Η αντίσταση οποιουδήποτε αγωγού εξαρτάται γενικά από τη θερμοκρασία. Η αντίσταση των μετάλλων αυξάνεται με τη θερμότητα. Από την άποψη της φυσικής, αυτό εξηγείται από την αύξηση του πλάτους των θερμικών δονήσεων των στοιχείων του κρυσταλλικού πλέγματος και την αύξηση της αντίστασης στην κίνηση μιας κατευθυνόμενης ροής ηλεκτρονίων. Η αντίσταση των ηλεκτρολυτών και των ημιαγωγών μειώνεται όταν θερμαίνεται - αυτό εξηγείται από άλλες διαδικασίες.
Περιεχόμενο
Πώς λειτουργεί το θερμίστορ
Σε πολλές περιπτώσεις, το φαινόμενο της εξάρτησης της αντίστασης από τη θερμοκρασία είναι επιβλαβές. Έτσι, η χαμηλή αντίσταση του νήματος ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως σε ψυχρή κατάσταση προκαλεί εξάντληση τη στιγμή της ενεργοποίησης. Η αλλαγή της τιμής της αντίστασης των σταθερών αντιστάσεων κατά τη θέρμανση ή την ψύξη οδηγεί σε αλλαγή των παραμέτρων του κυκλώματος.
Οι προγραμματιστές παλεύουν με αυτό το φαινόμενο, οι αντιστάσεις παράγονται με μειωμένο TCR - ο συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης. Τέτοια είδη είναι πιο ακριβά από το συνηθισμένο. Αλλά υπάρχουν τέτοια ηλεκτρονικά εξαρτήματα στα οποία η εξάρτηση της αντίστασης από τη θερμοκρασία είναι έντονη και κανονικοποιημένη. Αυτά τα στοιχεία ονομάζονται θερμίστορ (θερμικές αντιστάσεις) ή θερμίστορ.
Τύποι και συσκευή θερμίστορ
Τα θερμίστορ μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες ανάλογα με την απόκρισή τους στις αλλαγές θερμοκρασίας:
- εάν η αντίσταση πέσει όταν θερμαίνεται, ονομάζονται τέτοιοι θερμίστορ Θερμίστορ NTC (με αρνητικό συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας).
- εάν η αντίσταση αυξάνεται κατά τη θέρμανση, τότε το θερμίστορ έχει θετικό TCR (χαρακτηριστικό PTC) - τέτοια στοιχεία ονομάζονται επίσης posistors.
Ο τύπος του θερμίστορ καθορίζεται από τις ιδιότητες των υλικών από τα οποία κατασκευάζονται τα θερμίστορ. Όταν θερμαίνονται, τα μέταλλα αυξάνουν την αντίσταση, επομένως, στη βάση τους (ακριβέστερα, με βάση τα οξείδια μετάλλων), παράγονται θερμικές αντιστάσεις με θετικό TCR. Οι ημιαγωγοί έχουν αντίστροφη σχέση, επομένως τα στοιχεία NTC κατασκευάζονται από αυτούς. Θερμικά εξαρτώμενα στοιχεία με αρνητικό TCR μπορούν θεωρητικά να κατασκευαστούν με βάση ηλεκτρολύτες, αλλά αυτή η επιλογή είναι εξαιρετικά άβολη στην πράξη. Η θέση του είναι η εργαστηριακή έρευνα.
Ο σχεδιασμός των θερμίστορ μπορεί να είναι διαφορετικός. Παράγονται με τη μορφή κυλίνδρων, σφαιριδίων, ροδέλες κ.λπ. με δύο εξόδους (όπως συμβατική αντίσταση). Μπορείτε να επιλέξετε την πιο βολική φόρμα για εγκατάσταση στο χώρο εργασίας.
Τα κύρια χαρακτηριστικά
Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό οποιουδήποτε θερμίστορ είναι ο συντελεστής αντίστασης θερμοκρασίας (TCR).Δείχνει πόσο αλλάζει η αντίσταση όταν θερμαίνεται ή ψύχεται κατά 1 βαθμό Kelvin.
Αν και η μεταβολή της θερμοκρασίας, εκφρασμένη σε βαθμούς Kelvin, είναι ίση με τη μεταβολή σε βαθμούς Κελσίου, το Kelvin εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στα χαρακτηριστικά της θερμικής αντίστασης. Αυτό οφείλεται στην ευρεία χρήση της εξίσωσης Steinhart-Hart στους υπολογισμούς και περιλαμβάνει τη θερμοκρασία σε K.
Το TCR είναι αρνητικό για τα θερμίστορ NTC και θετικό για τα θερμίστορ PTC.
Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό είναι η ονομαστική αντίσταση. Αυτή είναι η τιμή αντίστασης στους 25°C. Γνωρίζοντας αυτές τις παραμέτρους, είναι εύκολο να προσδιοριστεί η δυνατότητα εφαρμογής της θερμικής αντίστασης για ένα συγκεκριμένο κύκλωμα.
