Термистор что это такое

Что такое термистор и позистор и где они применяются

Терморезистором называется полупроводниковый компонент с температурозависимым электрическим сопротивлением. Изобретенный в далеком 1930 году ученым Самюэлем Рубеном, по сей день данный компонент находит самое широкое применение в технике.

Изготавливают терморезисторы из различных материалов, температурный коэффициент сопротивления (ТКС) которых достаточно высок, — значительно превосходит металлические сплавы и чистые металлы, то есть именно из особых, специфичных полупроводников.

Непосредственно основной резистивный элемент получают посредством порошковой металлургии, обрабатывая халькогениды, галогениды и оксиды определенных металлов, придавая им различные формы, например форму дисков или стержней различных размеров, больших шайб, средних трубок, тонких пластинок, маленьких бусинок, размерами от единиц микрон до десятков миллиметров.

По характеру корреляции сопротивления элемента и его температуры, разделяют терморезисторы на две большие группы — на позисторы и термисторы . Позисторы обладают положительным ТКС (по этой причине позисторы еще называют PTC-термисторами), а термисторы — отрицательным (их называют поэтому NTC-термисторами).

Термистор — температурно-зависимый резистор, изготавливается из полупроводникового материала, имеющего отрицательный температурный коэффициент и высокую чувствительность, позистор — температурно-зависимый резистор, имеющий положительный коэффициент. Так, с возрастанием температуры корпуса позистора растет и его сопротивление, а с ростом температуры термистора — его сопротивление соответственно уменьшается.

Материалами для терморезисторов сегодня служат: смеси поликристаллических оксидов переходных металлов, таких как кобальт, марганец, медь и никель, соединений AIIIBV-типа, а также легированных, стеклообразных полупроводников, таких как кремний и германий, и некоторых других веществ. Примечательны позисторы из твердых растворов на базе титаната бария.

Терморезисторы в целом можно классифицировать на:

• Низкотемпературного класса (рабочая температура ниже 170 К);
• Среднетемпературного класса (рабочая температура от 170 К до 510 К);
• Высокотемпературного класса (рабочая температура от 570 К и выше);
• Отдельный класс высокотемпературных (рабочая температура от 900 К до 1300 К).

Все эти элементы, как термисторы, так и позисторы, могут работать при разнообразных климатических внешних условиях и при существенных физических внешних и токовых нагрузках. Однако в жестких термоцикличных режимах, со временем меняются их исходные термоэлектрические характеристики, как то номинальное сопротивление при комнатной температуре и температурный коэффициент сопротивления.

Встречаются и комбинированные компоненты, например терморезисторы с косвенным нагревом . В корпусах таких приборов размещены сам и терморезистор и гальванически изолированный нагревательный элемент, задающий исходную температуру терморезистора, и, соответствующим образом, его начальное электрическое сопротивление.

Данные приборы применяются в качестве переменных резисторов, управляемых напряжением, приложенным к нагревательному элементу терморезистора.

В зависимости от того, как выбрана рабочая точка на ВАХ конкретного компонента, определяется и режим работы терморезистора в схеме. А сама ВАХ связана с конструктивными особенностями и с приложенной к корпусу компонента температурой.

Для контроля за вариациями температур и с целью компенсации динамически меняющихся параметров, таких как протекающий ток и приложенное напряжение в электрических цепях, изменяющихся вслед за изменениями температурных условий, применяют терморезисторы с выставлением рабочей точки на линейном участке ВАХ.

Но рабочая точка выставляется традиционно на спадающем участке ВАХ (NTC-термисторы), если термистор применяется, например, в качестве пускового устройства, реле времени, в системе отслеживания и измерения интенсивности СВЧ-излучения, в системах пожарной сигнализации, термического контроля, в установках управления расходом сыпучих веществ и жидкостей.

Наиболее популярны сегодня среднетемпературные термисторы и позисторы с ТКС от -2,4 до -8,4 % на 1 К . Они работают в широком диапазоне сопротивлений от единиц Ом до единиц мегаом.

Встречаются позисторы с относительно малым ТКС от 0,5% до 0,7% на 1 К, изготовленные на базе кремния. Их сопротивление изменяется практически линейно. Подобные позисторы широко применяются в системах температурной стабилизации и в системах активного охлаждения силовых полупроводниковых ключей в разнообразных современных электронных приборах, особенно — в мощных. Эти компоненты легко вписываются в схемы и не занимают много места на платах.

Типичный позистор имеет форму керамического диска, иногда в одном корпусе устанавливаются последовательно несколько элементов, но чаще — в одиночном исполнении в защитном покрытии из эмали. Позисторы часто применяют в качестве предохранителей для защиты электрических схем от перегрузок по напряжению и току, а также в качестве термодатчиков и автостабилизирующих элементов, в силу их неприхотливости и физической устойчивости.

Термисторы широко применяются в многочисленных областях электроники, особенно там, где важен точный контроль за температурным процессом. Это актуально для аппаратуры передачи данных, компьютерной техники, высокопроизводительных ЦПУ и промышленного оборудования высокой точности.

Один из простейших и весьма популярных примеров применения термистора – эффективное ограничение пускового тока. В момент подачи напряжения к блоку питания от сети, происходит чрезвычайно резкий заряд конденсатора значительной емкости, и в первичной цепи протекает большой зарядный ток, способный сжечь диодный мост.

Этот ток здесь и ограничивается термистором, то есть данный компонент схемы изменяет свое сопротивление в зависимости от проходящего по нему тока, поскольку в соответствии с законом Ома происходит его нагрев. Термистор после этого восстанавливает свое исходное сопротивление, через несколько минут, как только остынет до комнатной температуры.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Как работает NTC-термистор: характеристики, особенности, применение

Термисторы NTC широко используются в различных областях — от бытовой техники до промышленности. Давайте разберемся, как устроен термистор, как он работает и где применяется.

Что такое термистор и его особенности

Термистор NTC — это полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого уменьшается с ростом температуры. В отличие от обычного резистора, у термистора сопротивление носит нелинейный характер и сильно зависит от температуры. NTC означает «negative temperature coefficient» — или в переводе на русский — отрицательный температурный коэффициент. Чем выше температура — тем ниже сопротивление термистора NTC.

В отличие от термисторов NTC, термисторы PTC имеют положительный температурный коэффициент — их сопротивление растет с повышением температуры.

Основные характеристики термисторов NTC:

• Сопротивление при 25°C (номинальное)
• Температурный коэффициент сопротивления (ТКС)
• Диапазон рабочих температур
• Мощность рассеивания
• Время отклика на изменение температуры

Преимущества термисторов NTC:

• Высокая чувствительность к изменению температуры
• Широкий температурный диапазон
• Небольшие размеры
• Низкая стоимость

А основной недостаток — сильная нелинейность характеристики.

Типы и конструкции термисторов NTC

Различают несколько основных типов термисторов NTC:

• Бисерные термисторы запекаются в керамический корпус. Отличаются быстрым откликом и устойчивостью к высоким температурам.
• Чиповые и дисковые термисторы изготавливаются из металлизированных контактов и выдерживают большие токи.
• Термисторы со стеклянной оболочкой могут работать при температурах свыше 150°C. Герметичны и защищены от внешних воздействий.

По форме корпуса наиболее распространены:

• цилиндрические радиальные термисторы
• дисковые термисторы
• SMD-чипы для поверхностного монтажа

Маркировка термисторов NTC обычно содержит:

• номинальное сопротивление при 25°C (например, 10 кОм)
• габаритные размеры (диаметр, высота)
• серию или модель термистора

Принцип действия термисторов NTC

Принцип действия термисторов NTC основан на зависимости электрического сопротивления полупроводника от температуры. При нагреве интенсивность теплового движения носителей заряда (электронов и дырок) в полупроводнике возрастает. Это приводит к увеличению их концентрации и росту электропроводности материала. Как следствие, сопротивление термистора падает.

Материал термистора NTC представляет собой поликристаллическую керамику на основе оксидов переходных металлов (MnO 2, NiO, CoO, CuO), легированных примесями. Легирующие добавки позволяют регулировать температурный коэффициент сопротивления.

При прямом нагреве температура термистора меняется под воздействием окружающей среды или протекающего через него тока. При косвенном нагреве термистор нагревается от соседних электронных компонентов.

Области применения термисторов NTC

Термисторы NTC широко используются в электронных устройствах для измерения температуры. Их применяют в датчиках температуры, системах кондиционирования, холодильниках, инкубаторах, терморегуляторах.

Другое важное применение — защита оборудования от перегрева. Термисторы NTC используются для обнаружения критических температур в электродвигателях, трансформаторах, источниках питания. При превышении допустимой температуры термистор передает сигнал на отключение оборудования.

Термисторы NTC применяются в токоограничивающих цепях для защиты от перегрузок по току. В автомобильной промышленности термисторы используются в системах управления двигателем, как датчики температуры масла, охлаждающей жидкости, воздуха.

Как правильно выбрать термистор NTC

При выборе термистора NTC необходимо учитывать:

• Номинальное сопротивление при 25°C
• Требуемый диапазон рабочих температур
• Максимальную рассеиваемую мощность
• Габаритные размеры и тип корпуса
• Точность и время отклика

Важно выбрать термистор с запасом по максимальной мощности рассеивания и температуре. Необходимо учитывать условия эксплуатации — влажность, давление, возможные загрязнения.

Проверка и тестирование термисторов

Перед установкой термистора NTC его рекомендуется протестировать. Сначала проводится внешний осмотр на наличие механических повреждений. Затем с помощью мультиметра измеряется сопротивление термистора при комнатной температуре, значение сравнивается с паспортными данными.

Для проверки исправности термистор нагревают паяльником и контролируют изменение сопротивления — оно должно уменьшаться. Также термистор можно поместить в делитель напряжения и по изменению выходного напряжения определить работоспособность.

Пайка и монтаж термисторов NTC

При монтаже термисторов NTC необходимо обеспечить надежный тепловой контакт с объектом, температуру которого они будут измерять.

При поверхностном монтаже SMD-термисторов следует использовать бессвинцовый припой и канифольный флюс. Термисторы большой мощности рекомендуется устанавливать на радиаторы.

Основные ошибки при монтаже термисторов:

• ненадежный контакт из-за недостаточного количества припоя
• перегрев термистора при пайке
• механические повреждения выводов

Замена и ремонт термисторов NTC

Причины для замены термистора NTC:

• изменение сопротивления из-за старения
• выход из строя after длительной эксплуатации
• механические повреждения

При замене следует подбирать аналог с такими же номинальным сопротивлением и диапазоном рабочих температур. Возможна замена термистора на обычный резистор, но это приведет к потере функциональности.

Для ремонта термистора проверяют пайку и монтаж. При нарушении контакта достаточно перепаять выводы. Также возможна замена корпуса в случае его повреждения.

Безопасное использование термисторов NTC

Чтобы обеспечить долгий срок службы термистора, необходимо соблюдать следующие правила:

• Не превышать максимальную мощность рассеивания
• Избегать резких перепадов температуры
• Исключить механические нагрузки на корпус
• Защитить от попадания влаги и пыли

Кроме того, при работе с термисторами следует соблюдать общие правила электробезопасности.

Тепловая модель и математическое описание термисторов NTC

Для математического описания зависимости сопротивления термистора NTC от температуры используется уравнение Штейнхарта-Харта в виде: R = R0 * exp(B(1/T — 1/T0)), где R0 — сопротивление при температуре T0, B — коэффициент Штейнхарта-Харта, T — текущая температура. Для упрощенных расчетов применяется формула с одним коэффициентом B.

Методы калибровки и поверки термисторов NTC

Для точного определения зависимости R(T) термисторы NTC проходят процедуру калибровки. Калибровка выполняется в климатической камере при различных фиксированных температурах. Полученные значения аппроксимируются для расчета коэффициентов тепловой модели. После калибровки возможна поверка термисторов с использованием эталонных термометров. Результаты поверки оформляются в виде протокола.

Особенности применения термистора NTC в измерительных цепях

Для измерения температуры термистор NTC часто включают в делитель напряжения. Напряжение с делителя подается на АЦП микроконтроллера или другой измерительной схемы. Для повышения точности измерений используют термокомпенсацию и усреднение результатов. Важный момент — выбор опорного резистора в делителе напряжения.

Влияние внешних факторов на метрологические характеристики термисторов NTC

На точность измерений температуры с использованием термисторов NTC влияют такие факторы:

• Отклонение реальной характеристики R(T) от паспортных данных
• Саморазогрев термистора протекающим током
• Тепловая инерция и время отклика на изменение температуры
• Механические напряжения и деформации корпуса

Для компенсации этих факторов применяют дополнительную термокомпенсацию, замедление АЦП, усреднение показаний.

Дрейф характеристик и старение термисторов NTC

Со временем характеристики термисторов NTC изменяются, происходит дрейф параметров. Это связано с окислением и диффузией примесей в материале термистора. Дрейф ускоряется при работе в условиях повышенных температур и влажности. Для компенсации дрейфа периодически выполняют калибровку термисторов в процессе эксплуатации. Срок службы термисторов NTC обычно составляет несколько лет в нормальных условиях.

Что такое терморезисторы, их конструкция, виды, технические параметры

Соблюдение теплового режима в современных электронных устройствах не менее важно, чем обеспечение параметров электрического тока. Перегрев для полупроводниковых приборов так же губителен, как и резкое увеличение напряжения. Поэтому для контроля температуры термочувствительных электронных приборов применяются электрические схемы с использованием температурных датчиков, таких как терморезистор. Другие названия: термистор, термосопротивление.

Что такое терморезистор?

Обычный резистор обладает относительно стабильным сопротивлением. Разумеется, электрическое сопротивление обычного резистора может меняться при значительном его нагревании (в пределах допусков). Но в штатном режиме показания этих устройств стабильны, чего, собственно, добиваются разработчики.

При изготовлении терморезисторов умышленно подбирают такие материалы, сопротивление которых зависит от температуры. То есть, терморезистор – это полупроводниковый прибор, обладающий зависимостью его сопротивления от температуры. Можно сказать, что путем нагревания или охлаждения таких полупроводниковых устройств можно управлять их сопротивлениями.

Температурные зависимости полупроводниковых резисторов широко применяются на практике, о чем речь пойдёт ниже. Заметим только, что термисторы являются, по сути, переменными резисторами, сопротивление которых изменяется не механическим способом, а зависит от степени нагрева и температурных характеристик применяемых полупроводниковых материалов. Причем не важно, прямым или косвенным нагревом произошло изменение температурных показателей.

Конструкция

Самый простой термистор состоит из термочувствительного элемента, платиновых электродов и никелевых выводов. Вся эта конструкция заключена в герметичный корпус (Схема строения показана на рисунке 2).

В качестве термочувствительного материала используют оксиды металлов. Для защиты конструкции используют стеклянный, пластиковый или металлический корпус.

В некоторых случаях в качестве резистивного материала используют медь или платину. Эти материалы обладают высокими показателями ТКС металлов в рабочем диапазоне температур. Однако их применение ограничено по причине дороговизны платины и ее нелинейности преобразования.

Использование медных терморезисторов ограничивается низкой коррозионной сопротивляемостью меди. Благодаря высокой теплопроводности этого металла резистивные элементы на основе меди встречаются в моделях с косвенным нагревом. Применяются для температур не выше 180 ºC.

Еще одним недостатком металлических термосопротивлений является их инерционность, достигающая нескольких минут. Такие конструкции мало пригодны для поддержания теплового режима электроприборов, но они идеально подходят в качестве датчиков для измерения температуры.

С целью уменьшения тепловой инерционности терморезисторы изготавливают из микропроводов, которые заключают в стеклянную колбочку (см. рис. 3). Такие датчики хорошо герметизированы, отличаются стабильностью, а их инерционность не превышает долей секунд.

Широкое распространение получили типы датчиков на базе полупроводниковых материалов. При нагревании полупроводников происходит насыщение этих материалов электронами и дырками, что приводит к уменьшению сопротивления.

Существуют конструкции плоских терморезисторов (рис. 4), а также полупроводниковые термисторы со сложной структурой резистивного элемента.

Сегодня все чаще можно встретить платы, на которых применен способ SMT монтажа. Для этих целей промышленность выпускает SMD-терморезисторы разных номиналов (см. рис. 5).

В большинстве конструкций терморезистивный элемент изготовляют методом порошковой металлургии. В этих целях используют материалы:

• халькогениды;
• оксиды металлов;
• галогениды и другие.

Очертание резистивных элементов может иметь форму бусинок, стержней, трубочек, пластинок и т. п.

Какую конструкцию вы бы не выбрали, принцип работы остается неизменным – зависимость сопротивления от температуры. Отличаются изделия только параметрами.

Режим работы терморезисторов

В зависимости от конструкторских замыслов, термисторы могут работать в системах с разными температурными режимами. Однако для каждой модели существует своя номинальная шкала температур.

По этому признаку их можно классифицировать следующим образом:

• терморезисторы низкотемпературного класса (до 170 К);
• изделия среднетемпературного класса (применяются в диапазоне температур 170 – 510 К);
• модели высокотемпературного класса (в пределах от 570 К и выше).

В отдельный класс выделены терморезисторы, способные работать при нагревах от 900 до 1300 К. Эти модели используют в качестве датчиков температуры различных нагревательных элементов.

Все термисторы выдерживают существенные токовые нагрузки. Правда, при работе в жестких термоцикличных режимах, их термоэлектрические характеристики, могут изменяться. Со временем изменения коснутся номинального сопротивления и коэффициента сопротивления.

Разновидности

Все терморезисторы классифицируют по типу нагрева: прямой и косвенный. Для прямого подогрева используется ток цепи, в которую включен терморезистор. Косвенный подогрев создают сторонние участки схемы или тепловые элементы.

Пример терморезистора прямого подогрева показан на рис. 6.

Также, в зависимости от того – повышается или понижается сопротивление при нагревании резистивного элемента, различают термисторы двух видов:с отрицательным ТКС и терморезисторы с положительным коэффициентом сопротивления.

NTC.

Полупроводниковые модели (термисторы) обладают отрицательным коэффициентом температурного сопротивления. Это значит, что они уменьшают номинальное сопротивление (показания при 25 ºC), в результате нагрева. Температурный коэффициент показывает, на сколько процентов уменьшается сопротивление резистивного элемента при повышении температуры нагрева на 1 ºC.

Термисторы NTC с отрицательным коэффициентом обычно применяются в диапазоне рабочих температур от 25 ºC до 200 ºC. Для температур свыше 600 ºC применяют термопары.

PTC.

Терморезисторы типа PTC обладают положительными температурными коэффициентами. Эти PTC-термисторы часто именуют позисторами, чтобы подчеркнуть положительность температурного коэффициента. Под этим термином мы понимаем терморезистор, сопротивление которого возрастает с ростом температуры.

Технические параметры

Большое разнообразие моделей термосопротивлений продиктовано потребностями современной электронной промышленности. Технические параметры изделий полупроводникового типа позволяют полностью удовлетворить спрос производителей радиоэлектронных и электротехнических устройств.

К основным параметрам относятся:

• номинальное сопротивление терморезистора, измеренное при температуре 25 ºC;
• мощность рассеяния (то есть максимальный ток, при котором обеспечиваются стабильность параметров терморезистора);
• диапазон рабочих температур, для которых предназначен терморезистор;
• ТКС.

Полупроводниковые термисторы обладают высокой чувствительностью в сочетании с отрицательными значениями ТКС. Они просты в изготовлении, имеют крохотные размеры, легко встраиваются в микросхемы. Все эти свойства делают термисторы незаменимыми в микроэлектронике.

Полупроводниковые термисторы подключаются через мостовую схему. Такое подключение позволяет в автоматическом режиме регулировать требуемые параметры электрических цепей. Иногда для этих целей приходится применять довольно сложные схемы автоматики.

Параметры металлических терморезисторов больше подходят для электротехнических устройств, в частности, они используются в качестве датчиков температуры. Их можно увидеть в водонагревательных установках, или в термометрах сопротивления. Такие типы датчиков (рис. 7) очень надежны в работе, имеют довольно широкий диапазон измерения.

Датчики этого типа подключаются по простой схеме. Если требуется провести калибровку или выставить температуру, это обычно делается вручную, с помощью потенциометра. Простая схема подключения датчика температуры показана на рис. 8. Изменяя потенциометром напряжение можно влиять на величину ТКС. Визуально контролировать температуру можно с помощью амперметра, шкала которого проградуирована в градусах.

Обозначение на схемах

На принципиальной схеме значки терморезисторов почти такие же, как и символы обычных резисторов, но с косой линией, перечеркивающей прямоугольник. (см. рис. 9). Для различения типа терморезистора внизу этой косой линии проставляют букву t со значком градуса и знаком «+» или «–», в зависимости от типа изделия. Например, +tº или –tº.

Иногда проставляется номинал терморезистора и его температурный диапазон.

Маркировка

Существует два способа маркировки – буквенно-цифровая и цветовая, в виде колец и полосок. Единых требований для буквенной маркировки не существует – разные производители применяют свои варианты обозначений. Например, на дисковом термисторе могут стоять символы «15D-30», что расшифровывается так: номинальное сопротивление 15 Ом, диаметр изделия 30 мм. Здесь значение диаметра прямо связано с рассеиваемой мощностью – чем больше диаметр, тем больше рассеиваемая мощность термистора.

Заметим, что у другого производителя эти же параметры могут маркироваться совсем другим способом. Поэтому лучше пользоваться технической документацией изготовителя изделия.

Применение

В основном терморезисторы используют для защиты оборудования и различных устройств от перегрева и от возможных перегрузок. Реже зависимостью сопротивления стабилизируют работу нагревательного элемента.

Примеры использования:

• защита электромоторов от перегрева;
• тепловая защита обмоток трансформаторов;
• в системах размагничивания кинескопов и старых моделей мониторов;
• в электронных схемах современных автомобилей.

В большинстве схем используется способность термисторов преобразовывать внутреннюю энергию в электрический сигнал, который считывается автоматикой.

В нагревательных приборах терморезистор довольно часто используется в качестве самовосстанавливающегося предохранителя. Его сопротивление возрастает при достижении критической температуры и в результате этого электрическая цепь размыкается.

После остывания прибор восстанавливает работоспособность.
Сферы применения можно перечислять очень долго, но и эти примеры показывают, насколько востребованными оказались термисторы и термисторы.

Термисторы: принцип работы, виды и применение

Термисторы — это устройства, которые измеряют и контролируют температуру. Полупроводниковые резисторы, сопротивление которых сильно зависит от температуры, называются термистами. В этой статье рассмотрим основные принципы работы термисторов, а также их классификацию, особенности и области применения. Кроме того, мы рассмотрим эволюцию термисторов и современные тенденции в этой области. Мы надеемся, что эта статья будет интересна и полезна для тех, кто занимается электроникой и термисторами.

Определение

Термистор, также известный как терморезистор или термосопротивление — это полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры.

Схематическое обозначение

Общее обозначение

Обозначение по типу (NTC, PTC)

История развития термисторов

Термисторы были изобретены в 1930 году американским инженером Самюэлем Рубеном в лаборатории Westinghouse Electric. Он обнаружил, что сопротивление некоторых полупроводниковых материалов сильно зависит от температуры. Первые термисторы использовались для компенсации температурного дрейфа характеристик электронных схем в телефонных станциях.

С течением времени термисторы стали применяться в различных областях техники, таких как измерение и регулирование температуры, ограничение бросков тока, защита от перегрузок и перегрева, системы пожарной и охранной сигнализации.

Типы термисторов

Сопротивление термистора определяется его материалом и геометрией. Материал термистора влияет на то, как электроны перемещаются в нем при изменении температуры. Геометрия термистора влияет на то, как электрический ток распределяется по его поверхности.

Термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC)

Термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) увеличивают свое сопротивление при повышении температуры. Это происходит потому, что при нагревании полупроводникового материала, из которого они сделаны, электроны становятся менее подвижными и труднее проходят через него. Такие термисторы имеют нелинейную зависимость сопротивления от температуры, которая может быть описана формулой:

R_T = R_0 (1 + \alpha T)^\beta

где RT​ — сопротивление термистора при температуре T, R0​ — сопротивление термистора при некоторой базовой температуре, α и β — константы, характеризующие материал термистора.

Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) уменьшают свое сопротивление при повышении температуры. Это происходит потому, что при нагревании керамического или полимерного материала, содержащего металлические частицы, электроны становятся более подвижными и легче проходят через него. Такие термисторы имеют экспоненциальную зависимость сопротивления от температуры, которая может быть описана формулой:

R_T = R_0 e^

где RT​ — сопротивление термистора при температуре T, R0​ — сопротивление термистора при некоторой базовой температуре T0​, B — константа, характеризующая материал термистора.

Классификация термисторов

Термисторы можно классифицировать по разным критериям, таким как:

• По типу зависимости сопротивления от температуры:
  • Термисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (PTC) — сопротивление увеличивается с увеличением температуры.
  • Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (NTC) — сопротивление уменьшается с увеличением температуры.
  • Оксидные термисторы — изготавливаются из оксидов металлов, таких как оксид никеля, оксид кобальта, оксид марганца.
  • Полупроводниковые термисторы — изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний, германий, селен.
  • Шарообразные термисторы — имеют форму шара.
  • Проволочные термисторы — имеют форму цилиндра или стержня.
  • Пластинчатые термисторы — имеют форму пластины.
  • Напаянные термисторы — монтируются на поверхность печатной платы с помощью пайки.
  • Вклеенные термисторы — монтируются на поверхность печатной платы с помощью клея.
  • Запрессованные термисторы — монтируются в корпус с помощью запрессовки.
  • Низкотемпературные термисторы — предназначены для работы при температурах ниже 170 К.
  • Среднетемпературные термисторы — предназначены для работы при температурах от 170 до 510 К.
  • Высокотемпературные термисторы — предназначены для работы при температурах выше 570 К.
  • Обычные термисторы — имеют точность ±10%.
  • Высокоточные термисторы — имеют точность ±1%.
  • Термисторы обычной стабильности — имеют стабильность сопротивления ±1% в течение одного года.
  • Термисторы повышенной стабильности — имеют стабильность сопротивления ±0,5% в течение одного года.
  • Термисторы с малым временем отклика — имеют время отклика менее 1 мс.
  • Термисторы с большим временем отклика — имеют время отклика более 100 мс.
  • Термисторы с высокой мощностью — способны рассеивать большое количество тепловой энергии.
  • Термисторы с низкой мощностью — способны рассеивать небольшое количество тепловой энергии.

  Основные характеристики термисторов

  Основные характеристики термисторов зависят от их типа, материала и конструкции. Вот некоторые общие значения для PTC и NTC термисторов:

  Характеристика	PTC термисторы	NTC термисторы
  Сопротивление	От 0,1 до 1000 Ом	От 0,5 до 100 МОм
  Температурный коэффициент	От 0,01 до 0,1 1/°C	От -0,01 до -0,1 1/°C
  Диапазон рабочих температур	От -50 до 200 °C	От -100 до 300 °C
  Точность	От 1 до 10 %	От 0,1 до 5 %
  Стабильность	От 0,1 до 1 % за год	От 0,5 до 5 % за год

  Таблица характеристик термисторов

  Эти значения могут варьироваться в зависимости от конкретной модели и производителя термистора. Для более точной информации вы можете обратиться к техническим характеристикам термистора, которым вы интересуетесь.

  1. Сопротивление:
     • Определение: Сопротивление термистора измеряется в омах и является ключевой характеристикой, определяющей его электрическое поведение.
     • Значение: Сопротивление термистора может значительно изменяться в зависимости от температуры.
  2. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС):
     • Определение: ТКС выражает, насколько процентное изменение сопротивления термистора происходит при изменении температуры на один градус Цельсия.
     • Значение: Отрицательный ТКС для отрицательных термисторов и положительный ТКС для положительных термисторов.
  3. Диапазон рабочих температур:
     • Определение: Диапазон температур, в пределах которого термистор может надежно функционировать.
     • Значение: Различные типы термисторов имеют разные диапазоны рабочих температур, что определяет их применимость в конкретных условиях.
  4. Точность:
     • Определение: Мера того, насколько измеренное значение температуры термистора соответствует реальной температуре.
     • Значение: Точность важна для приложений, где высокая степень точности требуется, например, в лабораторных измерениях.
  5. Стабильность:
     • Определение: Способность термистора сохранять стабильные характеристики с течением времени.
     • Значение: Высокая стабильность важна для долгосрочных применений, где долговременная надежность и точность необходимы.

  Принцип работы термисторов

  Принцип работы термисторов основан на изменении их сопротивления в зависимости от температуры. Термисторы изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний, германий или оксиды металлов. Проводимость полупроводников зависит от концентрации свободных носителей заряда. При повышении температуры концентрация свободных носителей заряда в полупроводнике увеличивается, что приводит к увеличению его проводимости и, соответственно, снижению сопротивления.

  Таким образом, термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (NTC) имеют сопротивление, которое уменьшается с увеличением температуры. Это связано с тем, что при повышении температуры в полупроводнике уменьшается концентрация свободных носителей заряда, что приводит к уменьшению его проводимости и, соответственно, сопротивления.

  Термистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления (PTC) имеет сопротивление, которое увеличивается с увеличением температуры. Это связано с тем, что при повышении температуры в полупроводнике увеличивается концентрация свободных носителей заряда, что приводит к увеличению его проводимости и, соответственно, сопротивления.

  Температурные изменения влияют на электрические свойства термисторов, такие как напряжение, ток, мощность и коэффициент температурной зависимости. Например, если термистор подключен к постоянному источнику напряжения, то при повышении температуры ток через NTC-термистор увеличится, а через PTC-термистор уменьшится. Мощность, выделяемая на термисторе, также будет зависеть от его сопротивления и температуры. Коэффициент температурной зависимости — это параметр, который характеризует скорость изменения сопротивления термистора с температурой. Он может быть выражен как:

  \alpha = \frac \frac

  , где R — сопротивление, а T — температура. Для NTC-термисторов α отрицательный, а для PTC-термисторов положительный.

  Математическая составляющая

  Сопротивление термистора зависит от температуры по нелинейному закону, который может быть выражен как

  R = R_0 e^

  , где R — сопротивление при температуре T, R0​ — сопротивление при стандартной температуре T0​, β — постоянная материала термистора.

  Температура термистора может быть вычислена из сопротивления по формуле

  T = \frac

  , где R — сопротивление при температуре T, R0​ — сопротивление при стандартной температуре T0​, β — постоянная материала термистора.

  Ток через термистор может быть определен по закону Ома как

  I = \frac

  , где I — ток, V — напряжение, R — сопротивление термистора.

  Напряжение на термисторе может быть определено по закону Ома как

  V = IR

  , где V — напряжение, I — ток, R — сопротивление термистора.

  Мощность, выделяемая на термисторе, может быть определена по формуле

  P = VI = I^2 R = \frac

  , где P — мощность, V — напряжение, I — ток, R — сопротивление термистора.

  Применение термисторов

  Использование термисторов для температурной компенсации

  Термисторы можно использовать для температурной компенсации различных электрических параметров. Например, термисторы можно использовать для компенсации изменения сопротивления резистора в зависимости от температуры. Это может быть полезно в устройствах, где необходимо поддерживать стабильное сопротивление резистора в широком диапазоне температур.

  Для температурной компенсации термистор обычно соединяется последовательно с резистором, который необходимо компенсировать. При изменении температуры сопротивление термистора изменяется в противоположном направлении по отношению к изменению сопротивления резистора. Это приводит к тому, что общее сопротивление цепи остается практически неизменным.

  Регулирование тока и напряжения с использованием термисторов

  Термисторы можно использовать для регулирования тока и напряжения в различных устройствах. Например, термисторы можно использовать для ограничения тока в цепи. Для этого термистор подключается последовательно с нагрузкой. При увеличении тока сопротивление термистора увеличивается, что приводит к уменьшению тока в цепи.

  Термисторы также можно использовать для регулирования напряжения. Для этого термистор подключается параллельно с нагрузкой. При увеличении напряжения сопротивление термистора увеличивается, что приводит к уменьшению напряжения на нагрузке.

  Защита от перегрева и перегрузок

  Термисторы можно использовать для защиты электрических устройств от перегрева и перегрузок. Например, термисторы можно использовать для защиты электродвигателей от перегрева. Для этого термистор подключается последовательно с двигателем. При повышении температуры сопротивление термистора увеличивается, что приводит к уменьшению тока в цепи. Это снижает мощность, потребляемую двигателем, и предотвращает его перегрев.

  Термисторы также можно использовать для защиты электрических устройств от перегрузок. Для этого термистор подключается параллельно с нагрузкой. При увеличении тока сопротивление термистора увеличивается, что приводит к уменьшению напряжения на нагрузке. Это может привести к отключению питания устройства, что предотвратит его повреждение.

  Примеры использования термисторов для температурной компенсации, регулирования тока и напряжения, защиты от перегрева и перегрузок

  Вот несколько конкретных примеров использования термисторов для температурной компенсации, регулирования тока и напряжения, защиты от перегрева и перегрузок:

  • В цифровых термометрах термисторы используются в качестве датчиков температуры. При изменении температуры сопротивление термистора изменяется, что приводит к изменению напряжения на нем. Это изменение напряжения измеряется электронным блоком термометра и используется для определения температуры.
  • В схемах защиты от перегрева электродвигателей термисторы используются для предотвращения перегрева электродвигателей. При повышении температуры сопротивление термистора увеличивается, что приводит к уменьшению тока в цепи. Это снижает мощность, потребляемую двигателем, и предотвращает его перегрев.
  • В регуляторах напряжения термисторы используются для регулирования напряжения на нагрузке. При увеличении напряжения сопротивление термистора увеличивается, что приводит к уменьшению напряжения на нагрузке.
  • В схемах защиты от перегрузок термисторы используются для защиты электрических устройств от перегрузок. При увеличении тока сопротивление термистора увеличивается, что приводит к уменьшению напряжения на нагрузке. Это может привести к отключению питания устройства, что предотвратит его повреждение.

  Будущее технологии термисторов

  Будущее технологии термисторов выглядит многообещающим. Термисторы уже находят широкое применение в различных устройствах, и их использование будет продолжать расти в будущем.

  Одним из основных направлений развития технологии термисторов является повышение их точности и стабильности. Это позволит использовать термисторы в более чувствительных устройствах, таких как медицинские приборы и системы контроля окружающей среды.

  Другим направлением развития технологии термисторов является расширение их диапазона температур. Это позволит использовать термисторы в более экстремальных условиях, таких как высокие или низкие температуры.

  Третьим направлением развития технологии термисторов является снижение их стоимости. Это сделает термисторы более доступными для широкого круга пользователей.

  Вот некоторые конкретные примеры того, как термисторы могут использоваться в будущем:

  • Термисторы могут использоваться в медицинских приборах для измерения температуры тела, мониторинга состояния пациентов и диагностики заболеваний.
  • Термисторы могут использоваться в системах контроля окружающей среды для мониторинга температуры, влажности и других параметров окружающей среды.
  • Термисторы могут использоваться в системах безопасности для обнаружения пожара, утечки газа и других опасных ситуаций.

  Заключение

  Термисторы — это электронные компоненты, которые изменяют свое сопротивление в зависимости от температуры. Они имеют широкое применение в разных сферах, таких как электроника, энергетика, медицина, автоматизация и другие. Термисторы могут использоваться для температурной компенсации, регулирования тока и напряжения, защиты от перегрева и перегрузок, а также для создания интеллектуальных и адаптивных систем. Термисторы классифицируются по типу температурного коэффициента (NTC или PTC), материалу, форме и характеристикам. Механизм изменения сопротивления термисторов связан с их полупроводниковой природой и энергетическим зазором между валентной и проводящей зонами.

  Термисторная технология имеет большой потенциал для развития и инноваций в будущем. Возможны направления исследований и применений, связанные с разработкой новых материалов и структур для термисторов, которые обеспечивают высокую чувствительность, точность, стабильность, надежность и долговечность при разных температурных режимах и условиях эксплуатации. Также перспективны интеграция термисторов в новые технологические решения, которые повышают эффективность, безопасность, комфорт и качество жизни людей.

  • 16.01.2024
  Похожие публикации:

  1. Как выбрать выключатель света
  2. Как выглядит паспорт на счетчик электроэнергии меркурий 231
  3. Как на виндовс 7 почистить кэш
  4. Как узнать широту и долготу по адресу