Термистор – характеристика и принцип действия

Главная страница » Термистор – характеристика и принцип действия

Термистор (терморезистор) – твердотельный электронный элемент, внешне напоминающий постоянный резистор, но обладающий выраженной температурной характеристикой. Этот вид электронных приборов, как правило, используются для изменения аналогового выходного напряжения с учётом изменения окружающей температуры. Другими словами – электрические свойства термистора и принцип действия напрямую связаны с физическим явлением — температурой.

Характеристика электронного элемента

Термистор — термочувствительный полупроводниковый элемент, изготовленный на основе полупроводниковых оксидов металлов. Обычно имеет форму диска или шара с металлизированными или соединительными выводами.

Такие формы позволяют изменять резистивное значение пропорционально малым изменениям температуры. Для стандартных резисторов изменение сопротивления от нагрева видится нежелательным явлением.

Но этот же эффект видится удачным при построении многих электронных схем, требующих определения температуры.

Таким образом, будучи нелинейным электронным устройством с переменным сопротивлением, терморезистор успешно подходит для работы в качестве терморезистора-датчика. Такого рода датчики широко применяют для контроля температуры жидкостей и газов.

Выступая твердотельным устройством, изготовленным на основе высокочувствительных оксидов металлов, терморезистор работает на молекулярном уровне.

Валентные электроны становятся активными и воспроизводят отрицательный ТКС либо пассивными и тогда воспроизводят положительный ТКС.

В результате электронные приборы – термисторы, демонстрируют очень хорошую воспроизводимую резистивность, сохраняя эксплуатационные характеристики, позволяющие продуктивно работать в диапазоне температур до 200ºC.

Применение терморезисторов на практике

Базовым направлением применения, в данном случае, являются резистивные температурные датчики. Однако эти же электронные элементы, принадлежащие семейству резисторов, можно успешно использовать включенными последовательно с другими компонентами или устройствами.

Простые схемы включения терморезисторов, показывающие работу приборов в качестве температурных датчиков — своеобразных преобразователей напряжения за счёт изменения сопротивления

Такая схема включения позволяет контролировать ток, протекающий через компонент. Таким образом, термисторы, по сути, выступают ещё и токоограничителями.

Производятся термисторы разного типа, на основе различных материалов и отличаются по размерам в зависимости от времени отклика и рабочей температуры.

Существуют герметичные модификации приборов, защищённые от проникновения влаги. Есть конструкции под высокие рабочие температуры и компактные по размерам.

Следует выделить три наиболее распространенных типа терморезисторов:

Работают приборы в зависимости от изменения температуры:

  1. На уменьшение резистивного значения.
  2. На увеличение резистивного значения.

То есть существует два типа приборов:

  1. Обладающие отрицательным ТКС (NTC).
  2. Обладающие положительным ТКС (PTC).

Отрицательный коэффициент ТКС

NTC-термисторы с отрицательным ТКС уменьшают собственное резистивное значение по мере увеличения внешней температуры. Как правило, именно эти приборы чаще выступают датчиками температуры, поскольку идеально подходят практически к любому типу электроники, где требуется контроль температуры.

Относительно большой отрицательный отклик термистора NTC означает, что даже небольшие изменения температуры способны значительно изменить электрическое сопротивление прибора. Этот фактор делает модели NTC идеальными датчиками точного измерения температур.

Схема калибровки (проверки) терморезистора: 1 — источник питания; 2 — направление тока; 3 — испытуемый электронный элемент термистор; 4 — калибровочный микроамперметр

Терморезисторы NTC, снижающие сопротивление с повышением температуры, по исполнению доступны с различными базовыми сопротивлениями. Как правило, характеристика привязывается к базовым сопротивлениям при комнатной температуре.

Например: 25ºC берётся за контрольную (базовую) температурную точку. Отсюда выстраиваются значения приборов, допустим, следующих номиналов:

Другой важной характеристикой является значение «В». Величина «В» представляет собой постоянную константу, которая определяется керамическим материалом, из которого изготовлен термистор.

Этой же константой определяется градиент кривой резистивного отношения (R/T) в определенном температурном диапазоне между двумя температурными точками.

Каждый материал термистора имеет различную материальную константу и, следовательно, индивидуальную кривую отношения сопротивления и температуры.

Так, константа «B» определяет одно резистивное значение при базовой T1 (25ºС), и другое значение при Т2 (например, при 100ºC).

Следовательно, значение B определит постоянную константу материала термистора, ограниченную диапазоном T1 и T2:

B * T1 / T2 (B* 25 / 100)

p.s. значения температуры в расчётах берутся в градуировке Кельвина.

Отсюда вытекает, что имея значение «В» (из характеристики производителя) конкретного прибора, электронщику останется только создать таблицу температур и сопротивлений, чтобы построить подходящий график при помощи следующего нормированного уравнения:

где: T1, T2 – температуры в градусах Кельвина; R1, R2 – сопротивления при соответствующих температурах в Омах.

Так, например, термистор NTK, обладающий сопротивлением 10 кОм, имеет значение «В» равным 3455 в рамках температурного диапазона 25 — 100ºC.

Очевидный момент: термисторы экспоненциально меняют сопротивление с изменениями температуры, поэтому характеристическая кривая приборов нелинейная. Чем больше контрольных точек устанавливаются, тем точнее получается кривая.

Применение термистора в роли активного датчика

Поскольку прибор является активным типом датчика, для работы требуется сигнал возбуждения. Любые изменения сопротивления в результате изменения температуры преобразуются в изменение напряжения.

Промышленностью выпускаются термисторы разного исполнения, в том числе высокоточные, надёжно защищённые для применения в системах высокого уровня

Самый простой способ добиться подобного эффекта — использовать термистор как часть схемы делителя потенциала, как показано на рисунке ниже. Постоянное напряжение подаётся в цепь резистора и терморезистора.

К примеру, используется схема, где термистор 10 кОм включен последовательно с резистором 10 кОм. В этом случае выходное напряжение при базовой Т = 25ºC составит половину напряжения питания.

Таким образом, схема делителя потенциалов является примером простого преобразователя сопротивления в напряжение. Здесь сопротивление термистора регулируется температурой с последующим формирования величины выходного напряжения, пропорциональной температуре.

Простыми словами: чем теплее корпус термистора, тем ниже напряжение на выходе.

Между тем, если изменить положение последовательного резистора, RS и термистора RTH, в этом случае уровень выходного напряжения изменится на противоположный вектор. То есть теперь чем больше нагреется термистор, тем выше будет уровень выходного напряжения.

Использовать термисторы допускается и как часть базовой конфигурации с использованием мостовой схемы. Связью между резисторами R1 и R2 устанавливается опорное напряжение до требуемого значения. Например, если R1 и R2 имеют одинаковые значения сопротивления, опорное напряжение равно половине напряжения питания (V/2).

Схема усилителя, построенная с использованием этой мостовой схемы с термозондом, может выступать в качестве высокочувствительного дифференциального усилителя или в качестве простой схемы запуска Шмитта с функцией переключения.

Включение терморезистора в мостовую схему: R1, R2, R3 -обычные постоянные резисторы; Rт — термистор; А — измерительный прибор микроамперметр

Существует проблема, связанная с прохождением тока через термистор (эффект «самонагрева»). В таких случаях рассеиваемая мощность I 2 R достаточно высока и создаёт больше тепла, чем способен рассеять корпус прибора. Соответственно, это «лишнее» тепло влияет на резистивное значение, что приводит к ложным показаниям.

