Termistori on lämpötilan mittaamiseen suunniteltu laite, joka koostuu puolijohdemateriaalista, joka muuttaa resistanssiaan suuresti pienellä lämpötilan muutoksella. Yleensä termistoreilla on negatiiviset lämpötilakertoimet, mikä tarkoittaa, että niiden vastus pienenee lämpötilan noustessa.
Termistorin yleinen ominaisuus
Sana "termistori" on lyhenne sen koko termistä: lämpöherkkä vastus. Tämä laite on tarkka ja helppokäyttöinen anturi kaikkiin lämpötilan muutoksiin. Yleensä termistoreja on kahdenlaisia: negatiivinen lämpötilakerroin ja positiivinen lämpötilakerroin. Useimmiten ensimmäistä tyyppiä käytetään lämpötilan mittaamiseen.
Sähköpiirin termistorin nimitys näkyy kuvassa.
Termistoreiden materiaali on metallioksideja, joilla on puolijohdeominaisuuksia. Tuotannon aikana näille laitteille annetaan seuraava muoto:
- levy;
- sauva;
- pallomainen kuin helmi.
Termistori perustuu vahvan periaatteeseenvastuksen muutos pienellä lämpötilan muutoksella. Samanaikaisesti tietyllä virranvoimakkuudella piirissä ja vakiolämpötilassa ylläpidetään vakiojännitettä.
Laitteen käyttöä varten se liitetään sähköpiiriin, esimerkiksi Wheatstonen siltaan, ja laitteen virta ja jännite mitataan. Ohmin yksinkertaisen lain mukaan R=U/I määrittää vastuksen. Seuraavaksi tarkastellaan vastuksen lämpötilariippuvuuden käyrää, jonka mukaan voidaan sanoa tarkalleen, mitä lämpötilaa tuloksena oleva vastus vastaa. Kun lämpötila muuttuu, vastusarvo muuttuu dramaattisesti, mikä mahdollistaa lämpötilan määrittämisen suurella tarkkuudella.
Termistorimateriaali
Suurin osa termistoreista on valmistettu puolijohdekeramiikasta. Sen valmistusprosessi koostuu nitridien ja metallioksidien jauheiden sintraamisesta korkeissa lämpötiloissa. Tuloksena on materiaali, jonka oksidikoostumuksella on yleinen kaava (AB)3O4 tai (ABC)3O4, jossa A, B, C ovat metallisia kemiallisia alkuaineita. Yleisimmin käytettyjä ovat mangaani ja nikkeli.
Jos termistorin odotetaan toimivan alle 250 °C:n lämpötiloissa, keraamisessa koostumuksessa on mukana magnesiumia, kobolttia ja nikkeliä. Tämän koostumuksen keramiikka osoittaa fysikaalisten ominaisuuksien stabiilisuuden määritellyllä lämpötila-alueella.
Termistorien tärkeä ominaisuus on niiden ominaisjohtavuus (resistanssin käänteisluku). Johtavuutta säädetään lisäämällä pientälitiumin ja natriumin pitoisuudet.
instrumenttien valmistusprosessi
Pyörätermistorit valmistetaan kiinnittämällä niitä kahteen platinajohtimeen korkeassa lämpötilassa (1100°C). Sitten lanka leikataan termistorin koskettimien muotoilemiseksi. Pallomaiseen instrumenttiin levitetään lasipinnoite tiivistämistä varten.
Kiekkatermistoreiden tapauksessa koskettimien muodostusprosessi on levittää niiden päälle platinaa, palladiumia ja hopeaa sisältävä metalliseos ja sitten juottaa se termistoripinnoitteeseen.
Ero platinailmaisimiin
Puolijohdetermistoreiden lisäksi on olemassa toisen tyyppisiä lämpötila-antureita, joiden työmateriaali on platina. Nämä ilmaisimet muuttavat vastustaan lämpötilan muuttuessa lineaarisesti. Termistoreilla tämä fysikaalisten suureiden riippuvuus on täysin erilainen.
Termistoreiden edut platinavastineisiin verrattuna ovat seuraavat:
- Suurimpi vastustuskyky herkkyys lämpötilan muutoksille koko toiminta-alueella.
- Korkea taso instrumentin vakaus ja lukemien toistettavuus.
- Pienikokoinen, jotta se reagoi nopeasti lämpötilan muutoksiin.
Termistorin vastus
Tämä fyysinen määrä pienenee lämpötilan noustessa, ja on tärkeää ottaa huomioon käyttölämpötila-alue. Lämpötilarajoissa -55 °C - +70 °C käytetään termistoreja, joiden resistanssi on 2200 - 10000 ohmia. Käytä korkeammissa lämpötiloissa laitteita, joiden vastus on yli 10 kOhm.
Toisin kuin platinailmaisimissa ja termoelementeissä, termistoreilla ei ole erityisiä standardeja resistanssin ja lämpötilan käyrien suhteen, ja valittavana on laaja valikoima vastuskäyriä. Tämä johtuu siitä, että jokaisella termistorimateriaalilla, kuten lämpötila-anturilla, on oma vastuskäyränsä.
Vakaus ja tarkkuus
Nämä instrumentit ovat kemiallisesti vakaita eivätkä hajoa ajan myötä. Termistorianturit ovat tarkimpia lämpötilan mittauslaitteita. Niiden mittaustarkkuus koko toiminta-alueella on 0,1 - 0,2 °C. Huomaa, että useimmat laitteet toimivat lämpötila-alueella 0 °C - 100 °C.
Termistoreiden perusparametrit
Seuraavat fyysiset parametrit ovat perusparametrit jokaiselle termistorityypille (englanninkielisten nimien dekoodaus on annettu):
- R25 - laitteen vastus ohmeina huoneenlämpötilassa (25 °С). Tämän termistorin ominaiskäyrän tarkistaminen on helppoa yleismittarilla.
