ترمیستور (ترمیستور) - یک عنصر الکترونیکی حالت جامد که مانند یک مقاومت دائمی به نظر می رسد، اما دارای یک مقاومت مشخص است. مشخصه دما... این نوع دستگاه الکترونیکی معمولاً برای تغییر ولتاژ خروجی آنالوگ در پاسخ به تغییرات دمای محیط استفاده می شود. به عبارت دیگر، خواص الکتریکی یک ترمیستور و اصل عملکرد مستقیماً با یک پدیده فیزیکی - دما مرتبط است.

ترمیستور یک عنصر نیمه هادی حساس به حرارت است که بر پایه اکسیدهای فلزی نیمه هادی ساخته شده است. معمولاً به شکل دیسک یا توپ با سیم های متالایزه یا اتصال دهنده.

این اشکال باعث می شود که مقدار مقاومت متناسب با تغییرات دمایی کوچک تغییر کند. برای مقاومت های استاندارد، تغییر مقاومت ناشی از گرمایش به عنوان یک پدیده نامطلوب دیده می شود.

اما به نظر می رسد که همین اثر در هنگام ساختن بسیاری موفقیت آمیز باشد مدارهای الکترونیکینیاز به تعیین دما

بنابراین، غیر خطی بودن دستگاه الکترونیکیبا مقاومت متغیر، ترمیستور با موفقیت برای کار به عنوان سنسور ترمیستور مناسب است. از این نوع حسگرها برای نظارت بر دمای مایعات و گازها به طور گسترده استفاده می شود.

ترمیستور که به عنوان یک دستگاه حالت جامد مبتنی بر اکسیدهای فلزی بسیار حساس عمل می کند، در سطح مولکولی عمل می کند.

الکترون های ظرفیت فعال می شوند و TCS منفی یا غیرفعال را بازتولید می کنند و سپس TCS مثبت را بازتولید می کنند.

در نتیجه، دستگاه‌های الکترونیکی - ترمیستورها - مقاومت قابل تکرار بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند و در عین حال ویژگی‌های عملکردی را حفظ می‌کنند که به آنها اجازه می‌دهد تا در محدوده دمایی تا 200 درجه سانتیگراد به طور مولد کار کنند.

استفاده از ترمیستورها در عمل

جهت اصلی کاربرد در در این موردسنسورهای دما مقاومتی هستند. با این حال، همین عناصر الکترونیکی متعلق به خانواده مقاومت ها را می توان با موفقیت به صورت سری با سایر قطعات یا دستگاه ها استفاده کرد.

مدارهای سادهگنجاندن ترمیستورها، عملکرد دستگاه ها را به عنوان نشان می دهد سنسورهای دما- نوعی مبدل ولتاژ به دلیل تغییر در مقاومت

این مدار سوئیچینگ به شما اجازه می دهد تا جریان عبوری از قطعه را کنترل کنید. بنابراین، ترمیستورها در واقع به عنوان محدود کننده جریان نیز عمل می کنند.

ترمیستورها بسته به زمان پاسخگویی و دمای کارکرد در انواع، مواد و اندازه های مختلف موجود هستند.

تغییرات هرمتیکی در دستگاه ها وجود دارد که از نفوذ رطوبت محافظت می شود. طرح هایی برای دماهای عملیاتی بالا و اندازه های فشرده وجود دارد.

سه نوع رایج ترمیستور وجود دارد:

• توپ،
• دیسک،
• کپسوله شده

دستگاه ها بسته به تغییرات دما کار می کنند:

1. برای کاهش مقدار مقاومت
2. برای افزایش مقدار مقاومت

یعنی دو نوع دستگاه وجود دارد:

1. TCS منفی (NTC).
2. TCS مثبت (PTC).

ضریب TCS منفی

ترمیستورهای NTC NTC با افزایش دمای بیرون، مقدار مقاومت خود را کاهش می دهند. به عنوان یک قاعده، این دستگاه ها هستند که بیشتر به عنوان سنسور دما مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا تقریباً برای هر نوع الکترونیکی که کنترل دما مورد نیاز است، ایده آل هستند.

پاسخ منفی نسبتاً بزرگ ترمیستور NTC به این معنی است که حتی تغییرات جزئی دما می تواند مقاومت الکتریکی دستگاه را به طور قابل توجهی تغییر دهد. این عامل باعث می شود مدل های NTC حسگرهای ایده آلی داشته باشند. اندازه گیری دقیقدما

طرح کالیبراسیون ترمیستور (بررسی): 1 - منبع تغذیه. 2 - جهت جریان. 3 - المنت الکترونیکی تست شده - ترمیستور. 4 - میکرو آمپرمتر کالیبراسیون

ترمیستورهای NTC که با افزایش دما مقاومت را کاهش می دهند، بر اساس طراحی در مقاومت های پایه متفاوتی موجود هستند. به طور معمول مقاومت های پایه در دمای اتاق هستند.

به عنوان مثال: 25 درجه سانتیگراد به عنوان نقطه دمای مرجع (پایه) در نظر گرفته می شود. از اینجا، مقادیر دستگاه ها، به عنوان مثال، از رتبه بندی های زیر ساخته می شوند:

• 2.7 کیلو اهم (25ºC)،
• 10 کیلو اهم (25ºC)
• 47 کیلو اهم (25ºC)….

یکی دیگر مشخصه مهممقدار "B" است. مقدار "B" ثابتی است که توسط ماده سرامیکی که ترمیستور از آن ساخته شده است تعیین می شود.

همین ثابت، گرادیان منحنی نسبت مقاومت (R/T) را در یک محدوده دمایی معین بین دو نقطه دما تعیین می کند.

هر ماده ترمیستور ثابت ماده متفاوتی دارد و بنابراین یک منحنی مقاومت در برابر دما دارد.

بنابراین، ثابت "B" یک مقدار مقاومتی را در T1 پایه (25 درجه سانتیگراد) و مقدار دیگری را در T2 (به عنوان مثال، در 100 درجه سانتیگراد) تعریف می کند.

بنابراین، مقدار B یک ثابت ماده ترمیستور را مشخص می کند که با محدوده T1 و T2 محدود می شود:

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

p.s. مقادیر دما در محاسبات با درجه بندی کلوین گرفته می شود.

از این نتیجه می شود که با داشتن مقدار "B" (از ویژگی های سازنده) یک دستگاه خاص، مهندس الکترونیک فقط باید جدول دماها و مقاومت ها را ایجاد کند تا با استفاده از معادله نرمال شده زیر نموداری مناسب بسازد:

B (T1 / T2) = (T 2 * T 1 / T 2 - T 1) * ln (R1 / R2)

جایی که: T 1، T 2 - دما بر حسب درجه کلوین؛ R 1، R 2 - مقاومت در دماهای مربوطه بر حسب اهم.

به عنوان مثال، یک ترمیستور NTK با مقاومت 10 کیلو اهم دارای مقدار B 3455 در محدوده دمایی 25 - 100 درجه سانتیگراد است.

یک نکته واضح: ترمیستورها با تغییرات دما به صورت تصاعدی مقاومت را تغییر می دهند، بنابراین مشخصه غیرخطی است. بیشتر نقاط کنترلتنظیم شوند، منحنی دقیق تر است.

استفاده از ترمیستور به عنوان سنسور فعال

از آنجایی که دستگاه یک نوع سنسور فعال است، سیگنال تحریک برای عملکرد مورد نیاز است. هر گونه تغییر در مقاومت در اثر تغییرات دما به تغییرات ولتاژ تبدیل می شود.

این صنعت ترمیستورهایی با طرح های مختلف تولید می کند، از جمله با دقت بالا، محافظت قابل اطمینان برای استفاده در سیستم های سطح بالا.

ساده ترین راه برای دستیابی به این اثر، استفاده از ترمیستور به عنوان بخشی از مدار تقسیم پتانسیل است، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. یک ولتاژ ثابت به مدار مقاومت و ترمیستور اعمال می شود.

به عنوان مثال، مداری استفاده می شود که در آن یک ترمیستور 10 کیلو اهم به صورت سری با یک مقاومت 10 کیلو اهم متصل می شود. در این حالت، ولتاژ خروجی در پایه Т = 25ºC نصف ولتاژ تغذیه خواهد بود.

بنابراین، مدار تقسیم کننده پتانسیل نمونه ای از مبدل ساده مقاومت به ولتاژ است. در اینجا، مقاومت ترمیستور توسط دما کنترل می شود و به دنبال آن یک مقدار ولتاژ خروجی متناسب با دما تشکیل می شود.

به زبان ساده: هر چه محفظه ترمیستور گرمتر باشد، ولتاژ خروجی کمتر است.

در همین حال، اگر موقعیت مقاومت سری R S و ترمیستور R TH را تغییر دهید، سطح ولتاژ خروجی معکوس خواهد شد. یعنی اکنون هر چه ترمیستور بیشتر گرم شود، سطح ولتاژ خروجی بالاتر خواهد بود.

ترمیستورها همچنین می توانند به عنوان بخشی از پیکربندی پایه پل استفاده شوند. اتصال بین مقاومت های R1 و R2 ولتاژ مرجع را به مقدار لازم تنظیم می کند. به عنوان مثال، اگر R1 و R2 مقادیر مقاومت یکسانی داشته باشند، ولتاژ مرجع نصف ولتاژ تغذیه (V / 2) است.

یک مدار تقویت کننده ساخته شده با استفاده از این مدار پل ترموپروب می تواند به عنوان یک تقویت کننده دیفرانسیل بسیار حساس یا به عنوان یک مدار ماشه ساده اشمیت با عملکرد سوئیچینگ عمل کند.

گنجاندن یک ترمیستور در مدار پل: R1، R2، R3 - مقاومت های ثابت معمولی؛ Rт - ترمیستور؛ الف - میکرو آمپرمتر دستگاه اندازه گیری

ترمیستور مشکل دارد (اثر خود گرمایشی). در چنین مواردی، اتلاف توان I 2 R به اندازه ای زیاد است که گرمای بیشتری نسبت به محفظه دستگاه تولید کند. بر این اساس، این گرمای "اضافی" بر مقدار مقاومت تأثیر می گذارد و در نتیجه قرائت های نادرست ایجاد می شود.

یکی از راه‌های خلاص شدن از اثر "خودگرم شدن" و دستیابی به تغییر دقیق‌تر مقاومت در اثر تأثیر دما (R / T) تامین ترمیستور از منبع جریان ثابت است.

ترمیستور به عنوان تنظیم کننده جریان هجومی

ابزارها به طور سنتی به عنوان مبدل های حساس به دما مقاومتی استفاده می شوند. با این حال، مقاومت ترمیستور نه تنها تحت تأثیر محیط تغییر می کند، بلکه تغییراتی از جریان الکتریکی که از دستگاه عبور می کند نیز مشاهده می شود. اثر همان "خودگرم شدن".

تجهیزات الکتریکی مختلف با یک جزء القایی:

• موتورها،
• مبدل ها،
• لامپ های برقی،
• دیگر،

هنگامی که برای اولین بار روشن می شود در معرض جریان های هجومی بیش از حد قرار می گیرد. با این حال، اگر یک ترمیستور به صورت سری در مدار متصل شود، جریان اولیه بالا را می توان به طور موثر محدود کرد. این راه حل به افزایش طول عمر تجهیزات الکتریکی کمک می کند.

ترمیستورهای RTC پایین (در دمای 25 درجه سانتیگراد) معمولاً برای تنظیم جریان هجومی استفاده می شوند. به اصطلاح محدود کننده های جریان (اضافه ولتاژ) با عبور جریان بار، مقاومت را به مقدار بسیار کم تغییر می دهند.

در لحظه روشن شدن اولیه تجهیزات، جریان راه اندازی از یک ترمیستور سرد عبور می کند که مقدار مقاومت آن به اندازه کافی بزرگ است. تحت تأثیر جریان بار، ترمیستور گرم می شود، مقاومت به آرامی کاهش می یابد. به این ترتیب جریان بار به طور مداوم تنظیم می شود.

ترمیستورهای NTC برای محافظت در برابر جریان های هجومی زیاد ناخواسته کاملاً مؤثر هستند. مزیت در اینجا این است که این نوع ابزار می تواند به طور موثر جریان های هجومی بالاتری را نسبت به مقاومت های استاندارد تحمل کند.

برچسب ها:

کلمه "ترمیستور" به خودی خود قابل توضیح است: مقاومت حرارتی دستگاهی است که مقاومت آن با دما تغییر می کند.

ترمیستورها عمدتاً دستگاه های غیر خطی هستند و اغلب پارامترهای پراکندگی زیادی دارند. به همین دلیل است که بسیاری، حتی مهندسان و طراحان مدارهای با تجربه، هنگام کار با این دستگاه ها ناراحتی را تجربه می کنند. با این حال، پس از آشنایی با این دستگاه ها، می توان دریافت که ترمیستورها در واقع کاملاً هستند دستگاه های ساده.

ابتدا باید گفت که تمام دستگاه هایی که با دما تغییر مقاومت می دهند ترمیستور نامیده نمی شوند. مثلا، دماسنج های مقاومتی، که از سیم پیچ های کوچک سیم پیچ خورده یا از فیلم های فلزی پاشیده شده ساخته می شوند. اگرچه پارامترهای آنها وابسته به دما هستند، اما مانند ترمیستورها کار نمی کنند. معمولاً اصطلاح "ترمیستور" برای حساس به دما به کار می رود نیمه هادیدستگاه ها

دو دسته اصلی از ترمیستورها وجود دارد: TCR منفی (ضریب مقاومت دمایی) و TCR مثبت.

دو نوع ترمیستور PTC اساساً متفاوت وجود دارد. برخی مانند ترمیستور NTC ساخته شده اند، در حالی که برخی دیگر از سیلیکون ساخته شده اند. ترمیستورهای PTC با تمرکز بر ترمیستورهای متداول NTC به اختصار توضیح داده خواهند شد. بنابراین، اگر دستورالعمل خاصی وجود نداشته باشد، در مورد ترمیستورها با TCS منفی صحبت خواهیم کرد.

ترمیستورهای NTC دستگاههای بسیار حساس، با برد باریک و غیر خطی هستند که مقاومت آنها با افزایش دما کاهش می یابد. شکل 1 منحنی را نشان می دهد که تغییر مقاومت را به عنوان تابعی از دما نشان می دهد و یک نمونه معمولی است وابستگی مقاومت به دماحساسیت تقریباً 4-5٪ / درجه سانتیگراد است. طیف گسترده ای از درجه بندی مقاومت وجود دارد و تغییر مقاومت می تواند به اهم و حتی کیلو اهم در هر درجه برسد.

R R O

عکس. 1ترمیستورهای NTC بسیار حساس و قابل توجه هستند

درجات غیر خطی هستند. R about می تواند بر حسب اهم، کیلو اهم یا مگو اهم باشد:

1-نسبت مقاومت R/R در حدود; 2- درجه حرارت در о С

ترمیستورها در اصل سرامیک های نیمه هادی هستند. آنها بر اساس پودرهای اکسیدهای فلزی (معمولا اکسیدهای نیکل و منگنز) ساخته می شوند، گاهی اوقات با یک افزودنی مقدار کمیاکسیدهای دیگر اکسیدهای پودر شده را با آب و چسب های مختلف مخلوط می کنند تا خمیر مایعی به دست آید که شکل لازم را به دست می آورد و در دمای بالای 1000 درجه سانتی گراد پخته می شود.

یک پوشش فلزی رسانا (معمولاً نقره) روی آن جوش داده شده و سرنخ ها به هم متصل می شوند. ترمیستور تمام شده معمولاً با اپوکسی یا شیشه یا محفظه دیگری پوشانده می شود.

از انجیر 2، مشاهده می شود که انواع مختلفی از ترمیستورها وجود دارد.

ترمیستورها به صورت دیسک و واشر با قطر 2.5 تا تقریبی 25.5 میلی متر به صورت میله هایی در اندازه های مختلف می باشند.

برخی از ترمیستورها ابتدا در صفحات بزرگ ساخته می شوند و سپس به صورت مربع بریده می شوند. ترمیستورهای مهره ای بسیار کوچک با شلیک مستقیم یک قطره خمیر روی دو سرب آلیاژ تیتانیوم با ذوب بالا، سپس فرو بردن ترمیستور در شیشه برای تشکیل یک پوشش ساخته می شوند.

پارامترهای معمولی

گفتن "پارامترهای معمولی" کاملاً صحیح نیست، زیرا فقط چند پارامتر معمولی برای ترمیستورها وجود دارد. برای بسیاری از ترمیستورها انواع متفاوت، اندازه ها، شکل ها، فرقه ها و تلورانس ها، همین ها وجود دارد تعداد زیادی ازشرایط فنی علاوه بر این، ترمیستورهای سازنده های مختلف اغلب قابل تعویض نیستند.

می توانید ترمیستورهایی با مقاومت (در دمای 25 درجه سانتیگراد - دمایی که معمولاً در آن مقاومت ترمیستور تعیین می شود) از یک اهم تا ده مگا اهم یا بیشتر خریداری کنید. مقاومت به اندازه و شکل ترمیستور بستگی دارد، با این حال، برای هر نوع خاص، درجه بندی مقاومت می تواند 5-6 مرتبه بزرگی متفاوت باشد، که به سادگی با تغییر مخلوط اکسید حاصل می شود. هنگام تغییر مخلوط، وابستگی مقاومت به دما (منحنی R-T) نیز تغییر می کند و پایداری در دماهای بالا تغییر می کند. خوشبختانه ترمیستور با مقاومت بالابه اندازه کافی برای استفاده در دماهای بالا نیز پایدارتر هستند.

ترمیستورهای ارزان قیمت معمولا تحمل پارامترهای نسبتاً وسیعی دارند. مثلا، مقادیر مجازمقاومت در 25 о С در محدوده ± 20٪ تا ± 5٪ متفاوت است. در دماهای بالاتر یا پایین تر، گسترش پارامتر حتی بیشتر افزایش می یابد. برای یک ترمیستور معمولی با حساسیت 4% در درجه سانتیگراد، تحمل دمای اندازه گیری شده مربوطه از حدود ± 5 درجه تا 1.25 ± درجه سانتیگراد در 25 درجه سانتیگراد متغیر است. ترمیستورهای با دقت بالا بعداً در این مقاله مورد بحث قرار خواهند گرفت.

قبلاً گفته شد که ترمیستورها وسایلی با برد باریک هستند. این باید توضیح داده شود: بیشتر ترمیستورها در محدوده -80 درجه سانتیگراد تا 150 درجه سانتیگراد کار می کنند و دستگاه هایی (معمولاً با پوشش شیشه ای) وجود دارند که در دمای 400 درجه سانتیگراد و دمای بالاتر کار می کنند. با این حال، برای اهداف عملی، حساسیت بالای ترمیستورها محدوده دمای مفید آنها را محدود می کند. مقاومت یک ترمیستور معمولی می‌تواند 10000 یا 20000 بار در دماهای 80- تا 150+ درجه سانتی‌گراد تغییر کند. طراحی مداری که در هر دو انتهای این محدوده دقیق باشد دشوار است (مگر اینکه از تغییر دامنه استفاده شود) . مقاومت ترمیستور، اسمی در صفر درجه، از چند اهم تجاوز نخواهد کرد

اکثر ترمیستورها از لحیم کاری برای اتصال داخلی سیم ها استفاده می کنند. بدیهی است که نمی توان از چنین ترمیستوری برای اندازه گیری دمای بالاتر از نقطه ذوب لحیم استفاده کرد. حتی بدون لحیم کاری، پوشش اپوکسی ترمیستورها فقط در دمای کمتر از 200 درجه سانتیگراد حفظ می شود. برای دماهای بالاتر، ترمیستورهای روکش شیشه ای با سرب های جوش داده شده یا ذوب شده باید استفاده شود.

الزامات پایداری همچنین استفاده از ترمیستورها را در دماهای بالا محدود می کند. ساختار ترمیستورها زمانی که در معرض دمای بالا قرار می گیرند شروع به تغییر می کند و میزان و ماهیت تغییر تا حد زیادی توسط مخلوط اکسید و روش ساخت ترمیستور تعیین می شود. مقداری رانش ترمیستورهای با پوشش اپوکسی در دمای بالای 100 درجه سانتیگراد یا بیشتر شروع می شود. اگر چنین ترمیستوری به طور مداوم در دمای 150 درجه سانتیگراد کار کند، در آن صورت رانش را می توان چندین درجه در سال اندازه گیری کرد. ترمیستورهای کم مقاومت (مثلاً در دمای 25 درجه سانتیگراد بیش از 1000 اهم نیست) اغلب حتی بدتر هستند - رانش آنها در دمای تقریباً 70 درجه سانتیگراد قابل مشاهده است. و در دمای 100 درجه سانتیگراد غیر قابل اعتماد می شوند.

دستگاه‌های ارزان‌قیمت با تلرانس‌های زیاد با توجه کمتری به جزئیات تولید می‌شوند و می‌توانند نتایج بدتری هم بدهند. از سوی دیگر، برخی از ترمیستورهای روکش شیشه ای که به درستی طراحی شده اند، حتی در دماهای بالاتر نیز پایداری عالی دارند. ترمیستورهای مهره ای با روکش شیشه ای، مانند ترمیستورهای دیسکی با روکش شیشه ای که اخیراً معرفی شده اند، پایداری بسیار خوبی دارند. باید به خاطر داشت که رانش به دما و زمان بستگی دارد. بنابراین، به عنوان مثال، معمولاً می توان از ترمیستور با پوشش اپوکسی با حرارت دادن مختصر تا دمای 150 درجه سانتیگراد بدون رانش قابل توجه استفاده کرد.

هنگام استفاده از ترمیستورها، مقدار اسمی باید در نظر گرفته شود. اتلاف توان ثابت... به عنوان مثال، یک ترمیستور کوچک با پوشش اپوکسی دارای ثابت اتلاف یک میلی وات بر درجه سانتیگراد در هوای ساکن است. به عبارت دیگر، یک میلی وات توان در یک ترمیستور، دمای داخلی آن را یک درجه سانتیگراد، دو میلی وات دو درجه و غیره افزایش می دهد. اگر ولتاژ یک ولت را به ترمیستور یک کیلو اهم با ثابت اتلاف یک میلی وات در درجه سانتیگراد اعمال کنید، خطای اندازه گیری یک درجه سانتیگراد دریافت می کنید. ترمیستورها اگر در مایع غوطه ور شوند، توان بیشتری را از بین می برند. همان ترمیستور کوچک با پوشش اپوکسی که در بالا ذکر شد، 8 میلی‌وات بر درجه سانتی‌گراد را در حالی که در یک روغن به خوبی مخلوط شده است، از بین می‌برد. ترمیستور با سایز بزرگدارای پراکندگی ثابت بهتر از دستگاه های کوچک... به عنوان مثال یک ترمیستور به شکل دیسک یا واشر می تواند توان 20 یا 30 میلی وات بر درجه سانتی گراد را در هوا هدر دهد، باید به خاطر داشت که همانطور که مقاومت ترمیستور با دما تغییر می کند، اتلاف توان آن نیز تغییر می کند.

معادلات ترمیستور

هیچ معادله دقیقی برای توصیف رفتار ترمیستور وجود ندارد - فقط موارد تقریبی وجود دارد. دو معادله تقریبی پرکاربرد را در نظر بگیرید.

اولین معادله تقریبی، نمایی، برای کران کاملا رضایت بخش است محدوده های دمامخصوصاً هنگام استفاده از ترمیستورها با دقت پایین.

به مقاومت های نیمه هادی که مقاومت آنها به دما بستگی دارد ترمیستور می گویند. آنها دارای ضریب دمای قابل توجهی از مقاومت هستند که مقدار آن چندین برابر بیشتر از فلزات است. آنها به طور گسترده ای در مهندسی برق استفاده می شوند.

بر نمودارهای الکتریکیترمیستورها مشخص می شوند:

طراحی و بهره برداری

آنها طراحی ساده ای دارند و در اندازه ها و شکل های مختلف تولید می شوند.

دو نوع حامل بار آزاد در نیمه هادی ها وجود دارد: الکترون ها و حفره ها. در دمای ثابت، این حامل ها به طور تصادفی تشکیل شده و ناپدید می شوند. میانگین تعداد حامل های آزاد در تعادل دینامیکی است، یعنی بدون تغییر.

هنگامی که دما تغییر می کند، تعادل به هم می خورد. اگر دما افزایش یابد، تعداد حامل های بار نیز افزایش می یابد و با کاهش دما، غلظت حامل کاهش می یابد. مقاومت یک نیمه هادی تحت تأثیر دما است.

اگر دما به صفر مطلق نزدیک شود، نیمه هادی دارای خاصیت دی الکتریک است. هنگامی که به شدت گرم می شود، جریان را به طور ایده آل هدایت می کند. ویژگی اصلی ترمیستور این است که مقاومت آن به طور قابل توجهی به درجه حرارت در محدوده دمای معمولی (-50 + 100 درجه) بستگی دارد.

ترمیستورهای محبوب به شکل یک میله نیمه هادی ساخته می شوند که با مینای دندان پوشانده شده است. الکترودها و کلاهک های تماسی به آن متصل می شوند. این مقاومت ها در مکان های خشک استفاده می شوند.

برخی از ترمیستورها در یک محفظه مهر و موم شده فلزی قرار می گیرند. بنابراین می توان از آنها در مکان های مرطوب با محیطی تهاجمی استفاده کرد.

بدنه با قلع و شیشه مهر و موم شده است. میله های نیمه هادی در فویل فلزی پیچیده شده اند. سیم نیکل برای اتصال جریان استفاده می شود. مقدار مقاومت اسمی 1-200 کیلو اهم است، دمای عملیاتی -100 + 129 درجه است.

اصل عملکرد یک ترمیستور بر اساس ویژگی تغییر مقاومت در برابر دما است. فلزات خالص برای ساخت استفاده می شود: مس و پلاتین.

پارامترهای اصلی

• TCS- ضریب مقاومت حرارتی، برابر با تغییر مقاومت مقطع مدار در هنگام تغییر درجه حرارت 1 درجه است. اگر TCS مثبت باشد، ترمیستورها فراخوانی می شوند پوزیتورها(ترمیستورهای PTC)... و اگر TCS منفی است، پس ترمیستورها(ترمیستور NTC)... در پوزیستورها با افزایش دما، مقاومت نیز افزایش می یابد، در حالی که در ترمیستورها همه چیز برعکس اتفاق می افتد.
• مقاومت اسمی مقدار مقاومت در 0 درجه است.
• محدوده کار... مقاومت ها به دمای پایین (کمتر از 170 کلوین)، دمای متوسط ​​(از 170 تا 510 کلوین)، دما بالا (بیش از 570 کلوین) تقسیم می شوند.
• توان تلف شده ... این مقدار قدرتی است که ترمیستور در حین کار آن را تضمین می کند پارامترهای داده شدهبا توجه به شرایط فنی

انواع و ویژگی های ترمیستورها

تمام سنسورهای دما در تولید بر اساس اصل تبدیل دما به سیگنال جریان الکتریکی کار می کنند که می تواند با سرعت بالا در فواصل طولانی منتقل شود. هر کمیت را می توان با تبدیل آنها به یک کد دیجیتال به سیگنال های الکتریکی تبدیل کرد. آنها با دقت بالایی منتقل می شوند و توسط رایانه پردازش می شوند.

ترمیستورهای فلزی

هیچ هادی جریانی را نمی توان به عنوان ماده برای ترمیستورها استفاده کرد، زیرا برخی الزامات بر ترمیستورها اعمال می شود. مواد برای ساخت آنها باید TCR بالایی داشته باشد و مقاومت باید بر اساس یک نمودار خطی در محدوده دمایی وسیع به دما بستگی داشته باشد.

همچنین، یک هادی فلزی باید نسبت به اقدامات تهاجمی محیط خارجی بی اثر باشد و ویژگی ها را به طور دقیق بازتولید کند، که امکان تغییر سنسورها را بدون تنظیمات خاص و ابزار اندازه گیری ممکن می کند.

مس و پلاتین جدا از هزینه بالایشان برای چنین نیازهایی مناسب هستند. ترمیستورهای مبتنی بر آنها پلاتین و مس نامیده می شوند. مقاومت حرارتی TSP (پلاتین) در دمای -260 تا 1100 درجه کار می کند. اگر دما در محدوده 0 تا 650 درجه باشد، از چنین سنسورهایی به عنوان نمونه و استاندارد استفاده می شود، زیرا در این فاصله بی ثباتی بیش از 0.001 درجه نیست.

از معایب ترمیستورهای پلاتین می توان به تبدیل غیرخطی و هزینه بالا اشاره کرد. بنابراین اندازه گیری دقیق پارامترها فقط در محدوده عملیاتی امکان پذیر است.

نمونه های مس ارزان قیمت ترمیستورهای TCM به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند که در آنها خطی بودن وابستگی مقاومت به دما بسیار بالاتر است. نقطه ضعف آنها مقاومت کم و ناپایداری در دمای بالا، اکسیداسیون سریع است. در این راستا، مقاومت حرارتی مبتنی بر مس کاربرد محدودی دارد و بیش از 180 درجه نیست.

برای نصب سنسورهای پلاتینیومی و مسی از خط 2 سیم با فاصله تا 200 متر تا دستگاه استفاده می شود. اگر فاصله بیشتر باشد، از آن استفاده می شود که در آن هادی سوم برای جبران مقاومت سیم ها عمل می کند.

از معایب ترمیستورهای پلاتین و مس می توان به سرعت کم کارکرد آنها اشاره کرد. اینرسی حرارتی آنها به چند دقیقه می رسد. ترمیستورهایی با اینرسی کم وجود دارند که زمان پاسخگویی آنها چند دهم ثانیه بیشتر نیست. این با اندازه کوچک سنسورها به دست می آید. چنین مقاومت هایی از یک میکروسیم در یک غلاف شیشه ای تولید می شود. این سنسورها دارای اینرسی کم، هرمتیک مهر و موم شده و بسیار پایدار هستند. وقتی کوچک هستند، مقاومتی برابر با چند کیلو اهم دارند.

نیمه هادی

به چنین مقاومت هایی ترمیستور می گویند. اگر آنها را با نمونه های پلاتین و مس مقایسه کنیم، حساسیت آنها افزایش یافته و TCR یک مقدار منفی است. این بدان معنی است که با افزایش دما، مقاومت مقاومت کاهش می یابد. ترمیستورها TCS بسیار بیشتری نسبت به سنسورهای پلاتین و مس دارند. با اندازه های کوچک، مقاومت آنها به 1 مگا اهم می رسد، که اجازه نمی دهد تا بر اندازه گیری مقاومت هادی ها تأثیر بگذارد.

برای اندازه گیری دما، ترمیستورهای مبتنی بر نیمه هادی های KMT، متشکل از اکسیدهای کبالت و منگنز، و همچنین ترمیستورهای MMT مبتنی بر اکسیدهای مس و منگنز، بسیار محبوب شده اند. وابستگی مقاومت به دما در نمودار دارای خطی بودن خوبی در محدوده دمایی -100+200 درجه است. قابلیت اطمینان ترمیستورهای نیمه هادی بسیار بالا است، خواص برای مدت طولانی پایداری کافی دارند.

نقطه ضعف اصلی آنها این واقعیت است که در طول تولید انبوه چنین ترمیستورها نمی توان از دقت مورد نیاز ویژگی های آنها اطمینان حاصل کرد. بنابراین، یک مقاومت واحد با نمونه دیگر متفاوت است، مانند ترانزیستورها، که از همان دسته ممکن است بهره های متفاوتی داشته باشند، پیدا کردن دو نمونه یکسان دشوار است. این لحظه منفی نیاز را ایجاد می کند سفارشی سازی اضافیتجهیزات هنگام تعویض ترمیستور

برای اتصال ترمیستورها معمولاً از مدار پل استفاده می شود که در آن پل با پتانسیومتر متعادل می شود. هنگامی که مقاومت مقاومت به دلیل تأثیر دما تغییر می کند، می توان پل را با تنظیم پتانسیومتر به حالت تعادل در آورد.

این روش تنظیم دستیدر آزمایشگاه های آموزشی برای نشان دادن کار استفاده می شود. رگولاتور پتانسیومتر مجهز به ترازو است که درجه بندی شده است. در عمل، در طرح های پیچیدهاندازه گیری، این تنظیم در حالت خودکار انجام می شود.

استفاده از ترمیستورها

دو حالت عمل در عملکرد سنسورهای دما وجود دارد. در حالت اول، دمای سنسور فقط با دمای محیط تعیین می شود. جریان عبوری از مقاومت کم است و قادر به گرم کردن آن نیست.

در حالت 2، ترمیستور توسط جریان جاری گرم می شود و دمای آن با شرایط انتقال حرارت، به عنوان مثال، سرعت دمش، چگالی گاز و غیره تعیین می شود.

در نمودارها ترمیستورها (NTS)و مقاومت ها (RTS)به ترتیب دارای ضرایب مقاومت منفی و مثبت هستند و به صورت زیر نشان داده می شوند:

کاربردهای ترمیستور

• اندازه گیری دما
• لوازم خانگی: فریزر، سشوار، یخچال و غیره.
• الکترونیک خودرو: اندازه گیری ضدیخ خنک کننده، روغن، کنترل گازهای خروجی اگزوز، سیستم های ترمز، دمای داخل کابین.
• تهویه مطبوع: توزیع گرما، کنترل دمای اتاق.
• مسدود کردن درب ها در وسایل گرمایشی
• صنایع الکترونیک: تثبیت دمای لیزر و دیودها و همچنین سیم پیچی های مسی سیم پیچ ها.
• V تلفن های همراهبرای جبران گرمایش
• محدود کردن جریان راه اندازی موتورها، لامپ های روشنایی،.
• کنترل پر کردن مایعات

استفاده از پوزیستورها

• محافظت در برابر موتورها
• محافظت در برابر جریان اضافی
• برای به تاخیر انداختن زمان روشن شدن سوئیچینگ منابع تغذیه.
• نمایشگرهای کامپیوتر و لوله های تصویر تلویزیون برای مغناطیس زدایی و جلوگیری از بی نظمی رنگ.
• در استارتر کمپرسورهای یخچال.
• بلوک حرارتی ترانسفورماتورها و موتورها.
• دستگاه های ذخیره سازی اطلاعات
• به عنوان بخاری برای کاربراتور.
• در لوازم خانگی: بستن در ماشین لباسشویی، در سشوار و غیره

مقاومت های حرارتی نیمه هادی ترمیستورها ترمیستورها اصل عملکرد و خصوصیات

اصول ترمیستورهای نیمه هادی، انواع آنها، مشخصات فنی، نموداری از وابستگی مقاومت به دما.

وابستگی قابل توجه مقاومت نیمه هادی ها به دما، طراحی ترمیستورهای حساس (ترمیستورها، ترمیستورها) را ممکن کرد که مقاومت های نیمه هادی حجیم با ضریب مقاومت دمایی بالا هستند. بسته به هدف، ترمیستورها از موادی با مقادیر مقاومت متفاوت ساخته می شوند. برای ساخت ترمیستورها می توان از نیمه هادی ها با مکانیزم های هدایت الکتریکی و سوراخی و مواد خالص استفاده کرد. پارامترهای اصلی ماده ترمیستور که کیفیت آن را تعیین می کند عبارتند از: مقدار ضریب دما، پایداری شیمیایی و نقطه ذوب.

بیشتر انواع ترمیستورها فقط در محدوده دمایی خاصی کار می کنند. هر گونه گرمای بیش از حد از حد نرمال، تأثیر مخربی بر ترمیستور (مقاومت حرارتی) دارد و گاهی اوقات حتی می تواند منجر به مرگ آن شود.

برای محافظت از اثرات مضر محیط و در درجه اول اکسیژن هوا، ترمیستورها را گاهی در سیلندر پر از گاز بی اثر قرار می دهند.

ساخت ترمیستور بسیار ساده است. به یک قطعه نیمه هادی شکل نخ، میله، صفحه مستطیلی، توپ یا شکل دیگری داده می شود. در قسمت های مخالف ترمیستور، دو سرب نصب شده است. مقدار مقاومت اهمی یک ترمیستور، به طور معمول، به طور قابل توجهی بالاتر از مقادیر مقاومت سایر عناصر مدار است و مهمتر از همه، به شدت به دما بستگی دارد. بنابراین، هنگامی که جریان در مدار جریان می یابد، بزرگی آن عمدتاً توسط مقدار مقاومت اهمی ترمیستور یا در نهایت با دمای آن تعیین می شود. با افزایش دمای ترمیستور، جریان در مدار افزایش می یابد و برعکس، با کاهش دما، جریان کاهش می یابد.

ترموستات را می توان با انتقال گرما از محیط، با تولید گرما در خود ترمیستور هنگام عبور جریان الکتریکی از آن و یا در نهایت با استفاده از سیم پیچ های گرمایشی ویژه گرم کرد. روش گرمایش ترمیستور ارتباط مستقیمی با کاربرد عملی آن دارد.

مقاومت یک ترمیستور با تغییر دما می تواند سه مرتبه قدر، یعنی 1000 برابر تغییر کند. این برای ترمیستورهای ساخته شده از مواد رسانا ضعیف معمول است. در مورد مواد بسیار رسانا، این نسبت در محدوده ده است.

هر ترمیستور دارای اینرسی حرارتی است که در برخی موارد نقش مثبتی ایفا می کند، در برخی دیگر یا عملاً ارزشی ندارد یا بر دامنه استفاده از ترمیستور تأثیر منفی می گذارد و آن را محدود می کند. اینرسی حرارتی در این واقعیت آشکار می شود که ترمیستور در حال گرم شدن بلافاصله دمای بخاری را نمی گیرد، اما فقط پس از مدتی. مشخصه اینرسی حرارتی یک ترمیستور می تواند به اصطلاح ثابت زمانی باشدτ ... ثابت زمانی از نظر عددی برابر است با مدت زمانی که در طی آن ترمیستور که قبلاً در دمای 0 درجه سانتیگراد بوده و سپس به محیطی با دمای 100 درجه سانتیگراد منتقل شده است، مقاومت خود را 63 درصد کاهش می دهد.

برای اکثر ترمیستورهای نیمه هادی، وابستگی مقاومت به دما غیرخطی است (شکل 1، A). اینرسی حرارتی ترمیستور با اینرسی دماسنج جیوه ای تفاوت کمی دارد.

در حین کار عادی، پارامترهای ترمیستور در طول زمان کمی تغییر می کند و بنابراین عمر مفید آنها بسیار طولانی است و بسته به مارک ترمیستور، در یک بازه زمانی نوسان می کند که حد بالایی آن برای چندین سال محاسبه می شود.

به عنوان مثال، به طور خلاصه سه نوع ترمیستور (مقاومت حرارتی) را در نظر بگیرید: MMT-1، MMT-4 و MMT-5.

شکل 1 (B) ساختار اصلی و طراحی این ترمیستورها را نشان می دهد. ترمیستور MMT-1 از بیرون با رنگ مینا پوشانده شده است و برای کار در اتاق های خشک طراحی شده است. ترمیستورهای MMT-4 و MMT-5 در کپسول های فلزی نصب شده و مهر و موم شده اند. بنابراین، آنها در معرض اثرات مضر محیط نیستند، برای کار در شرایط هر رطوبتی طراحی شده اند و حتی می توانند در مایعات باشند (در مورد ترمیستور عمل نمی کنند).

مقاومت اهمی ترمیستورها در محدوده 1000 - 200000 اهم در دمای 20 درجه سانتیگراد و ضریب دما است.α حدود 3 درصد در 1 درجه سانتیگراد. شکل 2 منحنی را نشان می دهد که درصد تغییر مقاومت اهمی ترمیستور را به عنوان تابعی از دمای آن نشان می دهد. در این نمودار مقدار اولیه به عنوان مقاومت در دمای 20 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است.

انواع تشریح شده ترمیستورها برای عملکرد در محدوده دمایی -100 تا + 120 درجه سانتیگراد طراحی شده اند. گرمای بیش از حد آنها غیرقابل قبول است.

مقاومت های حرارتی (ترمیستورها، ترمیستورها) از این نوع بسیار پایدار هستند، یعنی مقاومت "سرد" خود را عملاً بدون تغییر نگه می دارند، که مقدار آن در 20 درجه سانتیگراد برای مدت زمان بسیار طولانی تعیین می شود. پایداری بالای ترمیستورهای نوع MMT عمر طولانی آنها را تعیین می کند، که همانطور که در گذرنامه مشخص شده است، عملاً در عملکرد عادی نامحدود است. مقاومت های حرارتی (ترمیستور، ترمیستور) از نوع MMT دارای استحکام مکانیکی خوبی هستند.

در شکل ها: طراحی برخی از ترمیستورها، وابستگی دمایی مشخصه مقاومت ترمیستور.

ترمیستور یک جزء نیمه هادی با مقاومت الکتریکی وابسته به دما است. در سال 1930 توسط دانشمند ساموئل روبن تا به امروز اختراع شد این جزءگسترده ترین کاربرد را در فناوری پیدا می کند.

ترمیستورها از مواد مختلفی ساخته می شوند که بسیار بالا هستند - آنها به طور قابل توجهی نسبت به آلیاژهای فلزی و فلزات خالص، یعنی از نیمه هادی های خاص و خاص برتری دارند.

به طور مستقیم، عنصر مقاومتی اصلی با استفاده از متالورژی پودر، پردازش کالکوژنیدها، هالیدها و اکسیدهای فلزات خاص به دست می آید و به آنها اشکال مختلفی می دهد، به عنوان مثال، شکل دیسک ها یا میله هایی با اندازه های مختلف، واشر بزرگ، لوله های متوسط، صفحات نازک. ، دانه های کوچک، در اندازه های مختلف از چند میکرون تا ده ها میلی متر ...

با توجه به ماهیت همبستگی بین مقاومت عنصر و دمای آن، آنها ترمیستورها را به دو گروه بزرگ تقسیم می کنند - به پوزیستور و ترمیستور... پوزیستورها TCS مثبت دارند (به همین دلیل به پوزیستورها ترمیستور PTC نیز می گویند) و ترمیستورها منفی هستند (بنابراین به آنها ترمیستور NTC می گویند).

ترمیستور - یک مقاومت وابسته به دما، ساخته شده از یک ماده نیمه هادی با ضریب دمایی منفی و حساسیت بالا، یک پوزیستور -یک مقاومت وابسته به دما با ضریب مثبت.بنابراین با افزایش دمای بدنه پوزیستور، مقاومت آن نیز افزایش می‌یابد و با افزایش دمای ترمیستور، مقاومت آن نیز کاهش می‌یابد.

امروزه مواد ترمیستورها عبارتند از: مخلوط اکسیدهای پلی کریستالی فلزات واسطه مانند کبالت، منگنز، مس و نیکل، ترکیبات نوع IIIIBV و همچنین نیمه هادی های شیشه ای دوپ شده مانند سیلیکون و ژرمانیوم و برخی مواد دیگر. قابل توجه پوزیستورهای محلول جامد مبتنی بر تیتانات باریم هستند.

ترمیستورها را می توان به طور کلی به موارد زیر طبقه بندی کرد:

کلاس دمای پایین (دمای عملیاتی زیر 170 کلوین)؛

کلاس دمای متوسط ​​(دمای عملیاتی از 170 K تا 510 K)؛

کلاس درجه حرارت بالا (دمای عملیاتی از 570 K و بالاتر)؛

کلاس جدادمای بالا (دمای کاری از 900 کلوین تا 1300 کلوین).

همه این عناصر، اعم از ترمیستورها و پوزیستورها، می توانند تحت شرایط مختلف آب و هوایی خارجی و تحت بارهای فیزیکی و خارجی قابل توجهی عمل کنند. با این حال، در حالت‌های ترموسیکلیک شدید، ویژگی‌های ترموالکتریک اولیه آن‌ها، مانند مقاومت اسمی در دمای اتاق و ضریب دمایی مقاومت، در طول زمان تغییر می‌کند.

برای مثال، اجزای ترکیبی نیز وجود دارد ترمیستور با گرمایش غیر مستقیم ... موارد چنین دستگاه هایی حاوی خود ترمیستور و یک عنصر گرمایش ایزوله گالوانیکی است که دمای اولیه ترمیستور و بر این اساس مقاومت الکتریکی اولیه آن را تنظیم می کند.

این دستگاه ها به عنوان مقاومت های متغیر استفاده می شوند که توسط ولتاژ اعمال شده به عنصر گرمایش ترمیستور کنترل می شوند.

بسته به نحوه انتخاب نقطه کار بر روی مشخصه I - V یک جزء خاص، حالت عملکرد ترمیستور در مدار نیز تعیین می شود. و خود VAC با آن مرتبط است ویژگی های طراحیو با دمای اعمال شده به بدنه قطعه.

برای کنترل تغییرات دما و برای جبران پارامترهای تغییر دینامیکی مانند جریان جریان و ولتاژ اعمال شده در مدارهای الکتریکیکه به دنبال تغییرات در شرایط دما تغییر می کند، ترمیستورها با یک نقطه عملیاتی تنظیم شده بر روی مقطع خطی مشخصه I - V استفاده می شوند.

اما نقطه کار به طور سنتی بر روی بخش سقوط مشخصه I - V (ترمیستورهای NTC) تنظیم می شود، اگر ترمیستور به عنوان مثال به عنوان یک دستگاه شروع، یک رله زمان، در سیستمی برای ردیابی و اندازه گیری شدت استفاده شود. تشعشعات مایکروویو، در سیستم های اعلام حریق، در تاسیسات کنترل جریان جامدات و مایعات حجیم.

امروزه محبوب ترین ترمیستورها و پوزیستورهای دمای متوسط ​​با TCS از -2.4 تا -8.4٪ در هر 1 K... آنها در طیف وسیعی از مقاومت ها از اهم تا مگا اهم عمل می کنند.

پوزیستورهایی با TCR نسبتاً پایین از 0.5٪ تا 0.7٪ در هر K1 وجود دارند که بر اساس سیلیکون ساخته شده اند. مقاومت آنها تقریباً به صورت خطی تغییر می کند. چنین پوزیستورهایی به طور گسترده در سیستم های تثبیت دما و در سیستم های خنک کننده فعال سوئیچ های نیمه هادی قدرت در انواع دستگاه های الکترونیکی مدرن به ویژه در دستگاه های قدرتمند استفاده می شود. این قطعات به راحتی در مدارها قرار می گیرند و فضای زیادی از برد را اشغال نمی کنند.

یک پوزیستور معمولی به شکل یک دیسک سرامیکی است، گاهی اوقات چندین عنصر به صورت سری در یک مورد نصب می شود، اما اغلب - در یک نسخه در یک پوشش مینای محافظ. پوزیستورها به دلیل سادگی و پایداری فیزیکی، اغلب به عنوان فیوز برای محافظت از مدارهای الکتریکی در برابر اضافه ولتاژ و جریان، و همچنین سنسورهای دما و عناصر تثبیت کننده خودکار استفاده می شوند.

ترمیستورها به طور گسترده در زمینه های متعدد الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند، به ویژه جایی که کنترل دقیق فرآیند دما مهم است. این مربوط به تجهیزات انتقال داده است، فناوری رایانه، CPU با کارایی بالا و تجهیزات صنعتی با دقت بالا.

یکی از ساده‌ترین و محبوب‌ترین نمونه‌های کاربرد ترمیستور، محدود کردن مؤثر جریان هجومی است. در لحظه ای که ولتاژ به منبع تغذیه از شبکه اعمال می شود، ظرفیت بسیار شدیدی رخ می دهد و جریان شارژ زیادی در مدار اولیه جریان می یابد که می تواند پل دیود را بسوزاند.

این جریان در اینجا است و توسط ترمیستور محدود می شود، یعنی این جزء مدار بسته به جریان عبوری از آن، مقاومت خود را تغییر می دهد، زیرا طبق قانون اهم، گرم می شود. سپس ترمیستور پس از چند دقیقه به محض اینکه تا دمای اتاق خنک شد، مقاومت اولیه خود را بازیابی می کند.