Thermistor är en enhet designad för att mäta temperatur, och som består av ett halvledarmaterial, som kraftigt förändrar sitt motstånd med en liten temperaturförändring. Generellt sett har termistorer negativa temperaturkoefficienter, vilket betyder att deras motstånd minskar med ökande temperatur.
Allmän karaktäristik för termistor
Ordet "termistor" är kort för hela termen: termiskt känsligt motstånd. Denna enhet är en exakt och lättanvänd sensor för alla temperaturförändringar. I allmänhet finns det två typer av termistorer: negativ temperaturkoefficient och positiv temperaturkoefficient. Oftast används den första typen för att mäta temperatur.
Beteckningen för termistorn i den elektriska kretsen visas på bilden.
Materialet i termistorer är metalloxider med halvledaregenskaper. Under produktionen ges dessa enheter följande form:
- skiva;
- stav;
- sfärisk som en pärla.
Termistorn är baserad på principen starkförändring i motstånd med en liten förändring i temperatur. Samtidigt, vid en given strömstyrka i kretsen och en konstant temperatur, upprätthålls en konstant spänning.
För att använda enheten ansluts den till en elektrisk krets, till exempel till en Wheatstone-brygga, och strömmen och spänningen på enheten mäts. Enligt Ohms enkla lag bestämmer R=U/I resistansen. Därefter tittar de på kurvan för motståndets beroende av temperatur, enligt vilken det är möjligt att säga exakt vilken temperatur det resulterande motståndet motsvarar. När temperaturen ändras ändras motståndsvärdet dramatiskt, vilket gör det möjligt att bestämma temperaturen med hög noggrannhet.
Termistormaterial
Materialet i de allra flesta termistorer är halvledarkeramik. Processen för dess tillverkning består i sintring av pulver av nitrider och metalloxider vid höga temperaturer. Resultatet är ett material vars oxidsammansättning har den allmänna formeln (AB)3O4 eller (ABC)3O4, där A, B, C är metalliska kemiska grundämnen. De vanligaste är mangan och nickel.
Om termistorn förväntas fungera vid temperaturer lägre än 250 °C, ingår magnesium, kobolt och nickel i den keramiska sammansättningen. Keramik av denna sammansättning visar stabiliteten hos fysikaliska egenskaper inom det specificerade temperaturintervallet.
En viktig egenskap hos termistorer är deras specifika konduktivitet (motståndets reciproka). Konduktiviteten styrs genom att lägga till litenkoncentrationer av litium och natrium.
Instrumenttillverkningsprocess
Sfäriska termistorer tillverkas genom att applicera dem på två platinatrådar vid hög temperatur (1100°C). Tråden skärs sedan för att forma termistorkontakterna. En glasbeläggning appliceras på det sfäriska instrumentet för tätning.
I fallet med skivtermistorer är processen för att skapa kontakter att avsätta en metallegering av platina, palladium och silver på dem och sedan löda fast den vid termistorbeläggningen.
Skillnad från platinadetektorer
Förutom halvledartermistorer finns det en annan typ av temperaturdetektorer, vars arbetsmaterial är platina. Dessa detektorer ändrar sitt motstånd när temperaturen ändras på ett linjärt sätt. För termistorer har detta beroende av fysiska storheter en helt annan karaktär.
Fördelarna med termistorer jämfört med platinamotsvarigheter är följande:
- Högre motståndskänslighet för temperaturförändringar över hela driftsområdet.
- Hög nivå av instrumentstabilitet och repeterbarhet av avläsningar.
- Liten i storlek för att reagera snabbt på temperaturförändringar.
Termistormotstånd
Denna fysiska mängd minskar med ökande temperatur, och det är viktigt att ta hänsyn till driftstemperaturområdet. För temperaturgränser från -55 °C till +70 °C används termistorer med ett motstånd på 2200 - 10000 ohm. För högre temperaturer, använd enheter med ett motstånd större än 10 kOhm.
Till skillnad från platinadetektorer och termoelement har termistorer inga specifika standarder för resistans- kontra temperaturkurvor, och det finns en mängd olika motståndskurvor att välja mellan. Detta beror på att varje termistormaterial, som en temperatursensor, har sin egen motståndskurva.
Stabilitet och noggrannhet
Dessa instrument är kemiskt stabila och bryts inte ned med tiden. Termistorsensorer är bland de mest exakta instrumenten för temperaturmätning. Noggrannheten för deras mätningar över hela driftsområdet är 0,1 - 0,2 °C. Observera att de flesta apparater fungerar inom ett temperaturområde på 0 °C till 100 °C.
Grundläggande parametrar för termistorer
Följande fysiska parametrar är grundläggande för varje typ av termistor (avkodning av namn på engelska ges):
- R25 - enhetens motstånd i ohm vid rumstemperatur (25 °С). Det är enkelt att kontrollera denna termistorkarakteristik med en multimeter.