Одним из способов избавления от эффекта «самонагрева» и получения более точного изменения сопротивления от влияния температуры (R/T), видится питание термистора от постоянного источника тока.

Термистор как регулятор пускового тока

Приборы традиционно используются в качестве резистивных чувствительных к температуре преобразователей. Однако сопротивление термистора изменяется не только под влиянием окружающей среды, но также изменения наблюдаются от протекающего через прибор электротока. Эффект того самого «самонагрева».

Разное электрооборудование на индуктивной составляющей:

подвергается чрезмерным пусковым токам при первом включении. Но если в цепь последовательно включить термистор, можно эффективно ограничивать высокий начальный ток. Такое решение способствует увеличению срока службы электрооборудования.

Терморезисторы с низким ТКС (при 25°C) обычно используются для регулирования пускового тока. Так называемые ограничители тока (перенапряжения) меняют сопротивление до очень низкого значения при прохождении тока нагрузки.

В момент первоначального включения оборудования пусковой ток проходит через холодный термистор, резистивное значение которого достаточно велико. Под воздействием тока нагрузки термистор нагревается, сопротивление медленно уменьшается. Так осуществляется плавная регулировка тока в нагрузке.

Термисторы NTC достаточно эффективно обеспечивают защиту от нежелательно высоких пусковых токов. Преимущественной стороной здесь является то, что этот тип приборов способен эффективно обрабатывать более высокие пусковые токи по сравнению с резисторами стандартного образца.

Параметры термисторов

Основные параметры NTC-термисторов и позисторов

В настоящий момент промышленность выпускает огромный ассортимент терморезисторов, позисторов и NTC-термисторов. Каждая отдельная модель или серия изготавливается для эксплуатации в определённых условиях, на них накладываются определённые требования.

Поэтому от простого перечисления параметров позисторов и NTC-термисторов толку будет мало. Мы пойдём немного другим путём.

Каждый раз, когда в ваши руки попадает термистор с легко читаемой маркировкой, необходимо найти справочный листок, или даташит на данную модель термистора.

Кто не в курсе, что такое даташит, советую заглянуть на эту страницу. В двух словах, даташит содержит информацию по всем основным параметрам данного компонента. В этом документе перечислено всё, что нужно знать, чтобы применить конкретный электронный компонент.

У меня в наличии оказался вот такой термистор. Взгляните на фото. Поначалу о нём я не знал ничего. Информации было минимум. Судя по маркировке это PTC-термистор, то есть позистор. На нём так и написано – PTC. Далее указана маркировка C975.

Сперва может показаться, что найти хоть какие то сведения о данном позисторе вряд ли удастся. Но, не стоит вешать нос! Открываем браузер, вбиваем в гугле фразу типа этих: “позистор c975”, “ptc c975”, “ptc c975 datasheet”, “ptc c975 даташит”, “позистор c975 даташит”. Далее остаётся лишь найти даташит на данный позистор. Как правило, даташиты оформляются как pdf-файл.

Из найденного даташита на PTC C975, я узнал следующее. Выпускает его фирма EPCOS. Полное название B59975C0160A070 (серия B599*5). Данный PTC-термистор применяется для ограничения тока при коротком замыкании и перегрузках. Т.е. это своеобразный предохранитель.

Приведу таблицу с основными техническими характеристиками для серии B599*5, а также краткую расшифровку всего того, что обозначают все эти циферки и буковки.

Max.operating voltage (TA = 60°C) – VMAX. Максимальное рабочее напряжение при температуре окружающей среды 60°С. Как видим, оно составляет 20 вольт постоянного (VDC) или переменного (VAC) тока. Это максимальное напряжение, которое может выдержать позистор.

Rated voltage – VR. Номинальное напряжение. То есть обычное, рабочее напряжение, при котором позистор исправно работает длительное время. В таблице указано напряжение в 12 вольт (переменный и постоянный ток).

Switching cycles – N. Количество циклов переключения. Это расчётное число переключений (срабатываний) позистора, при котором он не теряет свои свойства. Для данного позистора число срабатываний, при котором он должен выполнить функцию ограничения тока и не выйти из строя равно 100.

Reference temperature – Tref . Опорная температура. При росте тока через позистор он нагревается, а благодаря нагреву сопротивление его возрастает на несколько порядков. Так вот Tref – это температура позистора, когда его сопротивление начинает резко возрастать. Если взглянуть на график зависимости сопротивления позистора (RPTC) от его температуры (TPTC), то на нём чётко видно, что значительный рост сопротивления позистора происходит как раз на участке 150°С

170°C, а температура в 160°С является опорной (Tref). Я бы назвал эту температуру “температурой перехода”.

Tolerance of RR – ΔRR. Допустимое отклонение от номинального сопротивления. Выражается в процентах. Например, для позистора C975 номинальное сопротивление RR (Rated resistance) составляет 1,8 Ом. На деле же оно может быть от 1,35 до 2,25 Ом, так как допуск ΔRR составляет ±25%.

Operating temperature range – Top . Диапазон рабочих температур. Как видим, в таблице указано две строки. Диапазон рабочей температуры при минимальном напряжении на позисторе (V=0) и максимальном (V=Vmax), которое, как мы уже знаем равно 20 вольтам. Из этого можно установить, что данный позистор будет исправно работать при температуре окружающей среды от -40 до +85°С.

Теперь обратим своё внимание на электрические характеристики конкретного изделия, в нашем случае это позистор PTC C975 (полная маркировка B59975C0160A070). Взгляните на следующую таблицу.

IRRated current (mA). Номинальный ток. Это ток, который выдерживает данный позистор в течение длительного времени. Я бы его ещё назвал рабочим, нормальным током. Для позистора C975 номинальный ток составляет чуть более полуампера, а конкретно – 550 mA (0,55A).

ISSwitching current (mA). Ток переключения. Это величина тока, протекающего через позистор, при котором его сопротивление начинает резко возрастать. Таким образом, если через позистор C975 начнёт протекать ток более 1100 mA (1,1A), то он начнёт выполнять свою защитную функцию, а точнее начнёт ограничивать протекающий через себя ток за счёт роста сопротивления. Ток переключения (IS) и опорная температура (Tref ) связаны, так как ток переключения вызывает разогрев позистора и его температура достигает уровня Tref , при которой сопротивление позистора возрастает.

ISmaxMaximum switching current (A). Максимальный ток переключения. Как видим из таблицы, для данной величины указывается ещё и значение напряжения на позисторе – V=Vmax. Это неспроста. Дело в том, что любой позистор может поглотить определённую мощность. Если она превысит допустимую, то он выйдет из строя.

Поэтому для максимального тока переключения указывается и напряжение. В данном случае оно равно 20 вольтам. Перемножив 3 ампера на 20 вольт, мы получим мощность в 60 Вт. Именно такую мощность может поглотить наш позистор при ограничении тока.

IrResidual current (mA). Остаточный ток. Это остаточный ток, который протекает через позистор, после того, как тот сработал, начал ограничивать ток (например, при перегрузке). Остаточный ток поддерживает подогрев позистора для того, чтобы он был в “разогретом” состоянии и выполнял функцию ограничения тока до тех пор, пока причина перегрузки не будет устранена. Как видим, в таблице указано значение этого тока для разного напряжения на позисторе. Одно для максимального (V=Vmax), другое для номинального (V=VR). Не трудно догадаться, что перемножив ток ограничения на напряжение, мы получим мощность, которая требуется для поддержания нагрева позистора в сработавшем состоянии. Для позистора PTC C975 эта мощность равна 1,62

Что такое RR и Rmin нам поможет понять следующий график.