- Toleranssi R25 - laitteen resistanssipoikkeamatoleranssin arvo asetetusta arvosta lämpötilassa 25 °С. Tämä arvo ei yleensä ylitä 20 % R25.
- Max. Tasainen tilavirta - maksimivirran arvo ampeereina, joka voi virrata laitteen läpi pitkään. Tämän arvon ylittäminen uhkaa nopealla resistanssin putoamisella ja sen seurauksena termistorin vioituksella.
- Noin. R of Max. Virta - tämä arvo näyttää vastuksen arvon ohmeina, jonka laite saa, kun suurin virta kulkee sen läpi. Tämän arvon tulee olla 1-2 suuruusluokkaa pienempi kuin termistorin resistanssi huoneenlämpötilassa.
- Dissip. Coef. - kerroin, joka osoittaa laitteen lämpötilaherkkyyden sen absorboimaan tehoon. Tämä kerroin ilmaisee tehon määrän mW, joka termistorin on absorboitava nostaakseen lämpötilaansa 1 °C. Tämä arvo on tärkeä, koska se osoittaa, kuinka paljon virtaa tarvitset laitteen lämmittämiseen sen käyttölämpötilaan.
- Lämpöaikavakio. Jos termistoria käytetään käynnistysvirran rajoittimena, on tärkeää tietää, kuinka kauan sen jäähtyminen kestää virran katkaisun jälkeen, jotta se voidaan kytkeä uudelleen päälle. Koska termistorin lämpötila sen sammuttamisen jälkeen laskee eksponentiaalisen lain mukaan, otetaan käyttöön "Thermal Time Constant" -käsite - aika, jonka aikana laitteen lämpötila laskee 63,2 % käyttölämpötilan erosta. laite ja ympäristön lämpötila.
- Max. Load Capacitance ΜF - kapasitanssin määrä mikrofaradeissa, joka voidaan purkaa tämän laitteen läpi vahingoittamatta sitä. Tämä arvo ilmoitetaan tietylle jännitteelle,esim. 220 V.
Miten termistorin toiminta testataan?
Voit käyttää yleismittaria ja tavallista juotoskolvia, jos haluat karkeasti tarkistaa termistorin kuntoon.
Käynnistä ensin yleismittarin resistanssimittaustila ja kytke termistorin lähtökoskettimet yleismittarin liittimiin. Tässä tapauksessa napaisuudesta ei ole väliä. Yleismittari näyttää tietyn vastuksen ohmeina, se tulee kirjata.
Sitten sinun on kytkettävä juotoskolvi ja tuotava se johonkin termistorilähdöistä. Varo polttamasta laitetta. Tämän prosessin aikana sinun tulee tarkkailla yleismittarin lukemia, sen pitäisi näyttää tasaisesti laskevaa vastusta, joka asettuu nopeasti johonkin vähimmäisarvoon. Minimiarvo riippuu termistorin tyypistä ja juotosraudan lämpötilasta, yleensä se on useita kertoja pienempi kuin alussa mitattu arvo. Tässä tapauksessa voit olla varma, että termistori toimii.
Jos yleismittarin vastus ei ole muuttunut tai päinvastoin on laskenut jyrkästi, laite ei sovellu käyttöönsä.
Huomaa, että tämä tarkistus on karkea. Laitteen tarkkaa testausta varten on tarpeen mitata kaksi indikaattoria: sen lämpötila ja vastaava vastus, ja sitten verrata näitä arvoja valmistajan ilmoittamiin arvoihin.
Sovellukset
Termistoreita käytetään kaikilla elektroniikan alueilla, joilla on tärkeää seurata lämpötilaolosuhteita. Näitä alueita ovat mmtietokoneet, korkean tarkkuuden laitteet teollisuuslaitoksiin ja laitteet erilaisten tietojen siirtoon. Joten 3D-tulostimen termistoria käytetään anturina, joka ohjaa lämmityskerroksen tai tulostuspään lämpötilaa.
Yksi termistorin yleisimmistä käyttötavoista on syöttövirran rajoittaminen, kuten tietokonetta käynnistettäessä. Tosiasia on, että kun virta kytketään päälle, käynnistyskondensaattori, jolla on suuri kapasiteetti, purkautuu, mikä luo v altavan virran koko piiriin. Tämä virta pystyy polttamaan koko sirun, joten piirissä on termistori.
Tällä laitteella oli päällekytkentähetkellä huoneenlämpötila ja v altava vastus. Tällainen vastus voi tehokkaasti vähentää virtapiikkiä käynnistyshetkellä. Lisäksi laite lämpenee sen läpi kulkevan virran ja lämmön vapautumisen vuoksi, ja sen vastus pienenee jyrkästi. Termistorin kalibrointi on sellainen, että tietokonepiirin käyttölämpötila saa termistorin resistanssin käytännössä nollaan, eikä siinä tapahdu jännitehäviötä. Kun tietokone on sammutettu, termistori jäähtyy nopeasti ja palauttaa resistanssin.
Joten termistorin käyttö syöttövirran rajoittamiseen on sekä kustannustehokasta että melko yksinkertaista.
Esimerkkejä termistoreista
Tällä hetkellä myynnissä laaja valikoima tuotteita, tässä joidenkin ominaisuudet ja käyttöalueet:
- Mutterilla kiinnitetty termistori B57045-K, jonka nimellisvastus on 1kOhm toleranssilla 10 %. Käytetään lämpötilan mittausanturina kulutus- ja autoelektroniikassa.
- B57153-S-levyinstrumentti, jonka maksimivirta on 1,8 A 15 ohmissa huoneenlämpötilassa. Käytetään käynnistysvirran rajoittimena.
