Termistor (termistor) - un element electronic cu stare solidă care arată ca un rezistor permanent, dar are un pronunțat caracteristica temperaturii... Acest tip de dispozitiv electronic este de obicei folosit pentru a varia tensiunea de ieșire analogică ca răspuns la modificările temperaturii ambientale. Cu alte cuvinte, proprietățile electrice ale unui termistor și principiul de funcționare sunt direct legate de un fenomen fizic - temperatura.

Termistorul este un element semiconductor termosensibil bazat pe oxizi metalici semiconductori. De obicei sub formă de disc sau bilă cu fire metalizate sau de legătură.

Aceste forme permit modificarea valorii rezistive proporțional cu schimbările mici de temperatură. Pentru rezistențele standard, modificarea rezistenței de la încălzire este văzută ca un fenomen nedorit.

Dar același efect pare să aibă succes atunci când se construiesc multe circuite electronice necesitând determinarea temperaturii.

Astfel, fiind neliniar dispozitiv electronic cu rezistență variabilă, termistorul este potrivit cu succes pentru a funcționa ca senzor de termistor. Senzorii de acest fel sunt folosiți pe scară largă pentru a monitoriza temperatura lichidelor și gazelor.

Acționând ca un dispozitiv în stare solidă bazat pe oxizi metalici extrem de sensibili, termistorul funcționează la nivel molecular.

Electronii de valență devin activi și reproduc TCS negativ sau pasiv și apoi reproduc TCS pozitiv.

Ca urmare, dispozitivele electronice - termistorii - prezintă o rezistivitate reproductibilă foarte bună, păstrând în același timp caracteristicile de performanță care le permit să lucreze productiv într-un interval de temperatură de până la 200 °C.

Utilizarea termistorilor în practică

Direcția de bază de aplicare, în acest caz sunt senzori de temperatură rezistivi. Cu toate acestea, aceleași elemente electronice aparținând familiei de rezistențe pot fi utilizate cu succes în serie cu alte componente sau dispozitive.

Scheme simple includerea de termistori, arătând funcționarea dispozitivelor ca senzori de temperatură- un fel de convertoare de tensiune datorate modificarilor de rezistenta

Acest circuit de comutare vă permite să controlați curentul care curge prin componentă. Astfel, termistorii, de fapt, acționează și ca limitatori de curent.

Termistorii sunt disponibili în diferite tipuri, materiale și dimensiuni, în funcție de timpul de răspuns și temperatura de funcționare.

Există modificări ermetice ale dispozitivelor, protejate de pătrunderea umezelii. Există modele pentru temperaturi ridicate de funcționare și dimensiuni compacte.

Există trei tipuri cele mai comune de termistori:

• minge,
• disc,
• încapsulat.

Dispozitivele funcționează în funcție de schimbările de temperatură:

1. Pentru a scădea valoarea rezistivă.
2. Pentru a crește valoarea rezistivă.

Adică, există două tipuri de dispozitive:

1. TCS negativ (NTC).
2. TCS pozitiv (PTC).

Coeficient TCS negativ

Termistorii NTC NTC își scad propria valoare rezistivă pe măsură ce temperatura exterioară crește. De regulă, aceste dispozitive sunt mai des folosite ca senzori de temperatură, deoarece sunt ideale pentru aproape orice tip de electronică unde este necesar controlul temperaturii.

Răspunsul negativ relativ mare al termistorului NTC înseamnă că chiar și schimbările mici de temperatură pot schimba semnificativ rezistența electrică a instrumentului. Acest factor face ca modelele NTC senzori ideali. măsurare precisă temperaturile.

Schema de calibrare (verificare) termistor: 1 - alimentare; 2 - sensul curentului; 3 - element electronic testat - termistor; 4 - microampermetru de calibrare

Termistorii NTC, care reduc rezistența odată cu creșterea temperaturii, sunt disponibili în diferite rezistențe de bază prin proiectare. De obicei, rezistențele de bază sunt la temperatura camerei.

De exemplu: 25ºC este luat ca punct de temperatură de referință (de bază). De aici, valorile dispozitivelor sunt construite, de exemplu, din următoarele evaluări:

• 2,7 kΩ (25ºC),
• 10 kΩ (25ºC)
• 47 kOhm (25ºC)...

O alta caracteristică importantă este valoarea „B”. Valoarea „B” este o constantă, care este determinată de materialul ceramic din care este fabricat termistorul.

Aceeași constantă determină gradientul curbei raportului de rezistență (R / T) într-un anumit interval de temperatură între două puncte de temperatură.

Fiecare material termistor are o constantă de material diferită și, prin urmare, o curbă individuală de rezistență în funcție de temperatură.

Astfel, constanta „B” definește o valoare rezistivă la linia de bază T1 (25 ° C) și o altă valoare la T2 (de exemplu, la 100 ° C).

Prin urmare, valoarea lui B va defini o constantă constantă a materialului termistor limitată de intervalul T1 și T2:

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

p.s. valorile temperaturii în calcule sunt luate în gradul Kelvin.

De aici rezultă că având valoarea „B” (din caracteristicile producătorului) a unui anumit dispozitiv, inginerul electronic va trebui doar să creeze un tabel de temperaturi și rezistențe pentru a construi un grafic adecvat folosind următoarea ecuație normalizată:

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

unde: T 1, T 2 - temperaturi în grade Kelvin; R 1, R 2 - rezistențe la temperaturi corespunzătoare în Ohmi.

De exemplu, un termistor NTK cu o rezistență de 10 kΩ are o valoare B de 3455 într-un interval de temperatură de 25 - 100ºC.

Un punct evident: termistorii își schimbă rezistența exponențial cu schimbările de temperatură, astfel încât caracteristica este neliniară. Cu atât mai mult puncte de control sunt setate, cu atât curba este mai precisă.

Utilizarea unui termistor ca senzor activ

Deoarece dispozitivul este un tip activ de senzor, este necesar un semnal de excitare pentru funcționare. Orice modificări ale rezistenței datorate schimbărilor de temperatură sunt convertite în modificări de tensiune.

Industria produce termistori de diferite modele, inclusiv de înaltă precizie, protejați în mod fiabil pentru utilizare în sisteme de nivel înalt

Cel mai simplu mod de a obține acest efect este utilizarea unui termistor ca parte a unui circuit divizor de potențial, așa cum se arată în figura de mai jos. O tensiune constantă este aplicată rezistorului și circuitului termistorului.

De exemplu, se folosește un circuit în care un termistor de 10 kΩ este conectat în serie cu un rezistor de 10 kΩ. În acest caz, tensiunea de ieșire la baza Т = 25ºC va fi jumătate din tensiunea de alimentare.

Astfel, un circuit divizor de potențial este un exemplu de convertor simplu rezistență-tensiune. Aici, rezistența termistorului este controlată de temperatură, urmată de formarea unei valori a tensiunii de ieșire proporțională cu temperatura.

În termeni simpli: cu cât carcasa termistorului este mai caldă, cu atât tensiunea de ieșire este mai mică.

Între timp, dacă schimbați poziția rezistorului serie R S și a termistorului R TH, atunci nivelul tensiunii de ieșire va fi inversat. Adică, acum, cu cât termistorul se încălzește mai mult, cu atât va fi mai mare nivelul tensiunii de ieșire.

Termistorii pot fi utilizați și ca parte a unei configurații de bază a podului. Conexiunea dintre rezistențele R1 și R2 stabilește tensiunea de referință la valoarea necesară. De exemplu, dacă R1 și R2 au aceleași valori de rezistență, tensiunea de referință este jumătate din tensiunea de alimentare (V / 2).

Un circuit amplificator construit folosind acest circuit punte termosondă poate acționa ca un amplificator diferențial foarte sensibil sau ca un simplu circuit de declanșare Schmitt cu o funcție de comutare.

Includerea unui termistor în circuitul de punte: R1, R2, R3 - rezistențe fixe obișnuite; Rt - termistor; A - aparat de masura microampermetru

Există o problemă cu termistorul (efect de auto-încălzire). În astfel de cazuri, puterea de disipare I 2 R este destul de mare și generează mai multă căldură decât poate disipa carcasa dispozitivului. În consecință, această căldură „extra” afectează valoarea rezistivă, rezultând citiri false.

O modalitate de a scăpa de efectul de „auto-încălzire” și de a obține o modificare mai precisă a rezistenței din cauza influenței temperaturii (R / T) este furnizarea termistorului de la o sursă de curent constant.

Termistor ca regulator de curent de pornire

Instrumentele sunt utilizate în mod tradițional ca traductoare rezistive sensibile la temperatură. Cu toate acestea, rezistența termistorului se modifică nu numai sub influența mediului, ci și modificări sunt observate de la curentul electric care curge prin dispozitiv. Efectul acestei „auto-încălzire”.

Diverse echipamente electrice cu o componentă inductivă:

• motoare,
• transformatoare,
• lămpi electrice,
• alte,

expus la curenți excesivi de pornire la prima pornire. Cu toate acestea, dacă un termistor este conectat în serie în circuit, curentul inițial ridicat poate fi limitat efectiv. Această soluție ajută la creșterea duratei de viață a echipamentelor electrice.

Termistorii RTC scăzut (la 25 ° C) sunt utilizați în mod obișnuit pentru a regla curentul de pornire. Așa-numitele limitatoare de curent (supratensiune) modifică rezistența la o valoare foarte mică pe măsură ce curge curentul de sarcină.

În momentul pornirii inițiale a echipamentului, curentul de pornire trece printr-un termistor rece, a cărui valoare rezistivă este destul de mare. Sub influența curentului de sarcină, termistorul se încălzește, rezistența scade lent. Acesta este modul în care curentul de sarcină este reglat continuu.

Termistorii NTC sunt destul de eficienți în furnizarea de protecție împotriva curenților de pornire mari nedoriți. Avantajul aici este că acest tip de instrument este capabil să gestioneze eficient curenții de pornire mai mari decât rezistențele standard.

Etichete:

Cuvântul „termistor” se explică de la sine: RESISTANTUL TERMIC este un dispozitiv a cărui rezistență se modifică odată cu temperatura.

Termistorii sunt în mare parte dispozitive neliniare și au adesea parametri mari de împrăștiere. De aceea, mulți, chiar și ingineri și proiectanți de circuite cu experiență, se confruntă cu inconveniente atunci când lucrează cu aceste dispozitive. Cu toate acestea, după cunoașterea acestor dispozitive, se poate observa că termistorii sunt de fapt destul de buni dispozitive simple.

În primul rând, trebuie spus că nu toate dispozitivele care modifică rezistența cu temperatura se numesc termistori. De exemplu, termometre de rezistență, care sunt realizate din bobine mici de sârmă răsucită sau din folii metalice pulverizate. Deși sunt dependente de temperatură, nu funcționează ca termistorii. În mod obișnuit, termenul „termistor” este aplicat sensibil la temperatură semiconductor dispozitive.

Există două clase principale de termistori: TCR negativ (coeficient de temperatură de rezistență) și TCR pozitiv.

Există două tipuri fundamental diferite de termistori PTC disponibile. Unele sunt făcute ca termistorii NTC, în timp ce altele sunt fabricate din siliciu. Termistorii PTC vor fi descriși pe scurt, cu accent pe termistorii NTC mai obișnuiți. Astfel, dacă nu există instrucțiuni speciale, atunci vom vorbi despre termistori cu TCS negativ.

Termistorii NTC sunt dispozitive neliniare, foarte sensibile, cu gamă îngustă, a căror rezistență scade odată cu creșterea temperaturii. Figura 1 prezintă o curbă care arată modificarea rezistenței în funcție de temperatură și este o curbă tipică dependența de temperatură a rezistenței. Sensibilitatea este de aproximativ 4-5% / o C. Există o gamă largă de cote de rezistență, iar modificarea rezistenței poate ajunge la mulți ohmi și chiar la kilo-ohmi pe grad.

R R o

Fig. 1 Termistorii NTC sunt foarte sensibili și au semnificative

Gradele sunt neliniare. R despre poate fi în ohmi, kilo-ohmi sau mego-ohmi:

1-raport de rezistență R / R aproximativ; 2- temperatura în о С

În esență, termistorii sunt ceramici semiconductoare. Sunt realizate pe baza de pulberi de oxizi metalici (de obicei oxizi de nichel și mangan), uneori cu un aditiv cantitate mică alti oxizi. Oxizii sub formă de pulbere se amestecă cu apă și diverși lianți pentru a obține un aluat lichid, căruia i se dă forma necesară și care este ars la temperaturi peste 1000 ° C.

Un înveliș metalic conductor (de obicei argintiu) este sudat și cablurile sunt conectate. Termistorul finit este de obicei acoperit cu epoxid sau sticlă sau o altă carcasă.

Smochin. 2, se poate observa că există multe tipuri de termistori.

Termistorii sunt sub formă de discuri și șaibe cu un diametru de 2,5 până la aproximativ 25,5 mm, sub formă de tije de diferite dimensiuni.

Unii termistori sunt fabricați mai întâi în plăci mari și apoi tăiați în pătrate. Termistorii de sferă foarte mici sunt fabricați prin arderea directă a unei picături de aluat pe două fire de aliaj de titan cu topire ridicată și apoi scufundarea termistorului în sticlă pentru a obține o acoperire.

Parametri tipici

Nu este în întregime corect să spui „parametri tipici”, deoarece există doar câțiva parametri tipici pentru termistori. Pentru mulți termistori tipuri diferite, dimensiuni, forme, evaluări și toleranțe, există același lucru un numar mare de conditii tehnice. În plus, termistorii de la diferiți producători nu sunt adesea interschimbabili.

Este posibil să achiziționați termistori cu rezistențe (la 25 o C - temperatura la care se determină de obicei rezistența unui termistor) de la un ohm la zece megaohmi sau mai mult. Rezistența depinde de dimensiunea și forma termistorului, cu toate acestea, pentru fiecare tip specific, ratingurile de rezistență pot diferi cu 5-6 ordine de mărime, ceea ce se realizează prin simpla schimbare a amestecului de oxizi. Când amestecul este înlocuit, se modifică și dependența de temperatură a rezistenței (curba R-T), iar stabilitatea la temperaturi ridicate se modifică. Din fericire termistori cu rezistență ridicată suficient pentru utilizare la temperaturi ridicate, de asemenea, tind să fie mai stabil.

Termistorii ieftini au de obicei toleranțe destul de mari ale parametrilor. De exemplu, valori admisibile rezistențele la 25 о С variază în intervalul de la ± 20% la ± 5%. La temperaturi mai ridicate sau mai scăzute, răspândirea parametrilor crește și mai mult. Pentru un termistor tipic care are o sensibilitate de 4% pe grad Celsius, toleranțele de temperatură măsurate corespunzătoare variază de la aproximativ ± 5 ° la ± 1,25 ° C la 25 ° C. Termistorii de înaltă precizie vor fi discutați mai târziu în acest articol.

S-a spus mai devreme că termistorii sunt dispozitive cu rază îngustă. Acest lucru trebuie clarificat: majoritatea termistorilor funcționează în intervalul -80 ° C până la 150 ° C și există dispozitive (de obicei acoperite cu sticlă) care funcționează la 400 ° C și temperaturi mai ridicate. Cu toate acestea, în scopuri practice, sensibilitatea ridicată a termistorilor limitează domeniul lor de temperatură util. Rezistența unui termistor tipic poate varia de 10.000 sau 20.000 de ori la temperaturi de la –80 ° C la +150 ° C. Ar fi dificil să se proiecteze un circuit care să ofere măsurători precise la ambele capete ale acestui interval (cu excepția cazului în care se folosește comutarea intervalului). ). Rezistența termistorului, nominală la zero grade, nu va depăși câțiva ohmi la

Majoritatea termistorilor folosesc lipirea pentru conectarea internă a cablurilor. Evident, un astfel de termistor nu poate fi folosit pentru a măsura temperaturi peste punctul de topire al lipirii. Chiar și fără lipire, învelișul epoxidic al termistorilor este menținut doar la temperaturi sub 200 ° C. Pentru temperaturi mai ridicate, trebuie să se utilizeze termistori acoperiți cu sticlă cu cabluri sudate sau topite.

Cerințele de stabilitate limitează, de asemenea, utilizarea termistorilor la temperaturi ridicate. Structura termistorilor începe să se schimbe atunci când sunt expuse la temperaturi ridicate, iar viteza și natura schimbării sunt în mare măsură determinate de amestecul de oxizi și de metoda de fabricație a termistorului. O anumită deriva de termistori acoperiți cu epoxid începe la temperaturi peste 100 ° C sau cam asa ceva. Dacă un astfel de termistor funcționează continuu la 150 ° C, atunci deriva poate fi măsurată cu câteva grade pe an. Termistorii cu rezistență scăzută (de exemplu, nu mai mult de 1000 ohmi la 25 ° C) sunt adesea și mai rele - deriva lor poate fi observată atunci când funcționează la aproximativ 70 ° C. Și la 100 ° C devin nefiabile.

Dispozitivele ieftine cu toleranțe mari sunt fabricate cu mai puțină atenție la detalii și pot da rezultate și mai proaste. Pe de altă parte, unii termistori acoperiți cu sticlă proiectați corespunzător au o stabilitate excelentă chiar și la temperaturi mai ridicate. Termistorii cu bile acoperite cu sticlă au o stabilitate foarte bună, la fel ca și termistorii cu disc acoperiți cu sticlă introduși recent. Trebuie amintit că deriva depinde atât de temperatură, cât și de timp. Astfel, de exemplu, un termistor acoperit cu epoxi poate fi utilizat, de obicei, prin încălzire scurtă până la 150 ° C fără o deviere semnificativă.

La utilizarea termistoarelor trebuie luată în considerare valoarea nominală. disipare constantă a puterii... De exemplu, un termistor mic acoperit cu epoxi are o constantă de disipare de un miliwatt pe grad Celsius în aerul calm. Cu alte cuvinte, un miliwatt de putere dintr-un termistor crește temperatura sa internă cu un grad Celsius, doi miliwați cu două grade și așa mai departe. Dacă aplicați o tensiune de un volt unui termistor de un kilo-ohm cu o constantă de disipare de un miliwatt pe grad Celsius, obțineți o eroare de măsurare de un grad Celsius. Termistorii disipă mai multă putere dacă sunt scufundați în lichid. Același termistor mic acoperit cu epoxi menționat mai sus disipă 8 mW / ° C într-un ulei bine amestecat. Termistori cu marime mare au o dispersie constantă mai bună decât dispozitive mici... De exemplu, un termistor sub formă de disc sau șaibă poate disipa în aer o putere de 20 sau 30 mW / o C. Trebuie reținut că, așa cum rezistența unui termistor se modifică odată cu temperatura, se schimbă și disiparea puterii sale.

Ecuațiile termistorului

Nu există o ecuație exactă pentru a descrie comportamentul unui termistor - există doar unele aproximative. Luați în considerare două ecuații aproximative utilizate pe scară largă.

Prima ecuație aproximativă, exponențială, este destul de satisfăcătoare pentru mărginit intervale de temperatură mai ales când se folosesc termistori cu precizie scăzută.

Rezistoarele semiconductoare a căror rezistență depinde de temperatură se numesc termistori. Au proprietatea unui coeficient de rezistență semnificativ de temperatură, a cărui valoare este de multe ori mai mare decât cea a metalelor. Sunt utilizate pe scară largă în inginerie electrică.

Pe scheme electrice termistorii sunt desemnați:

Proiectare și exploatare

Au un design simplu și vin în diferite dimensiuni și forme.

Există două tipuri de purtători de sarcină liberi în semiconductori: electroni și găuri. La o temperatură constantă, acești purtători se formează aleatoriu și dispar. Numărul mediu de purtători liberi este în echilibru dinamic, adică neschimbat.

Când temperatura se schimbă, echilibrul este perturbat. Dacă temperatura crește, atunci crește și numărul de purtători de sarcină, iar pe măsură ce temperatura scade, concentrația de purtători scade. Rezistivitatea unui semiconductor este influențată de temperatură.

Dacă temperatura se apropie de zero absolut, atunci semiconductorul are proprietatea unui dielectric. Când este încălzit puternic, conduce curentul în mod ideal. Caracteristica principală a unui termistor este că rezistența sa depinde cel mai mult de temperatura în intervalul obișnuit de temperatură (-50 + 100 de grade).

Termistorii populari sunt fabricați sub forma unei tije semiconductoare, care este acoperită cu email. Electrozii și capacele de contact sunt conectate la acesta. Aceste rezistențe sunt utilizate în locuri uscate.

Unii termistori sunt găzduiți într-o carcasă metalică etanșată. Prin urmare, pot fi folosite în locuri umede cu un mediu agresiv.

Corpul este sigilat cu tablă și sticlă. Tijele semiconductoare sunt învelite în folie metalizată. Firul de nichel este folosit pentru a conecta curentul. Valoarea rezistenței nominale este de 1-200 kOhm, temperatura de funcționare -100 +129 grade.

Principiul de funcționare al unui termistor se bazează pe proprietatea modificării rezistenței la temperatură. Pentru fabricare se folosesc metale pure: cuprul si platina.

parametrii principali

• TCS- coeficientul de rezistenta termica, este egal cu modificarea rezistenței secțiunii circuitului când temperatura se modifică cu 1 grad. Dacă TCS este pozitiv, atunci termistorii sunt apelați pozitori(termistori PTC)... Și dacă TCS este negativ, atunci termistori(termistori NTC)... La pozistori, pe măsură ce temperatura crește, crește și rezistența, în timp ce la termistori totul se întâmplă invers.
• Rezistenta nominala Este valoarea rezistenței la 0 grade.
• Gama de lucru... Rezistoarele sunt împărțite în temperatură joasă (mai puțin de 170K), temperatură medie (de la 170 la 510 K), temperatură înaltă (mai mult de 570K).
• Putere disipată ... Aceasta este cantitatea de putere în care termistorul în timpul funcționării asigură acest lucru parametrii dați conform conditiilor tehnice.

Tipuri și caracteristici ale termistorilor

Toți senzorii de temperatură din producție funcționează prin conversia temperaturii într-un semnal de curent electric care poate fi transmis la viteză mare pe distanțe lungi. Orice cantitate poate fi convertită în semnale electrice prin conversia lor într-un cod digital. Ele sunt transmise cu mare precizie și sunt procesate de computere.

Termistoare metalice

Nu orice conductor de curent poate fi folosit ca material pentru termistori, deoarece anumite cerințe sunt impuse termistorilor. Materialul pentru fabricarea lor trebuie să aibă un TCR ridicat, iar rezistența trebuie să depindă de temperatură conform unui grafic liniar într-un interval larg de temperatură.

De asemenea, un conductor metalic trebuie să fie inert la acțiunile agresive ale mediului extern și să reproducă calitativ caracteristicile, ceea ce face posibilă schimbarea senzorilor fără setări speciale și instrumente de măsură.

Cuprul și platina sunt potrivite pentru astfel de cerințe, în afară de costul lor ridicat. Termistorii bazați pe acestea se numesc platină și cupru. Termorezistențele TSP (platină) funcționează la temperaturi de -260 - 1100 de grade. Dacă temperatura este în intervalul de la 0 la 650 de grade, atunci astfel de senzori sunt utilizați ca mostre și standarde, deoarece în acest interval instabilitatea nu este mai mare de 0,001 grade.

Dezavantajele termistorilor de platină includ neliniaritatea conversiei și costul ridicat. Prin urmare, măsurătorile precise ale parametrilor sunt posibile numai în domeniul de funcționare.

Sunt utilizate pe scară largă probe de cupru ieftine ale termistorilor TCM, în care liniaritatea dependenței rezistenței de temperatură este mult mai mare. Dezavantajul lor este rezistivitatea scăzută și instabilitatea la temperaturi ridicate, oxidarea rapidă. În acest sens, termorezistențele pe bază de cupru sunt de utilizare limitată, nu mai mult de 180 de grade.

Pentru montarea senzorilor din platină și cupru, se folosește o linie cu 2 fire cu o distanță de până la 200 de metri până la dispozitiv. Dacă distanța este mai mare, atunci se folosește în care al treilea conductor servește la compensarea rezistenței firelor.

Printre dezavantajele termistoarelor din platină și cupru, se remarcă viteza lor scăzută de funcționare. Inerția lor termică ajunge la câteva minute. Există termistori cu inerție scăzută, al căror timp de răspuns nu este mai mare de câteva zecimi de secundă. Acest lucru se realizează prin dimensiunea mică a senzorilor. Astfel de rezistențe sunt produse dintr-un microfir într-o manta de sticlă. Acești senzori au o inerție redusă, sunt etanșați ermetic și sunt foarte stabili. Când sunt mici, au o rezistență de câțiva kOhmi.

Semiconductor

Astfel de rezistențe se numesc termistori. Dacă le comparăm cu probe de platină și cupru, atunci au o sensibilitate crescută și TCR de valoare negativă. Aceasta înseamnă că pe măsură ce temperatura crește, rezistența rezistenței scade. Termistorii au mult mai mult TCS decât senzorii de platină și cupru. La dimensiuni mici, rezistența lor ajunge la 1 megaohm, ceea ce nu permite influențarea măsurării rezistenței conductorilor.

Pentru măsurătorile de temperatură, au devenit foarte populare termistorii bazați pe semiconductori KMT, constând din oxizi de cobalt și mangan, precum și termistorii MMT pe bază de oxizi de cupru și mangan. Dependența rezistenței de temperatură pe grafic are o liniaritate bună în domeniul de temperatură -100 +200 de grade. Fiabilitatea termistorilor semiconductori este destul de mare, proprietățile au o stabilitate suficientă pentru o lungă perioadă de timp.

Principalul lor dezavantaj este faptul că în timpul producției în masă a unor astfel de termistori este imposibil să se asigure precizia necesară a caracteristicilor lor. Prin urmare, un singur rezistor va diferi de un alt eșantion, cum ar fi tranzistoarele, care din același lot pot avea câștiguri diferite, este dificil să găsiți două mostre identice. Acest moment negativ creează nevoia personalizare suplimentară echipament la înlocuirea termistorului.

Pentru a conecta termistoarele, se folosește de obicei un circuit de punte, în care puntea este echilibrată cu un potențiometru. Când rezistența rezistorului se modifică din cauza efectului temperaturii, puntea poate fi adusă în echilibru prin reglarea potențiometrului.

Aceasta metoda setare manuală utilizat în laboratoarele didactice pentru a demonstra munca. Regulatorul potențiometru este echipat cu o scară care este gradată în grade. În practică, în scheme complexe măsurători, această ajustare are loc în modul automat.

Utilizarea termistorilor

Există două moduri de acțiune în funcționarea senzorilor de temperatură. În primul mod, temperatura senzorului este determinată numai de temperatura ambiantă. Curentul care trece prin rezistor este mic și nu îl poate încălzi.

În modul 2, termistorul este încălzit de curentul care curge, iar temperatura sa este determinată de condițiile de transfer de căldură, de exemplu, viteza de suflare, densitatea gazului etc.

Pe diagrame termistori (NTS)și rezistențe (RTS) au coeficienți de rezistență negativi și, respectiv, pozitivi și se notează după cum urmează:

Aplicații cu termistori

• Măsurarea temperaturii.
• Electrocasnice: congelatoare, uscatoare de par, frigidere etc.
• Electronica auto: măsurarea antigelului de răcire, ulei, control gaze de eșapament, sisteme de frânare, temperatură în cabină.
• Aer conditionat: distributie caldura, control temperatura camerei.
• Blocarea ușilor în dispozitivele de încălzire.
• Industria electronică: stabilizarea temperaturii laserului și diodelor, precum și înfășurările de cupru ale bobinelor.
• V telefoane mobile pentru a compensa încălzirea.
• Limitarea curentului de pornire al motoarelor, a lămpilor de iluminat,.
• Controlul umplerii cu lichid.

Utilizarea pozistorilor

• Protecție împotriva motoarelor.
• Protecție împotriva supracurentului.
• Pentru a întârzia timpul de pornire al comutării surselor de alimentare.
• Monitoare de computer și tuburi de imagine TV pentru demagnetizarea și prevenirea neregulilor de culoare.
• În pornitoarele compresoarelor frigorifice.
• Blocarea termică a transformatoarelor și motoarelor.
• Dispozitive de stocare a informațiilor.
• Ca încălzitoare pentru carburatoare.
• În aparatele de uz casnic: închiderea ușii mașină de spălat, în uscătoare de păr etc.

Rezistențe termice semiconductoare. Termistori. Termistori. Principiul de funcționare și caracteristici

Elementele de bază ale termistorilor semiconductori, tipurile lor, specificații, un grafic al dependenței de temperatură a rezistenței.

Dependența semnificativă a rezistenței semiconductorilor de temperatură a făcut posibilă proiectarea termistoarelor sensibile (termistoare, termistoare), care sunt rezistențe semiconductoare în vrac cu un coeficient de rezistență mare de temperatură. În funcție de scop, termistorii sunt fabricați din substanțe cu valori diferite de rezistivitate. Pentru fabricarea termistoarelor se pot folosi semiconductori atât cu mecanisme electronice, cât și cu mecanisme de conducere prin orificii și substanțe pure. Parametrii principali ai unei substanțe termistorice care determină calitatea acesteia sunt: ​​valoarea coeficientului de temperatură, stabilitatea chimică și punctul de topire.

Majoritatea tipurilor de termistori funcționează în mod fiabil doar în anumite intervale de temperatură. Orice supraîncălzire peste norma are un efect negativ asupra termistorului (rezistența termică) și uneori poate duce chiar la moartea acestuia.

Pentru a proteja de efectele nocive ale mediului și, în primul rând, de oxigenul aerului, termistorii sunt uneori plasați într-un cilindru umplut cu un gaz inert.

Construcția termistorului este foarte simplă. O bucată de semiconductor primește forma unui fir, bară, placă dreptunghiulară, bilă sau altă formă. Pe părțile opuse ale termistorului sunt montate două cabluri. Valoarea rezistenței ohmice a unui termistor, de regulă, este mult mai mare decât rezistența altor elemente ale circuitului și, cel mai important, depinde puternic de temperatură. Prin urmare, atunci când curentul curge în circuit, mărimea acestuia este determinată în principal de mărimea rezistenței ohmice a termistorului sau, în cele din urmă, de temperatura acestuia. Odată cu creșterea temperaturii termistorului, curentul din circuit crește și, dimpotrivă, odată cu scăderea temperaturii, curentul scade.

Termostatul poate fi încălzit prin transferul de căldură din mediul înconjurător, prin generarea de căldură în termistorul însuși atunci când un curent electric trece prin acesta sau, în final, folosind înfășurări speciale de încălzire. Metoda de încălzire a unui termistor este direct legată de utilizarea sa practică.

Rezistența unui termistor la o schimbare a temperaturii se poate modifica cu trei ordine de mărime, adică de 1000 de ori. Acest lucru este tipic pentru termistorii fabricați din materiale slab conductoare. În cazul substanțelor foarte conductoare, raportul este în intervalul de zece.

Orice termistor are inerție termică, care în unele cazuri joacă un rol pozitiv, în altele fie practic nu are valoare, fie afectează negativ și limitează domeniul de utilizare a termistorilor. Inerția termică se manifestă prin faptul că termistorul în curs de încălzire nu preia imediat temperatura încălzitorului, ci doar după un timp. Caracteristica inerției termice a unui termistor poate fi așa-numita constantă de timpτ ... Constanta de timp este numeric egală cu perioada de timp în care termistorul, care anterior a fost la 0 ° C, și apoi transferat într-un mediu cu o temperatură de 100 ° C, își va scădea rezistența cu 63%.

Pentru majoritatea termistorilor semiconductori, dependența rezistenței de temperatură este neliniară (Fig. 1, A). Inerția termică a unui termistor diferă puțin de inerția unui termometru cu mercur.

În timpul funcționării normale, parametrii termistorilor se modifică puțin în timp și, prin urmare, durata lor de viață este destul de lungă și, în funcție de marca termistorului, fluctuează într-un interval, a cărui limită superioară este calculată pentru câțiva ani.

Luați în considerare, de exemplu, pe scurt trei tipuri de termistori (rezistență termică): MMT-1, MMT-4 și MMT-5.

Figura 1 (B) prezintă structura de bază și designul acestor termistori. Termistorul MMT-1 este acoperit la exterior cu vopsea email și este conceput pentru a funcționa în încăperi uscate; termistorii MMT-4 și MMT-5 sunt montați în capsule metalice și etanșați. Prin urmare, nu sunt supuse efectelor nocive ale mediului, sunt proiectate să funcționeze în orice umiditate și pot fi chiar și în lichide (nu acționează asupra carcasei termistorului)

Rezistența ohmică a termistorilor este în intervalul 1000 - 200000 ohmi la o temperatură de 20 ° C, iar coeficientul de temperaturăα aproximativ 3% la 1 ° C. Figura 2 prezintă o curbă care arată modificarea procentuală a rezistenței ohmice a unui termistor în funcție de temperatura acestuia. În acest grafic, valoarea inițială este luată ca rezistență la 20 ° C.

Tipurile descrise de termistori sunt proiectate să funcționeze în intervalul de temperatură de la -100 la + 120 ° C. Supraîncălzirea lor este inacceptabilă.

Rezistențele termice (termistoare, termistoare) de aceste tipuri sunt foarte stabile, adică își păstrează rezistența „la rece” practic neschimbată, a cărei valoare este determinată la 20 ° C pentru o perioadă foarte lungă de timp. Stabilitatea ridicată a termistorilor de tip MMT determină durata de viață lungă a acestora, care, așa cum este indicat în pașaport, este practic nelimitată în funcționarea normală. Rezistențele termice (termistoare, termistoare) de tip MMT au o rezistență mecanică bună.

În figuri: designul unor termistori, dependența caracteristică de temperatură a rezistenței termistorului.

Un termistor este o componentă semiconductoare cu o rezistență electrică dependentă de temperatură. Inventat în 1930 de omul de știință Samuel Ruben, până astăzi această componentă găsește cea mai largă aplicație în tehnologie.

Termistorii sunt fabricați din diverse materiale, care sunt destul de înalte - sunt semnificativ superioare aliajelor metalice și metalelor pure, adică din semiconductori speciali, specifici.

Direct elementul rezistiv principal se obține prin metalurgia pulberilor, procesând calcogenuri, halogenuri și oxizi ai anumitor metale, dându-le forme variate, de exemplu, forma de discuri sau tije de diferite dimensiuni, rondele mari, tuburi medii, plăci subțiri, margele mici, cu dimensiuni variind de la câțiva microni la zeci de milimetri...

Prin natura corelației dintre rezistența elementului și temperatura acestuia, ei împart termistorii în două grupuri mari - în pozistori și termistori... Pozistorii au un TCS pozitiv (din acest motiv, pozistorii sunt numiți și termistori PTC), iar termistorii - negativi (deci sunt numiți termistori NTC).

Termistor - un rezistor dependent de temperatură, realizat dintr-un material semiconductor cu un coeficient de temperatură negativ și sensibilitate ridicată, un pozistor -un rezistor dependent de temperatură cu un coeficient pozitiv.Deci, odată cu creșterea temperaturii corpului pozistorului, crește și rezistența acestuia, iar odată cu creșterea temperaturii termistorului, rezistența acestuia scade în mod corespunzător.

Materialele pentru termistoare astăzi sunt: ​​amestecuri de oxizi policristalini ai metalelor tranziționale, cum ar fi cobalt, mangan, cupru și nichel, compuși de tip IIIIBV, precum și semiconductori sticloși dopați, cum ar fi siliciul și germaniul și alte substanțe. De remarcat sunt pozistorii cu soluție solidă pe bază de titanat de bariu.

Termistorii pot fi clasificați în linii mari în:

Clasa de temperatura joasa (temperatura de functionare sub 170 K);

Clasa de temperatura medie (temperatura de functionare de la 170 K la 510 K);

Clasa de temperatură ridicată (temperatura de funcționare de la 570 K și peste);

Clasa separata temperatură ridicată (temperatura de funcționare de la 900 K la 1300 K).

Toate aceste elemente, atât termistorii cât și pozistorii, pot funcționa în diferite condiții climatice externe și sub sarcini fizice externe și curente semnificative. Cu toate acestea, în modurile termociclice severe, în timp, caracteristicile lor termoelectrice inițiale se modifică, cum ar fi rezistența nominală la temperatura camerei și coeficientul de temperatură al rezistenței.

Există și componente combinate, de exemplu termistori cu încălzire indirectă ... Carcasele unor astfel de dispozitive conțin termistorul în sine și un element de încălzire izolat galvanic care stabilește temperatura inițială a termistorului și, în consecință, rezistența electrică inițială a acestuia.

Aceste dispozitive sunt folosite ca rezistențe variabile, controlate de tensiunea aplicată elementului de încălzire al termistorului.

În funcție de modul în care este selectat punctul de funcționare pe caracteristica I – V a unei anumite componente, se determină și modul de funcționare al termistorului din circuit. Și VAC-ul însuși este asociat cu caracteristici de proiectare iar cu temperatura aplicată corpului component.

Pentru a controla variațiile de temperatură și pentru a compensa parametrii care se schimbă dinamic, cum ar fi fluxul de curent și tensiunea aplicată circuite electrice, modificându-se în urma modificărilor condițiilor de temperatură, termistorii sunt utilizați cu un punct de funcționare setat pe secțiunea liniară a caracteristicii I - V.

Dar punctul de funcționare este setat în mod tradițional pe secțiunea de cădere a caracteristicii I - V (termistori NTC), dacă termistorul este utilizat, de exemplu, ca dispozitiv de pornire, releu de timp, într-un sistem de monitorizare și măsurare a intensității radiații cu microunde, în sistemele de alarmă de incendiu, în instalații pentru controlul fluxului de solide și lichide în vrac.

Cel mai popular astăzi termistori de temperatură medie și pozistori cu TCS de la -2,4 la -8,4% per 1 K... Acestea funcționează pe o gamă largă de rezistențe de la ohmi la megaohmi.

Există pozistori cu un TCR relativ scăzut de la 0,5% la 0,7% la 1 K, fabricați pe bază de siliciu. Rezistența lor se modifică aproape liniar. Astfel de pozistori sunt utilizați pe scară largă în sistemele de stabilizare a temperaturii și în sistemele de răcire activă a comutatoarelor semiconductoare de putere într-o varietate de dispozitive electronice moderne, în special în cele puternice. Aceste componente se potrivesc cu ușurință în circuite și nu ocupă mult spațiu pe placă.

Un pozistor tipic are forma unui disc ceramic, uneori mai multe elemente sunt instalate în serie într-o singură carcasă, dar mai des - într-o singură versiune într-un strat protector de email. Posistorii sunt adesea folosiți ca siguranțe pentru a proteja circuitele electrice de supratensiune și curent, precum și senzorii de temperatură și elementele de autostabilizare, datorită nepretențioșiei și stabilității lor fizice.

Termistorii sunt utilizați pe scară largă în numeroase domenii ale electronicii, în special acolo unde controlul precis al procesului de temperatură este important. Acest lucru este relevant pentru echipamentele de transmisie a datelor, tehnologia calculatoarelor, procesoare de înaltă performanță și echipamente industriale de înaltă precizie.

Unul dintre cele mai simple și mai populare exemple de aplicații cu termistori este limitarea efectivă a curentului de pornire. În momentul în care tensiunea este aplicată sursei de alimentare din rețea, apare o capacitate semnificativă extrem de ascuțită, iar în circuitul primar circulă un curent de încărcare mare care poate arde puntea de diode.

Acest curent este aici și este limitat de termistor, adică această componentă a circuitului își schimbă rezistența în funcție de curentul care trece prin el, deoarece, în conformitate cu legea lui Ohm, se încălzește. Termistorul își restabilește apoi rezistența inițială, după câteva minute, imediat ce se răcește la temperatura camerei.