RminMinimum resistance (Ом). Минимальное сопротивление. Наименьшее значение сопротивления позистора. Минимальное сопротивление, которое соответствует минимальной температуре, после которой начинается диапазон с положительным ТКС. Если детально изучить графики для позисторов, то можно заметить, что до значения TRmin сопротивление позистора наоборот уменьшается. То есть позистор при температурах ниже TRmin ведёт себя как “очень плохой” NTC-термистор и его сопротивление снижается (незначительно) с ростом температуры.

RRRated resistance (Ом). Номинальное сопротивление. Это сопротивление позистора при какой-то ранее оговоренной температуре. Обычно это 25°С (реже 20°С). Проще говоря, это сопротивление позистора при комнатной температуре, которое мы можем легко измерить любым мультиметром.

Читайте также:  Рейтинг 4 лучших газовых грилей барбекю для дачи: что поможет сделать отдых незабываемым?

Approvals – в дословном переводе это одобрение. То есть одобрено такой-то организацией, которая занимается контролем качества и пр. Особо не интересует.

Ordering code – серийный номер. Тут, думаю, понятно. Полная маркировка изделия. В нашем случае это B59975C0160A070.

Из даташита на позистор PTC C975 я узнал, что применить его можно в качестве самовосстанавливающегося предохранителя. Например, в электронном устройстве, которое в рабочем режиме потребляет ток не более 0,5А при напряжении питания 12V.

Теперь поговорим о параметрах NTC-термисторов. Напомню, что NTC-термистор имеет отрицательный ТКС. В отличие от позисторов, при нагреве сопротивление NTC-термистора резко падает.

В наличии у меня оказалось несколько NTC-термисторов. В основном они были установлены в блоках питания и всяких силовых агрегатах. Их назначение – ограничение пускового тока. Остановился я вот на таком термисторе. Давайте узнаем его параметры.

На корпусе указана лишь такая маркировка: 16D-9 F1. После недолгих поисков в интернете удалось найти даташит на всю серию NTC-термисторов MF72. Конкретно наш экземпляр, это MF72-16D9. Данная серия термисторов используется для ограничения пускового тока. Далее на графике наглядно показано, как работает NTC-термистор.

В начальный момент, когда включается устройство (например, импульсный блок питания ноутбука, адаптер, компьютерный БП, зарядное устройство), сопротивление NTC-термистора велико, и он поглощает импульс тока. Далее он разогревается, и его сопротивление уменьшается в несколько раз.

Пока устройство работает и потребляет ток, термистор находится в нагретом состоянии и его сопротивление мало.

В таком режиме термистор практически не оказывает сопротивление протекающему через него току. Как только электроприбор будет отключен от источника питания, термистор остынет и его сопротивление вновь увеличится.

Обратим свой взор на параметры и основные характеристики NTC-термистора MF72-16D9. Взглянем на таблицу.

R25Номинальное сопротивление термистора при температуре 25°С(Ом). Сопротивление термистора при температуре окружающей среды 25°С. Это сопротивление легко измерить мультиметром. Для термистора MF72-16D9 это 16 Ом. По сути R25 – это то же самое, что и RR (Rated resistance) для позистора.

Max. Steady State Current – Максимальный ток термистора (A). Максимально возможный ток через термистор, который он может выдержать в течение длительного времени. Если превысить максимальный ток, то произойдёт лавинообразное падение сопротивления.

Approx. R of Max. Current – Сопротивление термистора при максимальном токе (Ом). Приблизительное значение сопротивления NTC-термистора при максимальном протекающем токе. Для NTC-термистора MF72-16D9 это сопротивление равно 0,802 Ома. Это почти в 20 раз меньше, чем сопротивление нашего термистора при температуре в 25°С (когда термистор “холодный” и не нагружен протекающим током).

Dissip. Coef. – Коэффициент энергетической чувствительности (mW/°C). Чтобы внутренняя температура термистора изменилась на 1°С, он должен поглотить некоторое количество мощности. Отношение поглощаемой мощности (в мВт) к изменению температуры термистора и показывает данный параметр. Для нашего термистора MF72-16D9 данный параметр составляет 11 миллиВатт/1°С.

Напомню, что при нагреве NTC-термистора его сопротивление падает. Для его разогрева расходуется протекающий через него ток. Следовательно, термистор будет поглощать мощность. Поглощённая мощность приводит к нагреву термистора, а это в свою очередь ведёт к уменьшению сопротивления NTC-термистора в 10 – 50 раз.

Thermal Time Constant – Постоянная времени охлаждения (S). Время, за которое температура ненагруженного термистора изменится на 63,2% от разности температуры самого термистора и окружающей среды. Проще говоря, это время, за которое NTC-термистор успевает остыть, после того, как через него перестанет протекать ток. Например, когда блок питания отключат от электросети.

Max. Load Capacitance in μF – Максимальная ёмкость разряда. Тестовая характеристика. Показывает ёмкость, которую можно разрядить на NTC-термистор через ограничительный резистор в тестовой схеме без его повреждения. Ёмкость указывается в микрофарадах и для конкретного напряжения (120 и 220 вольт переменного тока (VAC)).

Tolerance of R25Допуск. Допустимое отклонение сопротивления термистора при температуре 25°С. Иначе, это отклонение от номинального сопротивления R25. Обычно допуск составляет ±10 – 20%.

Вот и все основные параметры термисторов. Конечно, есть и другие параметры, которые могут встретиться в даташитах, но они, как правило, легко высчитываются из основных параметров.

Надеюсь теперь, когда вы встретите незнакомый вам электронный компонент (не обязательно термистор), вам будет легко разузнать его основные характеристики, параметры и назначение.

Что такое терморезисторы, их конструкция, виды, технические параметры

Соблюдение теплового режима в современных электронных устройствах не менее важно, чем обеспечение параметров электрического тока. Перегрев для полупроводниковых приборов так же губителен, как и резкое увеличение напряжения. Поэтому для контроля температуры термочувствительных электронных приборов применяются электрические схемы с использованием температурных датчиков, таких как терморезистор. Другие названия: термистор, термосопротивление.

Что такое терморезистор?

Обычный резистор обладает относительно стабильным сопротивлением. Разумеется, электрическое сопротивление обычного резистора может меняться при значительном его нагревании (в пределах допусков). Но в штатном режиме показания этих устройств стабильны, чего, собственно, добиваются разработчики.

При изготовлении терморезисторов умышленно подбирают такие материалы, сопротивление которых зависит от температуры. То есть, терморезистор – это полупроводниковый прибор, обладающий зависимостью его сопротивления от температуры. Можно сказать, что путем нагревания или охлаждения таких полупроводниковых устройств можно управлять их сопротивлениями.

Рис. 1. Терморезистор и его изображение на схемах

Температурные зависимости полупроводниковых резисторов широко применяются на практике, о чем речь пойдёт ниже. Заметим только, что термисторы являются, по сути, переменными резисторами, сопротивление которых изменяется не механическим способом, а зависит от степени нагрева и температурных характеристик применяемых полупроводниковых материалов. Причем не важно, прямым или косвенным нагревом произошло изменение температурных показателей.

