Termistor je naprava, zasnovana za merjenje temperature in je sestavljena iz polprevodniškega materiala, ki močno spremeni svoj upor z majhno spremembo temperature. Na splošno imajo termistorji negativne temperaturne koeficiente, kar pomeni, da njihova upornost pada z naraščanjem temperature.
Splošna značilnost termistorja
Beseda "termistor" je kratka za njen polni izraz: toplotno občutljiv upor. Ta naprava je natančen in enostaven za uporabo senzor za vse temperaturne spremembe. Na splošno obstajata dve vrsti termistorjev: negativni temperaturni koeficient in pozitivni temperaturni koeficient. Najpogosteje se prva vrsta uporablja za merjenje temperature.
Oznaka termistorja v električnem vezju je prikazana na fotografiji.
Material termistorjev so kovinski oksidi s polprevodniškimi lastnostmi. Med proizvodnjo imajo te naprave naslednjo obliko:
- disk;
- rod;
- sferično kot biser.
Termistor temelji na principu močnegasprememba upora z majhno spremembo temperature. Hkrati se pri dani jakosti toka v vezju in konstantni temperaturi vzdržuje konstantna napetost.
Za uporabo naprave je priključena na električni tokokrog, na primer na Wheatstonov most, in merita se tok in napetost na napravi. Po Ohmovem preprostem zakonu R=U/I določi upor. Nato si ogledajo krivuljo odvisnosti upora od temperature, po kateri je mogoče natančno reči, kateri temperaturi ustreza nastali upor. Ko se temperatura spremeni, se vrednost upora dramatično spremeni, kar omogoča visoko natančno določitev temperature.
termistorski material
Materijal velike večine termistorjev je polprevodniška keramika. Postopek njegove izdelave je sintranje praškov nitridov in kovinskih oksidov pri visokih temperaturah. Rezultat je material, katerega oksidna sestava ima splošno formulo (AB)3O4 ali (ABC)3O4, kjer so A, B, C kovinski kemični elementi. Najpogosteje uporabljena sta mangan in nikelj.
Če se pričakuje, da bo termistor deloval pri temperaturah pod 250 °C, so magnezij, kob alt in nikelj vključeni v sestavo keramike. Keramika te sestave kaže stabilnost fizikalnih lastnosti v določenem temperaturnem območju.
Pomembna značilnost termistorjev je njihova specifična prevodnost (recipročna upornost). Prevodnost se nadzoruje z dodajanjem majhnihkoncentracije litija in natrija.
Proces izdelave instrumentov
Sferični termistorji so izdelani tako, da se nanesejo na dve platinasti žici pri visoki temperaturi (1100°C). Nato se žica razreže, da se oblikujejo kontakti termistorja. Na sferični instrument se za tesnjenje nanese steklena prevleka.
V primeru diskovnih termistorjev je postopek vzpostavljanja kontaktov nanos kovinske zlitine platine, paladija in srebra nanje in nato spajkanje na prevleko termistorja.
Razlika od detektorjev platine
Poleg polprevodniških termistorjev obstaja še ena vrsta temperaturnih detektorjev, katerih delovni material je platina. Ti detektorji spreminjajo svojo odpornost, ko se temperatura linearno spreminja. Za termistorje ima ta odvisnost fizikalnih veličin povsem drugačen značaj.
Prednosti termistorjev pred platinastimi analogi so naslednje:
- Večja odpornost na občutljivost na temperaturne spremembe v celotnem delovnem območju.
- Visoka raven stabilnosti instrumenta in ponovljivosti odčitkov.
- Majhna velikost za hitro odzivanje na temperaturne spremembe.
upornost termistorja
Ta fizična količina pada z naraščanjem temperature, zato je pomembno upoštevati območje delovne temperature. Za temperaturne omejitve od -55 °C do +70 °C se uporabljajo termistorji z upornostjo 2200 - 10000 ohmov. Za višje temperature uporabite naprave z upornostjo večjo od 10 kOhm.
Za razliko od platinastih detektorjev in termočlenov, termistorji nimajo posebnih standardov za krivulje upora v primerjavi s temperaturo in lahko izbirate med različnimi krivuljami upora. To je zato, ker ima vsak material termistorja, tako kot temperaturni senzor, svojo krivuljo upora.
Stabilnost in natančnost
Ti instrumenti so kemično stabilni in se sčasoma ne razgradijo. Termistorski senzorji so med najbolj natančnimi instrumenti za merjenje temperature. Natančnost njihovih meritev v celotnem območju delovanja je 0,1 - 0,2 °C. Upoštevajte, da večina naprav deluje v temperaturnem območju od 0 °C do 100 °C.
Osnovni parametri termistorjev
Naslednji fizični parametri so osnovni za vsako vrsto termistorja (podano je dekodiranje imen v angleščini):
- R25 - upornost naprave v Ohmih pri sobni temperaturi (25 °С). Preverjanje te lastnosti termistorja je preprosto z multimetrom.
- Toleranca R25 - vrednost tolerance odstopanja upora na napravi od nastavljene vrednosti pri temperaturi 25 °С. Praviloma ta vrednost ne presega 20 % R25.
- Maks. Stalni tok - največvrednost toka v amperih, ki lahko teče skozi napravo dlje časa. Prekoračitev te vrednosti grozi s hitrim padcem upora in posledično okvaro termistorja.
- Pribl. R od maks. Tok - ta vrednost prikazuje vrednost upora v Ohmih, ki jo naprava pridobi, ko skozi njo preide največji tok. Ta vrednost mora biti 1-2 reda velikosti manjša od upora termistorja pri sobni temperaturi.
- Dissip. koef. - koeficient, ki kaže temperaturno občutljivost naprave na moč, ki jo absorbira. Ta faktor označuje količino moči v mW, ki jo mora termistor absorbirati, da zviša svojo temperaturo za 1 °C. Ta vrednost je pomembna, ker kaže, koliko energije morate porabiti za segrevanje naprave na delovno temperaturo.
- Termična časovna konstanta. Če se termistor uporablja kot omejevalnik zagonskega toka, je pomembno vedeti, koliko časa bo trajalo, da se ohladi po izklopu napajanja, da bi ga lahko ponovno vklopili. Ker se temperatura termistorja po izklopu zniža po eksponentnem zakonu, se uvede koncept "termične časovne konstante" - časa, v katerem se temperatura naprave zniža za 63,2 % razlike med delovno temperaturo naprave. napravo in temperaturo okolice.
- Maks. Kapacitivnost obremenitve v ΜF - količina kapacitivnosti v mikrofaradih, ki se lahko izprazni skozi to napravo, ne da bi jo poškodovala. Ta vrednost je navedena za določeno napetost,npr. 220 V.
Kako preizkusiti delovanje termistorja?
Za grobo preverjanje uporabnosti termistorja lahko uporabite multimeter in navaden spajkalnik.
Najprej vklopite način merjenja upora na multimetru in povežite izhodne kontakte termistorja na sponke multimetra. V tem primeru polarnost ni pomembna. Multimeter bo pokazal določen upor v ohmih, to je treba zabeležiti.
Potem morate priključiti spajkalnik in ga pripeljati do enega od izhodov termistorja. Pazite, da naprave ne zažgete. Med tem postopkom morate opazovati odčitke multimetra, ki bi moral pokazati gladko padajoč upor, ki se bo hitro poravnal na neko minimalno vrednost. Najmanjša vrednost je odvisna od vrste termistorja in temperature spajkalnika, običajno je nekajkrat manjša od vrednosti, izmerjene na začetku. V tem primeru ste lahko prepričani, da termistor deluje.
Če se upor na multimetru ni spremenil ali je, nasprotno, močno padel, je naprava neprimerna za njeno uporabo.
Upoštevajte, da je ta ček grob. Za natančno testiranje naprave je potrebno izmeriti dva indikatorja: njeno temperaturo in ustrezen upor ter nato te vrednosti primerjati s tistimi, ki jih navaja proizvajalec.
Aplikacije
Termistorji se uporabljajo na vseh področjih elektronike, kjer je pomembno spremljati temperaturne razmere. Ta področja vključujejoračunalniki, visoko precizna oprema za industrijske instalacije in naprave za prenos različnih podatkov. Termistor 3D tiskalnika se torej uporablja kot senzor, ki nadzoruje temperaturo grelne postelje ali tiskalne glave.
Ena najpogostejših uporab termistorja je omejitev vhodnega toka, na primer pri vklopu računalnika. Dejstvo je, da se ob vklopu napajanja začetni kondenzator, ki ima veliko kapaciteto, izprazni, kar ustvarja ogromen tok v celotnem vezju. Ta tok je sposoben zažgati celoten čip, zato je v vezje vključen termistor.
Ta naprava je ob vklopu imela sobno temperaturo in velik upor. Takšen upor lahko učinkovito zmanjša tokovni udar ob zagonu. Nadalje se naprava segreje zaradi toka, ki teče skozi njo, in sproščanja toplote, njen upor pa se močno zmanjša. Kalibracija termistorja je taka, da delovna temperatura računalniškega čipa povzroči, da je upor termistorja skoraj nič in na njem ni padca napetosti. Po izklopu računalnika se termistor hitro ohladi in obnovi svojo odpornost.
Torej je uporaba termistorja za omejevanje zagonskega toka stroškovno učinkovita in dokaj preprosta.
Primeri termistorjev
Trenutno je v prodaji široka paleta izdelkov, tukaj so značilnosti in področja uporabe nekaterih izmed njih:
- Termistor B57045-K z matico, ima nazivni upor 1kOhm z toleranco 10%. Uporablja se kot senzor za merjenje temperature v potrošniški in avtomobilski elektroniki.
- B57153-S disk instrument, ima največji tok 1,8 A pri 15 ohmih pri sobni temperaturi. Uporablja se kot omejevalnik vhodnega toka.