Επίσης, για τη χρήση θερμίστορ, χαρακτηριστικά όπως η ονομαστική και η μέγιστη τάση λειτουργίας είναι σημαντικά. Η πρώτη παράμετρος καθορίζει την τάση στην οποία το στοιχείο μπορεί να λειτουργήσει για μεγάλο χρονικό διάστημα και η δεύτερη - την τάση πάνω από την οποία δεν είναι εγγυημένη η απόδοση της θερμικής αντίστασης.
Για τους πόζιστορ, μια σημαντική παράμετρος είναι η θερμοκρασία αναφοράς - το σημείο στο γράφημα της εξάρτησης της αντίστασης από τη θέρμανση, στο οποίο αλλάζει το χαρακτηριστικό. Καθορίζει την περιοχή εργασίας της αντίστασης PTC.
Όταν επιλέγετε ένα θερμίστορ, πρέπει να δώσετε προσοχή στο εύρος θερμοκρασίας του. Εκτός της περιοχής που καθορίζεται από τον κατασκευαστή, το χαρακτηριστικό του δεν είναι τυποποιημένο (Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σφάλματα στη λειτουργία του εξοπλισμού) ή το θερμίστορ δεν λειτουργεί γενικά εκεί.
Γραφικός προσδιορισμός υπό όρους
Στα διαγράμματα, το UGO του θερμίστορ μπορεί να διαφέρει ελαφρώς, αλλά το κύριο σημάδι της θερμικής αντίστασης είναι το σύμβολο t δίπλα στο ορθογώνιο που συμβολίζει την αντίσταση.Χωρίς αυτό το σύμβολο, είναι αδύνατο να προσδιοριστεί από τι εξαρτάται η αντίσταση - παρόμοια UGO έχουν, για παράδειγμα, βαρίστορ (η αντίσταση καθορίζεται από την εφαρμοζόμενη τάση) και άλλα στοιχεία.
Μερικές φορές εφαρμόζεται ένας πρόσθετος προσδιορισμός στο UGO, ο οποίος καθορίζει την κατηγορία του θερμίστορ:
- NTC για στοιχεία με αρνητικό TCS.
- PTC για posistors.
Αυτό το χαρακτηριστικό υποδεικνύεται μερικές φορές με βέλη:
- μονής κατεύθυνσης για PTC?
- πολλαπλών κατευθύνσεων για NTC.
Ο χαρακτηρισμός του γράμματος μπορεί να είναι διαφορετικός - R, RK, TH κ.λπ.
Πώς να ελέγξετε το θερμίστορ για απόδοση
Ο πρώτος έλεγχος του θερμίστορ είναι η μέτρηση της ονομαστικής αντίστασης με ένα συμβατικό πολύμετρο. Εάν η μέτρηση πραγματοποιείται σε θερμοκρασία δωματίου, η οποία δεν διαφέρει πολύ από τους +25 ° C, τότε η μετρούμενη αντίσταση δεν πρέπει να διαφέρει σημαντικά από αυτήν που υποδεικνύεται στη θήκη ή στην τεκμηρίωση.
Εάν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι υψηλότερη ή χαμηλότερη από την καθορισμένη τιμή, πρέπει να γίνει μια μικρή διόρθωση.
Μπορείτε να δοκιμάσετε να μετρήσετε το χαρακτηριστικό θερμοκρασίας του θερμίστορ - για να το συγκρίνετε με αυτό που καθορίζεται στην τεκμηρίωση ή να το επαναφέρετε για ένα στοιχείο άγνωστης προέλευσης.
Υπάρχουν τρεις διαθέσιμες θερμοκρασίες για δημιουργία με επαρκή ακρίβεια χωρίς όργανα μέτρησης:
- λιώσιμο πάγου (μπορεί να ληφθεί στο ψυγείο) - περίπου 0 ° C.
- ανθρώπινο σώμα - περίπου 36 ° C.
- βραστό νερό - περίπου 100 ° C.
Από αυτά τα σημεία, μπορείτε να σχεδιάσετε μια κατά προσέγγιση εξάρτηση της αντίστασης από τη θερμοκρασία, αλλά για τους posistors αυτό μπορεί να μην λειτουργεί - στο γράφημα του TKS τους, υπάρχουν περιοχές όπου το R δεν προσδιορίζεται από τη θερμοκρασία (κάτω από τη θερμοκρασία αναφοράς).Εάν υπάρχει θερμόμετρο, μπορείτε να πάρετε ένα χαρακτηριστικό σε πολλά σημεία - χαμηλώνοντας το θερμίστορ στο νερό και θερμαίνοντάς το. Κάθε 15 ... 20 μοίρες, είναι απαραίτητο να μετρήσετε την αντίσταση και να σχεδιάσετε την τιμή στο γράφημα. Εάν πρέπει να λάβετε παραμέτρους πάνω από 100 μοίρες, αντί για νερό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε λάδι (για παράδειγμα, αυτοκίνητο - κινητήρας ή κιβώτιο ταχυτήτων).