Конструкция

Самый простой термистор состоит из термочувствительного элемента, платиновых электродов и никелевых выводов. Вся эта конструкция заключена в герметичный корпус (Схема строения показана на рисунке 2).

В качестве термочувствительного материала используют оксиды металлов. Для защиты конструкции используют стеклянный, пластиковый или металлический корпус.

Рис. 2. Конструкция простого термистора

В некоторых случаях в качестве резистивного материала используют медь или платину. Эти материалы обладают высокими показателями ТКС металлов в рабочем диапазоне температур. Однако их применение ограничено по причине дороговизны платины и ее нелинейности преобразования.

Использование медных терморезисторов ограничивается низкой коррозионной сопротивляемостью меди. Благодаря высокой теплопроводности этого металла резистивные элементы на основе меди встречаются в моделях с косвенным нагревом. Применяются для температур не выше 180 ºC.

Еще одним недостатком металлических термосопротивлений является их инерционность, достигающая нескольких минут. Такие конструкции мало пригодны для поддержания теплового режима электроприборов, но они идеально подходят в качестве датчиков для измерения температуры.

С целью уменьшения тепловой инерционности терморезисторы изготавливают из микропроводов, которые заключают в стеклянную колбочку (см. рис. 3). Такие датчики хорошо герметизированы, отличаются стабильностью, а их инерционность не превышает долей секунд.

Рисунок 3. Конструкция термистора в стеклянной колбе

Широкое распространение получили типы датчиков на базе полупроводниковых материалов. При нагревании полупроводников происходит насыщение этих материалов электронами и дырками, что приводит к уменьшению сопротивления.

Существуют конструкции плоских терморезисторов (рис. 4), а также полупроводниковые термисторы со сложной структурой резистивного элемента.

Рис. 4. Конструкция плоского терморезистора

Сегодня все чаще можно встретить платы, на которых применен способ SMT монтажа. Для этих целей промышленность выпускает SMD-терморезисторы разных номиналов (см. рис. 5).

Рис. 5. Терморезисторы для микроэлектроники

В большинстве конструкций терморезистивный элемент изготовляют методом порошковой металлургии. В этих целях используют материалы:

Очертание резистивных элементов может иметь форму бусинок, стержней, трубочек, пластинок и т. п.

Какую конструкцию вы бы не выбрали, принцип работы остается неизменным – зависимость сопротивления от температуры. Отличаются изделия только параметрами.

Режим работы терморезисторов

В зависимости от конструкторских замыслов, термисторы могут работать в системах с разными температурными режимами. Однако для каждой модели существует своя номинальная шкала температур.

По этому признаку их можно классифицировать следующим образом:

В отдельный класс выделены терморезисторы, способные работать при нагревах от 900 до 1300 К. Эти модели используют в качестве датчиков температуры различных нагревательных элементов.

Все термисторы выдерживают существенные токовые нагрузки. Правда, при работе в жестких термоцикличных режимах, их термоэлектрические характеристики, могут изменяться. Со временем изменения коснутся номинального сопротивления и коэффициента сопротивления.

Разновидности

Все терморезисторы классифицируют по типу нагрева: прямой и косвенный. Для прямого подогрева используется ток цепи, в которую включен терморезистор. Косвенный подогрев создают сторонние участки схемы или тепловые элементы.

Пример терморезистора прямого подогрева показан на рис. 6.

Рис. 6. Терморезисторы прямого подогрева

Также, в зависимости от того – повышается или понижается сопротивление при нагревании резистивного элемента, различают термисторы двух видов:с отрицательным ТКС и терморезисторы с положительным коэффициентом сопротивления.

NTC.

Полупроводниковые модели (термисторы) обладают отрицательным коэффициентом температурного сопротивления. Это значит, что они уменьшают номинальное сопротивление (показания при 25 ºC), в результате нагрева. Температурный коэффициент показывает, на сколько процентов уменьшается сопротивление резистивного элемента при повышении температуры нагрева на 1 ºC.

Термисторы NTC с отрицательным коэффициентом обычно применяются в диапазоне рабочих температур от 25 ºC до 200 ºC. Для температур свыше 600 ºC применяют термопары.

PTC.

Терморезисторы типа PTC обладают положительными температурными коэффициентами. Эти PTC-термисторы часто именуют позисторами, чтобы подчеркнуть положительность температурного коэффициента. Под этим термином мы понимаем терморезистор, сопротивление которого возрастает с ростом температуры.

Технические параметры

Большое разнообразие моделей термосопротивлений продиктовано потребностями современной электронной промышленности. Технические параметры изделий полупроводникового типа позволяют полностью удовлетворить спрос производителей радиоэлектронных и электротехнических устройств.

К основным параметрам относятся:

Полупроводниковые термисторы обладают высокой чувствительностью в сочетании с отрицательными значениями ТКС. Они просты в изготовлении, имеют крохотные размеры, легко встраиваются в микросхемы. Все эти свойства делают термисторы незаменимыми в микроэлектронике.

Полупроводниковые термисторы подключаются через мостовую схему. Такое подключение позволяет в автоматическом режиме регулировать требуемые параметры электрических цепей. Иногда для этих целей приходится применять довольно сложные схемы автоматики.

Параметры металлических терморезисторов больше подходят для электротехнических устройств, в частности, они используются в качестве датчиков температуры. Их можно увидеть в водонагревательных установках, или в термометрах сопротивления. Такие типы датчиков (рис. 7) очень надежны в работе, имеют довольно широкий диапазон измерения.

Рис. 7. Датчик температуры

Датчики этого типа подключаются по простой схеме. Если требуется провести калибровку или выставить температуру, это обычно делается вручную, с помощью потенциометра. Простая схема подключения датчика температуры показана на рис. 8. Изменяя потенциометром напряжение можно влиять на величину ТКС. Визуально контролировать температуру можно с помощью амперметра, шкала которого проградуирована в градусах.

Рис. 8. Простая схема подключения терморезистора

Обозначение на схемах

На принципиальной схеме значки терморезисторов почти такие же, как и символы обычных резисторов, но с косой линией, перечеркивающей прямоугольник. (см. рис. 9). Для различения типа терморезистора внизу этой косой линии проставляют букву t со значком градуса и знаком «+» или «–», в зависимости от типа изделия. Например, +tº или –tº.

Рис. 9. Обозначение на схемах

Иногда проставляется номинал терморезистора и его температурный диапазон.

Маркировка

Существует два способа маркировки – буквенно-цифровая и цветовая, в виде колец и полосок. Единых требований для буквенной маркировки не существует – разные производители применяют свои варианты обозначений. Например, на дисковом термисторе могут стоять символы «15D-30», что расшифровывается так: номинальное сопротивление 15 Ом, диаметр изделия 30 мм. Здесь значение диаметра прямо связано с рассеиваемой мощностью – чем больше диаметр, тем больше рассеиваемая мощность термистора.

Заметим, что у другого производителя эти же параметры могут маркироваться совсем другим способом. Поэтому лучше пользоваться технической документацией изготовителя изделия.

Применение

В основном терморезисторы используют для защиты оборудования и различных устройств от перегрева и от возможных перегрузок. Реже зависимостью сопротивления стабилизируют работу нагревательного элемента.

Примеры использования:

В большинстве схем используется способность термисторов преобразовывать внутреннюю энергию в электрический сигнал, который считывается автоматикой.

В нагревательных приборах терморезистор довольно часто используется в качестве самовосстанавливающегося предохранителя. Его сопротивление возрастает при достижении критической температуры и в результате этого электрическая цепь размыкается.

