Термисторът е устройство, предназначено за измерване на температура, и се състои от полупроводников материал, който значително променя съпротивлението си с малка промяна в температурата. Обикновено термисторите имат отрицателни температурни коефициенти, което означава, че тяхното съпротивление намалява с повишаване на температурата.
Обща характеристика на термистор
Думата "термистор" е кратка за пълния й термин: термично чувствителен резистор. Това устройство е точен и лесен за използване сензор за всякакви температурни промени. Като цяло има два вида термистори: отрицателен температурен коефициент и положителен температурен коефициент. Най-често първият тип се използва за измерване на температура.
Обозначението на термистора в електрическата верига е показано на снимката.
Материалът на термисторите са метални оксиди с полупроводникови свойства. По време на производството на тези устройства се дава следната форма:
- диск;
- пръчка;
- сферична като перла.
Термисторът се основава на принципа на силнияпромяна в съпротивлението с малка промяна в температурата. В същото време при дадена сила на тока във веригата и постоянна температура се поддържа постоянно напрежение.
За да използвате устройството, то се свързва към електрическа верига, например към мост на Уитстоун, и се измерват токът и напрежението на устройството. Според простия закон на Ом R=U/I определя съпротивлението. След това те разглеждат кривата на зависимостта на съпротивлението от температурата, според която е възможно да се каже точно на каква температура съответства полученото съпротивление. Когато температурата се промени, стойността на съпротивлението се променя драстично, което прави възможно определянето на температурата с висока точност.
термистор материал
Материалът на по-голямата част от термисторите е полупроводникова керамика. Процесът на неговото производство се състои в синтероване на прахове от нитриди и метални оксиди при високи температури. Резултатът е материал, чийто оксиден състав има общата формула (AB)3O4 или (ABC)3O4, където A, B, C са метални химически елементи. Най-често използваните са манган и никел.
Ако се очаква термисторът да работи при температури по-ниски от 250 °C, тогава магнезий, кобалт и никел са включени в керамичния състав. Керамиката от този състав показва стабилността на физичните свойства в определения температурен диапазон.
Важна характеристика на термисторите е тяхната специфична проводимост (реципрочна стойност на съпротивлението). Проводимостта се контролира чрез добавяне на малкиконцентрации на литий и натрий.
Производствен процес на инструмент
Сферичните термистори се правят чрез прилагането им върху два платинени проводника при висока температура (1100°C). След това проводникът се нарязва, за да оформи контактите на термистора. На сферичния инструмент се нанася стъклено покритие за запечатване.
В случай на дискови термистори, процесът на създаване на контакти е да се отлага метална сплав от платина, паладий и сребро върху тях, след което се запоява към покритието на термистора.
Разлика от платинените детектори
Освен полупроводникови термистори има и друг вид температурни детектори, чийто работен материал е платина. Тези детектори променят своето съпротивление, когато температурата се променя линейно. За термисторите тази зависимост на физическите величини има съвсем различен характер.
Предимствата на термисторите в сравнение с платинените аналози са както следва:
- По-висока устойчивост на чувствителност към температурни промени в целия работен диапазон.
- Високо ниво на стабилност на инструмента и повторяемост на показанията.
- Малък размер, за да реагира бързо на температурни промени.
Термисторно съпротивление
Това физическо количество намалява с повишаване на температурата и е важно да се вземе предвид диапазонът на работните температури. За температурни граници от -55 °C до +70 °C се използват термистори със съпротивление 2200 - 10000 ома. За по-високи температури използвайте устройства със съпротивление по-голямо от 10 kOhm.
За разлика от платинените детектори и термодвойки, термисторите нямат специфични стандарти за криви на съпротивление спрямо температура и има голямо разнообразие от криви на съпротивление, от които да избирате. Това е така, защото всеки материал на термистор, като температурен сензор, има своя собствена крива на съпротивление.
Стабилност и точност
Тези инструменти са химически стабилни и не се разграждат с течение на времето. Термисторните сензори са сред най-точните инструменти за измерване на температурата. Точността на измерванията им в целия работен диапазон е 0,1 - 0,2 °C. Моля, имайте предвид, че повечето уреди работят в температурен диапазон от 0 °C до 100 °C.
Основни параметри на термисторите
Следните физически параметри са основни за всеки тип термистор (дава се декодиране на имена на английски):
- R25 - съпротивление на устройството в ома при стайна температура (25 °С). Проверката на тази характеристика на термистора е лесна с помощта на мултицет.
