Цена от:

Для чего используется термистор и как он работает?

Термин «термистор» происходит от слов «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 предпочтительнее для приложений, в которых для безопасной работы требуются схемы защиты нагрева или охлаждения.

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 корпуса лазеров.

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, определяет степень изменения сопротивления, которое изменяется в зависимости 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.

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

Другие типы используемых датчиков температуры 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:

• 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 точные
• Линейный выход
• Широкий диапазон температур

Недостатки:

• Медленное время отклика
• Дорого

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

Форма определяется типом контролируемого материала, т. е. твердым, жидким или газообразным. 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), который посылает контроллер 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.

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

Температуры и диапазоны:
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 контроллера каждый термистор имеет идеальный диапазон, т. е. температурный диапазон, 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 обратной связи термистора на регуляторе температуры указываются производителем. 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.

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.

Термисторы изменяют 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, пожалуйста, предоставьте как можно больше информации, включая номинал лампочки. Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации или позвоните нам по телефону 1300 737 976 .

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 более подробно рассматриваются термисторы, включая то, что они из себя представляют, как они работают, различные типы, которые используются, их области применения 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 , обычно комнатной температуры ( 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.

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 принцип 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 рисунке 2), прибор показывает резкое увеличение сопротивления с каждым градусом изменения температуры. 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

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 рассеяния изменяется, позволяя термистору обнаруживать такой контакт.

Переключающие термисторы PTC обладают характеристиками, позволяющими 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 подогреватели дизельного топлива для нагревания 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 для нагрева во многих других приложениях, включая:

• Нагреватели блока цилиндров двигателя в холодном климате
• Защита от 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 бросков 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. Если возникнет короткое замыкание, внезапный ток, протекающий через термистор, приведет к его быстрому нагреву выше температуры перехода. Находясь в состоянии высокого сопротивления, устройство может ограничить ток, протекающий по цепи, 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

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 град.0183 или 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.

Сводка

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.