После остывания прибор восстанавливает работоспособность.
Сферы применения можно перечислять очень долго, но и эти примеры показывают, насколько востребованными оказались термисторы и термисторы.

Видео по теме

Энциклопедия электроники

Терморезистор (термометр сопротивления, thermistor) – элемент, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры.

Условно графическое обозначение (УГО)

Внешний вид терморезисторов определяется согласно ГОСТ 2.728-74 “ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы”. Размеры прямоугольника такие же как и у постоянного резистора.

Классификация

По характеру изменения сопротивления при изменении температуры терморезисторы делятся на две группы:

По способу подогрева терморезисторы делятся на две группы:

Принципиальное отличие терморезистора косвенного подогрева от прямого – гальваническая изоляция цепи нагрева от измерительной цепи.

Конструкция и принцип действия

Принцип действия терморезисторов основан на изменении сопротивления в зависимости от температуры.

Для создания темрорезисторов применяются полупроводниковые материалы с высокой зависимостью сопротивления от температуры.

Термисторы в основном выполняют из смеси окислов переходных металлов, способных изменять в соединениях свою валентность. Для термисторов применяются оксиды металлов:

Читайте также:  Простой мастер-класс: 4 оригинальных идеи создания теплого пледа

Например, советские терморезисторы ММТ-1, ММТ-4 созданы на основе окислов CuO – Mn3O4.

Для позисторов применяются оксиды бария и стронция. Например, советсвие позисторы СТ6 созданы на основе титаната бария (BaTiO3).

Электрические свойства терморезисторов определяются множеством параметров: соотношение исходных материалов, структура материала, расположение и валентность катионов в кристаллической решетке и других. Производство терморезисторов происходит в следующей последовательности:

У терморезисторов зависимость выходного сопротивления от температуры нелинейная. Реальный график зависимости сопротивления от температуры показан на рисунке.

Для применения терморезисторов производители приводят таблицу значений «отношение сопротивлений – температура». Под отношением сопротивлений принимается отношение текущего сопротивления к номинальному (при температуре 25 °С), так как номенклатура номинальных сопротивлений большая и не стандартизирована.

Для термисторов производители так же приводят коэффициенты для уравнения Стейнхарта — Харта (Steinhart-Hart):

, где:

В формуле используется четыре коэффициента A, B, C, D. Обычно в расчетах коэффициент C равен нулю и производители указывают только три коэффициента.

Практически можно пользоваться упрощенной формулой:

Вольт амперная характеристика (ВАХ) термистора и позистора показана на рисунке. Вид ВАХ зависит от многих параметров, таких как: материал резистора, конструкции, габаритов, температуры и т.д. Нелинейность ВАХ объясняется нагревом терморезистора за счет проходящего через него тока.

Основные параметры терморезисторов

Номинальное сопротивление – сопротивление терморезистора при температуре 25 °C (редко при 20 °C). В отличие от постоянных резисторов номинальное значения не берется из стандартизованного ряда.

Точность (tolerance) – допустимое отклонение он номинального сопротивления при температуре 25 °C.Допустимое отклонение современных терморезисторов составляет ±1%…±20 % (типовые значения ±10 % и ±20 %).

Максимальная мощность рассеяния – максимальная мощность, которую может непрерывно рассеивать терморезистор без изменения эксплуатационных характеристик. Единица измерения – Вт.

Коэффициент рассеяния (Dissipation factor) – мощность, рассеиваемая на терморезисторе, при которой температура элемента повышается на 1 °C по отношению к температуре окружающей среды. Единица измерения – мВт/К.

Постоянная времени τ (Thermal time constant) – время, за которое собственная температура терморезистора изменится на 63,2% от разницы между начальной и конечной температурой при скачкообразном измерении температуры (например, при переносе терморезистора в помещение с другой температурой). Единица измерения с.

Коэффициенты A, B, C, D – коэффициенты зависимости сопротивления от температуры (более подробно про зависимость указано ранее).

Маркировка терморезисторов

Стандартов на маркировку терморезисторов не существует. Каждый производитель самостоятельно определяет каким образом маркировать терморезисторы.

Серии терморезисторов

Отечественной промышленностью выпускались следующие серии терморезисторов прямого подогрева.

Типоразмеры терморезисторов

Терморезисторы выпускаются различного исполнения:

Применение терморезисторов

Назначение терморезисторов в схемах можно условно поделить на два типа: измерение температуры и использование в качестве нелинейного элемента.

Благодаря малым размерам и низкой стоимости терморезисторы применяются повсеместно в сложных устройствах для контроля температуры: мобильные телефоны, компьютерная техника и т.д.

Широкое применение позисторы нашли в промышленности для защиты асинхронных электродвигателей от перегрева обмоток. В аварийных режимах работы (недостаточное охлаждение, заклинивание ротора и прочие) обмотка может сильно нагреваться, в результате чего происходит разрушение изоляционного слоя обмотки с последующим замыканием обмотки.

Для защиты от перегорания в каждую обмотку укладывают позистор. Позисторы соединяют последовательно между собой.

Для измерения температуры и отключения электродвигателя применяют специализированные приборы термисторные реле. Принцип действия этих реле основан на постоянном измерении сопротивления позисторов. При превышении заданного порога контакты реле переключаются и отключают электродвигатель. На рисунке показано подключение электродвигателя: силовые выводы U, V, W; вывод термосопротивления: T1, T2.

Большое распространение термисторы нашли во входной цепи импульсных блоков питания. При включении блока питания в сеть начинается заряд конденсаторов. В этот момент может протекать значительный ток на входе. Для ограничения тока во входную цепь устанавливают термистор TR1. При прохождении тока термистор постепенно нагревается, его сопротивление падает и соответственно снижается потеря напряжения на нем.

Для мощных устройств (например, 2 кВт) параллельно термистору устанавливают контакт реле. После запуска на катушку реле поступает питание и его контакты шунтируют термистор для снижения потерь при работе устройства.

Позисторы применяются в телевизорах с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). Со временем кинескоп начинает намагничиваться, из-за этого на экране кинескопа появляются цветные пятна. Для размагничивания кинескопа сзади него проложена петля размагничивания. Петля включается в цепь питания телевизора после позистора. По мере нагрева позистора его сопротивление увеличивается и ток по петле уменьшается до приемлемых значений. Для поддержания позистора в нагретом состоянии применяют сдвоенные позисторы в одном корпусе. Позистор, включенный последовательно с петлей снижает ток после размагничивания, позистор включенный параллельно петле поддерживает нагрев, когда телевизор работает. Стоит отметить особенность данной схемы: размагничивание происходит только в момент включения телевизора кнопкой на телевизоре. Если все время выключатель телевизор с пульта, то размагничивание происходить не будет.

Позисторы применяются в цепи запуска бытовых компрессоров холодильников. В момент пуска необходимо подать питание на рабочую и пусковую обмотку. После запуска компрессора питание с пусковой обмотки нужно снять. Для этого пусковую обмотку подключают через позистор к рабочей. После подачи питания ток проходит к рабочей и пусковой обмотке, по мере работы компрессора позистор нагревается и его сопротивление повышается, снижая ток через пусковую обмотку. Для таких схем применяются дисковые позисторы, которые имеют большой максимальный ток.

Терморезисторы. Виды и устройство. Работа и параметры

Полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от температуры называются терморезисторы. Они имеют свойство значительного температурного коэффициента сопротивления, величина которого больше, чем у металлов во много раз. Они широко применяются в электротехнике.

На электрических схемах терморезисторы обозначаются:

Устройство и работа

Они имеют простую конструкцию, выпускаются разных размеров и формы.

В полупроводниках есть свободные носители заряда двух видов: электроны и дырки. При неизменной температуре эти носители произвольно образуются и исчезают. Среднее количество свободных носителей находится в динамическом равновесии, то есть неизменно.

При изменении температуры равновесие нарушается. Если температура повышается, то число носителей заряда также увеличивается, а при снижении температуры концентрация носителей уменьшается. На удельное сопротивление полупроводника оказывает влияние температура.

Если температура подходит к абсолютному нулю, то полупроводник имеет свойство диэлектрика. При сильном нагревании он идеально проводит ток. Основной особенностью терморезистора является то, что его сопротивление наиболее заметно зависит от температуры в обычном интервале температур (-50 +100 градусов).

Популярные терморезисторы производятся в виде стержня из полупроводника, который покрыт эмалью. К нему подведены электроды и колпачки для контакта. Такие резисторы применяются в сухих местах.

Некоторые терморезисторы располагают в металлическом герметичном корпусе. Поэтому они могут использоваться во влажных местах с агрессивной внешней средой.

Герметичность корпуса создается при помощи олова и стекла. Стержни из полупроводника обернуты металлизированной фольгой. Для подключения тока применяется проволока из никеля. Величина номинального сопротивления составляет 1-200 кОм, температура работы -100 +129 градусов.

Принцип действия терморезистора основан на свойстве изменения сопротивления от температуры. Для изготовления используются чистые металлы: медь и платина.

Основные параметры
Виды и особенности терморезисторов

Все датчики температуры на производстве работают по принципу преобразования температуры в сигнал электрического тока, который можно передавать с большой скоростью на дальние расстояния. Любые величины можно преобразовать в электрические сигналы, переведя их в цифровой код. Они передаются с высокой точностью, и обрабатываются вычислительной техникой.

Металлические терморезисторы

Материалом для терморезисторов можно использовать далеко не любые проводники тока, так как к терморезисторам предъявляются некоторые требования. Материал для их изготовления должен иметь высокий ТКС, а сопротивление должно зависеть от температуры по линейному графику в большом интервале температур.

Также проводник из металла должен обладать инертностью к агрессивным действиям внешней среды и качественно воспроизводить характеристики, что дает возможность менять датчики без особых настроек и измерительных приборов.

Для таких требований хорошо подходят медь и платина, не считая их высокой стоимости. Терморезисторы на их основе называют платиновыми и медными. ТСП (платиновые) термосопротивления работают при температурах -260 — 1100 градусов. Если температура в пределах от 0 до 650 градусов, то такие датчики применяют в качестве образцов и эталонов, так как в этом интервале нестабильность составляет не более 0,001 градусов.

Из недостатков платиновых терморезисторов можно назвать нелинейность преобразования и высокую стоимость. Поэтому точные замеры параметров возможны только в рабочем диапазоне.

Практически широко применяются недорогие медные образцы терморезисторов ТСМ, у которых линейность зависимости сопротивления от температуры намного выше. Их недостатком является малое удельное сопротивление и неустойчивость к повышенным температурам, быстрая окисляемость. В связи с этим термосопротивления на основе меди имеют ограниченное использование, не более 180 градусов.

Для монтажа платиновых и медных датчиков применяют 2-проводную линию при расстоянии до прибора до 200 метров. Если удаление больше, то применяют трехжильный кабель, в котором третий проводник служит для компенсирования сопротивления проводов.

Из недостатков платиновых и медных терморезисторов можно отметить их малую скорость работы. Их тепловая инерция достигает нескольких минут. Существуют терморезисторы с малой инерционностью, время срабатывания которых не выше нескольких десятых секунды. Это достигается небольшими размерами датчиков. Такие термосопротивления производят из микропровода в стеклянной оболочке. Эти датчики имеют небольшую инерцию, герметичны и обладают высокой стабильностью. При небольших размерах они обладают сопротивлением в несколько кОм.

Полупроводниковые

Такие сопротивления имеют название термисторов. Если их сравнить с платиновыми и медными образцами, то они обладают повышенной чувствительностью и ТКС отрицательного значения. Это значит, что при возрастании температуры сопротивление резистора снижается. У термисторов ТКС намного больше, чем у платиновых и медных датчиков. При небольших размерах их сопротивление доходит до 1 мегома, что не позволяет оказывать влияние на измерение сопротивлению проводников.

Для осуществления замеров температуры большую популярность приобрели терморезисторы на полупроводниках КМТ, состоящих из оксидов кобальта и марганца, а также термосопротивления ММТ на основе оксидов меди и марганца. Зависимость сопротивления от температуры на графике имеет хорошую линейность в интервале температур -100 +200 градусов. Надежность терморезисторов на полупроводниках довольно высока, свойства имеют достаточную стабильность в течение длительного времени.

Основным их недостатком является такой факт, что при массовом изготовлении таких терморезисторов не получается обеспечить необходимую точность их характеристик. Поэтому один отдельно взятый резистор будет отличаться от другого образца, подобно транзисторам, которые из одной партии могут иметь различные коэффициенты усиления, трудно найти два одинаковых образца. Этот отрицательный момент создает необходимость дополнительной настройки аппаратуры при замене терморезистора.

Для подключения термисторов обычно применяют мостовую схему, в которой мост уравновешивается потенциометром. Во время изменения сопротивления резистора от действия температуры мост можно привести в равновесие путем регулировки потенциометра.

Такой метод ручной настройки используется в учебных лабораториях для демонстрации работы. Регулятор потенциометра оснащен шкалой, которая имеет градуировку в градусах. На практике в сложных схемах измерения эта регулировка происходит в автоматическом режиме.

Применение терморезисторов

В работе термодатчиков существует два режима действия. При первом режиме температура датчика определяется лишь температурой внешней среды. Протекающий по резистору ток маленький и не способен его нагреть.

При 2-м режиме термистор нагревается протекающим током, а его температура определяется условиями отдачи тепла, например, скоростью обдува, плотностью газа и т.д.

На схемах термисторы (NТС) и резисторы (РТС) имеют соответственно отрицательный и положительный коэффициенты сопротивления, и обозначаются следующим образом:

Что такое терморезистор?

Начинающие радиолюбители задаются вопросом – термистор: что это такое? В двух словах, термистор (терморезистор) – радиодеталь, являющаяся по своей сути разновидностью резистора, конструкция которого выстроена на полупроводниках. Его сопротивление зависит от температуры, о чем говорит корень слова “терм” . Изготавливаются они на основе смешанных оксидов металлов. Существуют терморезисторы, которые работают при как при отрицательных, так и при положительных.

Работающие при минусовых температурах термисторы наиболее распространены в радиотехнике. Те, которые эксплуатируются в высоких температурах, применяются в ограниченном режиме. Они применяются в устройствах с жесткой системой контроля и сигнализацией. Формы термисторов бывают самые разнообразные, к тому же эти резисторы имеют очень миниатюрные размеры. Благодаря этому они нашли свое применение даже в медицине – они измеряют температуру внутри кровеносных сосудов.

В статье подробны рассмотрены подробно строение, особенности, сфера применения термисторов. Также в конце статьи приложен файл с детальной информацией по данной теме и видеоролик.

Как работает

Терморезистор — полупроводниковый элемент с меняющимися характеристиками (по сопротивлению) в зависимости от температуры. Изделие изобрели в 1930 году, а его создателем считается известный ученый Самуэль Рубен. С момента появления терморезистор получил широкое распространение в радиоэлектронике и успешно применяется во многих смежных сферах.

Читайте также:  Особенности применения газонной решетки

Деталь изготавливается с применением материалов, имеющих высокий температурный коэффициент (ТК). В основе лежат специальные полупроводники, по характеристикам превосходящие наиболее чистые металлы и их сплавы.

При получении главного резистивного элемента применяются оксиды некоторых металлов, галогениды и халькогениды. Для изготовления используется медь, никель, марганец, кобальт, германий, кремний и другие вещества. В процессе производства полупроводнику придется разная форма. В продаже можно найти терморезисторы в виде тонких трубок, крупных шайб, тонких пластинок или небольших круглых элементов. Некоторые детали имеют габариты, исчисляемые несколькими микронами.

Термистор, это резистор с большим значением температурного коэффициента сопротивления (ТКС). При изменении температуры токопроводящего материала термистора его электрическое сопротивление значительно изменяется. Термисторы могут быть как с положительным, так и с отрицательным ТКС. Термисторы с положительным ТКС называются PTC-термисторы или позисторы, с отрицательным – NTC-термисторы. При нагреве PTC-термистора (позистора) его сопротивление увеличивается. При нагреве NTC-термистора его сопротивление уменьшается.

Дальнейший нагрев на участке температур от Tref до максимально допустимого значения влечёт стремительное увеличение сопротивления. При этом разница сопротивлений может достигать нескольких порядков.

Зависимость сопротивления и температуры

Сопротивление идеальных полупроводников (количество дырок и носителей заряда одинаково) в зависимости от температуры может быть представлено следующей формулой

где A, b – постоянные, зависящие от свойств материала и геометрических размеров.

Однако, сложная композиция и неидеальное распределение зарядов в термисторном полупроводнике не позволяет напрямую использовать теоретическую зависимость и требует эмпирического подхода. Для NTC термисторов используется аппроксимационная зависимость Стейнхарта и Харта

1/T = a+b(lnR)+c(lnR) 3

где T – температура в К;

R – сопротивление в Ом;

a,b,c – константы термистора, определенные при градуировке в трех температурных точках, отстоящих друг от друга не менее, чем на 10 С.

Типичный 10 кОм-ый термистор имеет коэффициенты в диапазоне 0-100 С близкие к следующим значениям:

Дисковые термисторы могут быть взаимозаменяемыми, т.е. все датчики определенного типа будут иметь одну и ту же характеристику в пределах установленного производителем допуска. Лучший возможный допуск, как правило, ±0,05 С в диапазоне от 0 до 70 С. Бусинковые термисторы не взаимозаменяемы и требуют индивидуальной градуировки.

Градуировка термисторов может осуществляться в жидкостных термостатах. Необходимо герметизировать термисторы, погрузив их в стеклянные пробирки. Обычно для градуировки и вычисления констант проводится сличение термистора с образцовым платиновым термометром.

В диапазоне от 0 до 100 С сличение проводится в точках с интервалом 20 С. Погрешность интерполяции обычно не превышает 1 –5 мК при использовании модифицированного уравнения Стейнхарта и Харта:

1/T = a+b(lnR)+c(lnR) 2 + d(lnR) 3

Могут также использоваться реперные точки: тройная точка воды (0,01 С), точка плавления галлия (29,7646 С), точки фазовых переходов эвтектик и органических материалов.

Для градуировки нескольких термисторов они могут быть соединены последовательно, так чтобы через них проходил одинаковый ток. При градуировке и использовании термисторов важно учитывать эффект нагрева измерительным током. Для 10 кОм – ого термистора рекомендуется выбирать токи от 10 мкА (погрешность 0,1 мК), до 100 мкА (погрешность 10 мК).

Для начала определимся с таким типом радиодеталей, как термисторы (или, как их еще называют – терморезисторы). Они представляют собой полупроводниковый элемент, у которого меняется сопротивление в зависимости от температуры. Эта зависимость может быть:

  1. Прямой(чем больше температура, тем выше сопротивление) – это тип PTC (от англ. Positive Temperature Coefficient, то есть позитивный/положительный температурный коэффициент). Альтернативное название “позисторы”.
  2. Обратной(сопротивление увеличивается при уменьшении температуры и наоборот) – это тип NTC (от англ. Negative Temperature Coefficient, то есть негативный/отрицательный температурный коэффициент).

Терморезисторы часто разделят по диапазонам рабочих температур:

Обозначение термистора указано на рисунке ниже.

Главные параметры

При выборе детали важно ориентироваться на ее показатели и характеристики, меняющиеся в зависимости от типа, производителя, исходного материала и других показателей. При выборе изделия нужно выяснить главные параметры и определить, подходят они для решения поставленной задачи или нет.

При покупке нужно быть уверенным, что деталь подходит по размеру и поместится на плате (в схеме). Параметры измеряются в Омах и указываются применительно к текущей температуре в градусах Цельсия или Кельвинах. Если деталь рассчитана на работу при температурах от -100 до +200 градусов Цельсия, температурный режим для окружающей среды принимается на уровне 20-25 градусов Цельсия.

Параметр отражает тепловую инерционность. При расчете учитывается время, которое необходимо для изменения температуры термического резистора на 63% от разницы t детали и окружающего воздуха. В большинстве случаев этот параметр принимается равным 100 градусов Цельсия. ТКС (в % на один градус Цельсия).

Как правило, этот показатель прописывается для той же температуры t, что и холодное сопротивление. В такой ситуации при обозначении используются другие цифры — at. Мощность рассеивания Pmax (предельно допустимый параметр), Вт. По этому показателю можно судить о пределе, до достижения которого в полупроводнике не происходит необратимых изменений (параметры остаются прежними). При этом превышение температуры tmax при достижении Pmax исключено.

Температура tmax — максимально допустимый параметр, при котором характеристики терморезистора длительное время остаются без изменений (на установленном производителем уровне). Коэффициент энергетической чувствительности (измеряется в Вт/проценты*R). Обозначение — G. Показатель отражает мощность, которую необходимо рассеять на детали для снижения параметра R на один процент.

Конструкция и материалы

Большим преимуществом термисторов является разнообразие форм и миниатюрность. Основные конструктивные типы: бусинковые (0,1-1 мм), дисковые (2,5-18 мм), цилиндрические (3-40 мм), пленочное покрытие (толщина 0,2-1 мм). Выпускаются бусинковые термисторы диаметром до 0,07 мм с выводами толщиной 0,01 мм. Такие миниатюрные датчики позволяют измерять температуру внутри кровеносных сосудов или растительных клеток. Большинство термисторов – керамические полупроводники, изготовленные из гранулированных оксидов и нитридов металлов путем формирования сложной многофазной структуры с последующим спеканием (синтерация) на воздухе при 1100-1300 С.

Сложные двойные и тройные структуры оксидов переходных металлов, такие как (AB)3O4, (ABC)3O4 лежат в основе термисторов. Распространенной формулой является (Ni0.2Mn0.8)3O4. Наиболее стабильными термисторами при температурах ниже 250 С являются термисторы на основе смешанных оксидов мания и никеля или магния, никеля и кобальта, имеющие отрицательный ТКС. Удельная проводимость термистора r (25 C) зависит от химического состава и степени окисления. Дополнительное управление проводимостью осуществляется добавлением очень малых концентраций таких металлов как Li и Na.

