ترمیستور چیست؟
ترمیستور (یا مقاومت حرارتی) به عنوان نوعی مقاومت تعریف می شود که مقاومت الکتریکی آن با تغییر دما تغییر می کند. اگرچه همه مقاومتها با دما کمی تغییر می کند ، اما ترمیستور به تغییرات دما حساس است.
ترمیستورها به عنوان یک جزء منفعل در یک مدار عمل می کنند. آنها راهی دقیق ، ارزان و قوی برای اندازه گیری دما هستند.
در حالی که ترمیستورها در دمای بسیار گرم یا سرد به خوبی کار نمی کنند ، اما سنسور انتخابی برای بسیاری از کاربردهای مختلف هستند.
ترمیستورها زمانی ایده آل هستند که نیاز به اندازه گیری دقیق دما باشد. نماد مدار برای ترمیستور در زیر نشان داده شده است:
نماد ترمیستور
موارد استفاده از ترمیستورها
ترمیستورها کاربردهای گوناگونی دارند. آنها به عنوان روشی برای اندازه گیری دما به عنوان دماسنج ترمیستور در بسیاری از محیط های مختلف مایع و هوای محیط استفاده می شوند. برخی از رایج ترین موارد استفاده از ترمیستورها عبارتند از:
دماسنج های دیجیتال (ترموستات)
کاربردهای خودرو (برای اندازه گیری دمای روغن و مایع خنک کننده در خودروها و کامیون ها)
لوازم خانگی (مانند مایکروویو ، یخچال و فر)
حفاظت از مدار (به عنوان مثال حفاظت در برابر ضربه)
باتری های قابل شارژ (اطمینان حاصل کنید که دمای صحیح باتری حفظ شده است)
اندازه گیری هدایت حرارتی مواد الکتریکی
مفید در بسیاری از مدارهای الکترونیکی اساسی (به عنوان مثال به عنوان بخشی از یک استارت مبتدی Arduino)
جبران دما (به عنوان مثال حفظ مقاومت برای جبران اثرات ناشی از تغییرات دما در قسمت دیگری از مدار)
مورد استفاده در مدارهای پل گچ گندم
ترمیستور چگونه کار می کند
اصل کار ترمیستور این است که مقاومت آن بستگی به درجه حرارت سروو موتور آن دارد. ما می توانیم مقاومت ترمیستور را با استفاده از اهم متر اندازه گیری کنیم.
اگر رابطه دقیق بین نحوه تغییر دما بر مقاومت ترمیستور را بدانیم - با اندازه گیری مقاومت ترمیستور می توانیم دمای آن را بدست آوریم.
میزان تغییر مقاومت بستگی به نوع ماده مورد استفاده در ترمیستور دارد. رابطه بین دما و مقاومت ترمیستور غیر خطی است. نمودار معمولی ترمیستور در زیر نشان داده شده است:
نمودار ترمیستور
اگر ما یک ترمیستور با نمودار دمای بالا داشتیم ، می توانیم به سادگی مقاومت اندازه گیری شده توسط اهم متر را با دمای نشان داده شده در نمودار هم راستا کنیم.
با رسم یک خط افقی در مقابل مقاومت در محور y و کشیدن یک خط عمودی از جایی که این خط افقی با نمودار قطع می شود ، می توانیم دمای ترمیستور را بدست آوریم.
انواع ترمیستور
دو نوع ترمیستور وجود دارد:
ترمیستور ضریب دمای منفی (NTC)
ترمیستور ضریب دمای مثبت (PTC)
ترمیستور NTC
در ترمیستور NTC ، وقتی دما افزایش می یابد ، مقاومت کاهش می یابد. و وقتی دما کاهش می یابد ، مقاومت افزایش می یابد. بنابراین در دما و مقاومت ترمیستور NTC نسبت عکس معکوس است. اینها متداول ترین نوع تمیستور هستند.
رابطه بین مقاومت و دما در ترمیستور NTC توسط عبارت زیر تنظیم می شود:
معادله ترمیستور NTC 1
جایی که:
RT مقاومت در دمای T (K) است
R0 مقاومت در دمای T0 (K) است
T0 دمای مرجع (معمولاً 25 درجه سانتی گراد) است
β یک ثابت است ، مقدار آن بستگی به ویژگی های مواد دارد. ارزش اسمی 4000 در نظر گرفته شده است.
اگر مقدار β زیاد باشد ، رابطه مقاومت و دما بسیار خوب خواهد بود. مقدار بالاتر β به معنای تنوع بیشتر مقاومت در برابر افزایش دما است - بنابراین حساسیت (و در نتیجه دقت) ترمیستور را افزایش داده اید.
از عبارت (1) ، ما می توانیم دمای مقاومت را به صورت کارآمد بدست آوریم. این چیزی نیست جز بیان حساسیت ترمیستور.
معادله ترمیستور NTC 2
در بالا به وضوح می بینیم که αT دارای علامت منفی است. این علامت منفی ویژگی های منفی دما-مقاومت ترمیستور NTC را نشان می دهد.
اگر β = 4000 K و T = 298 K ، سپس αT = -0.0045/oK. این بسیار بیشتر از حساسیت RTD پلاتین است. این می تواند تغییرات بسیار کوچک دما را اندازه گیری کند.
با این حال ، اشکال جایگزین ترمیستورهای با دوپینگ شدید در حال حاضر (با هزینه بالا) در دسترس هستند که دارای دمای مثبت مشترک هستند.
عبارت (1) به گونه ای است که نمی توان تقریبی خطی را در منحنی حتی در محدوده دمای کوچک ایجاد کرد ، و بنابراین ترمیستورها قطعاً یک سنسور غیر خطی هستند.
ترمیستور PTC
ترمیستور PTC رابطه معکوس بین دما و مقاومت دارد. با افزایش دما ، مقاومت افزایش می یابد.
و وقتی دما کاهش می یابد ، مقاومت کاهش می یابد. بنابراین در دما و مقاومت ترمیستور PTC نسبت عکس معکوس است.
گرچه ترمیستورهای PTC به اندازه ترمیستورهای NTC رایج نیستند ، اما اغلب به عنوان نوعی حفاظت از مدار استفاده می شوند. مشابه عملکرد فیوزها ، ترمیستورهای PTC می توانند
به عنوان دستگاه محدود کننده جریان عمل کنید
هنگامی که جریان از طریق یک دستگاه عبور می کند ، باعث گرم شدن مقاومتی کمی می شود. اگر جریان به اندازه کافی بزرگ باشد که بتواند گرمای بیشتری از آنچه دستگاه در محیط اطراف خود از دست می دهد تولید کند ، دستگاه گرم می شود.
در ترمیستور PTC ، این گرم شدن نیز باعث افزایش مقاومت آن می شود. این یک اثر تقویت کننده ایجاد می کند که مقاومت را به سمت بالا هدایت می کند ، بنابراین جریان را محدود می کند. به این ترتیب ، به عنوان یک دستگاه محدود کننده جریان عمل می کند - محافظت از مدار.
ویژگی های ترمیستور
رابطه حاکم بر ویژگی های ترمیستور به شرح زیر است:
رابطه دما و مقاومت
جایی که:
R1 = مقاومت ترمیستور در دمای مطلق T1 [oK]
R2 = مقاومت ترمیستور در دمای T2 [oK]
β = ثابت بسته به مواد مبدل (به عنوان مثال مبدل نوسان ساز)
در معادله بالا می بینیم که رابطه بین دما و مقاومت بسیار غیر خطی است. یک ترمیستور استاندارد NTC معمولاً ضریب دمای مقاومت حرارتی منفی حدود 0.05/oC را نشان می دهد.
ساخت ترمیستور
برای ساخت ترمیستور ، دو یا چند پودر نیمه هادی ساخته شده از اکسیدهای فلزی را با یک چسباننده مخلوط کرده و دوغاب ایجاد می کنند.
قطرات کوچکی از این دوغاب روی سیم های سربی ایجاد می شود. برای اهداف خشک کردن ، ما باید آن را در کوره پخت قرار دهیم.
در طی این فرایند ، دوغاب روی سیم های سربی جمع می شود تا اتصال الکتریکی ایجاد شود.
این اکسید فلزی فرآوری شده با قرار دادن یک پوشش شیشه ای روی آن آب بندی می شود. این روکش شیشه ای خاصیت ضد آب بودن را به ترمیستورها می بخشد - به بهبود پایداری آنها کمک می کند.
دو ترمیستور اکسید فلز
اشکال و اندازه های مختلفی از ترمیستورها در بازار موجود است. ترمیستورهای کوچکتر به شکل مهره هایی با قطر از 0.15 میلی متر تا 1.5 میلی متر هستند.
ترمیستورها همچنین ممکن است به شکل دیسک و واشر باشند که با فشار دادن مواد ترمیستور تحت فشار زیاد به اشکال استوانه ای مسطح با قطر از 3 میلی متر تا 25 میلی متر ساخته می شوند.
انواع مختلف سنسورهای دما
انواع سنسورهای دما
اندازه معمولی ترمیستور 0.125 تا 1.5 میلی متر است. ترمیستورهای تجاری موجود دارای مقادیر اسمی 1K ، 2K ، 10K ، 20K ، 100K و غیره هستند. این مقدار نشان دهنده مقدار مقاومت در دمای 25oC است.
ترمیستورها در مدلهای مختلف موجود هستند: نوع مهره ، نوع میله ، نوع دیسک و غیره. مزایای عمده ترمیستورها اندازه کوچک و هزینه نسبتاً پایین آنها است.
این مزیت اندازه به این معناست که ثابت زمان ترمیستورهایی که در غلاف کار می کنند کوچک است ، اگرچه کاهش اندازه همچنین باعث کاهش قابلیت اتلاف گرما می شود و بنابراین خود گرمایش را بیشتر می کند. این اثر می تواند به ترمیستور آسیب دائمی وارد کند.
برای جلوگیری از این امر ، ترمیستورها باید در سطوح پایین جریان الکتریکی نسبت به دماسنج مقاومتی کار کنند - در نتیجه حساسیت اندازه گیری کمتری ایجاد می شود.
ترمیستور در مقابل ترموکوپل
تفاوت های اصلی بین ترمیستور و ترموکوپل عبارتند از:
ترمیستورها:
محدوده حساس تر (55 تا +150 درجه سانتی گراد - اگرچه این بسته به نام تجاری متفاوت است)
پارامتر حس = مقاومت
رابطه غیر خطی بین پارامتر سنجش (مقاومت) و دما
ترمیستورهای NTC با افزایش دما ، مقاومت تقریباً نمایی دارند
برای تشخیص تغییرات کوچک دما (استفاده از ترمیستور به طور دقیق و با وضوح بالا در محدوده بیش از 50 درجه سانتی گراد دشوار است).
مدار سنجش ساده است و نیازی به تقویت ندارد و بسیار ساده است
معمولاً به سختی می توان بدون کالیبراسیون بهتر از 1 درجه سانتی گراد به دست آورد
ترموکوپل:
دارای طیف وسیعی از سنجش دما (نوع T = -200-350oC ؛ نوع J = 95-760 ° C ؛ نوع K = 95-1260 ° C ؛ انواع دیگر حتی به درجه حرارت بالاتر می روند)
می تواند بسیار دقیق باشد
پارامتر حس = ولتاژ ایجاد شده توسط اتصالات در دماهای مختلف
ولتاژ ترموکوپل نسبتاً کم است
بین پارامتر سنجش (ولتاژ) و دما رابطه خطی داشته باشید
ترمیستور در مقابل RTD
آشکارسازهای دمای مقاومت (همچنین به عنوان سنسورهای RTD شناخته می شوند) بسیار شبیه به ترمیستورها هستند. RTD ها و ترمیستورها بسته به دما مقاومت متفاوتی دارند.
تفاوت اصلی بین این دو نوع ماده ای است که از آنها ساخته شده است. ترمیستورها معمولاً با مواد سرامیکی یا پلیمری ساخته می شوند در حالی که RTD ها از فلزات خالص ساخته شده اند. از نظر عملکرد ، ترمیستورها تقریباً در همه جنبه ها برنده می شوند.
ترمیستورها دقیق تر ، ارزان تر و زمان پاسخگویی سریع تری نسبت به RTD ها دارند. تنها عیب واقعی ترمیستور در مقابل RTD زمانی است که به محدوده دما می آید. RTD ها می توانند دما را در طیف وسیع تری از ترمیستور اندازه گیری کنند.
گذشته از این ، هیچ دلیلی برای استفاده از ترمیستور در RTD وجود ندارد.
ترمیستور چیست؟
ترمیستور (یا مقاومت حرارتی) به عنوان نوعی مقاومت تعریف می شود که مقاومت الکتریکی آن با تغییر دما تغییر می کند. اگرچه همه مقاومتها با دما کمی تغییر می کند ، اما ترمیستور به تغییرات دما حساس است.
ترمیستورها به عنوان یک جزء منفعل در یک مدار عمل می کنند. آنها راهی دقیق ، ارزان و قوی برای اندازه گیری دما هستند.
در حالی که ترمیستورها در دمای بسیار گرم یا سرد به خوبی کار نمی کنند ، اما سنسور انتخابی برای بسیاری از کاربردهای مختلف هستند.
ترمیستورها زمانی ایده آل هستند که نیاز به اندازه گیری دقیق دما باشد. نماد مدار برای ترمیستور در زیر نشان داده شده است:
نماد ترمیستور
موارد استفاده از ترمیستورها
ترمیستورها کاربردهای گوناگونی دارند. آنها به عنوان روشی برای اندازه گیری دما به عنوان دماسنج ترمیستور در بسیاری از محیط های مختلف مایع و هوای محیط استفاده می شوند. برخی از رایج ترین موارد استفاده از ترمیستورها عبارتند از:
دماسنج های دیجیتال (ترموستات)
کاربردهای خودرو (برای اندازه گیری دمای روغن و مایع خنک کننده در خودروها و کامیون ها)
لوازم خانگی (مانند مایکروویو ، یخچال و فر)
حفاظت از مدار (به عنوان مثال حفاظت در برابر ضربه)
باتری های قابل شارژ (اطمینان حاصل کنید که دمای صحیح باتری حفظ شده است)
اندازه گیری هدایت حرارتی مواد الکتریکی
مفید در بسیاری از مدارهای الکترونیکی اساسی (به عنوان مثال به عنوان بخشی از یک استارت مبتدی Arduino)
جبران دما (به عنوان مثال حفظ مقاومت برای جبران اثرات ناشی از تغییرات دما در قسمت دیگری از مدار)
مورد استفاده در مدارهای پل گچ گندم
ترمیستور چگونه کار می کند
اصل کار ترمیستور این است که مقاومت آن بستگی به درجه حرارت سروو موتور آن دارد. ما می توانیم مقاومت ترمیستور را با استفاده از اهم متر اندازه گیری کنیم.
اگر رابطه دقیق بین نحوه تغییر دما بر مقاومت ترمیستور را بدانیم - با اندازه گیری مقاومت ترمیستور می توانیم دمای آن را بدست آوریم.
میزان تغییر مقاومت بستگی به نوع ماده مورد استفاده در ترمیستور دارد. رابطه بین دما و مقاومت ترمیستور غیر خطی است. نمودار معمولی ترمیستور در زیر نشان داده شده است:
نمودار ترمیستور
اگر ما یک ترمیستور با نمودار دمای بالا داشتیم ، می توانیم به سادگی مقاومت اندازه گیری شده توسط اهم متر را با دمای نشان داده شده در نمودار هم راستا کنیم.
با رسم یک خط افقی در مقابل مقاومت در محور y و کشیدن یک خط عمودی از جایی که این خط افقی با نمودار قطع می شود ، می توانیم دمای ترمیستور را بدست آوریم.
انواع ترمیستور
دو نوع ترمیستور وجود دارد:
ترمیستور ضریب دمای منفی (NTC)
ترمیستور ضریب دمای مثبت (PTC)
ترمیستور NTC
در ترمیستور NTC ، وقتی دما افزایش می یابد ، مقاومت کاهش می یابد. و وقتی دما کاهش می یابد ، مقاومت افزایش می یابد. بنابراین در دما و مقاومت ترمیستور NTC نسبت عکس معکوس است. اینها متداول ترین نوع تمیستور هستند.
رابطه بین مقاومت و دما در ترمیستور NTC توسط عبارت زیر تنظیم می شود:
معادله ترمیستور NTC 1
جایی که:
RT مقاومت در دمای T (K) است
R0 مقاومت در دمای T0 (K) است
T0 دمای مرجع (معمولاً 25 درجه سانتی گراد) است
β یک ثابت است ، مقدار آن بستگی به ویژگی های مواد دارد. ارزش اسمی 4000 در نظر گرفته شده است.
اگر مقدار β زیاد باشد ، رابطه مقاومت و دما بسیار خوب خواهد بود. مقدار بالاتر β به معنای تنوع بیشتر مقاومت در برابر افزایش دما است - بنابراین حساسیت (و در نتیجه دقت) ترمیستور را افزایش داده اید.
از عبارت (1) ، ما می توانیم دمای مقاومت را به صورت کارآمد بدست آوریم. این چیزی نیست جز بیان حساسیت ترمیستور.
معادله ترمیستور NTC 2
در بالا به وضوح می بینیم که αT دارای علامت منفی است. این علامت منفی ویژگی های منفی دما-مقاومت ترمیستور NTC را نشان می دهد.
اگر β = 4000 K و T = 298 K ، سپس αT = -0.0045/oK. این بسیار بیشتر از حساسیت RTD پلاتین است. این می تواند تغییرات بسیار کوچک دما را اندازه گیری کند.
با این حال ، اشکال جایگزین ترمیستورهای با دوپینگ شدید در حال حاضر (با هزینه بالا) در دسترس هستند که دارای دمای مثبت مشترک هستند.
عبارت (1) به گونه ای است که نمی توان تقریبی خطی را در منحنی حتی در محدوده دمای کوچک ایجاد کرد ، و بنابراین ترمیستورها قطعاً یک سنسور غیر خطی هستند.
ترمیستور PTC
ترمیستور PTC رابطه معکوس بین دما و مقاومت دارد. با افزایش دما ، مقاومت افزایش می یابد.
و وقتی دما کاهش می یابد ، مقاومت کاهش می یابد. بنابراین در دما و مقاومت ترمیستور PTC نسبت عکس معکوس است.
گرچه ترمیستورهای PTC به اندازه ترمیستورهای NTC رایج نیستند ، اما اغلب به عنوان نوعی حفاظت از مدار استفاده می شوند. مشابه عملکرد فیوزها ، ترمیستورهای PTC می توانند
به عنوان دستگاه محدود کننده جریان عمل کنید
هنگامی که جریان از طریق یک دستگاه عبور می کند ، باعث گرم شدن مقاومتی کمی می شود. اگر جریان به اندازه کافی بزرگ باشد که بتواند گرمای بیشتری از آنچه دستگاه در محیط اطراف خود از دست می دهد تولید کند ، دستگاه گرم می شود.
در ترمیستور PTC ، این گرم شدن نیز باعث افزایش مقاومت آن می شود. این یک اثر تقویت کننده ایجاد می کند که مقاومت را به سمت بالا هدایت می کند ، بنابراین جریان را محدود می کند. به این ترتیب ، به عنوان یک دستگاه محدود کننده جریان عمل می کند - محافظت از مدار.
ویژگی های ترمیستور
رابطه حاکم بر ویژگی های ترمیستور به شرح زیر است:
رابطه دما و مقاومت
جایی که:
R1 = مقاومت ترمیستور در دمای مطلق T1 [oK]
R2 = مقاومت ترمیستور در دمای T2 [oK]
β = ثابت بسته به مواد مبدل (به عنوان مثال مبدل نوسان ساز)
در معادله بالا می بینیم که رابطه بین دما و مقاومت بسیار غیر خطی است. یک ترمیستور استاندارد NTC معمولاً ضریب دمای مقاومت حرارتی منفی حدود 0.05/oC را نشان می دهد.
ساخت ترمیستور
برای ساخت ترمیستور ، دو یا چند پودر نیمه هادی ساخته شده از اکسیدهای فلزی را با یک چسباننده مخلوط کرده و دوغاب ایجاد می کنند.
قطرات کوچکی از این دوغاب روی سیم های سربی ایجاد می شود. برای اهداف خشک کردن ، ما باید آن را در کوره پخت قرار دهیم.
در طی این فرایند ، دوغاب روی سیم های سربی جمع می شود تا اتصال الکتریکی ایجاد شود.
این اکسید فلزی فرآوری شده با قرار دادن یک پوشش شیشه ای روی آن آب بندی می شود. این روکش شیشه ای خاصیت ضد آب بودن را به ترمیستورها می بخشد - به بهبود پایداری آنها کمک می کند.
دو ترمیستور اکسید فلز
اشکال و اندازه های مختلفی از ترمیستورها در بازار موجود است. ترمیستورهای کوچکتر به شکل مهره هایی با قطر از 0.15 میلی متر تا 1.5 میلی متر هستند.
ترمیستورها همچنین ممکن است به شکل دیسک و واشر باشند که با فشار دادن مواد ترمیستور تحت فشار زیاد به اشکال استوانه ای مسطح با قطر از 3 میلی متر تا 25 میلی متر ساخته می شوند.
انواع مختلف سنسورهای دما
انواع سنسورهای دما
اندازه معمولی ترمیستور 0.125 تا 1.5 میلی متر است. ترمیستورهای تجاری موجود دارای مقادیر اسمی 1K ، 2K ، 10K ، 20K ، 100K و غیره هستند. این مقدار نشان دهنده مقدار مقاومت در دمای 25oC است.
ترمیستورها در مدلهای مختلف موجود هستند: نوع مهره ، نوع میله ، نوع دیسک و غیره. مزایای عمده ترمیستورها اندازه کوچک و هزینه نسبتاً پایین آنها است.
این مزیت اندازه به این معناست که ثابت زمان ترمیستورهایی که در غلاف کار می کنند کوچک است ، اگرچه کاهش اندازه همچنین باعث کاهش قابلیت اتلاف گرما می شود و بنابراین خود گرمایش را بیشتر می کند. این اثر می تواند به ترمیستور آسیب دائمی وارد کند.
برای جلوگیری از این امر ، ترمیستورها باید در سطوح پایین جریان الکتریکی نسبت به دماسنج مقاومتی کار کنند - در نتیجه حساسیت اندازه گیری کمتری ایجاد می شود.
ترمیستور در مقابل ترموکوپل
تفاوت های اصلی بین ترمیستور و ترموکوپل عبارتند از:
ترمیستورها:
محدوده حساس تر (55 تا +150 درجه سانتی گراد - اگرچه این بسته به نام تجاری متفاوت است)
پارامتر حس = مقاومت
رابطه غیر خطی بین پارامتر سنجش (مقاومت) و دما
ترمیستورهای NTC با افزایش دما ، مقاومت تقریباً نمایی دارند
برای تشخیص تغییرات کوچک دما (استفاده از ترمیستور به طور دقیق و با وضوح بالا در محدوده بیش از 50 درجه سانتی گراد دشوار است).
مدار سنجش ساده است و نیازی به تقویت ندارد و بسیار ساده است
معمولاً به سختی می توان بدون کالیبراسیون بهتر از 1 درجه سانتی گراد به دست آورد
ترموکوپل:
دارای طیف وسیعی از سنجش دما (نوع T = -200-350oC ؛ نوع J = 95-760 ° C ؛ نوع K = 95-1260 ° C ؛ انواع دیگر حتی به درجه حرارت بالاتر می روند)
می تواند بسیار دقیق باشد
پارامتر حس = ولتاژ ایجاد شده توسط اتصالات در دماهای مختلف
ولتاژ ترموکوپل نسبتاً کم است
بین پارامتر سنجش (ولتاژ) و دما رابطه خطی داشته باشید
ترمیستور در مقابل RTD
آشکارسازهای دمای مقاومت (همچنین به عنوان سنسورهای RTD شناخته می شوند) بسیار شبیه به ترمیستورها هستند. RTD ها و ترمیستورها بسته به دما مقاومت متفاوتی دارند.
تفاوت اصلی بین این دو نوع ماده ای است که از آنها ساخته شده است. ترمیستورها معمولاً با مواد سرامیکی یا پلیمری ساخته می شوند در حالی که RTD ها از فلزات خالص ساخته شده اند. از نظر عملکرد ، ترمیستورها تقریباً در همه جنبه ها برنده می شوند.
ترمیستورها دقیق تر ، ارزان تر و زمان پاسخگویی سریع تری نسبت به RTD ها دارند. تنها عیب واقعی ترمیستور در مقابل RTD زمانی است که به محدوده دما می آید. RTD ها می توانند دما را در طیف وسیع تری از ترمیستور اندازه گیری کنند.
گذشته از این ، هیچ دلیلی برای استفاده از ترمیستور در RTD وجود ندارد.
sero motor