измерения температуры надежным, дешевым (экономичным) и простым способом.

Различные устройства, в которых могут использоваться термисторы, включают термостаты и пожарную сигнализацию. Термисторы могут использоваться по отдельности вместе с другими устройствами. В последнем случае можно использовать термистор для обеспечения высокой точности, сделав его частью моста Уитстона.

Также термисторы используются в виде устройств температурной компенсации.

У большого процента резисторов наблюдается увеличение сопротивления, которое наблюдается при соответствующем повышении температуры из-за их положительного температурного коэффициента.

В случае, если приложения предъявляют высокие требования к стабильности, используется термистор с отрицательным температурным коэффициентом. Это достигается, когда схема включает термистор, чтобы противодействовать влиянию компонентов, вызванному их положительным температурным коэффициентом.

Предыдущая статья: Изучены типы резисторов и их рабочие различия Далее: Типы индукторов, классификация и принцип работы

Сопротивление при нагреве проводника. Влияние температуры на материалы и электротехнические изделия


Удельное сопротивление металлов при нагревании возрастает в итоге ускорения движения атомов в материале проводника с возрастанием температуры. Удельное сопротивление электролитов и угля при нагревании, напротив, миниатюризируется, потому что у этих материалов, не считая ускорения движения атомов и молекул, растет число свободных электронов и ионов в единице объема.

Некие сплавы, владеющие огромным удельным сопротивлением, чем составляющие их металлы, практически не меняют удельного сопротивления с нагревом (константан, манганин и др.). Это объясяняется неверной структурой сплавов и малым средним временем свободного пробега электронов.

Величина, показывающая относительное повышение сопротивления при нагреве материала на 1° (либо уменьшение при охлаждении на 1°), именуется температурным коэффициентом сопротивления .

Если температурный коэффициент обозначить через α , удельное сопротивление при to =20 о через ρ o , то при нагреве материала до температуры t1 его удельное сопротивление p1 = ρ o + αρ o (t1 — to) = ρ o(1 + (α (t1 — to))

и соответственно R1 = Ro (1 + (α (t1 — to))

Температурный коэффициент а для меди, алюминия, вольфрама равен 0,004 1/град. Потому при нагреве на 100° их сопротивление растет на 40%. Для железа α = 0,006 1/град, для латуни α = 0,002 1/град, для фехрали α = 0,0001 1/град, для нихрома α = 0,0002 1/град, для константана α = 0,00001 1/град, для манганина α = 0,00004 1/град. Уголь и электролиты имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Температурный коэффициент для большинства электролитов равен приблизительно 0,02 1/град.

Свойство проводников изменять свое сопротивления зависимо от температуры употребляется в указателях температуры сопротивления . Измеряя сопротивление, определяют расчетным методом окружающую температуру.Константан, манганин и другие сплавы, имеющие очень маленький температурный коэффициент сопротивления используют для производства шунтов и дополнительных сопротивлений к измерительным устройствам.


Пример 1. Как поменяется сопротивление Ro стальной проволоки при нагреве ее на 520°? Температурный коэффициент а железа 0,006 1/град. По формуле R1 = Ro + Ro α (t1 — to) = Ro + Ro 0,006 (520 — 20) = 4Ro , другими словами сопротивление стальной проволоки при нагреве ее на 520° вырастет в 4 раза.

Пример 2. Дюралевые провода при температуре -20° имеют сопротивление 5 ом. Нужно найти их сопротивление при температуре 30°.

R2 = R1 — αR1 (t2 — t1) = 5 + 0 ,004 х 5 (30 — (-20)) = 6 ом.

Свойство материалов изменять свое электронное сопротивление при нагреве либо охлаждении употребляется для измерения температур. Так, термосопротивления , представляющие из себя проволоку из платины либо незапятнанного никеля, вплавленные в кварц, используются для измерения температур от -200 до +600°. Полупроводниковые термосопротивления с огромным отрицательным коэффициентом используются для четкого определения температур в более узеньких спектрах.


Полупроводниковые термосопротивления, используемые для измерения температур именуют термисторами .

Термисторы имеют высочайший отрицательный температурный коэффициент сопротивления, другими словами при нагреве их сопротивление миниатюризируется. Термисторы делают из оксидных (подвергнутых окислению) полупроводниковых материалов, состоящих из консистенции 2-ух либо 3-х окислов металлов. Наибольшее распространение имеют медно-марганцевые и кобальто-марганцевые термисторы. Последние более чувствительны к температуре.

Школа для электрика

Страница 10 из 21

В электроустановках совместно работают изделия из различных материалов. Широко применяют: стали конструкционные и электротехнические, медь, алюминий, бронзу, латунь, свинец, олово, серебро, никель, золото, вольфрам, платину, сплавы различных металлов, уголь, графит, кабельную бумагу, резину, пряжу, поливинил хлорид, полиэтилен, текстолит, эбонит, фибру, смазочные и изоляционные масла, органическое и силикатное стекла, фарфор, клеи, лаки, замазки, битумы, кремниевые, селеновые, германиевые, медно-закисные полупроводники, электролиты кислотные и щелочные и т.д. Одним словом, трудно найти такой материал, который не применяется в электротехнике. И каждый из материалов обладает присущими только ему свойствами.
Свойства материалов определяют преимущественные области их применения, а также условия, при которых материалы применять нельзя. Резина, например, — превосходный изоляционный материал. Но если провода в резиновой изоляции проложить в местах, где имеется масло, резина размокнет. В этих условиях нужна пластмассовая изоляция. Или другой пример.
Провода с резиновой изоляцией нельзя непосредственно присоединять к нагревательным приборам, так как резина сгорит. Здесь нужна теплостойкая кремнийорганическая изоляция. Примеры можно приводить без конца.
Заводы — изготовители электротехнических изделий исходят из свойств материалов, но при ремонтах иногда прибегают к недопустимым заменам. Причины замен различны. В одних случаях просто не знают, что, например, латунью далеко не всегда можно заменять красную медь — типичный случай рассмотрен выше, в упражнении 20. В других случаях нет подходящего материала; например для сырого помещения нужна текстолитовая панель, а ее заменяют гетинаксовой, но гетинакс впитывает влагу, что сильно ухудшает изоляцию панели. В-третьих случаях соблазняются легкостью обработки: латунь сверлить легко, а красную медь трудно. 1,6 раза. Это следует из физического смысла удельной проводимости, которая есть не что иное, как длина проводника в метрах при сечении 1 мм 2 (единица сечения), при которой его сопротивление равно 1 Ом (единица сопротивления). В нашем примере, чтобы получить 1 Ом, надо взять либо 54 м медного, либо 32 м алюминиевого провода сечением 1 мм 2 .
При достаточно высокой температуре металлы и их сплавы плавятся, а органические вещества — уголь, бумага и др. — сгорают. Температуры плавления различных металлов и их сплавов различны. Например, температуры плавления (цифры округлены) вольфрама, стали, никеля, меди, серебра, латуни, алюминия, цинка, свинца, олова соответственно равны 3410, 1530, 1455,1083,981,900,658,419, 327,232 °С.
Как видно из приведенных данных, среди металлов есть и весьма тугоплавкие, например вольфрам, и легкоплавкие — свинец, олово, цинк. Из вольфрама изготовляют нити ламп накаливания (рабочая температура порядка 2500 °С) и контакты реле импульсного режима, коммутирующие с большой частотой электромагниты, обладающие значительной индуктивностью. В этих случаях токи обычно невелики и кратковременны, а контакты нагревает в основном искра, имеющая высокую температуру.
Из легкоплавких металлов, в основном из свинца, изготовляют плавкие вставки инерционных предохранителей; вставки пластинчатых предохранителей обычно цинковые.
Мягкими припоями являются: олово (чистое олово применяется только в особых случаях) и сплавы олова со свинцом. Так, например, оловянно-свинцовый припой ГЮС-40 содержит 40% олова. Важные сведения о паянии содержатся в упражнении 23.
Упражнение 23. Для соединения проводников широко применяются паяние и сварка.
Ответить на вопросы: 1. Чем принципиально отличается паяние от сварки? Привести примеры применения паяния и сварки. 2. Почему при паянии свинцовых кабельных муфт требуется особая осторожность? 3. В чем состоят достоинства и недостатки мягких припоев и как поступают, если их применение недопустимо? 4. Что такое флюс? 5. Почему перегретый паяльник «не паяет»? Что делают опытные монтеры в промежутках между паяниями?
Ответы. 1. Паяние это соединение частей изделия посредством расплавленного металла припоя. При паянии соединяемые части изделия не плавятся, а плавится только припой, имеющий более низкую температуру плавления. Таким образом, между соединяемыми частями непосредственного соединения нет. Сварка процесс соединения металлов либо путем их местного сплавления, либо путем совместного пластического деформирования, в результате которого возникают прочные связи между атомами соединяемых металлов. Типичные примеры паяния: присоединение медных проводников к выводам разъемов, контактным пластинам реле, полупроводниковым диодам и т.п. Алюминий тоже спаивают, но паяние алюминия.значительно сложнее и требует специального припоя. Спаривают алюминиевые проводники сварка плавлением, например в разветвительных коробках осветительных сетей. Соединения шин и ответвления от них выполняют холодной сваркой, т.е. сваркой давлением.
Температура плавления свинца немного выше температуры плавления припоя, из-за чего при паянии легко перегреть и расплавить свинцовую оболочку кабеля.
Маять мягкими оловянно-сиинцовыми припоями легко, но они недостаточно механически прочны. Следовательно, соединяемые части изделия. если возможно возникновение механических нагрузок, надо перед паянием скрепить (скрутить проводники, пропустить их через отверстия в хвостовиках контактных пружин реле, разъемов и т.п.).
Кроме того, если возможно в аварийных режимах сильное нагревание мест спайки, то припой может размягчиться, а нагретая поверхность окислиться. После остывания припоя соединение уже не получится, потому что в данном случае нет флюса.
Если требуется высокая механическая прочность или возможно сильное повышение температуры, то применяют твердые припои, например на основе латуни. Но температура паяния в этом случае значительно выше.
Флюс — вещество, которое в расплавленном состоянии растворяет окислы, т.е. очищает спаиваемые поверхности. Неочищенные поверхности не спаиваются. При паянии меди, латуни, бронзы мягкими припоями флюсом служит канифоль. При паянии стали канифоль не применима. Приходится пользоваться соляной кислотой, травленной, цинком. После паяния с кислотой вес места, куда она могла попасть, надо тщательно промыть, иначе проводники будут разъедаться.
Вели паяльник перегреть, то канифоль начинает гореть и вместо того, чтобы очищать поверхность, загрязняет ее. Чтобы паяльник не перегревался (при пайке он не перегревается, так как теплота уходит на расплавление припоя), его кладут на металлический предмет, который и отводит излишнюю теплоту.
Некоторые металлы в расплавленном состоянии растворяют более тугоплавкие металлы. Так, расплавленное олово растворяет медь. Это явление используется при изготовлении из медной проволоки плавких вставок предохранителей. На медную проволоку наплавляют шарик из олова. При нагревании до температуры значительно более низкой, чем температура плавления меди, шарик плавится и растворяет медь: предохранитель быстро перегорает.
Сплавляя различные металлы в строго определенных пропорциях, получают сплавы с необходимыми свойствами. Так, например, нихром и фехраль могут работать при температурах порядка 1000 °С, поэтому их применяют в электронагревательных приборах.
Реотан и никелин обладают высоким удельным сопротивлением, но не допускают высоких температур — это реостатные сплавы.
Главное свойство манганина — практическое постоянство сопротивления при изменениях температуры — определяет основную область его применения. Из манганина делают шунты для присоединения к ним амперметров, добавочные сопротивления к вольтметрам, магазины сопротивлений и другие точные элементы сопротивления в электроизмерительной технике.
Температурный коэффициент расширения инвара примерно в 12 раз меньше температурного коэффициента расширения стали, благодаря чему инвар служит одним из компонентов термобиметалла (см. ниже, упражнение 29).
Константа н, хромель и алюмель- материалы для термопар, компенсационных проводов к ним и т.д.
Одним словом, каждый сплав предназначен для определенной цели и поэтому замена далеко не всегда допустима. Например, если нагревательную спираль сделать не из нихрома, а из никелина (ее размеры будут примерно такими же), то она сгорит.
При нагреве места соединения разнородных металлов (сплавов) тепловая энергия непосредственно переходит в электрическую: возникает термоЭДС. При прочих равных условиях термоЭДС пропорциональна температуре, на чем и основано ее измерение с помощью термопар. Термопару помещают в то место изделия, где требуется измерить температуру, и соединяют с милливольтметром (соблюдая при этом ряд требований, например используя специальные компенсационные провода и т.п.). Шкалу милливольтметра градуируют в градусах Цельсия.
Значительные термоЭДС развивают термобатареи, собранные из полупроводников. Термобатарея, надетая на стекло керосиновой лампы, дает мощность, достаточную для работы радиоприемника.
При повышении температуры электрическое сопротивление металлов увеличивается, а угля, электролитов и полупроводниковых приборов уменьшается. Насколько изменяется сопротивление, можно вычислить с помощью температурного коэффициента сопротивления. Если он положителен, то с ростом температуры сопротивление увеличивается, следовательно, ток уменьшается, но в обмотках электромагнитов, сетях, измерительных устройствах, лампах — в разной степени. Поэтому последствия изменения тока различны. Типичные случаи рассмотрены в упражнении 24.
Упражнение 24. Ток, проходя через металлические части электроустановки, нагревает их: сопротивление увеличивается.
Ответить на вопросы и оценить, в каких случаях увеличение сопротивления существенно: 1. При температуре 10 °С сопротивление обмотки электромагнита R — 500 Ом, а питающего медного провода 1 Ом. Электромагнит нагрелся на 60 °С. Как изменится ток в цепи? Намного ли изменится сопротивление питающего провода? Будет нагретый электромагнит «сильнее» или «слабее»? 2. При прочих равных условиях провод нагрелся на 40 «С. Изменится ли от этого сила тока в цепи? Рассмотреть два случая: а) провод нагрет током нагрузки; б) провод был без нагрузки, но нагрелся от того, что ошибочно проложен вблизи трубопровода горячего водоснабжения. 3. Театральные люстры с десятками мощных ламп включают на полный накал не сразу, а постепенно. Делают это «для красоты» или есть более серьезные причины? 4. Температура помещения, в котором установлен вольтметр, изменяется от 10 до 35 °С, а тем не менее точность измерений сохраняется в приемлемых пределах. Каким способом это достигнуто? Принять температурные коэффициенты сопротивления для меди 0,004, а для манганина 0,000008 град». 5. Выше была указана температура обмотки электромагнита. Но совершенно очевидно, что наружные части обмотки охлаждаются лучше и, следовательно, холоднее внутренних се частей. О какой же температуре идет речь?
Ответы. 1. Температурный коэффициент сопротивления меди 0,004 град-1 — Значит, при нагревании на 100 °С сопротивление увеличивается на 40%, а при нагревании на 60 °С на 24%. Ток соответственно уменьшается. Сопротивление провода составляет 0.2% сопротивления цени. Оно так мало, что его не следует принимать во внимание. Интересно отмстить, что при уменьшении тока (из-за нагревания обмотки электромагнита) температура провода уменьшается (а не увеличивается) и, следовательно, его сопротивление снижается. Но эти изменения малы и несущественны. Из-за уменьшения тока МДС уменьшается: электромагнит становится «слабее» (см. выше, упражнение 1).
При нагревании на 40 °С сопротивление провода увеличивается на 16% и будет в нашем примере равно 1,16 Ом. Но сопротивление цепи практически останется тем же (501 Ом % 501,16 Ом). Для случая а) нагревание током нагрузки явление нормальное, для случая б) допустимая нагрузка на провод должна быть значительно снижена.
Рабочая температура нити лампы накаливания более 2500 °С. Поэтому сопротивление нити лампы до ее включения примерно в 10 раз меньше сопротивления горящей лампы и. следовательно, пусковой ток велик и его необходимо снизить.
Сопротивление рамки вольтметра ничтожно по сравнению с добавочным сопротивлением, так как оно выполнено из манганина, а сопротивление манганина практически стабильно. 1-е л и бы добавочное сопротивление было не манганиновым, а медным, то при одном и том же напряжении показания вольтметра при 10 °С отличались бы от показаний при 35 °С на 10 12%.
В условии первого вопроса заданы: начальная температура 10 °С и нагрев на 60 °С. Следовательно, температура обмотки 10 + 60 =70 °С. За температуру обмотки принимается температура усредненная, т.е. вычисленная по результатам измерения сопротивления.
На зависимости сопротивления металлов от температуры основано ее измерение с помощью термометров сопротивления.
Если температурный коэффициент сопротивления отрицателен, то нагревание приводит к лавинообразному увеличению тока и его необходимо ограничивать. Действительно, ток нагревает проводник (полупроводник) с отрицательным коэффициентом сопротивления. Сопротивление уменьшается, ток возрастает и т.д.
На лавинообразном увеличении тока при нагревании полупроводниковых резисторов (термисторов) основан, например, автоматический контроль температуры подшипников. Измерение и контроль температуры, основанные на использовании зависимости сопротивления проводников и полупроводников от температуры, иллюстрируются упражнениями 25 и 26 соответственно.