Το σχήμα δείχνει τυπικές εξαρτήσεις αντίστασης από τη θερμοκρασία - μια σταθερή γραμμή για το PTC, μια διακεκομμένη γραμμή για το NTC.
Ανάλογα με την περίπτωση
Η πιο προφανής χρήση των θερμίστορ είναι ως αισθητήρες θερμοκρασίας. Και τα δύο θερμίστορ NTC και PTC είναι κατάλληλα για το σκοπό αυτό. Είναι απαραίτητο μόνο να επιλέξετε ένα στοιχείο σύμφωνα με την περιοχή εργασίας και να λάβετε υπόψη τα χαρακτηριστικά του θερμίστορ στη συσκευή μέτρησης.
Μπορείτε να δημιουργήσετε ένα θερμικό ρελέ - όταν η αντίσταση (ακριβέστερα, η πτώση τάσης σε αυτήν) συγκρίνεται με μια δεδομένη τιμή και όταν ξεπεραστεί το όριο, η έξοδος αλλάζει. Μια τέτοια συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συσκευή θερμικού ελέγχου ή ως ανιχνευτής πυρκαγιάς. Η δημιουργία μετρητών θερμοκρασίας βασίζεται στο φαινόμενο της έμμεσης θέρμανσης - όταν το θερμίστορ θερμαίνεται από εξωτερική πηγή.
Επίσης στον τομέα της χρήσης θερμικών αντιστάσεων, χρησιμοποιείται άμεση θέρμανση - το θερμίστορ θερμαίνεται από το ρεύμα που διέρχεται από αυτό. Οι αντιστάσεις NTC μπορούν να χρησιμοποιηθούν με αυτόν τον τρόπο για τον περιορισμό του ρεύματος - για παράδειγμα, κατά τη φόρτιση μεγάλων πυκνωτών όταν είναι ενεργοποιημένοι, καθώς και για τον περιορισμό του ρεύματος εκκίνησης των ηλεκτροκινητήρων κ.λπ. Σε ψυχρή κατάσταση, τα θερμικά εξαρτώμενα στοιχεία έχουν μεγάλη αντίσταση.Όταν ο πυκνωτής είναι μερικώς φορτισμένος (ή ο κινητήρας φτάσει την ονομαστική του ταχύτητα), το θερμίστορ θα έχει χρόνο να θερμανθεί με το ρεύμα ροής, η αντίστασή του θα πέσει και δεν θα επηρεάζει πλέον τη λειτουργία του κυκλώματος.
Με τον ίδιο τρόπο, μπορείτε να παρατείνετε τη διάρκεια ζωής ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως συμπεριλαμβάνοντας ένα θερμίστορ σε σειρά μαζί του. Θα περιορίσει το ρεύμα στην πιο δύσκολη στιγμή - όταν η τάση είναι ενεργοποιημένη (αυτή τη στιγμή οι περισσότεροι λαμπτήρες αποτυγχάνουν). Μετά την προθέρμανση, θα πάψει να επηρεάζει τη λάμπα.
Αντίθετα, θερμίστορ με θετικό χαρακτηριστικό χρησιμοποιούνται για την προστασία των ηλεκτροκινητήρων κατά τη λειτουργία. Εάν το ρεύμα στο κύκλωμα περιέλιξης αυξηθεί λόγω στάσιμου κινητήρα ή υπερβολικού φορτίου άξονα, η αντίσταση PTC θα θερμανθεί και θα περιορίσει αυτό το ρεύμα.
Τα θερμίστορ NTC μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως θερμικοί αντισταθμιστές για άλλα εξαρτήματα. Έτσι, εάν ένα θερμίστορ NTC εγκατασταθεί παράλληλα με την αντίσταση που ρυθμίζει τη λειτουργία τρανζίστορ και έχει θετικό TKS, τότε η αλλαγή θερμοκρασίας θα επηρεάσει κάθε στοιχείο με τον αντίθετο τρόπο. Ως αποτέλεσμα, η επίδραση της θερμοκρασίας αντισταθμίζεται και το σημείο λειτουργίας του τρανζίστορ δεν μετατοπίζεται.
Υπάρχουν συνδυασμένες συσκευές που ονομάζονται θερμίστορ με έμμεση θέρμανση. Ένα στοιχείο που εξαρτάται από τη θερμοκρασία και ένας θερμαντήρας βρίσκονται σε ένα περίβλημα ενός τέτοιου στοιχείου. Υπάρχει θερμική επαφή μεταξύ τους, αλλά είναι γαλβανικά απομονωμένα. Μεταβάλλοντας το ρεύμα μέσω του θερμαντήρα, η αντίσταση μπορεί να ελεγχθεί.
Τα θερμίστορ με διαφορετικά χαρακτηριστικά χρησιμοποιούνται ευρέως στη μηχανική. Εκτός από τις τυπικές εφαρμογές, το πεδίο εργασίας τους μπορεί να επεκταθεί.Τα πάντα περιορίζονται μόνο από τη φαντασία και τα προσόντα του προγραμματιστή.
Παρόμοια άρθρα:
