Termistor je zařízení určené k měření teploty, sestávající z polovodičového materiálu, který při malé změně teploty výrazně mění svůj odpor. Obecně mají termistory záporné teplotní koeficienty, což znamená, že jejich odpor klesá s rostoucí teplotou.
Obecná charakteristika termistoru
Slovo "termistor" je zkratka pro celý jeho výraz: tepelně citlivý rezistor. Toto zařízení je přesný a snadno použitelný senzor pro jakékoli změny teploty. Obecně existují dva typy termistorů: záporný teplotní koeficient a kladný teplotní koeficient. Nejčastěji se první typ používá k měření teploty.
Označení termistoru v elektrickém obvodu je znázorněno na obrázku.
Materiálem termistorů jsou oxidy kovů s polovodičovými vlastnostmi. Při výrobě mají tato zařízení následující tvar:
- disc;
- rod;
- kulatý jako perla.
Termistor je založen na principu silnéhozměna odporu s malou změnou teploty. Současně se při dané síle proudu v obvodu a konstantní teplotě udržuje konstantní napětí.
Pro použití je zařízení připojeno k elektrickému obvodu, například k Wheatstoneově můstku, a měří se proud a napětí na zařízení. Podle jednoduchého Ohmova zákona R=U/I určete odpor. Dále se podívají na křivku závislosti odporu na teplotě, podle které lze přesně říci, jaké teplotě výsledný odpor odpovídá. Když se teplota změní, hodnota odporu se dramaticky změní, což umožňuje určit teplotu s vysokou přesností.
Materiál termistoru
Materiálem naprosté většiny termistorů je polovodičová keramika. Proces jeho výroby spočívá ve slinování prášků nitridů a oxidů kovů při vysokých teplotách. Výsledkem je materiál, jehož oxidové složení má obecný vzorec (AB)3O4 nebo (ABC)3O4, kde A, B, C jsou kovové chemické prvky. Nejčastěji se používají mangan a nikl.
Pokud se očekává, že termistor bude pracovat při teplotách nižších než 250 °C, pak keramická kompozice obsahuje hořčík, kob alt a nikl. Keramika tohoto složení vykazuje stabilitu fyzikálních vlastností ve specifikovaném teplotním rozsahu.
Důležitou vlastností termistorů je jejich specifická vodivost (převrácená hodnota odporu). Vodivost je řízena přidáváním malýchkoncentrace lithia a sodíku.
Výrobní proces nástroje
Sférické termistory se vyrábějí nanesením na dva platinové dráty při vysoké teplotě (1100°C). Drát se poté odřízne, aby se vytvarovaly kontakty termistoru. Na sférický nástroj je nanesen skleněný povlak pro utěsnění.
V případě diskových termistorů proces vytváření kontaktů spočívá v nanesení kovové slitiny platiny, palladia a stříbra na ně a následném připájení k povlaku termistoru.
Rozdíl od platinových detektorů
Kromě polovodičových termistorů existuje ještě jeden typ teplotních detektorů, jejichž pracovním materiálem je platina. Tyto detektory mění svůj odpor s lineárními změnami teploty. U termistorů má tato závislost fyzikálních veličin zcela jiný charakter.
Výhody termistorů ve srovnání s platinovými protějšky jsou následující:
- Vyšší odolnost vůči změnám teploty v celém provozním rozsahu.
- Vysoká úroveň stability přístroje a opakovatelnosti naměřených hodnot.
- Malé rozměry pro rychlou reakci na změny teploty.
Odpor termistoru
Tato fyzikální veličina se s rostoucí teplotou snižuje a je důležité vzít v úvahu rozsah provozních teplot. Pro teplotní limity od -55 °C do +70 °C se používají termistory s odporem 2200 - 10000 ohmů. Pro vyšší teploty používejte zařízení s odporem větším než 10 kOhm.
Na rozdíl od platinových detektorů a termočlánků nemají termistory specifické normy pro křivky odporu versus teplota a existuje široká škála křivek odporu, ze kterých si můžete vybrat. Je to proto, že každý materiál termistoru, stejně jako teplotní senzor, má svou vlastní odporovou křivku.
Stabilita a přesnost
Tyto nástroje jsou chemicky stabilní a časem nedegradují. Termistorové snímače patří mezi nejpřesnější přístroje pro měření teploty. Přesnost jejich měření v celém pracovním rozsahu je 0,1 - 0,2 °C. Pamatujte, že většina spotřebičů pracuje v teplotním rozsahu 0 °C až 100 °C.
Základní parametry termistorů
Následující fyzické parametry jsou základní pro každý typ termistoru (je uvedeno dekódování názvů v angličtině):
- R25 - odpor zařízení v Ohmech při pokojové teplotě (25 °С). Kontrola této charakteristiky termistoru je jednoduchá pomocí multimetru.
- Tolerance R25 - hodnota tolerance odchylky odporu na zařízení od nastavené hodnoty při teplotě 25 °С. Tato hodnota zpravidla nepřesahuje 20 % R25.
- Max. Ustálený proud - maximumhodnota proudu v ampérech, který může protékat zařízením po dlouhou dobu. Překročení této hodnoty hrozí rychlým poklesem odporu a následkem toho selháním termistoru.
- Přibl. R z Max. Proud - tato hodnota udává hodnotu odporu v Ohmech, kterou zařízení získá, když jím prochází maximální proud. Tato hodnota by měla být o 1-2 řády menší než odpor termistoru při pokojové teplotě.
- Dissip. Coef. - koeficient, který ukazuje teplotní citlivost zařízení na výkon, který absorbuje. Tento faktor udává množství výkonu v mW, které termistor potřebuje absorbovat, aby zvýšil svou teplotu o 1 °C. Tato hodnota je důležitá, protože ukazuje, kolik energie musíte vynaložit na zahřátí zařízení na provozní teplotu.
- Tepelná časová konstanta. Pokud je termistor použit jako omezovač náběhového proudu, je důležité vědět, jak dlouho bude trvat ochlazení po vypnutí napájení, aby bylo možné jej znovu zapnout. Vzhledem k tomu, že teplota termistoru po jeho vypnutí klesá exponenciálním zákonem, zavádí se pojem "Tepelná časová konstanta" - doba, za kterou teplota zařízení klesne o 63,2 % rozdílu mezi provozní teplotou zařízení a okolní teplotu.
- Max. Kapacita zátěže v ΜF - množství kapacity v mikrofaradech, které lze vybít přes toto zařízení, aniž by došlo k jeho poškození. Tato hodnota je indikována pro konkrétní napětí,např. 220 V.
Jak otestovat funkci termistoru?
Pro hrubou kontrolu provozuschopnosti termistoru můžete použít multimetr a běžnou páječku.
Nejprve zapněte na multimetru režim měření odporu a připojte výstupní kontakty termistoru ke svorkám multimetru. V tomto případě na polaritě nezáleží. Multimetr bude ukazovat určitý odpor v ohmech, měl by být zaznamenán.
Poté musíte zapojit páječku a přivést ji k jednomu z výstupů termistoru. Dávejte pozor, abyste zařízení nespálili. Během tohoto procesu byste měli sledovat odečty multimetru, měl by vykazovat plynule klesající odpor, který se rychle ustálí na nějaké minimální hodnotě. Minimální hodnota závisí na typu termistoru a teplotě páječky, obvykle je několikanásobně menší než hodnota naměřená na začátku. V tomto případě si můžete být jisti, že termistor funguje.
Pokud se odpor na multimetru nezměnil nebo naopak prudce klesl, pak je zařízení pro jeho použití nevhodné.
Upozorňujeme, že tato kontrola je hrubá. Pro přesné otestování zařízení je nutné změřit dva indikátory: jeho teplotu a odpovídající odpor a poté tyto hodnoty porovnat s těmi, které uvádí výrobce.
Aplikace
Termistory se používají ve všech oblastech elektroniky, ve kterých je důležité sledovat teplotní podmínky. Tyto oblasti zahrnujípočítače, vysoce přesná zařízení pro průmyslová zařízení a zařízení pro přenos různých dat. Termistor 3D tiskárny se tedy používá jako senzor, který řídí teplotu topného lože nebo tiskové hlavy.
Jedním z nejběžnějších použití termistoru je omezení zapínacího proudu, například při zapínání počítače. Faktem je, že v okamžiku zapnutí napájení se vybije spouštěcí kondenzátor, který má velkou kapacitu, čímž vznikne obrovský proud v celém obvodu. Tento proud je schopen spálit celý čip, takže v obvodu je zahrnut termistor.
Toto zařízení mělo v době zapnutí pokojovou teplotu a obrovský odpor. Takový odpor může účinně snížit proudový ráz v době spouštění. Zařízení se dále zahřívá v důsledku procházejícího proudu a uvolňování tepla a jeho odpor prudce klesá. Kalibrace termistoru je taková, že provozní teplota počítačového čipu způsobí, že odpor termistoru je prakticky nulový a nedochází na něm k poklesu napětí. Po vypnutí počítače termistor rychle vychladne a obnoví svůj odpor.
Použití termistoru k omezení zapínacího proudu je tedy nákladově efektivní a poměrně jednoduché.
Příklady termistorů
V současné době je v prodeji široká škála produktů, zde jsou charakteristiky a oblasti použití některých z nich:
- Termistor B57045-K s upevněním maticí, má jmenovitý odpor 1kOhm s tolerancí 10 %. Používá se jako snímač měření teploty ve spotřební a automobilové elektronice.
- B57153-S diskový přístroj, má maximální jmenovitý proud 1,8 A při 15 ohmech při pokojové teplotě. Používá se jako omezovač zapínacího proudu.