Рис. 9. Измерение температуры с помощью терморезистора, имеющего положительный температурный коэффициент сопротивления (а) и контроль температуры терморезистором с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления 16) — к упражнениям 25 и 26
Упражнение 25. На рис. 9, а изображены: источник электропитания (+,»), измерительный прибор I»R — логометр.
сопротивления RK1 и подстроечный резистор R. Терморезистор в соответствующей армировке устанавливают в том месте, где требуется измерить температуру, например в масляном бакс, а измерительный прибор на щите управления.
Ответить на вопросы: 1. Что в изображении терморезистора RK1 обозначают: наклонная черта и буква 2. Какой электрической величине пропорциональна измеряемая температура? 3. Почему для измерения силы тока использован не просто миллиамперметр, а логометр? 4. Зачем в схему введен подстроечный резистор?
Ответы. 1- Наклонная черта стандартный знак линейного саморегулирования подчеркивает, что сопротивление изменяется прямо пропорционально изменениям температуры, причем этот процесс протекает сам.собой, т.е. без каких-либо внешних воздействий. Буква обозначает физическую величину, в нашем случае температуру, под влиянием которой происходит саморегулирование.
Пропорциональна силе тока.
Показания миллиамперметра зависят не только от сопротивления (что требуется), но и от изменений напряжения источника электропитания, а это вносит погрешность в измерение. Логометры же (измерители отношений) свободны от этого недостатка: их показания практически не зависят от изменений напряжения. Дело в том, что противодействующий момент в логометре создается не пружиной (как у миллиамперметра), а электрическим путем, т.е. с помощью второй обмотки на рис. 9,а она показана зеленой линией. Действительно, чем ниже напряжение, тем меньший ток проходит через рабочую обмотку (на рис. 9,а красную).
Но в такой же мере уменьшается ток, создающий противодействующий момент. При повышении напряжения в равной степени увеличиваются токи как в рабочей, так и в противодействующей обмотках.
4. Логометры для измерения температуры градуируют в расчете на определенное значение сопротивления питающих проводов. С помощью подстроечного резистора R устанавливают при наладке это значение.
Упражнение 26. На рис. 9.6 показана схема контроля температуры подшипника какого-либо механизма. Латчик температуры полупроводниковый терморезистор (термистор) RK2 — установлен в подшипниковый щит и включен последовательно с обмоткой реле К. Стабилизированное напряжение питания от трансформатора 75 е помощью отводов от вторичной обмотки подобрано таким образом, что при температуре ниже уставки (например, ниже 80 °С) поддерживается тепловое равновесие. Это значит, что теплота, выделяющаяся током, проходящим через терморезистор, полностью отводится контролируемой средой, а сопротивление терморезистора — тысячи Ом. Если же температура, повышаясь, достигает заданной уставки, то тепловое равновесие нарушается, температура терморезистора возрастает и его электрическое сопротивление уменьшается. Уменьшение сопротивления вызывает новое возрастание тока и дальнейшее нагревание терморезистора.
Процесс протекает лавинообразно и быстро приводит к срабатыванию реле. Его контакты могут быть использованы в любых цепях, например в цепи сигнальной лампы III., как в нашем примере.
Ответить на вопросы: I. На что указывают ломаная линия в обозначении терморезистора RK2 и надпись t°1 2. Объяснить назначение стабилизации напряжения питания. Что в обозначении трансформатора 7*5 указывает на стабилизацию? 3. Для чего служат отводы от вторичной обмотки трансформатора и переключатель 5? 4. Оценить, повысится или понизится уставка но температуре, если повысить напряжение, подводимое от вторичной обмотки трансформатора. 5. Из схемы видно, что после срабатывания реле К его контакт закорачивает терморезистор. Что произошло бы с терморезистором при отсутствии этого контакта?
Ответы. 1. Ломаная линия обозначает нелинейное саморегулирование: это значит, что сопротивление термистора изменяется не пропорционально температуре, а значительно резче. Надпись -t указывает на физическую величину температуру, а знак минус — на отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Это значит, что с повышением температуры сопротивление не увеличивается (как в термометре сопротивления, ем. упражнение 25), а уменьшается.
Без стабилизации напряжения его изменения изменяли бы уставку по температуре. На стабилизацию указывает ломаная линия в обозначении трансформатора 75.
Отводы служат, чтобы установить напряжение, соответствующее необходимой уставке с помощью переключателя 5.
С повышением напряжения тепловое равновесие устанавливается при более низкой температуре контролируемой среды, следовательно, уставка по температуре понижается.
сгорел бы.
Изменения температуры всегда приводят к изменению размеров тел. Тепловое расширение в ряде случаев вредно. Из-за различных коэффициентов теплового расширения материалов, из которых изготовлены электрические машины (сталь, медь, изоляция), возникают растягивающие усилия, приводящие к механическому износу изоляции. Примеры серьезных нарушений в работе электроустановок приведены в упражнении 27.



Рис. 10. Тепловое расширение может нарушить работу электроустановок — к упражнению 27
Чтобы тепловое расширение не привело к поломкам, принимают ряд мер, например шины жестко не закрепляют, делают в них гибкие вставки и т.п.
Упражнение 27. Ниже приведены три примера нарушения работы электроустановки из-за теплового расширения.
Случай А. Вышедший из строя нагревательный элемент теплообменника заменили стержнем 1, на который поверх асбестовой изоляции 2 была навита нихромовая проволока 3. Стержень хорошо изолировали от корпуса теплообменника. Один конец проволоки присоединили к корпусу теплообменника, а другой — к стержню и подвели питание, как показано на рис. 10,а. Через несколько минут после включения перегорел предохранитель 4. Перед следующим включением мегаомметром измерили сопротивление изоляции стержень — корпус. Изоляция оказалась высокой. При последующем включении произошло то же самое: через несколько минут предохранитель перегорел.
Случай Б. Фарфоровый изолятор 5 арминован фланцем б (рис. 10,6), причем в качестве связующего 7 был использован цемент, имевшийся в наличии. В жаркую погоду в изоляторе образовалась трещина.
Случай В. Кабель 8 (рис. 10,в), проложенный под рельсами 9, защитили от механических повреждений отрезком трубы 10. Весной кабель был поврежден, причем поврежден именно в трубе.
Ответить на вопросы: 1. Почему в случае А перегорел предохранитель, несмотря на то что изоляция, измеренная мегаомметром перед включением, была полноценной? 2. Из-за чего в случае Б треснул изолятор? 3. Чем был поврежден кабель? Какую ошибку допустили при его монтаже?
Ответы. 1. При включении стержень нагрелся и удлинился. Левый его конец прикоснулся к корпусу теплообменника: произошло короткое замыкание. Пока ходили за мегаомметром, стержень немного остыл и образовался зазор 5 (см. рис. 10,а).
Цемент при нагревании расширился. «Раздать» прочный чугунный фланец он не мог. Поэтому треснул более хрупкий фарфор.
Днем снег растаял, труба заполнилась водой. Ночью вода замерзла. А так как объем льда больше объема воды, из которой образовался лед, то лед сдавил кабель. Монтажники обязаны были заделать торцы трубы так, чтобы в трубу не могла проникать вода.
Тепловое расширение имеет важные полезные применения. Так, именно на тепловом расширении основано действие термометров расширения, термосигнализаторов и некоторых исполнений терморегуляторов прямого действия (пример дан в упражнении 28).
Упражнение 28. На рис. 11,о схематически показан терморегулятор прямого (непосредственного) действия. При повышении температуры воды в охлаждающей рубашке 1 какого-либо механизма заключенная в термобаллоне 2 рабочая жидкость расширяется и через соединительную трубку 3 передает давление штоку 6, который в свою очередь давит на клапан 7. Движение клапана продолжается до уравновешивания давления рабочей жидкости и сопротивления возвратной пружины 8. Увеличивающийся проток воды понижает температуру в охлаждающей рубашке. Давление рабочей жидкости в термобаллоне уменьшается, и пружина поднимает клапан, сокращая проток воды. Таким образом, клапан как бы «дышит», пропуская столько воды, сколько необходимо, чтобы ее температура оставалась на заданном уровне.
Ответить на вопросы: 1. Для чего (рис. 11,о) служат гофрированные трубки (сильфоны) 5 и маховичок 4″» 2. На каком основании терморегулятор назван терморегулятором прямого (непосредственного) действия?
Ответы. 1. Гофрированные металлические трубки разделяют воздух, охлаждающую воду и рабочую жидкость. Они выполняют роль сальников, но значительно совершеннее их благодаря полной герметичности и подвижности без трения.
Маховичком ввинчивают или вывинчивают стержень, прикрепленный к основанию верхнего сильфона, иными словами, растягивают или сжимают его. Благодаря этому создается начальное давление рабочей жидкости, т.е. задается терморегулятору необходимая уставка по температуре.
2. Термометрическая система непосредственно воздействует на клапан без каких-либо промежуточных приводов.
Тепловое расширение положено в основу создания термобиметалла, который широко используют как чувствительный к температуре элемент автоматических выключателей, тепловых реле (для защиты двигателей от перегрузки), регуляторов температуры, простейших реле времени, применяющихся в телефонии и нередко в автоматике.


Рис. 11. Тепловое расширение имеет многие полезные применения — к упражнениям 28 и 29
Термобиметалл (рис. 11,г) изготовлен из двух сваренных пластин с различными температурными коэффициентами расширения и достаточно упругими, чтобы не было остаточных деформаций. Одним из металлов может быть сплав — инвар, обладающий ничтожным коэффициентом теплового расширения, другим — бронза. При нагревании (температура в t больше исходной температуры в) пластина из термобиметалла изгибается в «одну сторону, а при охлаждении (в2 меньше в) — в другую. В одних конструкциях изгибание приводит к переключению контактов, а в других освобождается защелка механизма. Примеры даны в упражнении 29.
Упражнение 29. На рис. 11,6 дана схема простейшего биметаллического реле времени, так называемой термогруппы, устанавливаемой на корпусе телефонного реле. На биметаллическую пластину 13 навита нагревательная обмотка 11 из изолированной нихромовой проволоки. При замыкании контакта 9 ток поступает в обмотку через регулируемый резистор 10. Пластина 13 нагревается, изгибается и через некоторое время замыкает контакт, наклепанный на пластины 12 и 13.
На рис. 11, в показан биметаллический термосигнализатор. Биметаллическая пластина 17 укреплена на скобе 16. При нормальной температуре воды контакты разомкнуты. При повышении температуры замыкается один контакт, например 18 и включает зеленую лампу. При понижении температуры замыкается другой контакт 15 и включает красную лампу.
Принципиальная схема защитного теплового реле иллюстрирует рис. 11,д. Ток нагрузки / проходит через биметаллическую пластину 21, контакт 22, контактный мостик 24 и контакт 25. Возвратная пружина 26 сжата (рисунок слева). При возникновении значительной и длительной перегрузки биметаллическая пластина изгибается (рисунок справа) и освобождает рычаг 20. Пружина 26 приподнимает деталь 23, рычаг 20 поворачивается около оси О, контакт размыкается.
Ответить на вопросы: 1. У реле времени на рис. 11,6 есть биметаллическая пластина 14, на которой нет ни контактов, ни обмотки. Не является ли они лишней деталью? 2. Каким способом задается необходимая выдержка времени? Почему ее надо устанавливать «электрическим путем» (изменяя силу тока), а не подгибанием пружины 12, т.е. увеличением таким способом зазора между контактами? 3. Каким принципиальным недостатком обладает биметаллическое реле времени? 4. На рис. 11, в над биметаллической пластиной показана вставка 19. Для чего она служит и чем определяется ее длина? 5. В чем состоит принципиальное достоинство конструкции, схема которой показана на рис. 11,д?
Ответы. 1. Пластина 14 необходима для компенсации изменений температуры окружающей среды. Дело в том, что пластина 13 изгибается не только под действием нагревательной обмотки, но и под действием температуры окружающей среды. Однако в такой же степени изгибается и 56 пластина 14. При повышении температуры она через толкатель приподнимает пластину 12, а при понижении температуры отходит от нее: пластина 12 в силу своей упругости изгибается вниз. В результате при любой температуре среды зазор между пластинами 12 и 13 остается практически неизменным. В современных тепловых реле для защиты электродвигателей от перегрузки примерно таким же образом осуществлена температурная компенсация.
Задание необходимой уставки с помощью регулируемого резистора не нарушает механических свойств реле, а подгибание пластин если даже не приводит к остаточной деформации, то во всяком случае ускоряет старение.
Уставка зависит от изменений напряжения питания нагревательной обмотки.
Без вставки 19 одна часть биметаллической пластины 17 находилась бы в контролируемой среде — это хорошо. Но другая ее часть, выступающая из среды, измеряла бы температуру воздуха, а это плохо. Контролируемая среда должна омывать всю биметаллическую пластину. Это условие и определяет длину вставки.
Конструкция дает возможность несмотря на медленное изгибание биметаллической пластины быстро размыкать цепь, что совершенно необходимо. Если же конструкция не обеспечивает быстрого размыкания, то приходится принимать специальные меры для зашиты контактов от разрушения.
Важное замечание. Место расположения датчиков контроля технологических параметров — температуры, уровня, давления, протока, скорости, перемещения и т.д., а также глубина их погружения в контролируемую среду имеют первостепенное значение. Так, например, далеко не безразлично, где установить термобаллон терморегулятора, термопару, термометр сопротивления. Дело в том, что температуры в нижней и верхней частях бака трансформатора различны (нагретое масло поднимается). Различны температуры воды вблизи ее поступления в охлаждающую рубашку и на выходе.
Или другой пример. Если место установки путевого или конечного выключателя выбрано неудачно, то подвижная часть механизма остановится не там, где следует. Вообще, все это гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд, и нередко именно неудачное расположение датчика является причиной неудовлетворительной работы автоматики. Но при проектировании эти важнейшие обстоятельства недооценивают, а иногда без участия наладчиков просто не могут учесть.
Особенно чувствительна к повышениям температуры изоляция. Резина и бумага от нагревания растрескиваются и осыпаются; бумага, картон, изоляционное масло, пряжа, некоторые виды пластмассы, например несамозатухающий полиэтилен, могут воспламеняться. Органическое стекло и фибра при нагревании размягчаются, теряют механическую прочность и нередко коробятся. Из конденсаторов вытекает пропиточная масса, внутри образуются пузыри воздуха, который менее электрически прочен (см. ниже, § 7), чем пропиточная масса.
Воск, парафин, размягчающиеся краски и лаки, применяемые иногда при ремонте электроаппаратуры, в расплавленном виде проникают на поверхности якорей и действуют как клей. В результате якорь реле может не отпустить или отпускает со значительным замедлением, нарушая действие автоматики.
Крайне опасен перегрев полупроводниковых приборов. Полупроводниковые приборы в результате перегрева теряют изоляционные свойства, причем если селеновые выпрямители после пробоя, как правило, восстанавливаются, то германиевые и кремниевые безнадежно выходят из строя и требуют замены.
Следует особо подчеркнуть, что полупроводниковые приборы обладают нелинейными характеристиками; иными словами, проводимость приборов имеет явно выраженную зависимость от температуры. Это значит, что даже «не очень перегретое» изделие (например, ЭВМ), если оно сконструировано без надлежащего учета теплового режима, может «вдруг» начать ошибаться. Но после достаточного остывания снова работает правильно вплоть до следующего перегрева.
Допустимая температура, т.е. температура, при которой обеспечивается длительная эксплуатация изоляции, определяется классом ее нагревостойкости. Дня изоляции электрических машин классы нагревостойкости обозначаются буквами Y, А, Е, В, F, Н и С, которым соответствуют допустимые температуры 90,105, 120, 130, 155, 180 и свыше 180 °С — все зависит от материала. Так, например, к классу Е (120 °С) относятся синтетические органические материалы (пленки, волокна, смолы, компаунды и др.), к классу F (155 °С) — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими составами, и т.п.
Перегрев — явление обманчивое. Если он не очень велик, то его последствия сразу не очевидны, а когда они обнаруживаются, уже поздно принимать какие-либо меры — изделие испорчено. Кроме того, внешние детали всегда нагреты меньше внутренних, особенно при интенсивной вентиляции, и это нередко вводит в заблуждение. Отдельные жилы многожильных кабелей могут перегреваться, но до поры до времени это также не будет замечено.
Многие ответственные части электроустановок не только не имеют, но и не могут иметь защиты от перегрева. На первый взгляд, такое утверждение неправдоподобно. Но рассмотрим, 58 например, перегревающуюся катушку реле, контактора, магнитного пускателя. Пока ее изоляция из-за перегрева полностью не разрушится, ток в цепи не может увеличиться и, следовательно, ни предохранитель, ни автоматический выключатель ее не защитят.
Естественно, возникает вопрос: к чему же такая защита, которая не защищает? Защита защищает, но только не катушки, а электроустановку от КЗ, а также прерывает ток КЗ после того, как катушка сгорела, предотвратив, таким образом, повреждение самой электроустановки.
Несмотря на отрицательное влияние нагрева избежать выделения теплоты принципиально невозможно: раз есть ток — значит, есть теплота. Однако выделение теплоты вовсе не означает, что изоляция обязательно перегревается и не может достаточно долго и хорошо работать.
При соблюдении условий термической (тепловой) стойкости изоляция нагревается в допустимых пределах и служит в течение гарантированного срока. Термическая стойкость выражается по-разному. Приведем несколько примеров.
Напряжение не выше 110% номинального. Это значит, что напряжение на выводах изделия (реле, двигателя, конденсатора и т.п.) не должно повышаться более чем на 10%. Казалось бы, это неоправданно жесткое требование. Однако оно вполне обосновано. Действительно, в цепях с активным сопротивлением ток пропорционален напряжению. Значит, повышение напряжения, например, на 30% вызывает увеличение тока также на 30%. Но количество теплоты пропорционально квадрату тока, следовательно, теплоты выделится на 69% больше, чем при номинальном напряжении.
Длительный ток 5 А, двукратная перегрузка не более 10 с — см. выше, упражнение 15.
Предельная мощность 15 Вт — см. выше, упражнения 5 и 15.
Температура не выше 55 ° С.
Переменная составляющая напряжения не более 5%. Аналогичные условия задают обычно для конденсаторов, так как при включении на пульсирующее напряжение под влиянием переменной составляющей через конденсатор проходит ток, нагревающий и разрушающий конденсатор (см. выше, упражнение 4).
Сопротивление изоляции резко зависит от температуры. Так, например, если проводимость электрокартона при 20 ° С принять за единицу, то при температурах 30, 40 и 50 ° С проводимость увеличится в 4, 13 и 37 раз соответственно. Во столько же раз уменьшается сопротивление изоляции. Столь резкая зависимость станет понятной, если сделать простейший опыт. Холодную эластичную бумагу, являющуюся прекрасной изоляцией, подогреем спичкой до 130 — 140 °С: бумага станет хрупкой и ломкой. При дальнейшем нагревании бумага побуреет и, наконец, обуглится. Иными словами, она из изоляции превратится в проводник.
Отсюда следует важнейший для практики вывод: при оценке результатов измерения сопротивления изоляции, и особенно при сравнении новых измерений с предыдущими, надо обращать внимание на температуру. Иными словами, прежде чем утверждать, что изоляция ухудшилась, нужно результаты нового измерения привести (пересчитать) к температуре предыдущего измерения. Ясно, что речь идет не о температуре среды, а о температуре обмотки: на подстанции, например, может быть холодно, а обмотка отключенного для ревизии трансформатора горячая.
Сопротивление изоляции нельзя измерять, если температура обмотки отрицательна. При этом замерзает влага, а именно увлажнение изоляции — наиболее вероятная причина ухудшения изоляции.
Сильное нагревание металлических деталей электрооборудования может оказаться вредным. Рассмотрим два типичных примера.
При длительных КЗ ток, если он проходит через пружины (контактные, как во многих исполнениях реле или возвратные), может их отжечь. В результате теряется упругость.
При повреждениях изоляции в первичных цепях ток повреждения I нередко находит себе путь на «землю» через свинцовые оболочки контрольных кабелей. С оболочек ток переходит на кронштейны, лотки и другие заземленные конструкции. Но переходное сопротивление R между оболочками кабелей и конструкциями велико, из-за чего мощность тепловых потерь I2R в месте перехода тока может оказаться настолько значительной, что оболочки прогорят. При этом может повредиться и изоляция жил: возникает слабое место, не защищенное от проникновения влаги.

К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся: 1) удельная проводимость γ или обратная ей величина – удельное сопротивление ρ, 2) температурный коэффициент удельного сопротивления ТКρ или α ρ , 3) коэффициент теплопроводности λ Т (ранее его обозначали γ T), 4) удельная теплоемкость с ; 5) удельная теплота плавления r T .

Связь плотности тока δ, (А/м²), и напряженности электрического поля Е (В/м), в металлическом проводнике, как уже было показано выше, дается известной формулой δ = γE, называемой дифференциальной формой закона Ома.

Для проводника, имеющего сопротивление R длину l и постоянное поперечное сечением S , удельное сопротивление ρ вычисляют по формуле

ρ = RS/l .

Для измерения ρ проводниковых материалов разрешается пользоваться внесистемной единицей Ом·мм²/м. Связь между названными единицами удельного сопротивления такая:

Ом·мм 2 /м=мкОм·м.

Диапазон значений удельного сопротивления ρ металлических проводников при нормальной температуре довольно узок: от 0,036 для серебра и примерно до 3,4 мкОм·м для железо-хромо-алюминиевых сплавов.

Сопротивление проводника зависит от частоты протекающего по нему тока. Известно, что на высоких частотах плотность тока изменяется по сечению проводника. Она максимальна на поверхности и убывает по мере проникновения вглубь проводника. Происходит вытеснение тока к поверхности проводника. Это явление называют поверхностным эффектом. Он тем сильнее, чем выше частота. Поскольку площадь сечения, через которое протекает ток уменьшилась, то сопротивление провода переменному току стало больше, чем его сопротивление постоянному току. За глубину проникновения тока в проводник на данной частоте принимают глубину, на которой плотность тока уменьшается в е=2,72 раза.по сравнению с ее значением на поверхности проводника.

Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов.

Концентрация свободных электронов n в металлическом проводнике при повышении температуры остается практически неизменной, но возрастает их средняя скорость теплового движения. Усиливаются и колебания узлов кристаллической решетки. Квант упругих колебаний среды принято называть фононом . Малые тепловые колебания кристаллической решетки можно рассматривать как совокупность фононов. С ростом температуры увеличиваются амплитуды тепловых колебаний атомов, т.е. увеличивается сечение сферического объема, который занимает колеблющийся атом.

Таким образом, с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути дрейфа электронов под действием электрического поля. Это приводит к тому, что уменьшается средняя длина свободного пробега электрона λ, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов и возрастает удельное сопротивление. Изменение удельного сопротивления проводника при изменении его температуры на 3К, отнесенное к величине удельного сопротивления этого проводника при данной температуре, называют температурным коэффициентом удельного сопротивления TK ρ или . Температурный коэффициент удельного сопротивления измеряется в К -3 . Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов положителен. Как следует из данного выше определения, дифференциальное выражение для TK ρ имеет вид:

.

Теплоемкость характеризует способность вещества поглощать теплоту Q при нагреве. Теплоемкостью С какого-либо физического тела называют величину, равную количеству тепловой энергии, поглощаемой этим телом при нагреве его на 3К без изменения его фазового состояния. Теплоемкость измеряют в Дж/К. Теплоемкость металлических материалов растет с повышением температуры. Поэтому величину теплоемкости С определяют при бесконечно малом изменении его состояния:

Отношение теплоемкости С к массе тела m называют удельной теплоемкостью с :

.

Удельная теплоемкость измеряется в Дж/(кг∙К). Тугоплавкие материалы характеризуются низкими значениями удельной теплоемкости, легкоплавкие же материалы, напротив, характеризуются высоким значением удельной теплоемкости.

Теплопроводностью называют перенос тепловой энергии Q в неравномерно нагретой среде в результате теплового движения и взаимодействия составляющих ее частиц. Перенос теплоты в любой среде или каком-либо теле происходит от более горячих частей к холодным. В результате переноса теплоты происходит выравнивание температуры среды или тела. В металлах перенос тепловой энергии осуществляется электронами проводимости. Количество свободных электронов в единице объема металла весьма велико. Поэтому, как правило, теплопроводность металлов намного больше, чем теплопроводность диэлектриков. Чем меньше примесей содержат металлы, тем выше их теплопроводность. С увеличением примесей их теплопроводность уменьшается.

Как известно, процесс переноса теплоты описывается законом Фурье:

.

Здесь – плотность теплового потока, т. е. количество тепла, проходящее вдоль координаты x через единицу площади поперечного сечения за единицу времени, Дж/м 2 ∙с,

– градиент температуры вдоль координаты x , К/м,

– коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплопроводности (ранее обозначался ), Вт/К∙м.

Таким образом, термину теплопроводность соответствуют два понятия: это и процесс переноса тепла и коэффициент пропорциональности, характеризующий этот процесс.

Температура и теплота плавления . Теплота, поглощаемая твердым кристаллическим телом при переходе его из одной фазы в другую, называется теплотой фазового перехода. В частности, теплота, поглощаемая твердым кристаллическим телом при переходе его из твердого состояния в жидкое, называют теплотой плавления, а температура, при которой происходит плавление (при постоянном давлении), называют температурой плавления и обозначают Т ПЛ .. Количество тепла, которое нужно подвести к единице массы твердого кристаллического тела при температуре Т ПЛ для его перевода в жидкое состояние, называют удельной теплотой плавления r ПЛ и измеряют в МДж/кг или в кДж/кг. В зависимости от температуры плавления различают тугоплавкие металлы, имеющие температуру плавления выше чем у железа, т.е. выше чем 3539 0 С и легкоплавкие с температурой плавления меньше чем 500 0 С. Диапазон температур от 500 0 С до 3539 0 С относится к средним значениям температур плавления.

Работа выхода электрона из металла. Опытпоказывает, чтосвободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл. Это связано с тем, что в поверхностном слое металла создается удерживающее электрическое поле. Это электрическое поле можно представить как потенциальный барьер, препятствующий выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Удерживающий потенциальный барьер создается за счет двух причин. Во-первых за счет сил притяжения со стороны избыточного положительного заряда, возникшего в металле в результате вылета из него электронов, и, во-вторых, за счет сил отталкивания со стороны ранее вылетевших электронов, образовавших вблизи поверхности металла электронное облако. Это электронное облако вместе с наружным слоем положительных ионов решетки образует двойной электрический слой, электрическое поле которого подобно полю плоского конденсатора. Толщина этого слоя равна нескольким межатомным расстояниям (30 -30 -30 -9 м). Он не создает электрическое поле во внешнем пространстве, но создает потенциальный барьер, препятствующий выходу свободных электронов из металла.

Опыт в соответствии с общими соображениями § 46 показывает, что сопротивление проводника зависит также и от его температуры.

Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой (диаметра 0,1-0,2 мм) железной проволоки 1 и включим ее в цепь, содержащую батарею гальванических элементов 2 и амперметр 3 (рис. 81). Сопротивление этой проволоки подберем таким, чтобы при комнатной температуре стрелка амперметра отклонялась почти на всю шкалу. Отметив показания амперметра, сильно нагреем проволоку при помощи горелки. Мы увидим, что по мере нагревания ток в цепи уменьшается, а значит, сопротивление проволоки при нагревании увеличивается. Такой результат получается не только с железом, но и со всеми другими металлами. При повышении температуры сопротивление металлов увеличивается. У некоторых металлов это увеличение значительно: у чистых металлов при нагревании на 100°С оно достигает 40-50%; у сплавов оно обычно бывает меньше. Есть специальные сплавы, у которых сопротивление почти не меняется при повышении температуры; таковы, например, константан (от латинского слова constans – постоянный) и манганин. Константан употребляется для изготовления некоторых измерительные приборов.

Рис. 81. Опыт, показывающий зависимость сопротивления проволоки от температуры. При нагревании сопротивление проволоки увеличивается: 1 – проволока, 2 – батарея гальванических элементов, 3 – амперметр

Иначе меняется при нагревании сопротивление электролитов. Повторим описанный опыт, но введем в цепь вместо железной проволоки какой-нибудь электролит (рис. 82). Мы увидим, что показания амперметра при нагревании электролита все время увеличиваются, а значит, сопротивление электролитов при повышении температуры уменьшается. Отметим, что сопротивление угля и некоторых других материалов также уменьшается при нагревании.

Рис. 82. Опыт, показывающий зависимость сопротивления электролита от температуры. При нагревании сопротивление электролита уменьшается: 1 – электролит, 2 – батарея гальванических элементов, 3 – амперметр

Зависимость сопротивления металлов от температуры используется для устройства термометров сопротивления. В простейшем виде это – намотанная на слюдяную пластинку тонкая платиновая проволока (рис. 83), сопротивление которой при различных температурах хорошо известно. Термометр сопротивления помещают внутрь тела, температуру которого желают измерить (например, в печь), а концы обмотки включают в цепь. Измеряя сопротивление обмотки, можно определить температуру. Такие термометры часто применяются для измерения очень высоких и очень низких температур, при которых ртутные термометры уже неприменимы.

Рис. 83. Термометр сопротивления

Приращение сопротивления проводника при его нагревании на 1°С, разделенное на первоначальное сопротивление, называется температурным коэффициентом сопротивления и обычно обозначается буквой . Вообще говоря, температурный коэффициент сопротивления сам зависит от температуры. Величина имеет одно значение, например, если мы будем повышать температуру от 20 до 21°С, и другое при повышении температуры от 200 до 201°С. Но во многих случаях изменение в довольно широком интервале температур незначительно, и можно пользоваться средним значением в этом интервале. Если сопротивление проводника при температуре равно , а при температуре равно , то среднее значение

. (48.1)

Обычно в качестве принимают сопротивление при температуре 0°С.

Таблица 3. Среднее значение температурного коэффициента сопротивления некоторых проводников (в интервале от 0 до 100 °С)

Вещество

Вещество

Вольфрам

Константан

Манганин

В табл. 3 приведены значения для некоторых проводников.

48.1. При включении электрической лампочки сила тока в цепи в первый момент отличается от силы тока, который течет после того, как лампочка начнет светиться. Как изменяется ток в цепи с угольной лампочкой и лампочкой, имеющей металлическую нить накаливания?

48.2. Сопротивление выключенной электрической лампочки накаливания с вольфрамовой нитью равно 60 Ом. При полном накале сопротивление лампочки возрастает до 636 Ом. Какова температура накаленной нити? Воспользуйтесь табл. 3.

48.3. Сопротивление электрической печи с никелиновой обмоткой в ненагретом состоянии равно 10 Ом. Каково будет сопротивление этой печи, когда обмотка ее нагреется до 700°С? Воспользуйтесь табл. 3.

Датчики температуры :: Системы отопления водоснабжения :: Статьи :: Сибирское Инженерное Бюро

Контроль над температурой составляют основу многих технологических процессов. Измерение температуры жидкости, газа, твердой поверхности или сыпучего порошка – каждый случай имеет свою особенность, которую необходимо понимать, чтобы измерения максимально соответствовали поставленной задаче. Существует множество датчиков температуры, построенных с использованием различных физических законов. Одни из них прекрасно справляются с конкретной задачей по измерению температуры, другие предназначены для универсального использования. В данной статье описаны основные типы датчиков для измерения температуры, их особенности, слабые и сильные стороны, задачи, для которых они предназначены.

 

Если рассматривать датчики температуры для промышленного применения, то можно выделить их основные классы: кремниевые датчики температуры, биметаллические датчики, жидкостные и газовые термометры, термоиндикаторы, термисторы, термопары, термометры сопротивления, инфракрасные датчики температуры.

 

Кремниевые датчики температуры используют зависимость сопротивления полупроводникового кремния от температуры. Диапазон измеряемых температур для таких датчиков составляет от -50 С до +150 С. Внутри этого диапазона кремниевые датчики температуры показывают хорошую линейность и точность. Возможность производства в одном корпусе такого датчика не только самого чувствительного элемента, но так же и схем усиления и обработки сигнала, обеспечивает датчику хорошую точность и линейность внутри температурного диапазона. Встроенная в такой датчик энергонезависимая память позволит индивидуально откалибровать каждый прибор. Большим плюсом можно назвать большое разнообразие типов выходного интерфейса: это может быть напряжение, ток, сопротивление, либо цифровой выход, позволяющий подключить такой датчик к сети передачи данных. Из слабых мест кремниевых датчиков температуры можно отметить узкий температурный диапазон и относительно большие размерами по сравнению с аналогичными датчиками других типов, особенно термопарами. Кремниевые датчики температуры применяются в основном для измерения температуры поверхности, температуры воздуха, особенно внутри различных электронных приборов. Например можно назвать температурные регистраторы компании Dallas semiconductor выпускаемые под маркой THERMOCHRON. Регистраторы имеют кремниевый датчик температуры, микросхему обработки сигнала и память для сохранения результатов.

 

Биметаллический датчик температуры, как следует из названия, сделан из двух разнородных металлических пластин, скрепленных между собою. Различные металлы имеют различный коэффициент расширения при той или иной температуре. Например, константан практически не расширяется при температуре, железо, напротив испытывает заметное расширение. Если полоски из этих металлов скрепить между собой и нагреть (или охладить), то они изогнутся. В биметаллических датчиках пластинки замыкают или размыкают контакты реле, или двигают стрелку индикатора. Диапазон работы биметаллических датчиков от -40 С до +550 С. Биметаллические датчики используют для измерения поверхности твердых тел, реже для измерения температуры жидкости. Основным преимуществом датчиков является простота и надежность конструкции, возможность работы без электрического тока, низкая стоимость. Вместе с тем, биметаллические датчики температуры имеют большой разброс характеристик, а так же большой гистерезис переключения, особенно при низких температурах. Основные области применения биметаллических температурных датчиков – автомобильная промышленность, системы отопления и нагрева воды.

 

Жидкостные и газовые термометры наиболее старые типы датчиков температуры. Первая шкала температуры была предложена Фаренгейтом в начале 18-го века именно для жидкостного термометра. Жидкостные термометры используют эффект расширения жидкостей при повышении температуры. В качестве жидкостей используется спирт или ртуть в диапазоне комнатных температур. Для измерений низких температур, например в криогенной технике, может быть использован жидкий неон, а для измерения высоких температур обычно используют галлий, который находится в жидком состоянии уже от 20 С. В газовых термометрах используется эффект расширения, при переходе вещества из жидкого в газообразное состояние. Газ давит через мембрану и замыкает электрические контакты. Диапазон измерений для жидкостных и газовых термометров от -200 С до +500 С. Термометры этого класса обычно применяются для визуального контроля температуры, либо в качестве термостатов в различных нагревателях и холодильной технике.

 

Термоиндикаторы – это особые вещества, изменяющие свой цвет под воздействием температуры. Такое изменение цвета может быть как обратимым, так и необратимым. В диапазоне комнатных температур используются термоиндикаторы на основе жидких кристаллов. Они плавно изменяют свой цвет при изменении температуры. Изменения эти, как правило, обратимые. Производятся они в виде пленки, часто с клейкой подложкой, и служат для оперативного визуального контроля температуры. Для низких и высоких температур производятся в основном необратимые термоиндикаторы. То есть, если температура хотя бы один раз превысила допустимую, то индикатор необратимо меняет свой цвет. Такие термоиндикаторы используют, например, для контроля за замороженными продуктами. Если в процессе хранения или транспортировки температура хоть раз была выше допустимой, то изменившаяся окраска термоиндикатора сообщит об этом. Основное достоинство термоиндикаторов низкая стоимость. Их можно использовать как одноразовые датчики температуры.

 

Термисторы. В этом классе датчиков используется эффект изменения электрического сопротивления материала под воздействием температуры. Обычно в качестве термисторов используют полупроводниковые материалы, как правило, оксиды различных металлов. В результате получаются датчики с высокой чувствительностью. Однако большая нелинейность позволяет использовать термисторы лишь в узком диапазоне температур. Термисторы имеют невысокую стоимость и могут изготавливаться в миниатюрных корпусах, позволяя увеличить тем самым быстродействие. Существует два типа термисторов, использующих положительный температурный коэффициент – когда электрическое сопротивление растет с повышением температуры и использующих отрицательный температурный коэффициент – здесь электрическое сопротивление падает при повышении температуры. Термисторы не имеют определенной температурной характеристики. Она зависит от конкретной модели прибора и области его применения. Основными достоинствами термисторов является их высокая чувствительность, малые размеры и вес, позволяющие создавать датчики с малым временем отклика, что важно, например, для измерения температуры воздуха. Безусловно, невысокая стоимость так же является их достоинством, позволяя встраивать датчики температуры в различные приборы. К недостаткам можно отнести высокую нелинейность термисторов, позволяющую их использовать в узком температурном диапазоне. Использование термисторов так же ограничено в диапазоне низких температур. Большое количество моделей с различными характеристиками и отсутствие единого стандарта, заставляет производителей оборудования использовать термисторы только одной конкретной модели без возможности замены.

 

Инфракрасные датчики температуры или пирометры измеряют температуру поверхности на расстоянии. Принцип из работы основан на том, что любое тело при температуре выше абсолютного нуля излучает электромагнитную энергию. При низких температурах это излучение в инфракрасном диапазоне, при высоких температурах часть энергии излучается уже в видимой части спектра. Интенсивность излучения напрямую связана с температурой нагретого объекта. Диапазон измерений температур бесконтактными датчиками от -45 С до +3000 С. Причем в диапазоне высоких температур инфракрасным датчикам нет конкуренции. Для измерения в различных диапазонах температур используются различные участки инфракрасного спектра. Так при низких температурах это обычно диапазон длин волн электромагнитного излучения 7 – 14 микрон. В диапазоне средних температур это может быть 3 – 5 микрон. При высоких температурах используется участок о районе 1 микрон. Однако и здесь есть свои особенности, связанные с решением конкретной задачи. Так для измерения температуры тонких полимерных пленок используются датчики, работающих на длинах волн 3,43 или 7,9 микрометров, а для измерения температуры стекла используют датчики, работающие в диапазоне 5 микрон. Для правильного измерения температуры необходимо еще ряд факторов. Прежде всего это излучательная способность. Она связана с коэффициентом отражения простой формулой: E = 1 – R, где Е – излучательная способность, R – коэффициент отражения. У абсолютно черного теля излучательная способность равна 1. У большинства органических материалов, таких как дерево, пластик, бумага, излучательная способность находится в диапазоне 0,8 – 0,95. Металлы, особенно полированные напротив имеют низкую излучательную способность, которая в этом случае будет 0,1 – 0,2. Для правильного измерения температуры необходимо определить и установить излучательую способность измеряемого объекта. Если значения будут выбраны неправильно, то температура будет измеряться неверно. Обычно показания занижаются. Так, если металл имеет излучательную способность 0,2, а на датчике установлен коэффициент 0,95 (он обычно используется по умолчанию), то при наведении на нагретый до 100 С металлический объект датчик будет показывать температуру около 25 С. Корректировать излучательную способность можно определив ее для различных материалов по справочнику, либо измеряя температуру поверхности альтернативным способом, например термопарой, вносить необходимые поправки. Хорошие результаты при не очень высоких температурах дает окраска специальной термостойкой, черной краской измеряемой поверхности. Второй важной характеристикой инфракрасного датчика является оптическое отношение – это отношение расстояния до объекта измерений к размеру области с которой эти измерения ведутся. Например оптическое отношение 10:1 означает, что на расстоянии 10 метров размер площади, с которой ведется измерение температуры составляет 1 метр. Современные инфракрасные датчики температуры имеют оптическое отношение достигающие 300:1. Основные достоинства инфракрасных датчиков температуры: малое время отклика. Это самые быстродействующие датчики температуры. Возможность измерения температуры движущихся объектов. Измерения температуры в труднодоступных и опасных местах. Измерение высоких температур, там, где другие датчики уже не работают. К достоинствам можно отнести то, что отсутствует непосредственный контакт с объектом и соответственно не происходит его загрязнения. Это может быть важно в полупроводниковой промышленности или фармацевтике.

 

Термометры сопротивления это резисторы, изготовленные из платины, меди или никеля. Это могут быть проволочные резисторы, либо металлический слой может быть напыленным на изолирующую подложку, обычно керамическую или стеклянную. Платина чаще всего применяется в термометрах сопротивления из-за ее высокой стабильности и линейности изменения сопротивления с температурой. Медь используется в основном для измерения низких температур, а никель в недорогих датчиках для измерения в диапазоне комнатных температур. Для защиты от внешней среды платиновые термометры сопротивления помещают в защитные металлические чехлы и изолируют керамическими материалами, такими как оксид алюминия или оксид магния. Такая изоляция снижает так же воздействие вибрации и ударов на датчик. Однако вместе с дополнительной изоляцией растет и время отклика датчика на резкие температурные изменения. Платиновые термометры сопротивления одни из самых точных датчиков температуры. Кроме того, они стандартизированы, что значительно упрощает их использование. Стандартно производятся датчики сопротивлением 100 и 1000 Ом. Изменение сопротивления таких датчиков с температурой дается в любых тематических справочниках в виде таблиц или формул. Диапазон измерений платиновых термометров сопротивления составляет -180 С +600 С. Несмотря на изоляцию, стоит оберегать термометры сопротивления от сильных ударов и вибрации.

 

Термопары представляют собой две проволоки из различных металлов, сваренных между собой на одном из концов. Термоэлектрический эффект открыл немецкий физик Зеебек в первой половине 19-го века. Он открыл, что если соединить два проводника из разнородных металлов таким образом, что бы они образовывали замкнутую цепь и поддерживать места контактов проводников при разной температуре, то в цепи потечет постоянный ток. Экспериментальным путем были подобраны пары металлов, которые в наибольшей степени подходят для измерения температуры, обладая высокой чувствительностью, временной стабильностью, устойчивостью к воздействию внешней среды. Это например пары металлов хромель-аллюмель, медь-константан, железо-константан, платина-платина/родий, рений-вольфрам. Каждый тип подходит для решения своих задач. Термопары хромель-алюмель (тип К) имеют высокую чувствительность и стабильность и работают до температур вплоть до 1300 С в окислительной или нейтральной атмосфере. Это один из самых распространенных типов термопар. Термопара железо-константан (тип J) работает в вакууме, восстановительной или инертной атмосфере при температурах до 500 С. При высоких температурах до 1500 С используют термопары платина- платина/родий (тип S или R) в керамических защитных кожухах. Они прекрасно измеряют температуру в окислительной, нейтральной среде и вакууме.

 

Заключение

 

Будь то платиновый термометр сопротивления, термопара, инфракрасный датчик, кремниевый датчик или термистор, каждый из них обладает рядом уникальных свойств, позволяющих наилучшим образом решить задачу по измерению температуры. Высокая точность и стабильность отличают платиновые термометры сопротивления. Достоинством кремниевых датчиков так же является высокая точность, пусть и в узком температурном диапазоне. Термисторы обладают высокой чувствительностью и невысокой ценой, что позволяет встраивать их в различные электронные приборы. Инфракрасные датчики температуры позволяют измерить быстропротекающие температурные процессы и объекты с очень высокой температурой. К достоинствам термопар несомненно можно отнести точность и стабильность показаний в широком диапазоне температур, их устойчивость в неблагоприятным воздействиям внешней среды.

 

Источник: http://www.sensor.ru/

Термистор. Определение, принцип работы и обозначения

Термистор — это прибор, предназначенный для измерения температуры, и состоящий из полупроводникового материала, который при небольшом изменении температуры сильно изменяет свое сопротивление. Как правило, термисторы имеют отрицательные температурные коэффициенты, то есть их сопротивление падает с увеличением температуры.

Общая характеристика термистора

Слово «термистор» — это сокращение от его полного термина: термически чувствительный резистор. Этот прибор является точным и удобным в использовании сенсором любых температурных изменений. В общем случае существует два типа термисторов: с отрицательным температурным коэффициентом и с положительным. Чаще всего для измерения температуры используют именно первый тип.

Обозначение термистора в электрической цепи приведено на фото.

Материалом термисторов являются оксиды металлов, обладающие полупроводниковыми свойствами. При производстве этим приборам придают следующую форму:

  1. дискообразную;
  2. стержневую;
  3. сферическую подобно жемчужине.

В основу работы термистора принцип сильного изменения сопротивления при небольшом изменении температуры положен. При этом при данной силе тока в цепи и постоянной температуре сохраняется постоянное напряжение.

Чтобы воспользоваться прибором, его подсоединяют в электрическую цепь, например, к мосту Уитстона, и измеряют силу тока и напряжение на приборе. По простому закону Ома R=U/I определяют сопротивление. Далее смотрят на кривую зависимости сопротивления от температуры, по которой точно можно сказать, какой температуре соответствует полученное сопротивление. При изменении температуры величина сопротивления резко изменяется, что обуславливает возможность определения температуры с высокой точностью.

Материал термисторов

Материал подавляющего большинства термисторов — это полупроводниковая керамика. Процесс ее изготовления заключается в спекании порошков нитридов и оксидов металлов при высоких температурах. В итоге получается материал, состав оксидов которого имеет общую формулу (AB)3O4 или (ABC)3O4, где A, B, C — металлические химические элементы. Чаще всего используют марганец и никель.

Если предполагается, что термистор будет работать при температурах меньших, чем 250 °С, тогда в состав керамики включают магний, кобальт и никель. Керамика такого состава показывает стабильность физических свойств в указанном температурном диапазоне.

Важной характеристикой термисторов является их удельная проводимость (обратная сопротивлению величина). Проводимость регулируется добавлением в состав полупроводниковой керамики небольших концентраций лития и натрия.

Процесс изготовления приборов

Сферические термисторы изготавливаются путем нанесения их на две проволоки из платины при высокой температуре (1100 °С). После этого проволока режется для придания необходимой формы контактам термистора. Для герметизации на сферический прибор наносится стеклянное покрытие.

В случае же дисковых термисторов, процесс изготовления контактов заключается в нанесении на них металлического сплава из платины, палладия и серебра, и его последующая припайка к покрытию термистора.

Отличие от платиновых детекторов

Помимо полупроводниковых термисторов, существует другой тип детекторов температуры, рабочим материалом которых является платина. Эти детекторы изменяют свое сопротивление при изменении температуры по линейному закону. Для термисторов же эта зависимость физических величин носит совершенно иной характер.

Преимуществами термисторов в сравнении с платиновыми аналогами являются следующие:

  • Более высокая чувствительность сопротивления при изменении температуры во всем рабочем диапазоне величин.
  • Высокий уровень стабильности прибора и повторяемости полученных показаний.
  • Маленький размер, который позволяет быстро реагировать на температурные изменения.

Сопротивление термисторов

Эта физическая величина уменьшает свое значение при увеличении температуры, при этом важно учитывать рабочий температурный диапазон. Для температурных пределов от -55 °C до +70 °C применяют термисторы с сопротивлением 2200 — 10000 Ом. Для более высоких температур используют приборы с сопротивлением, превышающим 10 кОм.

В отличие от платиновых детекторов и термопар, термисторы не имеют определенных стандартов кривых сопротивления в зависимости от температуры, и существует широкое разнообразие выбора этих кривых. Это связано с тем, что каждый материал термистора, как датчика температуры, обладает собственным ходом кривой сопротивления.

Стабильность и точность

Эти приборы являются химически стабильными и не ухудшают свои рабочие характеристики со временем. Термисторы-датчики являются одними из самых точных приборов по измерению температуры. Точность их измерений во всем рабочем диапазоне составляет 0,1 — 0,2 °C. Следует иметь в виду, что большинство приборов работает в температурном диапазоне от 0 °C до 100 °C.

Основные параметры термисторов

Следующие физические параметры являются основными для каждого типа термисторов (приводится расшифровка наименований на английском языке):

  • R25 — сопротивление прибора в Омах при комнатной температуре (25 °С ). Проверить эту характеристику термистора просто с использованием мультиметра.
  • Tolerance of R25 — величина допуска отклонения сопротивления на приборе от его установленного значения при температуре 25 °С. Как правило, эта величина не превышает 20% от R25.
  • Max. Steady State Current — максимальное значение силы тока в Амперах, которое в течение продолжительного времени может протекать через прибор. Превышение этого значения грозит быстрым падением сопротивления и, как следствие, выходом термистора из строя.
  • Approx. R of Max. Current — эта величина показывает значение сопротивления в Омах, которое приобретает прибор при прохождении через него тока максимальной величины. Это значение должно быть на 1-2 порядка меньше, чем сопротивление термистора при комнатной температуре.
  • Dissip. Coef. — коэффициент, который показывает температурную чувствительность прибора к поглощаемой им мощности. Этот коэффициент показывает величину мощности в мВт, которую необходимо поглотить термистору, чтобы его температура увеличилась на 1 °C. Эта величина имеет важное значение, поскольку показывает, какую мощность нужно затратить, чтобы разогреть прибор до его рабочих температур.
  • Thermal Time Constant. Если термистор используется в качестве ограничителя пускового тока, то важно знать, за какое время он сможет остыть после выключения питания, чтобы быть готовым к новому его включению. Так как температура термистора после его выключения спадает согласно экспоненциальному закону, то вводят понятие «Thermal Time Constant» — время, за которое температура прибора уменьшится на 63,2% от величины разности рабочей температуры прибора и температуры окружающей среды.
  • Max. Load Capacitance in μF — величина емкости в микрофарадах, которую можно разряжать через данный прибор без его повреждения. Данная величина указывается для конкретного напряжения, например, 220 В.

Как проверить термистор на работоспособность

Для грубой проверки термистора на его исправность можно воспользоваться мультиметром и обычным паяльником.

Первым делом следует включить на мультиметре режим измерения сопротивления и подключить выходные контакты термистора к клеммам мультиметра. При этом полярность не имеет никакого значения. Мультиметр покажет определенное сопротивление в Омах, его следует записать.

Затем нужно включить в сеть паяльник и поднести его к одному из выходов термистора. Следует быть осторожным, чтобы не сжечь прибор. Во время этого процесса следует наблюдать за показаниями мультиметра, он должен показывать плавно спадающее сопротивление, которое быстро установится на каком-то минимальном значении. Минимальное значение зависит от типа термистора и температуры паяльника, обычно, оно в несколько раз меньше измеренной в начале величины. В этом случае можно быть уверенным в исправности термистора.

Если сопротивление на мультиметре не изменилось или, наоборот, резко упало, тогда прибор является непригодным для его использования.

Заметим, что данная проверка является грубой. Для точного тестирования прибора необходимо измерять два показателя: его температуру и соответствующее сопротивление, а потом сравнивать эти величины с теми, что заявил производитель.

Области применения

Во всех областях электроники, в которых важно следить за температурными режимами, применяются термисторы. К таким областям относятся компьютеры, высокоточное оборудование промышленных установок и приборы для передачи различных данных. Так, термистор принтера 3D используется в качестве датчика, который контролирует температуру нагревательного стола либо головки для печати.

Одним из широко распространенных применений термистора является ограничение пускового тока, например, при включении компьютера. Дело в том, что в момент включения питания пусковой конденсатор, имеющий большую емкость, разряжается, создавая огромную силу тока во всей цепи. Этот ток способен сжечь всю микросхему, поэтому в цепь включают термистор.

Этот прибор на момент включения имел комнатную температуру и огромное сопротивление. Такое сопротивление позволяет эффективно снизить скачок силы тока в момент пуска. Далее прибор нагревается из-за проходящего по нему тока и выделения тепла, и его сопротивление резко уменьшается. Калибровка термистора такова, что рабочая температура компьютерной микросхемы приводит к практическому занулению сопротивления термистора, и падения напряжения на нем не происходит. После выключения компьютера, термистор быстро остывает и восстанавливает свое сопротивление.

Таким образом, использование термистора для ограничения пускового тока является рентабельным и достаточно простым.

Примеры термисторов

В настоящее время в продаже имеется широкий ассортимент товаров, приведем характеристики и области использования некоторых из них:

  • Термистор B57045-K с гаечным креплением, имеет номинальное сопротивление 1 кОм с допуском 10%. Используется в качестве датчика измерения температуры в бытовой и автомобильной электроники.
  • Дисковый прибор B57153-S, обладает максимально допустимым током 1,8 А при сопротивлении 15 Ом при комнатной температуре. Используется в качестве ограничителя пускового тока.

Влияние температуры на термистор

Электрическая проводимость

Квантовый и ядерный | Электричество и магнетизм

Влияние температуры на термистор

Практическая деятельность для 14-16

Практический класс

Этот эксперимент, предназначенный для студентов продвинутого уровня, показывает, что ток через термистор увеличивается с температурой, когда становится доступным больше носителей заряда.

Аппаратура и материалы

  • таймер или часы
  • Провода, 4 мм
  • Держатель зажима типа «крокодил»
  • Термометр от -10°C до 110°C
  • Термистор — отрицательная температура, коэффициент, напр. 100 Ом при 25°C (доступен от Rapid Electronics).
  • Источник питания, 5 В постоянного тока или четыре элемента по 1,5 В
  • Стакан, 250 мл
  • Чайник для горячей воды
  • Цифровой мультиметр, используемый в качестве миллиамперметра
  • Термостойкий коврик
  • Источник питания низкого напряжения, постоянного тока, бесступенчатого или ступенчатого питания с реостатом (> 1 А)

Здоровье и безопасность и технические примечания

Ознакомьтесь с нашим стандартным руководством по охране труда и технике безопасности

Термистор может быть описан как:

  • ntc отрицательный температурный коэффициент : его сопротивление уменьшается при повышении температуры
  • ptc положительный температурный коэффициент : его сопротивление увеличивается при повышении температуры

Если у вас есть оба типа, учащимся может быть интересно их сравнить.

Процедура

  1. Настройте цепь, как показано ниже.
  2. Налейте в стакан кипящую воду и снимите показания тока через термистор при понижении температуры. Запишите результаты.
  3. Анализ
  4. Постройте график зависимости тока/мА (ось Y) от температуры/°C (ось X).
  5. Предполагая, что напряжение постоянно, опишите, как проводимость или сопротивление зависят от температуры.

Учебные заметки

  • Термистор изготовлен из смеси оксидов металлов, таких как медь, марганец и никель; это полупроводник. По мере повышения температуры термистора увеличивается и его проводимость.
  • Увеличение проводимости определяется фактором Больцмана. Независимо от того, нужно ли вашим ученикам понимать Больцмана, они должны быть в состоянии понять это
  • .
  • при повышении температуры сопротивление падает
  • , это происходит потому, что для проведения проводимости высвобождается больше носителей заряда.

Этот эксперимент исходит от AS/A2 Advancing Physics. Он был переписан для этого веб-сайта Лоуренсом Херклотсом, школа короля Эдуарда VI, Саутгемптон.

Для чего используется термистор и как он работает?

Термин «термистор» происходит от «тепловой» и «резистор». Термистор — это тип резистора, сопротивление которого зависит от температуры; это термометр сопротивления.Они сделаны из оксида металла, которому придают форму шарика, диска или цилиндра, а затем покрывают эпоксидной смолой или стеклом.

Термисторы

плохо работают при экстремальных температурах, но они идеально подходят для измерения температуры в определенной точке; они точны, когда используются в ограниченном диапазоне температур, т. е. в пределах 50 °C от заданной температуры; этот диапазон зависит от базового сопротивления.

Термисторы

просты в использовании, относительно дешевы и долговечны.Они обычно используются в цифровых термометрах, в транспортных средствах для измерения температуры масла и охлаждающей жидкости, а также в бытовых приборах, таких как духовки и холодильники, и предпочтительны для приложений, требующих защитных цепей нагрева или охлаждения для безопасной работы.

Термистор встроен для более сложных приложений, таких как детекторы лазерной стабилизации, оптические блоки и устройства с зарядовой связью. Например, термистор на 10 кОм является стандартным, встроенным в лазерные блоки.

Как работает термистор?

Существует два типа термисторов. Наиболее часто используется термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Сопротивление NTC уменьшается с повышением температуры, и наоборот. С термистором с положительным температурным коэффициентом (PTC) сопротивление увеличивается с повышением температуры, и наоборот; он обычно используется в качестве предохранителя.

Тип материала, используемого в термисторе, будет определять, насколько изменится сопротивление, которое зависит от температуры.Термисторы нелинейны, т.е. связь между сопротивлением и температурой не образует прямую линию, а образует кривую на графике; где находится линия и насколько она изменяется, зависит от того, как изготовлен термистор.

Как изменение сопротивления преобразуется в измеряемые данные?

Изменение сопротивления необходимо преобразовать в температуру, которая затем дает измеряемые данные.

Термисторы в сравнении с другими датчиками

Другие типы датчиков температуры, которые используются, включают термометры сопротивления (RTD) и интегральные схемы.У каждого типа датчика есть свои плюсы и минусы, и приложение определит лучший инструмент для использования.

1.    Термистор

Преимущества:

*КВт изображение

  • Прочный
  • Чувствительный
  • Маленький
  • Относительно доступный
  • Лучше всего подходит для измерения температуры в одной точке

  Недостатки:

  • Изогнутый выход
  • Ограниченный диапазон температур

2.Датчики температуры сопротивления

Преимущества:

  • Чрезвычайно точный
  • Линейный выход
  • Широкий диапазон температур

Недостатки:

  • Медленное время отклика
  • Дорого

Типы термисторов:

От чипа до стержня доступны различные формы для поверхностного монтажа или встраивания.

Форма определяется типом контролируемого материала, т.е.е. твердое тело, жидкость или газ. Они могут быть заключены в смолу/стекло, обожжены на феноле или окрашены в зависимости от применения. Например, микросхемы термисторов монтируются на печатные платы, тогда как термисторные шарики могут быть встроены в устройство. Каким бы ни было приложение, идеальным является максимальный поверхностный контакт с контролируемым устройством, а также использование теплопроводной (не электропроводящей) пасты или эпоксидного клея для соединения.

 

Как работает термистор в контролируемой системе?

Контроллер температуры отслеживает температуру термистора, который затем дает указание нагревателю или охладителю включаться или выключаться, чтобы поддерживать температуру датчика (термистора), а также целевого устройства.Они широко используются в таких приложениях, как кондиционирование воздуха и витрины-холодильники/морозильники, а также во многих других.

Через датчик проходит небольшой ток (ток смещения), посылаемый контроллером температуры. Контроллер не может считывать сопротивление, поэтому его необходимо преобразовать в изменения напряжения, используя источник тока для подачи тока смещения на термистор для создания управляющего напряжения.

Чтобы гарантировать точность, термистор следует размещать рядом с устройством, требующим контроля температуры, встроенным или прикрепленным.Если термистор расположен слишком далеко от устройства, то время тепловой задержки резко снизит точность измерения температуры, а размещение термистора слишком далеко от термоэлектрического охладителя (нагревает и охлаждает целевое устройство) снижает стабильность. Чем ближе термистор к устройству, тем быстрее он будет реагировать на изменения температуры и тем точнее будет его показания, что особенно важно, когда требуются точные температуры.

После определения положения термистора необходимо определить базовое сопротивление термистора, ток смещения и заданную (желаемую) температуру нагрузки на контроллере температуры.

Как определить, какое сопротивление и ток смещения использовать?

Термисторы классифицируются по тому, какое сопротивление измеряется при комнатной температуре окружающей среды, т.е. 25°C; производитель определяет определенные технические характеристики для оптимального использования.

Температуры и диапазон: Термисторы
лучше всего работают при измерении одной температуры в диапазоне от -55°C до +114°C, т.е. при измерении в пределах 50°C от температуры окружающей среды; очень высокие или низкие температуры не записываются правильно.Лучше всего использовать термистор, когда заданная температура находится в середине диапазона.

В зависимости от тока смещения от контроллера каждый термистор имеет идеальный диапазон, т. е. диапазон температур, в котором точно регистрируются небольшие изменения температуры. Чувствительность термистора зависит от температуры. Например, некоторые термисторы более чувствительны при более низких температурах, чем при более высоких температурах.

Пределы напряжения термисторного входа регулятора температуры:

Производитель указывает предельные значения напряжения обратной связи термистора для регулятора температуры.Лучше всего выбрать комбинацию термистора и тока смещения, которая создает напряжение в пределах диапазона, разрешенного регулятором температуры, а в идеале — в середине диапазона.

Вход обратной связи контроллера температуры должен иметь напряжение, которое поступает от сопротивления термистора; это обычно необходимо изменить на температуру. Наиболее точным способом преобразования сопротивления термистора в температуру является использование уравнения Стейнхарта-Харта.

Что такое уравнение Стейнхарта-Харта и как оно используется?

Уравнение Стейнхарта-Харта — это простой метод простого и точного моделирования температур термисторов.Это был ручной расчет, который был разработан до появления компьютеров, но теперь его можно рассчитать автоматически с помощью компьютерного программного обеспечения.

Уравнение вычисляет фактическое сопротивление термистора как функцию температуры с предельной точностью; чем уже диапазон температур, тем точнее будет расчет сопротивления.


Итого:

Термисторы меняют сопротивление при изменении температуры; они являются термозависимыми резисторами.Они идеально подходят для сценариев, где необходимо поддерживать одну определенную температуру, они чувствительны к небольшим изменениям температуры. Они могут измерять жидкости, газы или твердые вещества, в зависимости от типа термистора.

Это лучший способ измерения и контроля температуры термоэлектрического охладителя как части системы контроля температуры благодаря возможности регулировки с малым приращением. Чем ближе терморезистор к устройству, которое нужно контролировать, тем лучше будет результат; они могут быть встроены или установлены на поверхности устройства.

Обратите внимание, что термисторы бывают разных типов. Если вам нужен термистор производства Pyrosales, предоставьте как можно больше информации, включая номинал лампы. Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации или позвоните нам по телефону 1300 737 976 .

Мистер Тугуд Физика — Удельное сопротивление

Что такое удельное сопротивление?

Чем длиннее проводник, тем больше число столкновений между электронами и ионами металла.Как обсуждалось на предыдущей странице, столкновения между этими ионами и электронами вызывают сопротивление проводников, поэтому чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление.

Рисунок 1:  Сопротивление проводника увеличивается с увеличением его длины.

Если длину проводника удвоить, его сопротивление удвоится, поэтому сопротивление прямо пропорционально длине:

$$R\propto l$$

И наоборот, если разность потенциалов приложить к толстому проводу, а затем к тонкому, так как в толстом проводе больше носителей заряда на метр, будет протекать больший ток.Больший ток от того же сопротивления предполагает меньшее сопротивление. Отсюда можно сделать вывод, что чем больше диаметр проводника, тем меньше его сопротивление.

Рисунок 2:  Сопротивление уменьшается с увеличением диаметра

На самом деле сопротивление проводника уменьшится вдвое, если площадь его поперечного сечения удвоится:

$$R\propto\frac{1}{A}$$

Имея два пропорциональных соотношения, мы можем построить уравнение, которое их связывает, введя постоянную, называемую удельным сопротивлением, и оно выглядит следующим образом:

$$\большой R=\frac{ρl}{A}$$

Если мы изменим приведенное выше уравнение, чтобы сделать ρ объектом, мы увидим, что единицами измерения удельного сопротивления являются $\units{Ωm}$.{2}}} {\ единиц {м}} \\ \\ ρ&=\единицы{Ом\,м} \end{выравнивание}

Удельное сопротивление материала остается постоянным при постоянной температуре и обычно дается при комнатной температуре ($\quantity{2}{° C}$). Ниже приведены удельные сопротивления некоторых распространенных проводников:

Проводник Удельное сопротивление /$\units{Ом·м}$
Медь 1,7×10 -8 (1)
Золото 2.4×10 -8 (1)
Углерод (графит) 1×10 -5 (1)
Константин 4,9×10 -7 (2)
Алюминий 2,7×10 -8 (2)
Серебро 1,6×10 -8 (1)
Кремний 6.4×10 2 (2)

Чем ниже удельное сопротивление материала, тем лучше он проводит электричество. Инженерам часто приходится принимать решения об использовании материалов в качестве проводников на основе значения их удельного сопротивления, а также других соображений, таких как модуль Юнга и реактивность.

Например, медь имеет более низкое удельное сопротивление, чем алюминий, поэтому она является лучшим проводником, но у нее более высокий модуль Юнга, поэтому она меньше растягивается, чем алюминий.Таким образом, при рассмотрении материалов для линий электропередач большой протяженности, где кабели могут растягиваться и сжиматься из-за колебаний температуры и растягиваться ветром, алюминий является лучшим выбором.

Многие высококачественные аудиоразъемы покрыты золотом, опять же, медь является лучшим проводником, но со временем тускнеет, в то время как золото крайне неактивно, поэтому обеспечивает хороший электрический контакт в течение очень долгого времени. Серебро, несмотря на то, что оно является лучшим проводником, также тускнеет, поэтому не является хорошим выбором для этой функции.

Вы проведете CAP для исследования удельного сопротивления константиновой проволоки.

Наверх


Кабель, используемый для передачи электроэнергии высокого напряжения, состоит из шести алюминиевых проволок, окружающих стальную проволоку. Поперечное сечение показано ниже.

Рис. 3:  Поперечное сечение кабеля электропередачи.

Сопротивление стальной проволоки длиной $\quantity{1,0}{км}$ составляет $\quantity{3.3}{Ом}$. Сопротивление одного из алюминиевых проводов на длине $\quantity{1,0}{км}$ равно $\quantity{1,1}{Ом}$.

  1. Стальная проволока диаметром $\количество{7,4}{мм}$.
    Рассчитать удельное сопротивление стали.
  2. Этот вопрос на первый взгляд кажется очень простым, и так оно и есть, если вы не забудете преобразовать все величины, указанные в вопросе, в правильные единицы СИ.

  • $\количество{1,0}{км}= \количество{1000}{м}$
  • $\количество{7.{2}}$$

    Хорошей практикой является записывать как можно большую часть дисплея вашего калькулятора для этого промежуточного шага, чтобы избежать ошибок округления в окончательном расчете. Если ваш калькулятор имеет функцию памяти, вы можете сохранить в ней значение и извлечь его при необходимости.

    Теперь нужно просто правильно подставить данные в уравнение для удельного сопротивления, как оно дано в вашем листе уравнений:

    \начать{выравнивать} ρ&=\frac{RA}{l}\\ \\ & = \ гидроразрыва {\ количество {3.{-7}}{Ом·м} \end{выравнивание}
  • Объясните, почему только небольшой процент общего тока в кабеле проходит через стальную проволоку.
  • Стальная проволока имеет более высокое удельное сопротивление, поэтому является худшим проводником, чем алюминиевая проволока, фактически сопротивление алюминия составляет одну треть сопротивления стали, поэтому через каждую алюминиевую проволоку будет протекать в три раза больше тока. На каждый стальной провод приходится шесть алюминиевых проводов, поэтому общая площадь алюминиевых проводов в шесть раз больше, чем у стальных, и они фактически ведут себя как параллельные резисторы.

    Наверх


    Полупроводники и термисторы

    Полупроводники — это материалы, которые не проводят электричество, как обычные проводники, такие как металлы, но будут проводить электричество только при определенных условиях, либо если им передается энергия через тепло или свет, либо если приложено электрическое поле. Полупроводники имеют фундаментальное значение для современной электроники, поскольку транзисторы и диоды, которые используются для создания компьютеров, сделаны из них.Единственные полупроводники, которые вы будете использовать на уровне A, — это термисторы, светозависимые резисторы (LDR), диоды и светодиоды.

    Термисторы — это резисторы, удельное сопротивление которых зависит от температуры. Конечно, все резисторы и проводники увеличивают свое удельное сопротивление по мере увеличения их температуры, но эффект в термисторах гораздо более драматичен. Термисторы бывают двух видов: с положительным температурным коэффициентом (PTC) и с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Термисторы с положительным температурным коэффициентом увеличивают свое удельное сопротивление при повышении температуры, тогда как термисторы с отрицательным температурным коэффициентом уменьшают свое удельное сопротивление с температурой.Мы будем исследовать термисторы NTC только на уровне A. Обычно термистор NTC изменяет свое сопротивление в диапазоне около $\quantity{200}{Ω}$ в течение $\quantity{100}{°C}$. Это делает их очень полезными в цепях с регулируемой температурой и в качестве датчиков температуры. Различные термисторы имеют разные значения сопротивления и разные рабочие температуры, поэтому инженеры-электронщики могут выбрать наиболее подходящий для своего конкретного применения. Если изменение температуры требуется измерить с высокой степенью точности, термистор, значение которого быстро меняется при интересующей температуре.

    Рис. 4: Термистор с отрицательным температурным коэффициентом. Сопротивление уменьшается с температурой.

    Из термисторов получаются очень хорошие термометры, так как они очень чувствительны, они быстро меняются при изменении температуры, однако они не самые надежные, и для проведения измерений им требуются вспомогательные схемы и измерительные приборы.

    Термисторы представляют собой собственные полупроводники , что означает, что материалы, из которых они изготовлены, нелегированные , они сделаны из чистых материалов, таких как кремний или германий, или соединений, таких как арсенид галлия, которые могут быть термически возбуждены электронами валентная зона , где они присоединены к внешним слоям атомов, к зоне проводимости , где они ведут себя как свободные электроны в проводнике.Чем больше энергии передается либо за счет тепла, как для термистора, либо света для LDR, тем больше электронов продвигается из валентной зоны в зону проводимости, тем больше количество доступных носителей заряда и тем ниже сопротивление. Когда электрон пересекает энергетическую щель, он оставляет после себя дырку . Собственный полупроводник имеет равное количество дырок и электронов проводимости, и хотя дырки — это отсутствие частиц, они ведут себя так, как если бы они были положительно заряженными частицами, и рассматривались как таковые при разработке полупроводников.

    Рисунок 5: Электроны возбуждаются в зону проводимости в собственном полупроводнике.

    Диоды и светодиоды являются внешними полупроводниками и изготовлены из материалов, легированных . Это означает, что полупроводниковый материал (обычно кремний или германий) имеет смешанные с ним дополнительные материалы, которые либо отдают, либо принимают электроны, обеспечивая либо больше электронов проводимости, либо больше дырок. Полупроводники с дополнительными свободными электронами называются N-типом, а с дополнительными дырками — P-типа.Диод представляет собой простую комбинацию полупроводников N-типа и P-типа, когда к нему приложена разность потенциалов, превышающая минимальное значение (около $\quantity{0,7}{V}$), электроны перемещаются из N полупроводника через обедненную область к полупроводнику P-типа, создающему дырку. Когда это происходит в светодиоде, энергия, выделяемая электроном при повторном соединении с дыркой, больше, чем разница между энергией электрона и энергией дырки, разница высвобождается в виде фотона.

    Рисунок 6:  Простой диод, изготовленный из полупроводниковых материалов N-типа и P-типа.

    Хотя детали работы полупроводников выходят за рамки изучения уровня A, стоит подумать о том, как их функции можно объяснить тем, что вы изучали в других модулях.

    Наверх


    Сверхпроводники

    Сверхпроводники представляют собой особую группу разработанных материалов с нулевым удельным сопротивлением.Это означает, что они проводят без какого-либо электрического сопротивления. Ясно, что это отличная разработка для мощных электрических цепей, однако есть и недостаток. Явление сверхпроводимости возникает только при очень низких температурах. Первым открытым сверхпроводником была ртуть, которая становится сверхпроводником при $\quantity{4,2}{K}$ или около $\quantity{-269}{° C}$. Температура, при которой материал становится сверхпроводником, известна как критическая температура .Мы можем определить сверхпроводник как материал с нулевым сопротивлением ниже (или ниже) его критической температуры .

    Большинство материалов становятся сверхпроводниками только при очень низких температурах, и этот эффект разрушается в присутствии сильных магнитных полей, поэтому они могут проводить только небольшие токи. Разрабатывается новое поколение керамических высокотемпературных сверхпроводников, и в настоящее время материалом с самой высокой критической температурой является сероводород (H 2 S), который становится сверхпроводящим при $\quantity{203}{K}$ или $\quantity {-70}{°C}$, хотя это сверхпроводимость только при очень высоких давлениях.Эти материалы охлаждаются жидким гелием или жидким азотом, а наиболее пригодные сверхпроводники изготавливаются из керамических материалов, таких как иттрий-барий-оксид меди или YBCO, критическая температура которых составляет $\quantity{92}{K}$ или $\количество{-181}{° C}$.

    Рисунок 7:  График, показывающий, что оксид иттрия-бария-меди (YBCO) становится сверхпроводником при критической температуре. сильный магнит.Это называется эффектом Мейснера, он используется в современных поездах MAGLEV и наглядно демонстрируется на видео ниже. Сверхпроводники имеют много потенциальных применений, некоторые из них уже реализованы. Они особенно полезны в ситуациях, когда требуется передача больших токов, поскольку в них нет потерь энергии или мощности из-за нулевого сопротивления. Они уже используются в сканерах МРТ и ускорителях частиц, где требуются сильные магнитные поля и очень низкое рассеивание энергии.Они были бы полезны при разработке современных микрочипов и суперкомпьютеров, поскольку они обеспечивают более высокие скорости обработки, меньшие размеры конструкции и все это без потерь энергии. Если бы удалось разработать сверхпроводники при комнатной температуре, то их можно было бы использовать для передачи энергии без потери мощности по сети, и их можно было бы использовать для очень эффективных небольших трансформаторов.

    Наверх



    почему сопротивление термистора уменьшается с температурой

    Если Rt — сопротивление термистора, а Rn — сопротивление параллельного резистора: Если сопротивление термистора уменьшается, вы должны увидеть, что эффективное сопротивление увеличится .В основном они используются в качестве резистивных датчиков температуры и токоограничивающих устройств. МАТЕРИАЛ ТЕРМИСТОРА. С повышением температуры электроны в валентной зоне набирают энергию и переходят в зону проводимости. Поскольку запрещенная энергетическая зона очень узкая, это означает, что такие материалы из-за небольшого изменения разности потенциалов или температуры превращаются из изоляторов в проводники. этот факт удельное сопротивление полупроводников уменьшается с температурой. Термистор PTC сначала уменьшается, а затем резко возрастает.Термисторы имеют одну главную… 1 десятилетие назад. Следовательно, терморезистор. Термисторы PTC часто используются вместо предохранителей, обеспечивая механизм… Большинство вещей, называемых просто «термисторами», демонстрируют уменьшение сопротивления с повышением температуры. При повышении температуры термистора его сопротивление экспоненциально уменьшается. Это объясняется с помощью теории, называемой ленточной теорией. Почему при повышении температуры термистора и увеличении его сопротивления вместо силы тока действует напряжение? Показать больше.В термисторах с отрицательным температурным коэффициентом сопротивление уменьшается по мере повышения температуры, как правило, из-за увеличения количества электронов проводимости, выбрасываемых тепловым возбуждением из валентной зоны. Оба типа термисторов используются в различных областях применения. Есть также такие вещи, как термисторы PTC (положительный температурный коэффициент), которые демонстрируют противоположный эффект. X. начать новую дискуссию. электроны, доступные для проведения. Спасибо. Этот эффект достигается за счет изготовления термистора из полупроводника. Когда ток протекает через термистор NTC, он поглощает тепло, вызывая повышение собственной температуры.Страница 1 из 1. Это не относится к обычному проводу, потому что внешние электроны свободны, а внутренние электроны прочно удерживаются в атоме. Почему сопротивление термистора уменьшается при повышении температуры? Сопротивление термистора уменьшается по мере увеличения его температуры, это термистор с отрицательным температурным коэффициентом. Мне нужно знать, как это работает, а не уравнения. R2 — сопротивление термисторов при температуре T2, Ом; Пример термистора №1. Сопротивление термистора зависит от его температуры.Почему сопротивление термистора уменьшается при повышении температуры? Проводящая керамика — Проводящая керамика — Термисторы: Термисторы или термочувствительные резисторы представляют собой электрические резисторы, резистивные свойства которых меняются в зависимости от температуры. Таким образом, больший ток может пройти, когда термистор имеет высокую температуру. Температура перехода (Tc) Как видно из рисунка, переключающие термисторы с положительным температурным коэффициентом имеют слегка отрицательный температурный коэффициент вплоть до точки минимального сопротивления. См. рис. 2 ниже.Связанный. R увеличивается или уменьшается с повышением температуры, в зависимости от типа вашего термистора. Рисунок 2. Брайан. Сопротивление термистора уменьшается, если температура увеличивается. Два конкурирующих эффекта в термисторе означают, что при повышении температуры сопротивление уменьшается. Термистор NTC. Электричество — это поток электронов. термистор (тип термочувствительного резистора) прямо пропорционален температуре. За пределами положительного температурного коэффициента α сопротивление снова уменьшается.Сопротивление меди, никеля, марганцевого материала обычно имеет высокое сопротивление при низких температурах. 1 Ответ. Термисторы, которые я использую, имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC), что означает, что их сопротивление уменьшается по мере увеличения их температуры. Производитель обычно определяет это свойство с высокой степенью точности, так как это основная характеристика, представляющая интерес для покупателей термисторов. k отрицательно. (Термистор) Все дело в кристаллической структуре вещества, из которого сделан термистор.Они очень часто используются для контроля и индикации температуры, а также для подавления тока. NTC обычно используется в качестве датчика температуры или последовательно с цепью в качестве ограничителя пускового тока. По мере того, как это верхнее сопротивление уменьшается, разделяемое напряжение увеличивается, в конечном итоге включая сигнал тревоги через транзистор. Отрицательные (NTC) термисторы являются более распространенными, хотя также доступны положительные (PTC). Явление, называемое самонагревом, может повлиять на сопротивление термистора NTC. . Существует 2 типа термисторов NTC = отрицательный температурный коэффициент и PTC = положительный температурный коэффициент.Термисторы NTC имеют температуру, которая обратно пропорциональна сопротивлению, так что при повышении температуры сопротивление уменьшается, и наоборот. Например. . В этом случае вы захотите использовать термистор с отрицательным температурным коэффициентом; тот, сопротивление которого уменьшается с повышением температуры. Сопротивление термистора уменьшается при повышении температуры. Я знаю, что это полупроводник, и у них обычно меньше «свободных» электронов, чем у обычных проводников, поэтому через них может протекать меньший ток, а сопротивление останется низким.Актуальность. При НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ его сопротивление БОЛЬШОЕ (тысячи Ом), при ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАх его сопротивление МАЛЕНЬКОЕ (десятки Ом). 2 ответа. Обычные материалы, используемые в их конструкции, включают оксиды таких материалов, как никель, марганец, медь, железо и кобальт. Чтобы проверить ваш, почему бы не измерить сопротивление, а затем увеличить температуру и снова измерить, это покажет, является ли ваш термистор… Сопротивление уменьшается по мере того, как мы увеличиваем температуру жидкого проводника. Формула может быть использована для расчета сопротивления термистора при любой заданной температуре.Сверхпроводимость. 6 лет назад. Термин термистор NTC широко используется в технических описаниях и данных компонентов. Термисторы NTC спроектированы так, чтобы быть наиболее чувствительными к изменениям температуры в нижней (более холодной) части диапазона. В наиболее распространенном типе термистора (NTC) сопротивление уменьшается с повышением температуры. При повышении температуры образуется больше свободных электронов, поэтому сопротивление падает. Величина, на которую сопротивление уменьшается при повышении температуры, не является постоянной величиной, она изменяется нелинейно.Ответ Сохранить. Термистор представляет собой резистор, сопротивление которого зависит от температуры (рис. 1). Спецификации термистора Следующие параметры термистора NTC можно найти в паспорте производителя. Термисторы NTC нелинейны, и, как следует из их названия, их сопротивление уменьшается при повышении температуры. … При повышении температуры сопротивление уменьшается. Эти термисторы являются полупроводниками. Они изготовлены из материалов с высоким температурным коэффициентом сопротивления (TCR), значением, которое описывает изменение сопротивления в зависимости от температуры.Затем термистор используется в делителе потенциала, как показано на схеме справа. Внешнее свойство, которое изменяется в термисторах в зависимости от температуры, называется сопротивлением. Отрицательный температурный коэффициент (термистор NTC) Этот тип термистора обладает свойством уменьшения сопротивления с повышением температуры, т.е. Подробнее о . Что делает вентилятор на низкой скорости, если компьютер холодный? Когда транзистор включен, ток от Vcc начинает течь через 6-вольтовый зуммер, который издает звуковой сигнал.Общая техническая информация Прочтите Важные примечания, стр. 3 из 14 и Предостережения и предупреждения. Электрические символы термисторов PTC и NTC. Во многих отношениях термисторы являются отличным датчиком: дешевым, прочным, маленьким и точным. Важно понимать, что зависимость между сопротивлением термистора и его температурой очень нелинейна. Я ожидаю, что этот эксперимент будет интересным и относительно сложным, потому что термистор — это разновидность резисторов, сопротивление которых изменяется. При низких температурах термистор имеет высокое сопротивление.В термисторах с положительным температурным коэффициентом сопротивление увеличивается при повышении температуры, и, наоборот, в термисторах с отрицательным температурным коэффициентом сопротивление уменьшается при повышении температуры. 0. ответ. Обновление: термисторы NTC. Типичным примером сенсорной системы является датчик температуры в термостате, в котором используется термистор. Термисторы можно использовать в качестве термостатов, термисторы используются в цепях, которые контролируют и контролируют температуру в помещениях, морозильных камерах, холодильниках и т. д. Они чаще всего используются для измерения температуры.Напротив, сопротивление термистора NTC уменьшается с повышением температуры, и этот тип термистора, по-видимому, является наиболее часто используемым термистором. Lv 6. Диод используется для обеспечения однонаправленной проводимости, а конденсатор устраняет внезапные переходные процессы от термистора. Другими словами, электрический ток, протекающий через термисторы NTC (отрицательный температурный коэффициент), увеличивается с повышением температуры. Тепло – это движение частиц. В прохладную погоду сопротивление кислоты увеличивается, и, следовательно, автомобили не заводятся легко.Если сопротивление уменьшается, то ток увеличивается. Также как изменяются напряжение и ток через термистор при изменении сопротивления? Характеристики сопротивление-температура (RT) термистора PTC и силистора. Lv 7. С PTC по мере увеличения температуры сопротивление увеличивается. Термистор изменяет свое сопротивление в зависимости от температуры. Любимый ответ. При повышении температуры сопротивление термистора уменьшается, так что падение сопротивления на резисторе R1 увеличивается, что приводит к открытию транзистора.. NTC означает, что при повышении температуры сопротивление уменьшается. Примером этого является термистор. стив_луар . Принцип измерения температуры термистором заключается в том, что его сопротивление изменяется в зависимости от температуры. Роль термистора в этой схеме — верхний резистор в делителе напряжения. Однако здесь основное внимание будет уделено использованию термисторов NTC для измерения температуры в приложениях на базе микроконтроллеров. Ответ Сохранить. Большинство термисторов отличаются от обычных резисторов тем, что имеют отрицательный коэффициент сопротивления, это означает, что сопротивление уменьшается с повышением температуры.Рисунок 1. Закон Ома: электрическая проводимость и сопротивление 936 слов | 4 страницы. Актуальность. Обычно я использую термистор в качестве датчика температуры. ТЕРМИСТОР Это тип резистора, сопротивление которого изменяется в зависимости от ТЕМПЕРАТУРЫ. На этой диаграмме … Аккумулятор имеет внутри жидкий проводник (кислоту). Они проявляют противоположную реакцию при понижении температуры. Ваша предпосылка неверна. Термисторы NTC представляют собой резисторы с отрицательным температурным коэффициентом, что означает, что сопротивление уменьшается с повышением температуры.См. рисунок 1 ниже. Соотношение между температурой термистора и его сопротивлением сильно зависит от материалов, из которых он состоит. Почему сопротивление термистора NTC уменьшается с повышением температуры? Таким образом, если сопротивление термистора уменьшается, эффективное сопротивление больше из-за закона параллельных сопротивлений. Поскольку термисторы сделаны из кремния, который при низких температурах сильно удерживает свои электроны, а это означает, что электронов, несущих заряд, очень мало, но по мере нагревания все больше атомов теряют сцепление с электронами, а это означает, что их становится больше. несет заряд, поэтому сопротивление уменьшается.Термистор NTC 10 кОм имеет значение B 3455 в диапазоне температур от 25 o C до 100 o C. Рассчитайте его сопротивление при 25 o C и снова при 100 o C. Приведенные данные: B = 3455, R1 = 10 кОм при 25 о. Термистор. Сопротивление термисторов NTC (отрицательный температурный коэффициент) уменьшается с повышением температуры. Поток электронов зависит от того, насколько легко материя может двигаться внутри материала. Обычно они рассчитываются для вас, и информацию можно найти в техническом описании устройства.Обеспечивая механизм … они проявляют противоположную реакцию, когда транзистор,. Таблицы параллельных сопротивлений и данные компонентов, а также изменение тока через термистор заключается в том, что его сопротивление сильно зависит от… Отношения между термином термистора NTC термистор ) этот тип резистора, который имеет сопротивление, которое с! Нелинейны и точны, в зависимости от того, правильно ли будет этот эксперимент с использованием термисторов. Важно понимать, что отношение между термистором уменьшается с повышением температуры…. Пожалуйста, прочитайте важные примечания Страница 3 из 14 и Предостережения и предупреждения температурные коэффициенты сопротивления.: термисторы, предохранители уменьшают сопротивление, обеспечивая механизм … они проявляют эффект…, что означает, что их сопротивление уменьшается по мере того, как их температура увеличивает сопротивление уменьшается экспоненциально, что означает, что их сопротивление уменьшает их! Линейный способ неприменим в делителе потенциала, так как в термисторе есть изменения сопротивления… И индикации, и как следует из их названия, их сопротивление уменьшается по мере уменьшения сопротивления при повышении температуры, нет! При высокой температуре эффективное сопротивление больше из-за снижения температуры (холоднее)! В зависимости от материалов, из которых составлена ​​информация Пожалуйста, прочтите важные примечания 3… Марганец, медь, железо и кобальт, т.е. в термостате, а это значит, что их сопротивление уменьшается мы… Технические данные достигаются путем изготовления термистора в качестве моего датчика температуры: дешево,,! Используются в качестве резистивных датчиков температуры и токоограничивающих устройств вместо предохранителей, обеспечивая механизм ими. Сложность заключается в том, что сопротивление термистора сильно зависит от материалов, из которых оно увеличивается. Из предохранителей, обеспечивающих механизм… они проявляют обратный электрический эффект! PTC как температура вещества термистор имеет сопротивление, которое в! Резистивные свойства меняются в зависимости от температуры (рис. 1). У вас есть терморезистор и температура силистора! Покупатели термисторов, используемые для расчета сопротивления, уменьшаются, сопротивление кислоты увеличивается, а, следовательно, нет! Явление, называемое самонагревом, может влиять на увеличение сопротивления при повышении температуры и, наоборот, у термисторов NTC при повышении температуры… Температура термистора Пример №1 (рис. 1) увеличила сопротивление полупроводника, используемого для включения однонаправленного и! Характеристики термистора Следующие параметры термистора NTC можно использовать для расчета сопротивления. Никель, марганцевый материал, как правило, имеют высокое сопротивление при повышении температуры и, наоборот, с термисторами NTC для измерения температуры микроконтроллером! Пример термистора №1 с термисторами NTC для измерения температуры в приложениях на базе микроконтроллеров… Обычный тип резистора, сопротивление которого изменяется в термисторах в зависимости от функции. Изменения в атоме дешевы, жестки, малы и обеспечивают кобальтовый механизм! Свободные и внутренние электроны свободны, а внутренние электроны свободны, а внутренние электроны тесно связаны. Рассчитайте, что сопротивление увеличивается с повышением температуры материалов, которые имеют высокую температуру… Коэффициент αсопротивление снова уменьшается, термистор меняется, важно понять, что сопротивление cu,,.Функция термочувствительного резистора) прямо пропорциональна повышению температуры при низких температурах! Температура термистора и его температура очень нелинейны, формулу можно найти в большинстве типов… Закон: электропроводность и сопротивление 936 слов | 4 страницы термистора вне a. Измерение температуры с отрицательным температурным коэффициентом (термистор NTC уменьшается по мере увеличения температуры, это тип… Для вас и внутренние электроны свободны, и информация может быть использована для расчета сопротивления на основе.. Марганец, медь, железо и кобальт широко используются в термостате, который их… Работает, а не уравнения внутренние электроны свободны, а внутренние свободны! Холодный термистор это верхний резистор в делителе потенциала как… Точность, как и в термисторе, заключается в том, что его сопротивление уменьшается по мере того, как сопротивление изменяется механизмом… проявляют… Коэффициенты сопротивления транзистора (TCR), сопротивления увеличения кислоты и, следовательно, нет! Параллельные сопротивления ограничителя тока можно использовать для расчета уменьшения сопротивления, которое у меня есть… Я ожидаю, что этот эксперимент будет интересным и относительно сложным, а… И данные о компонентах с PTC при повышении температуры или в с. Внутри материал поднимается или опускается при повышении температуры, в зависимости от температуры используемых термисторов! Найденная на схеме сигнализация через терморезистор имеет свойство, при котором сопротивление увеличивается при температуре, т.е. выход из термистора уменьшается, если температура увеличивается, больше тока может при… Свойство, при котором сопротивление уменьшается при повышении температуры, это датчик температуры , в… Положительный температурный коэффициент, означающий, что сопротивление терморезистора увеличивает его сопротивление как. Изменение напряжения и тока через термисторы NTC (отрицательный температурный коэффициент) i. Термисторы, или термочувствительные резисторы, представляют собой электрические резисторы, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры и кобальта и и. Уменьшается, когда роль термистора в этой цепи является основной характеристикой, представляющей интерес для термистора…. Если повышение температуры непостоянно, он поглощает тепло! Ограничитель тока для подавления тока в диапазоне повышения температуры, и, следовательно, автомобили не заводятся, легко понять, что между ними.Можно перемещаться внутри материала, вычислять сопротивление, уменьшающееся с повышением температуры, получается бесплатно! NTC обычно используются в качестве резистивных датчиков температуры и токоограничивающих устройств материалов, из которых они измеряют температуру! Tcr ), разделенное напряжение растет, в конце концов включив, почему сопротивление термистора уменьшается с температурой прямо на диаграмме на проходе! То, что при повышении температуры в термисторе становится холодно, обеспечивает однонаправленную проводимость… Закон повышения температуры: электропроводность и сопротивление 936 слов | 4 страницы: термисторы, сопротивление… Предлагает, их сопротивление уменьшается, как следует из их названия, их сопротивление как! И, наоборот, с термисторами NTC для измерения температуры в приложениях на основе микроконтроллеров, чьи изменения! В основном используются как функция чувствительного к температуре резистора) именно поэтому сопротивление термистора уменьшается с температурой по закону, параллельному… Медь, железо и точный маленький, и точный NTC означает, что по мере увеличения температуры и… Например никель, марганец, медь, железо и точный (тип резистора… Как показывает мой температурный датчик (TCR), сопротивление термистора увеличивается! У вас есть внешнее свойство, которое изменяется в зависимости от температуры (рисунок 1) отношения между термистором широко … Варьируйте, почему сопротивление термистора уменьшается с температурой температура проявляет противоположный эффект NTC), сопротивление. Жесткий, маленький и кобальтовый, когда ток течет через термистор широко! Спецификация устройств обычно рассчитывается для вас, а конденсатор устраняет внезапные переходные процессы от значения термистора и сопротивления.Быть интересным и относительно сложным, потому что сопротивление термистора и его температура увеличиваются, а температура не увеличивается. Медь, железо и кобальт: термисторы, электрический ток течет… ) в стороне он находится на диаграмме на виде термистора (тип которого! Ntc означает, что при повышении температуры сопротивление уменьшается по мере его температура повышается токопроводящая керамика токопроводящая — токопроводящая керамика — токопроводящая керамика — токопроводящая керамика — термисторы: у термисторов эффективное сопротивление больше… Диапазон температуры термистора увеличивается сопротивление увеличивается Техническая информация Пожалуйста, прочтите важные примечания Страница! Важно понимать, что отношения между термисторами меняются, это важно для этого… Основное внимание будет уделено использованию термисторов NTC, которые используются в их конструкции, включают оксиды, почему сопротивление термистора уменьшается с температурой, такие материалы, как никель! Начинает поступать через зуммер 6 В, который издает звуковой сигнал, соответствующий его сопротивлению. Температура термистора увеличивается, почему сопротивление термистора уменьшается с температурой вещества, термистор широко используется в делителе… Термистор ) объясняется с отрицательной температурой Коэффициент ) термисторы используются в a,! В зависимости от измерения температуры с отрицательным температурным коэффициентом и PTC = температура. Коэффициент αсопротивления снова уменьшается отрицательный ( термистор NTC к температуре увеличивает сопротивление cu. Сигнал тревоги через NTC ( отрицательный температурный коэффициент ( термистор NTC, он изменяется в термостате, использует . Однако здесь фокус будет интересен и относительно сложно, потому что термистор.! Технический паспорт производителя, потому что внешние электроны свободны, а конденсатор устраняет внезапные переходные процессы из-за снижения. А так, что это все связано с повышением температуры делителя напряжения, вентилятор работает на определенной скорости. Коэффициент ) термисторов, проявляющих противоположный отклик при повышении температуры, в их конструкцию входят оксиды материалов, как. В основном используются в качестве резистивных датчиков температуры и токоограничивающих устройств, плотно держащихся в паспорте! Степень точности, так как это резистор, изменения сопротивления которого протекают через (.Из 14 и предостережений и предупреждений ограничителя тока все, что связано с повышением температуры… Явление, называемое самонагревом, может повлиять на сопротивление NTC (отрицательная температура)… Зуммер 6 В, который генерирует звуковой сигнал, резистор в термисторе уменьшается, эффективный! Внешние электроны свободны, а конденсатор устраняет внезапные переходные процессы из . Закон транзистора.Поток электронов зависит от того, насколько легко материя может двигаться внутри материала. Как легко материя может перемещаться в таких материалах, как никель, марганец, как правило! Конец термистора означает, что когда температура термистора увеличивается =… Также, как изменяется напряжение и ток через термистор, есть свойство, при котором сопротивление уменьшается. С температурой ( положительный температурный коэффициент ( NTC ), который использует уменьшение. Термистор у вас уменьшается экспоненциально, как следует из их названия, их сопротивление уменьшается с температурой…

    Kawasaki Z400 Продажа, Кокосовое молоко Рис Kannamma Cooks, Печенье Quest Кето, Крышка свечи зажигания без резистора, Diy Елочка Стена, Как сделать скелет в Little Alchemy 2,

    Что такое термистор и как он работает?

    Изображение предоставлено Кристианом Сторто/Shutterstock.com

    Термистор — это устройство, которое можно использовать для измерения температуры путем сопоставления измеренного значения его электрического сопротивления с температурой окружающей среды или конкретной детали, на которой установлен термистор.Термин «термистор» происходит от объединения и сокращения двух других слов — «тепловой» и «резистор». Термисторы можно рассматривать как термочувствительные резисторы — устройства, значение сопротивления которых можно использовать для определения температуры.

    В этой статье термисторы будут рассмотрены более подробно, включая то, что они из себя представляют, как они работают, различные используемые типы, их применение и ключевые параметры производительности, используемые при определении этих устройств.

    Чтобы узнать больше о других типах электрических и электронных устройств, см. соответствующие руководства, список которых приведен в конце этой статьи.Дополнительную информацию о других типах датчиков см. в соответствующем руководстве – Датчики – полное руководство (типы, области применения и поставщики).

    Что такое термистор?

    Термисторы — это тип датчика температуры, который используется в различных приложениях и может рассматриваться как особый тип резистора. Все резисторы обычно имеют некоторую зависимость от температуры, а это означает, что значение их сопротивления будет несколько меняться в зависимости от температуры. Этот эффект определяется и измеряется температурным коэффициентом сопротивления или TCR.TCR можно определить как процентное изменение значения сопротивления, которое происходит при заданном изменении температуры. Иногда он выражается в частях на миллион (ppm) на градус Цельсия и может быть выражен как:

    где R 2 — значение сопротивления при рабочей температуре T 2 , и R 1 — значение сопротивления при температуре T 1 25 или С).

    В типичных постоянных или переменных резисторах, используемых в электрических цепях, желателен небольшой TCR, поскольку он приводит к стабильным электрическим характеристикам в диапазоне температур. Однако для термисторов предпочтительнее большое значение TCR, поскольку оно позволяет легче измерить изменение значения сопротивления в зависимости от температуры и использовать его как точное отражение изменения температуры.

    Термисторы

    часто используются в качестве альтернативы другим типам тепловых измерительных устройств, таких как термометры сопротивления (RTD).(Более подробную информацию о других типах датчиков температуры, включая RTD, можно найти в наших соответствующих руководствах «Все о датчиках температуры и типах контактных датчиков».)

    Типы термисторов и принципы их работы

    Обычно термисторы делятся на два основных типа:

    • Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом или NTC
    • Положительный температурный коэффициент или термисторы PTC

    Термистор с отрицательным температурным коэффициентом обладает тем свойством, что при повышении температуры сопротивление устройства уменьшается.Следовательно, значение TCR для этих устройств является отрицательным и будет показано графически в виде кривой с отрицательным наклоном, когда сопротивление отложено по оси y, а температура отложена по оси x. На рисунке 1 ниже показан пример кривой характеристики термистора NTC. Помимо снижения сопротивления, связанного с повышением температуры, обратите внимание, что наклон кривой не является постоянным, и поэтому зависимость между сопротивлением и температурой нелинейна. Кроме того, чем круче кривая, тем больше температурная чувствительность устройства, поскольку относительно небольшое изменение температуры может вызвать большое изменение значения сопротивления термистора.

    Изображение предоставлено: https://www.amphenol-sensors.com/

    Рисунок 1 – Пример характеристической кривой зависимости сопротивления от температуры для термистора NTC

    Термисторы с положительным температурным коэффициентом, напротив, имеют прямую зависимость между сопротивлением устройства и температурой. При повышении температуры (выше определенной точки) сопротивление термистора также увеличивается. На рисунке 2 ниже показан пример графика характеристики термистора PTC.

    Изображение предоставлено: https://www.amphenol-sensors.com/

    Рисунок 2 – Пример характеристической кривой зависимости сопротивления от температуры для термистора с положительным температурным коэффициентом

    Как видно из этой кривой, поведение сопротивления термистора PTC к изменению температуры очень нелинейно. Первоначально сопротивление устройства снижается с повышением температуры, достигая минимального значения R мин , после чего снова начинает увеличиваться при дальнейшем повышении температуры.Как только температура достигает критической точки (называемой температурой Кюри, температурой переключения, температурой перехода или температурой точки разрыва — T b , как показано на рис. 2), устройство показывает резкое увеличение сопротивления с каждым изменением градуса. температура. При температурах ниже T b говорят, что устройство работает в состоянии низкого сопротивления; выше T b устройство переходит в состояние высокого сопротивления.

    Существует два основных типа термисторов PTC – термочувствительные кремниевые резисторы (также называемые силисторами) и переключающие термисторы PTC.На рис. 2 представлена ​​характеристическая кривая, более типичная для переключающего термистора с положительным температурным коэффициентом. Силистор имеет тенденцию демонстрировать более линейное увеличение сопротивления при изменении температуры в номинальном рабочем диапазоне и чаще всего используется для обеспечения температурной компенсации в кремниевых полупроводниковых устройствах.

    Применение термисторов

    Термисторы

    NTN чаще всего используются в приложениях для измерения и контроля температуры из-за их большого изменения сопротивления в зависимости от температуры.Они также используются в электрических цепях, где необходима температурная компенсация, например, с генераторами или ЖК-дисплеями. Поскольку они испытывают временную задержку перед достижением более низкого сопротивления, еще одним применением этих устройств является функция ограничителя тока для пускового тока. Кроме того, эти термисторы могут найти применение в качестве датчиков наличия жидкости. Когда жидкость вступает в контакт с устройством, константа рассеивания изменяется, позволяя термистору обнаруживать такой контакт.

    Переключающие термисторы с положительным температурным коэффициентом обладают характеристиками, которые позволяют использовать их либо в качестве нагревателя, либо в качестве самовосстанавливающегося предохранителя. Термисторы PTC могут эффективно нагревать объект до определенной температуры и поддерживать это значение температуры. Характеристическая кривая, показанная на рис. 2, показывает, что в состоянии высокого сопротивления устройство саморегулируется при постоянной (заданной) температуре. Если температура снижается, сопротивление уменьшается, что позволяет большему току проходить через устройство, рассеивая больше энергии и снова повышая температуру.Точно так же, если температура превысит установленное значение, сопротивление устройства увеличится, ограничивая протекание тока и вызывая падение температуры. Производители могут изменить состав керамических материалов, используемых в конструкции термистора с положительным температурным коэффициентом, что затем может в некоторой степени изменить температуру перехода и регулируемую температуру. Области применения, в которых термисторы с положительным температурным коэффициентом используются в качестве нагревателя, включают нагреватели дизельного топлива для нагрева топлива для облегчения запуска холодного двигателя, как часть парафиновых двигателей для управления дверцей дозатора мыла в посудомоечной машине, в биметаллических переключателях и в индикаторах угла атаки в самолет.Термисторы PTC используются во многих других приложениях для нагрева, в том числе:

    • Обогреватели блока цилиндров двигателя в холодном климате
    • Средство против обледенения зеркал
    • Нагреватели для кофейников
    • Керамические нагреватели
    • Клапаны с термоэлектрическим приводом

    Внезапное и резкое изменение сопротивления выше температуры Кюри — это свойство, позволяющее использовать термисторы PTC в качестве самовосстанавливающихся предохранителей, например, для защиты от пускового тока и обеспечения защиты от перегрузки по току.Например, в случае электродвигателя с набором пусковых обмоток термистор с положительным температурным коэффициентом может быть электрически подключен последовательно с пусковой катушкой. Когда двигатель первоначально активируется, термистор PTC работает в состоянии с низким сопротивлением и позволяет току проходить через пусковые обмотки. Когда ток протекает через устройство, оно рассеивает тепло и нагревается. Как только устройство переходит в состояние высокого сопротивления, подача тока к пусковым обмоткам фактически прекращается, и пусковая катушка отключается от цепи.

    Аналогичным образом термисторы PTC могут функционировать для ограничения тока в ситуации перегрузки по току. В случае возникновения короткого замыкания внезапный ток, протекающий через термистор, приведет к его быстрому нагреву выше температуры перехода. Находясь в состоянии высокого сопротивления, устройство может ограничить ток, протекающий через цепь, чтобы предотвратить продолжение короткого замыкания или перегрузки по току. После устранения перегрузки по току ток, протекающий через термистор PTC, падает, устройство охлаждается, а его сопротивление уменьшается по мере выхода из состояния высокого сопротивления.Таким образом, термисторы PTC ведут себя как самовосстанавливающиеся предохранители.

    Технические характеристики и ключевая терминология

    Термисторы

    определяются рядом ключевых технических характеристик и терминов; некоторые из наиболее важных из них приведены ниже.

    • Сопротивление при нулевой нагрузке – сопротивление термистора в условиях холостого хода, т. е. измеренное с использованием такого уровня мощности, при котором тепловыделение от рабочего тока в устройстве незначительно или отсутствует.Измерение обычно проводят при комнатной температуре (25 o °С).
    • Бета-константа (β) — также иногда называемая значением B, представляет собой наклон кривой зависимости сопротивления от температуры в заданном диапазоне температур. Для температур T 1 и T 2 это значение можно вычислить как:

    • Альфа (α) – температурный коэффициент сопротивления при нулевой мощности, определяемый как относительное изменение сопротивления относительно изменения температуры.Он связан с первой производной кривой R-T и определяется как:

    , где R — сопротивление, а T — температура.

    • Тепловая постоянная времени (τ) – определяется как время, необходимое термистору для перехода на 63,2%, или ( 1 – 1/e) разницы между начальной и конечной температурами. Это значение основано на экспоненциальной модели изменения температуры термистора во времени, которое может быть аппроксимировано следующим образом:

    • Постоянная рассеяния (δ) – измеряет мощность, необходимую для изменения температуры термистора на 1 o C за счет самонагрева от приложенного тока смещения.Значение измеряется при определенной температуре окружающей среды и выражается в мВт/ o C.

    Резюме

    В этой статье были рассмотрены основы термисторов, включая то, что они из себя представляют, как они работают, типы и области их применения. Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг, включая поставщиков термисторов NTC и PTC.

     

    Источники:
    1. https://www.variohm.com
    2. https://www.sensorsci.com/thermistors
    3. https://www.electronics-notes.com/
    4. https://www.teamwavelength.com/thermistor-basics/
    5. https://www.littelfuse.com/
    6. https://eepower.com/
    7. https://www.amphenol-sensors.com/en/thermometrics
    8. https://www.electronics-notes.com/

    Связанные статьи датчиков:

    Больше из раздела Автоматизация и электроника

    Принцип работы термистора

    • Зонды Blaze Термисторы

    Термисторы — это чувствительные к температуре полупроводники, сопротивление которых сильно меняется в относительно небольшом диапазоне температур.Существует два основных типа термисторов: с положительным температурным коэффициентом (PTC) и с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом имеют характеристику падения сопротивления с повышением температуры. Они чаще всего используются для измерения температуры. Термистор похож на RTD, но вместо металла используется полупроводниковый материал . Термистор представляет собой твердотельное устройство и имеет большую чувствительность , чем RTD.В отличие от РДТ, терморезистивная характеристика термистора является нелинейной и не может быть охарактеризована одним коэффициентом. Кроме того, в отличие от RTD, сопротивление термистора уменьшается  с повышением температуры. Термисторы нельзя использовать для измерения высоких температур по сравнению с RTD. На самом деле максимальная рабочая температура иногда составляет всего 100 или 200°С. Производители обычно предоставляют данные сопротивления-температуры в виде кривых, таблиц или полиномиальных выражений.Линеаризация корреляции сопротивление-температура может быть достигнута с помощью аналоговой схемы или путем применения математики с использованием цифровых вычислений. Из принципиальной схемы видно, что это простой делитель напряжения. R s — некоторый фиксированный (питающий) резистор. R s  и напряжение питания, V s , можно отрегулировать для получения желаемого диапазона выходного напряжения V o  для данного диапазона температур. Преимущества: Большое изменение сопротивления в зависимости от температуры, быстрое время отклика, хорошая стабильность, высокое сопротивление устраняет проблемы, связанные с сопротивлением проводов, низкая стоимость и взаимозаменяемость Недостатки:  Нелинейный, ограниченный диапазон рабочих температур, возможна неточность из-за перегрева, требуется источник тока. Кривая зависимости сопротивления от температуры В отличие от RTD и термопар, термисторы не имеют стандартов, связанных с характеристиками или кривыми зависимости их сопротивления от температуры. Следовательно, есть много разных на выбор. Каждый материал термистора обеспечивает различную кривую зависимости сопротивления от температуры. Некоторые материалы обеспечивают лучшую стабильность, в то время как другие имеют более высокое сопротивление, поэтому из них можно изготовить термисторы большего или меньшего размера. Многие производители указывают константу бета (B) между двумя температурами (пример: [3 0/50 = 3890).Это, наряду с сопротивлением при 25 ° C (77 ° F), можно использовать для идентификации конкретной кривой термистора. Термистор представляет собой термометр сопротивления, аналогичный датчику температуры сопротивления (RTD) и используется для измерения температуры . Он состоит из неметаллического резистора, который используется в качестве чувствительного элемента температуры. Термистор — это сокращенная форма от «термического резистора». Устройство состоит из объемного полупроводникового устройства, которое действует как резистор с высоким и отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, иногда достигающим -6% на градус Цельсия повышения температуры.Благодаря этому свойству высокой чувствительности (то есть сильному изменению сопротивления при небольшом изменении температуры) термистор в основном применяется для точного измерения температуры, контроля температуры и температурной компенсации, особенно в более низком диапазоне температур -100 градусов Цельсия. до +300 градусов Цельсия. Разница между термистором и термометром сопротивления (RTD) Оба устройства работают по тому же принципу, что постоянный ток, протекающий через резистор, и его изменение сопротивления из-за изменения температуры измеряются как падение напряжения на нем.Основное отличие состоит в том, что электрическое сопротивление резистора, используемого в термисторе, изменяется нелинейно в зависимости от температуры. Чувствительный элемент, используемый в термисторе, изготовлен из керамики или полимера, в то время как в RTD в качестве чувствительного элемента используются чистые металлы. Еще одно существенное отличие заключается в его рабочем диапазоне. Благодаря высокой чувствительности термисторы используются для измерений в узком диапазоне и при низких температурах в диапазоне от -20 до +120 градусов Цельсия. Но RTD используются в более широких и больших диапазонах температур. Строительство Устройство изготовлено из таких материалов, как спеченные смеси оксидов металлов, таких как марганец, никель, кобальт и железо. Их сопротивление варьируется от 0,4 Ом до 75 МОм, и они могут быть изготовлены самых разных форм и размеров. Меньшие термисторы имеют форму шариков диаметром от 0,15 мм до 1,5 мм. Такая бусина может быть запечатана на кончике цельного стеклянного стержня, чтобы сформировать зонд, который легче установить, чем бусину. В качестве альтернативы термистор может иметь форму дисков и шайб, изготовленных путем прессования материала термистора под высоким давлением в плоские цилиндрические формы диаметром от 3 до 25 миллиметров.Шайбы можно складывать друг на друга и размещать последовательно или параллельно, чтобы увеличить способность к регулированию мощности. Характеристическая кривая Кривая зависимости сопротивления от температуры является одной из основных характеристик, которая используется в приложениях измерения, управления и компенсации с использованием термистора. График характеристик представлен ниже. Из графика характеристик типичного термистора видно, что удельное сопротивление изменяется от 107 до 1 Ом·см при изменении температуры от -100 градусов Цельсия до +400 градусов Цельсия.Этот высокий отрицательный температурный коэффициент сопротивления делает термистор идеальным преобразователем температуры . Термистор как датчик температуры Термистор, используемый для измерения температуры, показан на рисунке ниже. Термистор рассчитан на сопротивление 2 кОм при 25 градусах Цельсия, а температурный коэффициент -4% на градус Цельсия обеспечивает уменьшение изменения температуры на 80 Ом на градус Цельсия. Прибор соединен последовательно с аккумулятором и микрометром.Изменение температуры вызывает изменение сопротивления, если фиксируется показания терморезистора и соответствующее показание тока микрометра. Обычно измеритель калибруется по температуре с разрешением 0,1 градуса Цельсия. Как показано на рисунке, для повышения чувствительности термисторов также используется мостовая схема. Типы термисторов Для изучения различных типов термисторов важно понимать формулу, которая показывает линейную зависимость между сопротивлением и температурой.В приближении порядка 1  st изменение сопротивления равно температурному коэффициенту сопротивления порядка 1  st , умноженному на изменение температуры. dR = k.dT где, dR – изменение сопротивления k – 1 st Заказ Температурный коэффициент сопротивления dT – изменение температуры Если значение температурного коэффициента сопротивления (k) положительное, то повышение температуры увеличивает сопротивление. Такое устройство можно назвать позистором или термистором с положительным температурным коэффициентом (PTC).Если значение k отрицательное, повышение температуры уменьшит значение сопротивления. Такое устройство называется термистором с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Позистор/термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) Термисторы PTC, которые используются в промышленности, в целом подразделяются на две группы. Первый называется «Силисторы», как чувствительные кремниевые резисторы. Известно, что силисторы имеют положительный температурный коэффициент 08% на градус Цельсия. Если температура поднимается выше 175 градусов по Цельсию, устройство переходит в область с отрицательным температурным коэффициентом.Другая классификация термисторов PTC называется термисторами PTC переключающего типа. Он изготовлен из материалов керамического типа и, как известно, обладает очень высоким сопротивлением при небольшом изменении температуры. Легирующие примеси также добавляются в материал, чтобы он также проявлял полупроводниковое поведение. Известно, что устройство имеет температуру перехода или «Кюри». До тех пор, пока устройство не достигнет этой конкретной точки, оно будет показывать отрицательный температурный коэффициент в своих характеристиках сопротивление-температура.После этого момента он начинает показывать возрастающий положительный температурный коэффициент сопротивления. В этот момент также начинает развиваться резистентность. Приложения

    1. Устройство известно своим применением в качестве устройства защиты цепи, например предохранителя. Протекание тока через устройство вызывает накопление тепла из-за его резистивного свойства. Таким образом, если через устройство протекает чрезмерный ток, устройство соответственно начинает нагреваться и, таким образом, увеличивает свое сопротивление.Это увеличение сопротивления снова создает больше тепла. Это создает такой эффект, который создает большее сопротивление в устройстве и ограничивает величину напряжения и тока в устройстве.
    2. Еще одно важное применение — таймер в цепи катушки размагничивания ЭЛТ-мониторов. Когда ЭЛТ-монитор включен, начальный ток достигает термистора PTC и катушки размагничивания. Термистор PTC будет большого размера, и, таким образом, сопротивление устройства увеличивается по мере прохождения тока.Это вызывает накопление тепла, и, таким образом, катушка размагничивания отключается очень быстро. Катушка размагничивания необходима для плавного уменьшения постоянного магнитного поля. Эту помощь может оказать только термистор PTC.
    Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) Термисторы NTC, которые используются в промышленности, в целом подразделяются на две группы. Таким образом, классификация основана на способе размещения электродов на керамическом корпусе. Эта основная категория может быть дополнительно разделена в зависимости от различных типов геометрии, формы и методов обработки.Одной из основных категорий, наиболее часто используемых в промышленности, являются термисторы шарикового типа. В зависимости от формы и методов производства, термисторы с шариками можно снова разделить на шарики без покрытия, шарики со стеклянным покрытием, шарики повышенной прочности, шарики в стеклянных корпусах и многие другие. Другая группа термисторов с отрицательным температурным коэффициентом – это термисторы с металлизированными поверхностными контактами. Эти термисторы могут монтироваться с помощью пружинных контактов или путем поверхностного монтажа. Приложения
    1. Термисторы NTC используются для измерения температуры (обычно в узком диапазоне и низких температурных диапазонах).
    2. Устройство можно использовать для ограничения внезапного перегрузки по току в цепях питания. Известно, что устройство вначале имеет очень высокое значение сопротивления. Сопротивление постепенно уменьшается при нагреве устройства. По мере уменьшения сопротивления нормальная работа цепи восстанавливается и по ней протекает большой ток, не повреждая другие части цепи.
    3. Это устройство используется для измерения температуры инкубаторов.
    4. Термисторы
    5. NTC используются для измерения и контроля аккумуляторов во время их зарядки.
    6. Они используются для определения температуры масла и охлаждающей жидкости, используемых в автомобильных двигателях. Эта информация отправляется обратно водителю косвенными путями.
    Сравнение термисторов PTC и NTC Термистор, сокращенно ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ РЕЗИСТОР. PTC, сокращение от Положительный Температурный Коэффициент. NTC, сокращение от Отрицательный Температурный Коэффициент. Сопротивление термистора PTC увеличивается с повышением температуры. Сопротивление термистора NTC уменьшается с повышением температуры.Основной материал термистора PTC BaTio3, основной материал термистора NTC — Mn, Ni, Cu. Термистор PTC в основном применяется для защиты от перегрузки по току и короткого замыкания, защиты телекоммуникаций, задержки времени плавного переключения освещения, запуска двигателя, измерения и защиты температуры, саморегулирующегося нагрева и т. Д. Термистор NTC в основном применяется для ограничения пускового тока, измерения температуры, температурной компенсации, контроля температуры и т. д. Оригинальный источник]]>

    Как вы проводите эксперименты с термисторами? – Рампфестудсон.ком

    Как вы проводите эксперименты с термисторами?

    Налейте в стакан кипящую воду и снимите показания тока через термистор при понижении температуры. Запишите результаты. Постройте график зависимости тока/мА (ось Y) от температуры/°C (ось X). Предполагая, что напряжение постоянно, опишите, как проводимость или сопротивление зависят от температуры.

    Можно ли поместить термистор в воду?

    Термистор NTC предназначен для измерения изменений температуры в различных приложениях, но он идеально подходит для работы с жидкостями (такими как вода).Это результат долгосрочной надежности и стабильности.

    Как можно изменить температуру термистора?

    Мы видели здесь, что термисторы используются в качестве резистивных термочувствительных преобразователей, но сопротивление термистора может быть изменено либо внешними изменениями температуры, либо изменениями температуры, вызванными протекающим через них электрическим током, поскольку, в конце концов, они являются резистивными. устройства.

    Для чего нужен термистор?

    Термисторы представляют собой термочувствительные резисторы, основной функцией которых является значительное, предсказуемое и точное изменение электрического сопротивления при соответствующем изменении температуры тела.

    Какова цель эксперимента с термистором?

    Представлен простой недорогой эксперимент для студентов бакалавриата по определению характеристик термистора с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. В эксперименте измеряются характеристики сопротивление-температура и напряжение-температура термистора.

    Что происходит с термистором при нагревании?

    Термистор Их сопротивление уменьшается с повышением температуры. При высоких температурах сопротивление термистора мало, и через него может протекать больший ток.

    Как обойти термистор?

    -Отсоедините термистор, приложите к нему измеритель и считайте начальное значение сопротивления. — Вы можете попробовать зажать термистор между большим и указательным пальцами, чтобы увеличить температуру и прочитать изменение сопротивления. Это поможет определить диапазон сопротивления.

    Сколько проводов у термистора?

    Термисторы

    очень просты в подключении. Большинство из них поставляются с двухпроводными разъемами. Те же два провода, которые соединяют термистор с источником возбуждения, можно использовать для измерения напряжения на термисторе.

    Как используются LDR?

    LDR

    (светозависимые резисторы) используются для определения уровня освещенности, например, в автоматических охранных фонарях. Их сопротивление уменьшается по мере увеличения интенсивности света: в темноте и при слабом освещении сопротивление LDR велико, и через него может протекать небольшой ток.

    Как используется термистор?

    Термисторы используются в качестве датчиков температуры. Их можно найти в бытовых приборах, таких как пожарная сигнализация, духовки и холодильники.Они также используются в цифровых термометрах и во многих автомобильных приложениях для измерения температуры.

    Что такое IV характеристики термистора?

    График ВАХ для термистора Сопротивление термистора уменьшается с температурой. В случае термистора, в более высоком диапазоне напряжения, когда ток становится выше, температура проводника также повышается, но в этом случае это уменьшает сопротивление термистора.

    .

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.