- Толерантност на R25 - стойността на толеранса на отклонение на съпротивлението на устройството от зададената му стойност при температура 25 °С. По правило тази стойност не надвишава 20% от R25.
- Макс. Постоянен ток - максимумстойността на тока в ампери, който може да тече през устройството за дълго време. Превишаването на тази стойност заплашва с бърз спад на съпротивлението и в резултат на това отказ на термистора.
- Прибл. R на макс. Ток - тази стойност показва стойността на съпротивлението в омове, която устройството придобива, когато максималният ток преминава през него. Тази стойност трябва да бъде с 1-2 порядъка по-малка от съпротивлението на термистора при стайна температура.
- Dissip. Коеф. - коефициент, който показва температурната чувствителност на устройството към погълнатата от него мощност. Този фактор показва количеството мощност в mW, което термисторът трябва да абсорбира, за да повиши температурата си с 1 °C. Тази стойност е важна, защото показва колко енергия трябва да изразходвате, за да загреете устройството до работната му температура.
- Термична времева константа. Ако термисторът се използва като ограничител на пусковия ток, важно е да знаете колко време ще отнеме да се охлади след изключване на захранването, за да сте готови да го включите отново. Тъй като температурата на термистора след изключване намалява по експоненциален закон, се въвежда понятието "Термична времева константа" - времето, през което температурата на устройството намалява с 63,2% от разликата между работната температура на устройството и температурата на околната среда.
- Макс. Капацитет на натоварване в ΜF - количеството капацитет в микрофаради, което може да се разреди през това устройство, без да се повреди. Тази стойност е посочена за конкретно напрежение,напр. 220 V.
Как да тествам термистора за работа?
За груба проверка на термистора за неговата изправност, можете да използвате мултицет и обикновен поялник.
На първо място, включете режима на измерване на съпротивлението на мултиметъра и свържете изходните контакти на термистора към клемите на мултиметъра. В този случай полярността няма значение. Мултиметърът ще покаже определено съпротивление в ома, то трябва да бъде записано.
След това трябва да включите поялника и да го докарате до един от изходите на термистора. Внимавайте да не изгорите устройството. По време на този процес трябва да наблюдавате показанията на мултиметъра, той трябва да показва плавно намаляващо съпротивление, което бързо ще се установи до някаква минимална стойност. Минималната стойност зависи от вида на термистора и температурата на поялника, обикновено е няколко пъти по-малка от стойността, измерена в началото. В този случай можете да сте сигурни, че термисторът работи.
Ако съпротивлението на мултиметъра не се е променило или, напротив, е паднало рязко, тогава устройството не е подходящо за употреба.
Обърнете внимание, че тази проверка е груба. За точно тестване на устройството е необходимо да се измерят два показателя: неговата температура и съответното съпротивление и след това да се сравнят тези стойностис тези, посочени от производителя.
Приложения
Термисторите се използват във всички области на електрониката, в които е важно да се следят температурните условия. Тези области включваткомпютри, високоточно оборудване за промишлени инсталации и устройства за предаване на различни данни. И така, термисторът на 3D принтера се използва като сензор, който контролира температурата на нагревателния слой или печатащата глава.
Една от най-честите употреби на термистор е ограничаването на пусковия ток, като например при включване на компютър. Факт е, че в момента, в който захранването е включено, стартовият кондензатор, който има голям капацитет, се разрежда, създавайки огромен ток в цялата верига. Този ток е в състояние да изгори целия чип, така че във веригата е включен термистор.
Това устройство към момента на включване имаше стайна температура и огромно съпротивление. Такова съпротивление може ефективно да намали скока на тока в момента на стартиране. Освен това устройството се нагрява поради преминаващия през него ток и отделянето на топлина, а съпротивлението му рязко намалява. Калибрирането на термистора е такова, че работната температура на компютърния чип води до практически нула на съпротивлението на термистора и няма спад на напрежението върху него. След изключване на компютъра термисторът бързо се охлажда и възстановява съпротивлението си.
Така че използването на термистор за ограничаване на пусковия ток е едновременно рентабилно и сравнително просто.
Примери за термистори
В момента има широка гама от продукти в продажба, ето характеристиките и областите на употреба на някои от тях:
- Термистор B57045-K с гайка, има номинално съпротивление 1kOhm с толеранс от 10%. Използва се като сензор за измерване на температура в потребителската и автомобилната електроника.
- B57153-S дисков инструмент, има максимален ток от 1,8 A при 15 ома при стайна температура. Използва се като ограничител на пусковия ток.