При изготовлении бусинковых термисторов бусинки наносятся на две параллельные платиновые проволоки при температуре 1100 С, проволоки разрезаются на куски для получения необходимой конфигурации выводов. На бусинки наносится стеклянное покрытие, спекаемое при 300 С, либо бусинки герметизируются внутри миниатюрных стеклянных трубок.

Для получения металлических контактов в дисковых термисторах, на диск наносится металлическое покрытие Pt-Pd-Ag и выводные проводники соединяются с покрытием пайкой или прессованием. Номинальное сопротивление термисторов значительно выше, чем у металлических термометров сопротивления, оно обычно составляет 1, 2, 5, 10, 15 и 30 кОм. Поэтому может применяться двухпроводная схема включения.

Стабильность

Причины нестабильности термисторов следующие:

Для получения стабильного состояния термисторы подвергают старению (до 500-700 дней). Как правило, во время старения наблюдается рост сопротивления. При длительном использовании термисторов, они уходят за пределы допуска, в большинстве случаев, термисторный термометр показывает температуру несколько ниже, чем значение, определенное по номинальной характеристике. Исследования показывают, что бусинковые термисторы могут проявлять очень высокую стабильность (дрейф до 3 мК за 100 дней при 60 С).

Дисковые термисторы менее стабильны (дрейф до 50 мК за 100 дней при 60 С). Термисторы представляют особый интерес для измерения низких температур благодаря своей относительной нечувствительности к магнитным полям. Некоторые типы термисторов могут применяться до температуры минус 100 С. Диапазон наилучшей стабильности термисторов – от 0 до 100 С. Основными преимуществами термисторов являются вибропрочность, малый размер, малая инерционность и невысокая цена.

Где используются

Терморезисторы активно применяются в разных сферах, тесно связанных с электроникой. Они особенно важных при реализации процессов, зависящих от правильности настройки температурного режима. Такой подход актуален для компьютерных технологий, устройств передачи информации, высокоточного промышленного оборудования и т. д.

Распространенный способ применения терморезисторов — ограничение токов, возникающих в процессе пуска аппаратов. При подаче напряжения к БП конденсатор быстро набирает емкость, что приводит к протеканию повышенного тока. Если не ограничить этот параметр, высок риск повреждения (пробоя) диодного моста.

Для защиты дорогостоящего узла применяется термистор — элемент, ограничивающий ток в случае резкого нагрева. После нормализации режима температура снижается до безопасного уровня, и сопротивление термистора возвращается до первоначального уровня.

Принцип действия, характеристики и основные параметры термистора

Развитие электроники с каждым годом набирает обороты. Но, несмотря на новые изобретения, в электрических схемах надёжно работают устройства, сконструированные ещё в начале XX века. Один из таких приборов — термистор. Форма и назначение этого элемента настолько разнообразны, что быстро отыскать его в схеме удаётся только опытным работникам сферы электротехники. Понять, что такое термистор, можно лишь владея знаниями о строении и свойствах проводников, диэлектриков и полупроводников.

Описание прибора

Датчики температуры широко используются в электротехнике. Почти во всех механизмах применяются аналоговые и цифровые микросхемы термометров, термопары, резистивные датчики и термисторы. Приставка в названии прибора говорит о том, что термистор — это такое устройство, которое зависит от влияния температуры. Количество тепла в окружающей среде — главенствующий показатель в его работе. Благодаря нагреванию или охлаждению, меняются параметры элемента, появляется сигнал, доступный для передачи на механизмы контроля или измерения.

Термистор — это прибор электроники, у которого значения температуры и сопротивления связаны обратной пропорциональностью.

Существуют и другое его название — терморезистор. Но это не вполне правильно, так как на самом деле термистор является одним из подвидов терморезистора. Изменение теплоты может влиять на сопротивление резистивного элемента двумя способами: либо увеличивая его, либо уменьшая.

Поэтому термосопротивления по температурному коэффициенту подразделяются на РТС (положительные) и NTC (отрицательные). РТС — резисторы получили название позисторов, а NTC — термисторов.

Отличие РТС и NTC приборов состоит в изменении их свойств при воздействии климатических условий. Сопротивление позисторов прямо пропорционально количеству тепла в окружающей среде. При нагреве NTC — приборов его значение уменьшается.

Таким образом, повышение температуры позистора приведёт к росту его сопротивления, а у термистора — к падению.

Вид терморезистора на электрических принципиальных схемах похож на обыкновенный резистор. Отличительной чертой является прямая под наклоном, которая перечёркивает элемент. Тем самым показывая, что сопротивление не постоянно, а может изменяться в зависимости от увеличения или уменьшения температуры в окружающей среде.

Основное вещество для создания позисторов — титанат бария. Технология изготовления NTC — приборов более сложная из-за смешивания различных веществ: полупроводников с примесями и стеклообразных оксидов переходных металлов.

Классификация термисторов

Габариты и конструкция терморезисторов различны и зависят от области их применения.

Форма термисторов может напоминать:

Самые маленькие терморезисторы в виде бусинок. Их размеры меньше 1 миллиметра, а характеристики элементов отличаются стабильностью. Недостатком является невозможность взаимной подмены в электрических схемах.

Классификация терморезисторов по числу градусов в Кельвинах:

Максимальный нагрев хоть и допустим для термоэлементов, но сказывается на их работе ухудшением качества и появлением значительной погрешности в показателях.

Технические характеристики и принцип действия

Выбор терморезистора для контролирующего или измерительного механизма проводят по номинальным паспортным или справочным данным. Принцип действия, основные характеристики и параметры термисторов и позисторов похожи. Но некоторые отличия все же существуют.

РТС — элементы оцениваются тремя определяющими показателями: температурной и статической вольт — амперной характеристикой, термическим коэффициентом сопротивления (ТКС).

У термистора список более широкий.

Помимо параметров, аналогичных позистору, показатели следующие:

Из этих показателей основными, которые влияют на выбор и оценивание термистора, являются:

Номинальное сопротивление определяется при конкретной температуре (чаще всего двадцать градусов Цельсия). Его значение у современных терморезисторов колеблется в пределах от нескольких десятков до сотен тысяч ом.

Допустима некоторая погрешность значения номинального сопротивления. Она может составлять не более 20% и должна быть указана в паспортных данных прибора.

ТКС зависит от теплоты. Он устанавливает величину изменения сопротивления при колебании температуры на одно деление. Индекс в его обозначении указывает на количество градусов Цельсия либо Кельвина в момент измерений.

Выделение теплоты на детали появляется из-за протекания по ней тока при включении в электрическую цепь. Мощность рассеяния — величина, при которой резистивный элемент разогревается от 20 градусов Цельсия до максимально допустимой температуры.

Интервал рабочей температуры показывает такое её значение, при котором прибор работает длительное время без погрешностей и повреждений.

Принцип действия термосопротивлений основан на изменении их сопротивления под влиянием теплоты.

Происходит это по нескольким причинам:

Термисторы используются в сложных устройствах, которые применяются в промышленности, сельском хозяйстве, схемах электроники автомобилей. А также встречаются в приборах, которые окружают человека в быту — стиральных, посудомоечных машинах, холодильниках и другом оборудовании с контролем температуры.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *