Termistor (termistor) - polovodičový elektronický prvok, ktorý vyzerá ako permanentný odpor, ale má výrazný teplotná charakteristika... Tento typ elektronického zariadenia sa zvyčajne používa na zmenu analógového výstupného napätia v reakcii na zmeny okolitej teploty. Inými slovami, elektrické vlastnosti termistora a princíp činnosti priamo súvisia s fyzikálnym javom – teplotou.

Termistor je termosenzitívny polovodičový prvok na báze polovodičových oxidov kovov. Zvyčajne vo forme disku alebo gule s metalizovanými alebo spojovacími vedeniami.

Tieto tvary umožňujú zmenu hodnoty odporu v pomere k malým teplotným zmenám. Pre štandardné rezistory sa zmena odporu zohrievaním považuje za nežiaduci jav.

Zdá sa však, že rovnaký efekt je úspešný pri konštrukcii mnohých elektronické obvody vyžadujúce stanovenie teploty.

Teda byť nelineárny elektronické zariadenie s premenlivým odporom sa termistor úspešne hodí na prácu ako termistorový snímač. Senzory tohto druhu sa široko používajú na monitorovanie teploty kvapalín a plynov.

Termistor, ktorý pôsobí ako polovodičové zariadenie na báze vysoko citlivých oxidov kovov, pracuje na molekulárnej úrovni.

Valenčné elektróny sa stávajú aktívnymi a reprodukujú negatívne TCS alebo pasívne a potom reprodukujú pozitívne TCS.

Výsledkom je, že elektronické zariadenia - termistory - vykazujú veľmi dobrý reprodukovateľný odpor pri zachovaní výkonnostných charakteristík, ktoré im umožňujú produktívne pracovať v teplotnom rozsahu až do 200 °C.

Využitie termistorov v praxi

Základný smer aplikácie v v tomto prípade sú odporové snímače teploty. Avšak tie isté elektronické prvky patriace do rodiny rezistorov môžu byť úspešne použité v sérii s inými komponentmi alebo zariadeniami.

Jednoduché obvody zahrnutie termistorov, zobrazujúcich činnosť zariadení ako teplotné senzory- druh meničov napätia v dôsledku zmien odporu

Tento spínací obvod umožňuje ovládať prúd pretekajúci komponentom. Termistory teda v skutočnosti fungujú aj ako obmedzovače prúdu.

Termistory sú dostupné v rôznych typoch, materiáloch a veľkostiach v závislosti od času odozvy a prevádzkovej teploty.

Existujú hermetické úpravy zariadení, chránené pred prenikaním vlhkosti. Existujú konštrukcie pre vysoké prevádzkové teploty a kompaktné veľkosti.

Existujú tri najbežnejšie typy termistorov:

• lopta,
• disk,
• zapuzdrené.

Zariadenia fungujú v závislosti od zmien teploty:

1. Na zníženie hodnoty odporu.
2. Na zvýšenie hodnoty odporu.

To znamená, že existujú dva typy zariadení:

1. Negatívny TCS (NTC).
2. Pozitívny TCS (PTC).

Záporný koeficient TCS

NTC NTC termistory znižujú svoju odporovú hodnotu so stúpajúcou vonkajšou teplotou. Spravidla sú to tieto zariadenia, ktoré sa častejšie používajú ako snímače teploty, pretože sú ideálne pre takmer všetky typy elektroniky, kde je potrebná regulácia teploty.

Relatívne veľká negatívna odozva NTC termistora znamená, že aj malé zmeny teploty môžu výrazne zmeniť elektrický odpor prístroja. Tento faktor robí modely NTC ideálnymi snímačmi. presné meranie teploty.

Schéma kalibrácie (kontroly) termistora: 1 - napájanie; 2 - smer prúdu; 3 - testovaný elektronický prvok - termistor; 4 - kalibračný mikroampérmeter

NTC termistory, ktoré znižujú odpor so zvyšujúcou sa teplotou, sú dostupné v rôznych základných odporoch podľa konštrukcie. Základné odpory sú zvyčajne pri izbovej teplote.

Napríklad: 25ºC sa považuje za referenčný (základný) teplotný bod. Odtiaľto sú hodnoty zariadení zostavené napríklad z nasledujúcich hodnotení:

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

Ďalší dôležitá charakteristika je hodnota "B". Hodnota "B" je konštanta, ktorá je určená keramickým materiálom, z ktorého je termistor vyrobený.

Rovnaká konštanta určuje gradient krivky pomeru odporu (R / T) v určitom teplotnom rozsahu medzi dvoma teplotnými bodmi.

Každý materiál termistora má inú materiálovú konštantu, a preto individuálnu krivku odporu voči teplote.

Konštanta "B" teda definuje jednu hodnotu odporu na báze T1 (25 ° C) a ďalšiu hodnotu na T2 (napríklad pri 100 ° C).

Preto hodnota B bude definovať konštantnú materiálovú konštantu termistora obmedzenú rozsahom T1 a T2:

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

p.s. teplotné hodnoty vo výpočtoch sa berú v Kelvinoch.

Z toho vyplýva, že ak má elektronik hodnotu „B“ (z údajov výrobcu) konkrétneho zariadenia, bude musieť iba vytvoriť tabuľku teplôt a odporov, aby vytvoril vhodný graf pomocou nasledujúcej normalizovanej rovnice:

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

kde: T 1, T 2 - teploty v stupňoch Kelvina; R 1, R 2 - odpory pri zodpovedajúcich teplotách v Ohmoch.

Napríklad termistor NTK s odporom 10 kΩ má hodnotu B 3455 v teplotnom rozsahu 25 - 100 °C.

Zrejmý bod: termistory menia odpor exponenciálne so zmenami teploty, takže charakteristika je nelineárna. Viac kontrolné body sú nastavené, tým presnejšia je krivka.

Použitie termistora ako aktívneho snímača

Keďže zariadenie je aktívny typ snímača, na prevádzku je potrebný budiaci signál. Akékoľvek zmeny odporu spôsobené zmenami teploty sa prevedú na zmeny napätia.

Priemysel vyrába termistory rôznych konštrukcií, vrátane vysoko presných, spoľahlivo chránené na použitie v systémoch na vysokej úrovni

Najjednoduchší spôsob, ako dosiahnuť tento efekt, je použiť termistor ako súčasť obvodu deliča potenciálu, ako je znázornené na obrázku nižšie. Na obvod odporu a termistora sa aplikuje konštantné napätie.

Napríklad sa používa obvod, kde je 10 kΩ termistor zapojený do série s 10 kΩ odporom. V tomto prípade bude výstupné napätie na základni Т = 25ºC polovičné oproti napájaciemu napätiu.

Obvod deliča potenciálu je teda príkladom jednoduchého meniča odporu na napätie. Tu je odpor termistora riadený teplotou, po ktorej nasleduje vytvorenie hodnoty výstupného napätia úmernej teplote.

Zjednodušene povedané: čím je puzdro termistora teplejšie, tým je výstupné napätie nižšie.

Ak medzitým zmeníte polohu sériového odporu R S a termistora R TH, úroveň výstupného napätia sa obráti. To znamená, že čím viac sa termistor zahrieva, tým vyššia bude úroveň výstupného napätia.

Termistory možno použiť aj ako súčasť základnej konfigurácie mostíka. Spojenie medzi odpormi R1 a R2 nastavuje referenčné napätie na požadovanú hodnotu. Napríklad, ak R1 a R2 majú rovnaké hodnoty odporu, referenčné napätie je polovica napájacieho napätia (V / 2).

Zosilňovací obvod vytvorený pomocou tohto mostíkového obvodu termosondy môže pôsobiť ako vysoko citlivý diferenciálny zosilňovač alebo ako jednoduchý Schmittov spúšťací obvod so spínacou funkciou.

Zahrnutie termistora do obvodu mostíka: R1, R2, R3 - bežné pevné odpory; Rт - termistor; A - merací prístroj mikroampérmeter

Vyskytol sa problém s termistorom (efekt samoohrievania). V takýchto prípadoch je stratový výkon I 2 R dostatočne vysoký na to, aby vytvoril viac tepla, než dokáže rozptýliť kryt zariadenia. V súlade s tým toto „extra“ teplo ovplyvňuje hodnotu odporu, čo vedie k nesprávnym údajom.

Jedným zo spôsobov, ako sa zbaviť efektu "samoohrievania" a získať presnejšiu zmenu odporu vplyvom teploty (R / T), je napájanie termistora zo zdroja konštantného prúdu.

Termistor ako regulátor nábehového prúdu

Prístroje sa tradične používajú ako odporové prevodníky citlivé na teplotu. Odpor termistora sa však mení nielen vplyvom prostredia, ale zmeny sú pozorované aj od elektrického prúdu pretekajúceho zariadením. Účinok toho veľmi "samoohrievania".

Rôzne elektrické zariadenia s indukčným komponentom:

• motory,
• transformátory,
• elektrické lampy,
• iné,

pri prvom zapnutí vystavené nadmerným nábehovým prúdom. Ak je však termistor zapojený do série v obvode, vysoký počiatočný prúd môže byť účinne obmedzený. Toto riešenie pomáha zvyšovať životnosť elektrických zariadení.

Termistory s nízkym RTC (pri 25 ° C) sa bežne používajú na reguláciu nábehového prúdu. Takzvané prúdové (prepäťové) obmedzovače menia odpor na veľmi nízku hodnotu, keď tečie záťažový prúd.

V momente počiatočného zapnutia zariadenia prechádza štartovací prúd studeným termistorom, ktorého odporová hodnota je dostatočne veľká. Pod vplyvom záťažového prúdu sa termistor zahrieva, odpor pomaly klesá. Takto sa plynule reguluje záťažový prúd.

NTC termistory sú dosť účinné pri poskytovaní ochrany proti nežiaducim vysokým nábehovým prúdom. Výhodou je, že tento typ prístroja je schopný efektívne zvládnuť vyššie nábehové prúdy ako štandardné rezistory.

Značky:

Slovo "termistor" je samozrejmé: TEPELNÝ ODPOR je zariadenie, ktorého odpor sa mení s teplotou.

Termistory sú z veľkej časti nelineárne zariadenia a často majú veľké rozptylové parametre. Preto mnohí, dokonca aj skúsení inžinieri a dizajnéri obvodov zažívajú pri práci s týmito zariadeniami nepríjemnosti. Po zoznámení sa s týmito zariadeniami však možno vidieť, že termistory sú v skutočnosti dosť jednoduché zariadenia.

Po prvé, treba povedať, že nie všetky zariadenia, ktoré menia odpor s teplotou, sa nazývajú termistory. Napríklad, odporové teplomery, ktoré sú vyrobené z malých zvitkov točeného drôtu alebo zo striekaných kovových fólií. Hoci ich parametre sú závislé od teploty, nefungujú rovnako ako termistory. Typicky sa termín "termistor" používa pre teplotne citlivé polovodič zariadení.

Existujú dve hlavné triedy termistorov: záporný TCR (teplotný koeficient odporu) a kladný TCR.

K dispozícii sú dva zásadne odlišné typy PTC termistorov. Niektoré sú vyrobené ako NTC termistory, zatiaľ čo iné sú vyrobené z kremíka. PTC termistory budú stručne opísané, so zameraním na bežnejšie NTC termistory. Ak teda neexistujú žiadne špeciálne pokyny, budeme hovoriť o termistoroch s negatívnym TCS.

NTC termistory sú vysoko citlivé nelineárne zariadenia s úzkym rozsahom, ktorých odpor klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Obrázok 1 znázorňuje krivku znázorňujúcu zmenu odporu ako funkciu teploty a je typický teplotná závislosť odporu. Citlivosť je približne 4-5% / o C. Existuje široká škála hodnôt odporu a zmena odporu môže dosiahnuť mnoho ohmov a dokonca aj kiloohmov na stupeň.

R R o

Obr NTC termistory sú veľmi citlivé a majú významné

Stupne sú nelineárne. R môže byť v ohmoch, kiloohmoch alebo megoohmoch:

1-pomer odporu R / R asi; 2- teplota v о С

Termistory sú v podstate polovodičová keramika. Vyrábajú sa na báze práškov oxidov kovov (zvyčajne oxidy niklu a mangánu), niekedy s prísadou malé množstvo iné oxidy. Práškové oxidy sa zmiešajú s vodou a rôznymi spojivami, čím sa získa tekuté cesto, ktoré dostane požadovaný tvar a ktoré sa vypaľuje pri teplotách nad 1000 °C.

Navarí sa vodivý kovový povlak (zvyčajne strieborný) a pripojí sa vodiče. Hotový termistor je zvyčajne potiahnutý epoxidom alebo sklom alebo nejakým iným krytom.

Z obr. 2 je vidieť, že existuje veľa typov termistorov.

Termistory sú vo forme kotúčov a podložiek s priemerom od 2,5 do približne 25,5 mm, vo forme tyčí rôznych veľkostí.

Niektoré termistory sa najskôr vyrábajú vo veľkých doskách a potom sa rozrežú na štvorce. Veľmi malé guľôčkové termistory sa vyrábajú priamym vypálením kvapky cesta na dvoch vývodoch z titánovej zliatiny s vysokou teplotou topenia, potom ponorením termistora do skla, aby sa vytvoril povlak.

Typické parametre

Nie je úplne správne povedať „typické parametre“, keďže typických parametrov pre termistory je len niekoľko. Pre mnoho termistorov odlišné typy, veľkosti, tvary, nominálne hodnoty a tolerancie, tam je to isté veľké množstvo technické podmienky. Navyše termistory od rôznych výrobcov často nie sú zameniteľné.

Môžete si zakúpiť termistory s odpormi (pri 25 o C - teplota, pri ktorej sa odpor termistora zvyčajne určuje) od jedného ohmu do desať megaohmov alebo viac. Odpor závisí od veľkosti a tvaru termistora, avšak pre každý konkrétny typ sa hodnoty odporu môžu líšiť o 5-6 rádov, čo sa dosiahne jednoduchou zmenou zmesi oxidov. Pri zmene zmesi sa mení aj teplotná závislosť odporu (krivka R-T) a mení sa stabilita pri vysokých teplotách. Našťastie termistory s vysoká odolnosť postačujúce na použitie pri vysokých teplotách majú tiež tendenciu byť stabilnejšie.

Lacné termistory majú zvyčajne pomerne široké tolerancie parametrov. Napríklad, prípustné hodnoty odpory pri 25 о С sa pohybujú v rozmedzí od ± 20 % do ± 5 %. Pri vyšších alebo nižších teplotách sa rozptyl parametrov ešte zväčšuje. Pre typický termistor s citlivosťou 4 % na stupeň Celzia sa zodpovedajúce tolerancie meranej teploty menia od približne ± 5 °C do ± 1,25 °C pri 25 °C. Vysoko presné termistory budú diskutované neskôr v tomto článku.

Už skôr bolo povedané, že termistory sú zariadenia s úzkym dosahom. Toto je potrebné objasniť: väčšina termistorov pracuje v rozsahu -80 ° C až 150 ° C a existujú zariadenia (zvyčajne potiahnuté sklom), ktoré pracujú pri 400 ° C a vyšších teplotách. Z praktických dôvodov však vysoká citlivosť termistorov obmedzuje ich užitočný teplotný rozsah. Odpor typického termistora sa môže meniť 10 000 alebo 20 000 krát pri teplotách od –80 ° C do +150 ° C. Bolo by ťažké navrhnúť obvod, ktorý by poskytoval presné merania na oboch koncoch tohto rozsahu (pokiaľ sa nepoužíva prepínanie rozsahov ). Odpor termistora, nominálny pri nule stupňov, neprekročí niekoľko ohmov pri

Väčšina termistorov používa spájkovanie na vnútorné pripojenie vodičov. Je zrejmé, že takýto termistor nemožno použiť na meranie teplôt nad bodom topenia spájky. Aj bez spájkovania sa epoxidový povlak termistorov udrží len pri teplotách pod 200 °C. Pre vyššie teploty je potrebné použiť termistory potiahnuté sklom so zváranými alebo tavenými vývodmi.

Požiadavky na stabilitu tiež obmedzujú použitie termistorov pri vysokých teplotách. Štruktúra termistorov sa pri pôsobení vysokých teplôt začína meniť a rýchlosť a charakter zmeny do značnej miery určuje zmes oxidov a spôsob výroby termistora. Určitý drift termistorov s epoxidovým povlakom začína pri teplotách nad 100 °C alebo tak. Ak takýto termistor pracuje nepretržite pri 150 ° C, potom sa môže drift merať o niekoľko stupňov za rok. Termistory s nízkym odporom (napríklad nie viac ako 1 000 ohmov pri 25 ° C) sú často ešte horšie - ich drift možno zaznamenať pri prevádzke približne pri 70 ° C. A pri 100 ° C sa stávajú nespoľahlivými.

Lacné zariadenia s veľkými toleranciami sa vyrábajú s menšou pozornosťou k detailom a môžu poskytnúť ešte horšie výsledky. Na druhej strane, niektoré správne navrhnuté termistory so skleneným povrchom majú vynikajúcu stabilitu aj pri vyšších teplotách. Sklenené guľôčkové termistory majú veľmi dobrú stabilitu, rovnako ako nedávno predstavené sklenené kotúčové termistory. Malo by sa pamätať na to, že drift závisí od teploty a času. Napríklad je zvyčajne možné použiť termistor s epoxidovým povlakom krátkym zahriatím na 150 °C bez výrazného posunu.

Pri použití termistorov je potrebné vziať do úvahy nominálnu hodnotu. konštantný stratový výkon... Napríklad malý termistor s epoxidovým povlakom má v nehybnom vzduchu konštantu rozptylu jeden miliwatt na stupeň Celzia. Inými slovami, jeden miliwatt výkonu v termistore zvýši jeho vnútornú teplotu o jeden stupeň Celzia, dva miliwatty o dva stupne atď. Ak na jeden kiloohmový termistor privediete napätie jeden volt so stratovou konštantou jeden miliwatt na stupeň Celzia, dostanete chybu merania jeden stupeň Celzia. Termistory rozptyľujú viac energie, ak sú ponorené do kvapaliny. Rovnaký vyššie uvedený malý epoxidom potiahnutý termistor rozptýli 8 mW/oC v dobre premiešanom oleji. Termistory s veľká veľkosť majú konštantný rozptyl lepší ako malé zariadenia... Napríklad termistor vo forme disku alebo podložky dokáže rozptýliť vzduchom výkon 20 alebo 30 mW / o C. Treba mať na pamäti, že tak ako sa mení odpor termistora s teplotou, mení sa aj jeho stratový výkon.

Termistorové rovnice

Neexistuje presná rovnica na opis správania termistora - existujú len približné. Zvážte dve široko používané približné rovnice.

Prvá približná rovnica, exponenciálna, je celkom uspokojivá pre ohraničené teplotné rozsahy najmä pri použití termistorov s nízkou presnosťou.

Polovodičové odpory, ktorých odpor závisí od teploty, sa nazývajú termistory. Majú vlastnosť výrazného teplotného koeficientu odporu, ktorého hodnota je mnohonásobne väčšia ako u kovov. Sú široko používané v elektrotechnike.

zapnuté elektrické schémy termistory sú určené:

Dizajn a prevádzka

Majú jednoduchý dizajn a sú v rôznych veľkostiach a tvaroch.

V polovodičoch existujú dva typy voľných nosičov náboja: elektróny a diery. Pri konštantnej teplote sa tieto nosiče náhodne tvoria a miznú. Priemerný počet voľných nosičov je v dynamickej rovnováhe, teda nezmenený.

Pri zmene teploty sa rovnováha naruší. Ak teplota stúpa, zvyšuje sa aj počet nosičov náboja a so znižovaním teploty klesá koncentrácia nosičov. Odpor polovodiča je ovplyvnený teplotou.

Ak sa teplota blíži k absolútnej nule, potom má polovodič vlastnosť dielektrika. Pri silnom zahriatí ideálne vedie prúd. Hlavnou črtou termistora je, že jeho odpor najvýraznejšie závisí od teploty v obvyklom teplotnom rozsahu (-50 + 100 stupňov).

Populárne termistory sa vyrábajú vo forme polovodičovej tyče, ktorá je pokrytá smaltom. K nemu sú pripojené elektródy a kontaktné kryty. Tieto odpory sa používajú na suchých miestach.

Niektoré termistory sú umiestnené v kovovom utesnenom kryte. Preto ich možno použiť na vlhkých miestach s agresívnym prostredím.

Telo je utesnené cínom a sklom. Polovodičové tyče sú zabalené v metalizovanej fólii. Na pripojenie prúdu sa používa niklový drôt. Hodnota menovitého odporu je 1-200 kOhm, prevádzková teplota je -100 +129 stupňov.

Princíp činnosti termistora je založený na vlastnosti zmien odporu od teploty. Na výrobu sa používajú čisté kovy: meď a platina.

hlavné parametre

• TCS- tepelný koeficient odporu, sa rovná zmene odporu časti obvodu pri zmene teploty o 1 stupeň. Ak je TCS kladný, potom sa volajú termistory pozistory(PTC termistory)... A ak je TCS negatívny, potom termistory(NTC termistory)... V posistoroch so zvyšujúcou sa teplotou stúpa aj odpor, kým v termistoroch sa všetko deje naopak.
• Nominálny odpor Je hodnota odporu pri 0 stupňoch.
• Rozsah práce... Rezistory sa delia na nízkoteplotné (menej ako 170K), strednoteplotné (od 170 do 510 K), vysokoteplotné (viac ako 570K).
• Rozptýlený výkon ... Toto je množstvo výkonu, v rámci ktorého to termistor počas prevádzky zabezpečuje dané parametre podľa technických podmienok.

Typy a vlastnosti termistorov

Všetky teplotné snímače vo výrobe pracujú na princípe premeny teploty na signál elektrického prúdu, ktorý je možné prenášať vysokou rýchlosťou na veľké vzdialenosti. Akékoľvek množstvo je možné previesť na elektrické signály ich prevodom na digitálny kód. Prenášajú sa s vysokou presnosťou a spracovávajú ich počítače.

Kovové termistory

Ako materiál pre termistory nemožno použiť žiadne prúdové vodiče, pretože na termistory sú kladené určité požiadavky. Materiál na ich výrobu musí mať vysokú TCR a odolnosť musí závisieť od teploty podľa lineárneho grafu v širokom rozsahu teplôt.

Kovový vodič musí byť tiež inertný voči agresívnemu pôsobeniu vonkajšieho prostredia a presne reprodukovať charakteristiky, čo umožňuje meniť snímače bez špeciálnych nastavení a meracích prístrojov.

Meď a platina sú vhodné pre takéto požiadavky, okrem ich vysokých nákladov. Termistory založené na nich sa nazývajú platina a meď. Tepelné odpory TSP (platina) fungujú pri teplotách -260 - 1100 stupňov. Ak je teplota v rozsahu od 0 do 650 stupňov, potom sa takéto snímače používajú ako vzorky a štandardy, pretože v tomto intervale nestabilita nie je väčšia ako 0,001 stupňa.

Nevýhody platinových termistorov zahŕňajú nelineárnu konverziu a vysoké náklady. Preto sú presné merania parametrov možné len v prevádzkovom rozsahu.

Vo veľkej miere sa používajú lacné medené vzorky termistorov TCM, v ktorých je linearita závislosti odporu od teploty oveľa vyššia. Ich nevýhodou je nízky odpor a nestabilita voči vysokým teplotám, rýchla oxidácia. V tomto ohľade sú tepelné odpory na báze medi obmedzené, nie viac ako 180 stupňov.

Pre montáž platinových a medených snímačov sa používa 2-vodičové vedenie so vzdialenosťou až 200 metrov od zariadenia. Ak je vzdialenosť väčšia, potom sa používa, v ktorom tretí vodič slúži na kompenzáciu odporu drôtov.

Z nevýhod platinových a medených termistorov je možné poznamenať ich nízku prevádzkovú rýchlosť. Ich tepelná zotrvačnosť dosahuje niekoľko minút. Existujú termistory s nízkou zotrvačnosťou, ktorých doba odozvy nie je väčšia ako niekoľko desatín sekundy. To je dosiahnuté malými rozmermi snímačov. Takéto odpory sa vyrábajú z mikrodrôtu v sklenenom plášti. Tieto snímače majú nízku zotrvačnosť, sú hermeticky uzavreté a sú vysoko stabilné. Keď sú malé, majú odpor niekoľko kΩ.

Polovodič

Takéto odpory sa nazývajú termistory. Ak ich porovnáme so vzorkami platiny a medi, potom majú zvýšenú citlivosť a TCR zápornú hodnotu. To znamená, že so stúpajúcou teplotou klesá odpor odporu. Termistory majú oveľa viac TCS ako platinové a medené senzory. Pri malých veľkostiach ich odpor dosahuje 1 megaohm, čo neumožňuje ovplyvniť meranie odporu vodičov.

Pre meranie teploty sa stali veľmi obľúbené termistory na báze KMT polovodičov, zložených z oxidov kobaltu a mangánu, ako aj MMT termistory na báze oxidov medi a mangánu. Závislosť odporu od teploty na grafe má dobrú linearitu v teplotnom rozsahu -100 + 200 stupňov. Spoľahlivosť polovodičových termistorov je pomerne vysoká, vlastnosti majú dostatočnú stabilitu na dlhú dobu.

Ich hlavnou nevýhodou je skutočnosť, že pri sériovej výrobe takýchto termistorov nie je možné zabezpečiť požadovanú presnosť ich charakteristík. Preto sa jeden rezistor bude líšiť od inej vzorky, ako napríklad tranzistory, ktoré z rovnakej šarže môžu mať rôzne zisky, je ťažké nájsť dve rovnaké vzorky. Tento negatívny moment vytvára potrebu dodatočné prispôsobenie zariadenia pri výmene termistora.

Na pripojenie termistorov sa zvyčajne používa mostíkový obvod, v ktorom je mostík vyvážený potenciometrom. Keď sa vplyvom teploty zmení odpor rezistora, možno mostík dostať do rovnováhy nastavením potenciometra.

Táto metóda manuálne nastavenie používané vo výučbových laboratóriách na demonštráciu práce. Regulátor potenciometra je vybavený stupnicou, ktorá je odstupňovaná v stupňoch. V praxi, v komplexné schémy merania, toto nastavenie prebieha v automatickom režime.

Použitie termistorov

Pri prevádzke teplotných snímačov existujú dva režimy pôsobenia. V prvom režime je teplota snímača určená iba teplotou okolia. Prúd pretekajúci cez odpor je malý a nedokáže ho zahriať.

V režime 2 sa termistor ohrieva pretekajúcim prúdom a jeho teplota je určená podmienkami prenosu tepla, napríklad rýchlosťou fúkania, hustotou plynu atď.

Na schémach termistorov (NTS) a odpory (RTS) majú záporné a kladné koeficienty odporu a označujú sa takto:

Aplikácie termistorov

• Meranie teploty.
• Domáce spotrebiče: mrazničky, sušiče vlasov, chladničky atď.
• Automobilová elektronika: meranie chladiacej nemrznúcej zmesi, oleja, kontrola výfukových plynov, brzdových systémov, teploty v kabíne.
• Klimatizácie: rozvod tepla, regulácia teploty v miestnosti.
• Blokovanie dverí vo vykurovacích zariadeniach.
• Elektronický priemysel: stabilizácia teploty lasera a diód, ako aj medených vinutí cievok.
• V mobilné telefóny na kompenzáciu vykurovania.
• Obmedzenie štartovacieho prúdu motorov, svietidiel,.
• Kontrola plnenia kvapaliny.

Použitie posistorov

• Ochrana proti v motoroch.
• Nadprúdová ochrana proti pretečeniu.
• Na oneskorenie času zapnutia spínaných zdrojov.
• Počítačové monitory a televízne obrazovky na demagnetizáciu a predchádzanie farebným nezrovnalostiam.
• V štartéroch kompresorov chladničiek.
• Tepelné blokovanie transformátorov a motorov.
• Zariadenia na ukladanie informácií.
• Ako ohrievače pre karburátory.
• V domácich spotrebičoch: zatváranie dverí práčka, vo fénoch atď.

Polovodičové tepelné odpory. Termistory. Termistory. Princíp činnosti a vlastnosti

Základy polovodičových termistorov, ich typy, technické údaje, graf teplotnej závislosti odporu.

Výrazná závislosť odporu polovodičov od teploty umožnila navrhnúť citlivé termistory (termistory, termistory), čo sú objemové polovodičové odpory s veľkým teplotným koeficientom odporu. V závislosti od účelu sú termistory vyrobené z látok s rôznymi hodnotami odporu. Na výrobu termistorov možno použiť polovodiče s elektronickým aj dierovým vodivým mechanizmom a čisté látky. Hlavnými parametrami termistorovej látky, ktoré určujú jej kvalitu, sú: hodnota teplotného koeficientu, chemická stabilita a teplota topenia.

Väčšina typov termistorov pracuje spoľahlivo len v určitých teplotných rozsahoch. Akékoľvek prehriatie nad normu má škodlivý vplyv na termistor (tepelný odpor) a niekedy môže viesť až k jeho smrti.

Na ochranu pred škodlivými vplyvmi prostredia a predovšetkým vzdušného kyslíka sú termistory niekedy umiestnené vo valci naplnenom inertným plynom.

Konštrukcia termistora je veľmi jednoduchá. Kus polovodiča má tvar závitu, tyče, obdĺžnikovej dosky, gule alebo iného tvaru. Na protiľahlých častiach termistora sú namontované dva vodiče. Hodnota ohmického odporu termistora je spravidla výrazne vyššia ako hodnoty odporov iných prvkov obvodu, a čo je najdôležitejšie, výrazne závisí od teploty. Preto, keď obvodom preteká prúd, jeho veľkosť je určená najmä veľkosťou ohmického odporu termistora alebo v konečnom dôsledku jeho teplotou. So stúpajúcou teplotou termistora sa zvyšuje prúd v obvode, a naopak, pri znižovaní teploty sa prúd znižuje.

Termostat môže byť vyhrievaný prenosom tepla z okolia, generovaním tepla v samotnom termistore, keď ním prechádza elektrický prúd, alebo nakoniec pomocou špeciálnych vykurovacích vinutí. Spôsob ohrevu termistora priamo súvisí s jeho praktickým využitím.

Odpor termistora pri zmene teploty sa môže zmeniť o tri rády, teda 1000-krát. To je typické pre termistory vyrobené zo slabo vodivých materiálov. V prípade vysoko vodivých látok je pomer v rozmedzí desať.

Každý termistor má tepelnú zotrvačnosť, ktorá v niektorých prípadoch zohráva pozitívnu úlohu, v iných buď nemá prakticky žiadnu hodnotu, alebo negatívne ovplyvňuje a obmedzuje rozsah použitia termistorov. Tepelná zotrvačnosť sa prejavuje tým, že ohrievaný termistor nepreberá teplotu ohrievača hneď, ale až po chvíli. Charakteristikou tepelnej zotrvačnosti termistora môže byť takzvaná časová konštantaτ ... Časová konštanta je číselne rovná množstvu času, počas ktorého termistor, ktorý bol predtým na 0 °C a potom prenesený do prostredia s teplotou 100 °C, zníži svoj odpor o 63 %.

Pre väčšinu polovodičových termistorov je závislosť odporu od teploty nelineárna (obr. 1, A). Tepelná zotrvačnosť termistora sa len málo líši od zotrvačnosti ortuťového teplomera.

Pri bežnej prevádzke sa parametre termistorov v čase menia len málo, a preto je ich životnosť pomerne dlhá a v závislosti od značky termistora kolíše v intervale, ktorého horná hranica sa počíta na niekoľko rokov.

Zvážte napríklad stručne tri typy termistorov (tepelný odpor): MMT-1, MMT-4 a MMT-5.

Obrázok 1 (B) zobrazuje základnú štruktúru a dizajn týchto termistorov. Termistor MMT-1 je z vonkajšej strany potiahnutý emailovou farbou a je určený na prácu v suchých miestnostiach; termistory MMT-4 a MMT-5 sú namontované v kovových kapsulách a utesnené. Preto nepodliehajú škodlivým vplyvom prostredia, sú navrhnuté tak, aby fungovali v podmienkach akejkoľvek vlhkosti a môžu byť aj v kvapalinách (nepôsobia na puzdro termistora)

Ohmický odpor termistorov je v rozsahu 1000 - 200000 ohmov pri teplote 20 °C a teplotný koeficientα asi 3 % na 1 °C. Obrázok 2 znázorňuje krivku znázorňujúcu percentuálnu zmenu ohmického odporu termistora ako funkciu jeho teploty. V tomto grafe je počiatočná hodnota braná ako odpor pri 20 ° C.

Opísané typy termistorov sú určené na prevádzku v teplotnom rozsahu od -100 do + 120 ° C. Ich prehriatie je neprijateľné.

Tepelné odpory (termistory, termistory) týchto typov sú veľmi stabilné, to znamená, že prakticky nezmenený si zachovávajú svoj "studený" odpor, ktorého hodnota je stanovená pri 20 °C na veľmi dlhú dobu. Vysoká stabilita termistorov typu MMT určuje ich dlhú životnosť, ktorá, ako je uvedené v pase, je pri bežnej prevádzke prakticky neobmedzená. Tepelné odpory (termistory, termistory) typu MMT majú dobrú mechanickú pevnosť.

Na obrázkoch: konštrukcia niektorých termistorov, charakteristická teplotná závislosť odporu termistora.

Termistor je polovodičová súčiastka s elektrickým odporom závislým od teploty. Vynájdený už v roku 1930 vedcom Samuelom Rubenom, dodnes tento komponent nachádza najširšie uplatnenie v technike.

Termistory sa vyrábajú z rôznych materiálov, ktoré sú pomerne vysoké - výrazne prevyšujú zliatiny kovov a čisté kovy, teda zo špeciálnych, špecifických polovodičov.

Priamo sa hlavný odporový prvok získava práškovou metalurgiou, spracovaním chalkogenidov, halogenidov a oxidov určitých kovov, ktoré im dávajú rôzne tvary, napríklad tvar kotúčov alebo tyčí rôznych veľkostí, veľké podložky, stredné rúrky, tenké platne , malé guľôčky s veľkosťou od niekoľkých mikrónov do desiatok milimetrov ...

Podľa povahy korelácie medzi odporom prvku a jeho teplotou, rozdeľujú termistory do dvoch veľkých skupín – na pozistory a termistory... Pozistory majú kladný TCS (z tohto dôvodu sa pozistory nazývajú aj PTC termistory) a termistory - záporné (preto sa nazývajú NTC termistory).

Termistor - teplotne závislý odpor vyrobený z polovodičového materiálu s negatívnym teplotným koeficientom a vysokou citlivosťou, pozistor -teplotne závislý odpor s kladným koeficientom.Takže so zvýšením teploty telesa pozistora sa zvyšuje aj jeho odpor a so zvýšením teploty termistora sa jeho odpor zodpovedajúcim spôsobom znižuje.

Materiály pre termistory sú dnes: zmesi polykryštalických oxidov prechodných kovov ako kobalt, mangán, meď a nikel, zlúčeniny typu IIIIBV, ako aj dopované sklovité polovodiče ako kremík a germánium a niektoré ďalšie látky. Pozoruhodné sú pozistory v tuhom roztoku na báze titaničitanu bárnatého.

Termistory možno všeobecne rozdeliť na:

Trieda nízkej teploty (prevádzková teplota pod 170 K);

Stredná teplotná trieda (prevádzková teplota od 170 K do 510 K);

Vysokoteplotná trieda (prevádzková teplota od 570 K a viac);

Samostatná trieda vysokoteplotné (prevádzková teplota od 900 K do 1300 K).

Všetky tieto prvky, termistory aj pozistory, môžu pracovať pri rôznych vonkajších klimatických podmienkach a pri výraznom fyzickom vonkajšom a prúdovom zaťažení. V ťažkých termocyklických režimoch sa však ich počiatočné termoelektrické charakteristiky, ako je nominálny odpor pri izbovej teplote a teplotný koeficient odporu, časom menia.

Existujú napríklad aj kombinované komponenty termistory s nepriame vykurovanie ... Puzdrá takýchto zariadení obsahujú samotný termistor a galvanicky oddelené vykurovacie teleso, ktoré nastavuje počiatočnú teplotu termistora a tým aj jeho počiatočný elektrický odpor.

Tieto zariadenia sa používajú ako variabilné odpory, riadené napätím aplikovaným na vykurovací článok termistora.

Podľa toho, ako sa zvolí pracovný bod na I - V charakteristike konkrétneho komponentu, sa určí aj pracovný režim termistora v obvode. A samotný VAC je spojený s dizajnové prvky a s teplotou aplikovanou na telo komponentu.

Na riadenie zmien teploty a na kompenzáciu dynamicky sa meniacich parametrov, ako je prietok prúdu a použité napätie elektrické obvodyže sa menia po zmenách teplotných podmienok, používajú sa termistory s pracovným bodom nastaveným na lineárnom úseku I - V charakteristiky.

Pracovný bod sa však tradične nastavuje na klesajúcom úseku I - V charakteristiky (termistory NTC), ak sa termistor používa napríklad ako spúšťacie zariadenie, časové relé, v systéme sledovania a merania intenzity mikrovlnné žiarenie, v požiarnych poplachových systémoch, v zariadeniach na kontrolu prietoku sypkých látok a kvapalín.

Najpopulárnejšie dnes strednoteplotné termistory a pozistory s TCS od -2,4 do -8,4 % na 1 K... Pracujú v širokom rozsahu odporov od ohmov po megaohmy.

Existujú pozistory s relatívne nízkym TCR od 0,5 % do 0,7 % na 1 K, vyrobené na báze kremíka. Ich odpor sa mení takmer lineárne. Takéto pozistory sú široko používané v systémoch stabilizácie teploty a v systémoch aktívneho chladenia výkonových polovodičových spínačov v rôznych moderných elektronických zariadeniach, najmä vo výkonných. Tieto komponenty ľahko zapadajú do obvodov a nezaberajú veľa miesta na doske.

Typický posistor je vo forme keramického disku, niekedy je niekoľko prvkov inštalovaných v sérii v jednom prípade, ale častejšie - v jedinej verzii v ochrannom smaltovanom povlaku. Pozistory sa často používajú ako poistky na ochranu elektrických obvodov pred prepätím a prúdom, ako aj snímače teploty a autostabilizačné prvky, a to z dôvodu ich jednoduchosti a fyzickej stability.

Termistory sú široko používané v mnohých oblastiach elektroniky, najmä tam, kde je dôležité presné riadenie procesu teploty. Týka sa to zariadení na prenos údajov, počítačová technológia, vysokovýkonný CPU a vysoko presné priemyselné zariadenia.

Jedným z najjednoduchších a najpopulárnejších príkladov termistorových aplikácií je efektívne obmedzenie nábehového prúdu. V momente, keď je napätie privedené na napájanie zo siete, dochádza k mimoriadne ostrej významnej kapacite a v primárnom okruhu tečie veľký nabíjací prúd, ktorý môže spáliť diódový mostík.

Tento prúd je tu a je obmedzený termistorom, to znamená, že tento komponent obvodu mení svoj odpor v závislosti od prúdu, ktorý ním prechádza, pretože sa v súlade s Ohmovým zákonom zahrieva. Termistor potom po niekoľkých minútach obnoví svoj pôvodný odpor, len čo sa ochladí na izbovú teplotu.