- Tolerans för R25 - värdet för motståndsavvikelsestoleransen på enheten från dess inställda värde vid en temperatur på 25 °С. Som regel överstiger detta värde inte 20 % av R25.
- Max. Ständig ström - maxvärdet av strömmen i ampere som kan flöda genom enheten under lång tid. Att överskrida detta värde hotar med ett snabbt fall i motstånd och, som ett resultat, fel på termistorn.
- Ca. R av Max. Ström - detta värde visar resistansvärdet i ohm, som enheten får när den maximala strömmen passerar genom den. Detta värde bör vara 1-2 storleksordningar mindre än termistorns resistans vid rumstemperatur.
- Försvinn. Coef. - en koefficient som visar enhetens temperaturkänslighet för den effekt som absorberas av den. Denna faktor indikerar mängden effekt i mW som termistorn behöver absorbera för att höja sin temperatur med 1 °C. Detta värde är viktigt eftersom det visar hur mycket ström du behöver spendera för att värma enheten till dess driftstemperatur.
- Termisk tidskonstant. Om termistorn används som inkopplingsströmbegränsare är det viktigt att veta hur lång tid det tar att svalna efter att strömmen stängts av för att vara redo att slå på den igen. Eftersom temperaturen på termistorn efter att den stängts av minskar enligt en exponentiell lag, introduceras konceptet "Termisk tidskonstant" - den tid under vilken enhetens temperatur minskar med 63,2% av skillnaden mellan driftstemperaturen på enheten och den omgivande temperaturen.
- Max. Lastkapacitans i ΜF - mängden kapacitans i mikrofarader som kan laddas ur genom denna enhet utan att skada den. Detta värde anges för en specifik spänning,t.ex. 220 V.
Hur testar man att termistorn fungerar?
För en grov kontroll av termistorns funktionsduglighet kan du använda en multimeter och en vanlig lödkolv.
Först av allt, slå på resistansmätningsläget på multimetern och anslut termistorns utgångskontakter till multimeterterminalerna. I det här fallet spelar polariteten ingen roll. Multimetern kommer att visa ett visst motstånd i ohm, det bör registreras.
Då måste du koppla in lödkolven och föra den till en av termistorutgångarna. Var försiktig så att du inte bränner enheten. Under denna process bör du observera avläsningarna från multimetern, den bör visa ett jämnt minskande motstånd, som snabbt kommer att sätta sig till något minimivärde. Minimivärdet beror på typen av termistor och lödkolvens temperatur, vanligtvis är det flera gånger mindre än värdet som uppmättes i början. I det här fallet kan du vara säker på att termistorn fungerar.
Om motståndet på multimetern inte har förändrats eller tvärtom har sjunkit kraftigt, är enheten olämplig för dess användning.
Observera att denna kontroll är grov. För noggrann testning av enheten är det nödvändigt att mäta två indikatorer: dess temperatur och motsvarande resistans, och sedan jämföra dessa värden med de som anges av tillverkaren.
Applications
Termistorer används inom alla områden inom elektronik där det är viktigt att övervaka temperaturförhållandena. Dessa områden inkluderardatorer, högprecisionsutrustning för industriella installationer och anordningar för överföring av olika data. Så 3D-skrivarens termistor används som en sensor som styr temperaturen på värmebädden eller skrivhuvudet.
En av de vanligaste användningsområdena för en termistor är att begränsa startströmmen, till exempel när du slår på en dator. Faktum är att i det ögonblick som strömmen slås på urladdas startkondensatorn, som har en stor kapacitet, vilket skapar en enorm ström i hela kretsen. Denna ström kan bränna hela chippet, så en termistor ingår i kretsen.
Den här enheten hade rumstemperatur och ett enormt motstånd när den slogs på. Sådant motstånd kan effektivt minska strömstyrkan vid starttillfället. Vidare värms enheten upp på grund av strömmen som passerar genom den och frigörandet av värme, och dess motstånd minskar kraftigt. Termistorns kalibrering är sådan att datorchippets driftstemperatur gör att termistorns motstånd är praktiskt taget noll, och det finns inget spänningsfall över det. Efter att ha stängt av datorn svalnar termistorn snabbt och återställer sitt motstånd.
Så att använda en termistor för att begränsa startströmmen är både kostnadseffektivt och ganska enkelt.
Exempel på termistorer
För närvarande finns ett brett utbud av produkter till rea, här är egenskaperna och användningsområdena för några av dem:
- Thermistor B57045-K med mutterfäste, har ett nominellt motstånd på 1kOhm med en tolerans på 10 %. Används som temperaturmätningssensor i konsument- och bilelektronik.
- B57153-S skivinstrument, har en maximal strömstyrka på 1,8 A vid 15 ohm vid rumstemperatur. Används som inkopplingsströmbegränsare.
