Принцип роботи терморезистора: Терморезистор принцип работы

Що таке термистор характеристики і параметри, принцип дії і класифікація

admin 2019 Електрообладнання 0 коментарів

Зміст

1. Принцип дії, характеристики та основні параметри термистора
2. Особливості апаратів
3. Класифікація термисторов
4. Технічні характеристики і принцип дії

Розвиток електроніки з кожним роком набирає обертів. Але, незважаючи на нові винаходи, в електричних схемах надійно працюють пристрої, сконструйовані ще на початку XX століття. Один з таких приладів – термістор. Форма і призначення цього елемента настільки різноманітні, що швидко відшукати його в схемі вдається тільки досвідченим працівникам сфери електротехніки. Зрозуміти, що таке термистор, можна лише володіючи знаннями про будову і властивості провідників, діелектриків та напівпровідників.

Особливості апаратів

Датчики температури широко використовуються в електротехніці. Майже у всіх механізмах застосовуються аналогові і цифрові мікросхеми термометрів, термопари, резистивні датчики і термістори. Приставка в назві приладу говорить про те, що термістор – це такий пристрій, який залежить від впливу температури. Кількість тепла в навколишнє середовище – чільний показник в його роботі. Завдяки нагріванню або охолодженню, змінюються параметри елемента, з’являється сигнал, доступний для передачі на механізми контролю або вимірювання.

Термістор – це прилад електроніки, у якого значення температури і опору пов’язані зворотною пропорційністю.

Існують і інша його назва – терморезистор. Але це не зовсім правильно, тому що насправді термістор є одним з підвидів терморезистора. Зміна теплоти може впливати на опір резистивного елемента двома способами: або збільшуючи його, або зменшуючи.

Тому термосопротивления по температурному коефіцієнту підрозділяються на РТС (позитивні) і NTC (негативні). РТС – резистори отримали назву позисторов, а NTC – термісторів.

Відмінність РТС і NTC приладів полягає в зміні їх властивостей при впливі кліматичних умов. Опір позисторов прямо пропорційно кількості тепла в навколишнє середовище. При нагріванні NTC – приладів його значення зменшується.

Таким чином, підвищення температури позистора призведе до зростання його опору, а у термистора – до падіння.

Вид терморезистора на електричних принципових схемах схожий на звичайний резистор. Відмінною рисою є пряма під нахилом, яка перекреслює елемент. Тим самим показуючи, що опір не постійно, а може змінюватися в залежності від збільшення або зменшення температури в навколишньому середовищі.

Основна речовина для створення позисторов – титанат барію. Технологія виготовлення NTC – приладів складніша через змішування різних речовин: напівпровідників з домішками та склоподібних оксидів перехідних металів.

Класифікація термисторов

Габарити і конструкція терморезисторов різні й залежать від сфери їх застосування.

Форма термисторов може нагадувати:

• плоску пластину;
• диск;
• стрижень;
• шайбу;
• трубку;
• намистинку;
• циліндр.

Найменші терморезистори у вигляді намистин. Їх розміри менше 1 міліметра, а характеристики елементів відрізняються стабільністю. Недоліком є ​​неможливість взаємної підміни в електричних схемах.

Класифікація терморезисторов по числу градусів в Кельвіна:

• понад високотемпературні – від 900 до 1300;
• високотемпературні – від 570 до 899;
• середньотемпературні – від 170 до 510;
• низькотемпературні – до 170.

Максимальний нагрів хоч і допустимо для термоелементів, але позначається на їх роботі погіршенням якості та появою значної похибки в показниках.

Технічні характеристики і принцип дії

Вибір терморезистора для контролюючого або вимірювального механізму проводять по номінальним паспортним або довідковими даними. Принцип дії, основні характеристики та параметри термісторів і позисторов схожі. Але деякі відмінності все ж існують.

РТС – елементи оцінюються трьома визначальними показниками: температурної і статичної вольт – амперної характеристикою, термічним коефіцієнтом опору (ТКС).

У термистора список ширший.

Крім параметрів, аналогічних позистора, показники наступні:

• номінальний опір;
• коефіцієнти розсіювання, енергетичної чутливості і температури;
• постійна часу;
• температура і потужність по максимуму.

З цих показників основними, які впливають на вибір і оцінювання термистора, є:

• номінальний опір;
• термічний коефіцієнт опору;
• потужність розсіювання;
• інтервал робочої температури.

Номінальний опір визначається при конкретної температурі (найчастіше двадцять градусів Цельсія). Значення одеського форуму у сучасних терморезисторов коливається в межах від декількох десятків до сотень тисяч ом.

Імовірний певний похибка значення номінального опору. Вона може складати не більше 20% і повинна бути вказана в паспортних даних приладу.

ТКС залежить від теплоти. Він встановлює величину зміни опору при коливанні температури на одну поділку. Індекс в його позначенні вказує на кількість градусів Цельсія або Кельвіна в момент вимірювань.

Виділення теплоти на деталі з’являється через протікання по ній струму при включенні в електричний ланцюг. Потужність розсіювання – величина, при якій резистивний елемент розігрівається від 20 градусів Цельсія до максимально допустимої температури.

Інтервал робочої температури показує таке її значення, при якому прилад працює тривалий час без похибок і пошкоджень.

Принцип дії термосопротивлений заснований на зміні їхнього опору під впливом теплоти.

Відбувається це з кількох причин:

• через фазового перетворення;
• іони з непостійною валентністю більш енергійно обмінюються електронами;
• зосередженість заряджених частинок в напівпровіднику розподіляється іншим чином.

Термістори використовуються в складних пристроях, які застосовуються в промисловості, сільському господарстві, схемах електроніки автомобілів. А також зустрічаються в приладах, які оточують людину в побуті – пральних, посудомийних машинах, холодильниках та іншому обладнанні з контролем температури.

Термопара и принципы ее применения

Термопара (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации.

Международный стандарт на термопары МЭК 60584 (п.2.2) дает следующее определение термопары:

Термопара — пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Для измерения разности температур зон, ни в одной из которых не находится вторичный преобразователь (измеритель термо-ЭДС), удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковых термопары, соединенных навстречу друг другу (см. рисунок). Каждая из них измеряет перепад температур между своим рабочим спаем и условным спаем, образованным концами термопар, подключёнными к клеммам вторичного преобразователя, но вторичный преобразователь измеряет разность их сигналов, таким образом, две термопары вместе измеряют перепад температур между своими рабочими спаями.

Принцип действия

Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Когда концы проводника находятся при разных температурах, между ними возникает разность потенциалов, пропорциональная разности температур. Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом термоэдс. У разных металлов коэффициент термоэдс разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термоэдс в среду с температурой Т1, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур Т1 и Т2.

Принципиальная схема включения двух термопар

Способы подключения

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используются два проводника с разными коэффициентами термоэдс, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.

Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр. Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов. Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3.

Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик :

• Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра;
• Не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки;
• При использовании длинных удлинительных проводов, во избежании наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода;
• По возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары;
• Материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях;
• Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
• Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.

Применение термопар

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а так же в автоматизированных системах управления и контроля. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

Преимущество термопар

• Большой температурный диапазон измерения: от 200 °C до 1800—2500 °C
• Простота
• Дешевизна
• Надежность

Недостатки

• Точность более 1 °C труднодостижима, необходимо использовать термометры сопротивления или термисторы.
• На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.
• Эффект Пельтье (в момент снятия показаний, необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный
• Зависимость ТЭДС от температуры существенно не линейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.
• Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.
• На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Типы термопар

Технические требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94.Стандартные таблицы для термоэлектрических термометров (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.

1. платинородий-платиновые — ТПП13 — Тип R
2. платинородий-платиновые — ТПП10 — Тип S
3. платинородий-платинородиевые — ТПР — Тип B
4. железо-константановые (железо-медьникелевые) ТЖК — Тип J
5. медь-константановые (медь-медьникелевые) ТМКн — Тип Т нихросил-нисиловые (никельхромникель-никелькремниевые) ТНН — Тип N.
6. хромель-алюмелевые — ТХА — Тип K
7. хромель-константановые ТХКн — Тип E
8. хромель-копелевые — ТХК — Тип L
9. медь-копелевые — ТМК — Тип М
10. сильх-силиновые — ТСС — Тип I
11. вольфрам и рений — вольфрамрениевые — ТВР — Тип А-1, А-2, А-3

Точный состав сплава термоэлектродов для термопар из неблагородных металлов в МЭК 60584-1 не приводится. НСХ для хромель-копелевых термопар ТХК и вольфрам-рениевых термопар определены только в ГОСТ Р 8.585-2001.

В стандарте МЭК данные термопары отсутствуют. Тип L установлен только в немецком стандарте DIN и стандартные таблицы отличаются от таблиц для термопар ТХК. В настоящее время стандарт МЭК 60584 пересматривается. Планируется введение в стандарт вольфрам-рениевых термопар типа А-1, НСХ для которых будет соответствовать отечественным стандартам, и типа С по стандарту АСТМ — ASTM International — (American Society for Testing and Materials).

Вернуться в раздел «Статьи»

Принцип работы и характеристики термистора

 
В этой статье я собираюсь обсудить принцип работы термистора NTC , его характеристики и области применения. Итак, давайте начнем.

Термистор представляет собой особый тип резистора, сопротивление которого изменяется при изменении температуры тела. Они бывают двух типов:

• Термистор PTC
• Термистор NTC

Термистор PTC : Термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC), изготовлен из материала, имеющего положительный температурный коэффициент сопротивления. В случае материала, имеющего положительный температурный коэффициент сопротивления, сопротивление материала увеличивается с повышением температуры. Следовательно, сопротивление термистора PTC увеличивается с температурой его корпуса.

Термистор NTC : Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) состоит из материала, имеющего отрицательный температурный коэффициент сопротивления, такого как марганец, никель, кобальт, медь, железо и уран, поэтому их сопротивление уменьшается с увеличением в температуре тела. Они доступны в различных размерах и формах.

Поскольку термисторы NTC широко используются в инженерных приложениях, я буду обсуждать только их, а дальнейшее обсуждение относится только к термисторам NTC .

Принцип работы конденсатора — Анимация…

Включите JavaScript

Принцип работы конденсатора — Анимация — Учебники — Объяснение

Когда температура окружающей среды термистора повышается, его сопротивление значительно уменьшается. Как правило, при повышении температуры на каждые 1 ^o C их сопротивление уменьшается на 5%. Поэтому их чувствительность очень высока.

Проще говоря, они могут наблюдать даже очень небольшое изменение температуры, которое не может быть обнаружено термопарой или RTD . Это делает их очень полезными для точного измерения температуры, контроля и компенсации. Это основной принцип работы термистора.

• Могут использоваться в диапазоне температур от – 60 ^o C до 300 ^o
• Имеют сопротивление в диапазоне от 0,5 Ом до 0,75 МОм.

Конструкция термистора

Термистор изготовлен из оксидов металлов, таких как никель, марганец, кобальт, медь, уран и т. д. Доступны различные формы и размеры. Обычно используются следующие конфигурации: дисковый, бортовой и стержневой.

Термисторы дискового и стержневого типа обладают большей рассеиваемой мощностью. Термистор стержневого типа имеет высокую мощность обработки. Поэтому их следует использовать в конкретном приложении в соответствии с их мощностью и возможностями рассеивания температуры.

Конфигурация с буртиком является наименьшей. Как правило, его диаметр составляет около 0,15 мм. В этом случае измерительный элемент заключен в стеклянный зонд. Он обычно используется для измерения температуры жидкостей.

Характеристики термисторов

Три важные характеристики термисторов:

• характеристики сопротивление-температура,
• вольтамперные характеристики,
• ток-временные характеристики.

Характеристики сопротивления и температуры

: По мере увеличения температуры термистора его сопротивление уменьшается экспоненциально. Математическое выражение зависимости между сопротивлением термистора и температурой равно

RT ₁ = RT ₂ e ^{[β(1/T1 – 1/T2)]}

Где RT ₁ = сопротивление термистора при температура T ₁
RT ₂ = сопротивление термистора при температуре T ₂
β = постоянная величина, ее значение зависит от материала, используемого в конструкции термистора, обычно его значение находится в диапазоне от 3500 до 4500.

Характеристики напряжения тока : Падение напряжения на термисторе увеличивается с увеличением тока. Он увеличивается до тех пор, пока не достигнет пикового значения после пикового значения, и уменьшается с повышением температуры.

Это связано с тем, что первоначально при небольшом увеличении тока он не способен произвести изменение температуры термистора, следовательно, падение напряжения на нем увеличивается.

Но после пикового значения значение тока может изменить температуру термистора. Повышает его температуру. Это приводит к уменьшению сопротивления термистора. И, следовательно, падение напряжения на термисторе уменьшается.

Токо-временные характеристики: Токо-временные характеристики показаны на рисунке. Из рисунка видно, что время задержки достижения максимального тока зависит от приложенного напряжения. Когда мы уменьшаем приложенное напряжение, время задержки для достижения максимального тока также уменьшается.

Это происходит потому, что, когда в термисторе возникает эффект нагрева, требуется определенное конечное время, чтобы термистор нагрелся и ток нарастал до максимального установившегося значения.

Применение термисторов

Измерение температуры : Принципиальная схема измерения температуры с помощью термистора показана на рисунке.

При таком расположении при повышении температуры окружающей среды термистора его сопротивление уменьшается, что увеличивает ток. Другими словами, мы можем сказать, что изменение тока цепи пропорционально температуре окружающей среды термистора. Следовательно, микроамперметр может показывать изменение температуры в микроамперах и может быть откалиброван непосредственно по показаниям температуры.

Температурная компенсация : Как мы знаем, термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, тогда как большинство элементов электронных схем имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Будучи противоположными по величине, они могут компенсировать влияние температуры. Поэтому термисторы широко используются в электронных схемах для компенсации влияния температуры.

• Могут использоваться для измерения мощности на высоких частотах.
• Измерение теплопроводности также может быть выполнено с помощью термисторов.
• Возможно измерение уровня, расхода и давления.
• Можно выполнить измерение вакуума.
• Временная задержка может быть обеспечена в работе электронных устройств с помощью термисторов.
• Они используются для контроля внутренней температуры нагревательных устройств, таких как микроволновые печи, бойлеры и т. д.
• Они используются для контроля выходного напряжения и тока источников питания и защиты подключенных устройств в случае неисправности.
• Цифровые термометры часто используют термисторы в качестве чувствительного элемента температуры.
• Они также используются в транспортных средствах для контроля температуры различных частей и секций.
• Пищевая промышленность, кондиционеры и холодильная промышленность для контроля температуры и соответствующего управления процессом.

Преимущества термистора

• Они компактны, прочны и недороги.
• Обладают хорошей стабильностью и высокой чувствительностью.
• Очень быстро реагируют.
• На них не влияют блуждающие магнитные и электрические поля.

Благодаря всем этим преимуществам термисторы предпочтительнее других устройств для измерения температуры, таких как термометры сопротивления и термопары.

Недостатки термистора

Имеют нелинейные характеристики термостойкости.

Термистор и термопара

Здесь мы проводим краткое сравнение между термистором и термопарой, чтобы можно было отличить их друг от друга и легко выбрать для конкретного применения.

• Термисторы имеют узкий диапазон чувствительности. Обычно она составляет от 55 до +150°C. С другой стороны, термопары имеют более широкий диапазон измерения температуры. Например, термопары типа T имеют диапазон чувствительности от -200 до 350
  o
• Термисторы имеют нелинейную зависимость между параметром чувствительности (сопротивлением) и температурой. Принимая во внимание, что термопары имеют линейную зависимость между параметром измерения (напряжением) и температурой.
• Термисторы хороши для обнаружения небольших изменений температуры, однако они не так точны. Принимая во внимание, что термопары сравнительно более точны.
Термисторы
• дешевле, меньше по размеру и проще в использовании, чем термопары.

Термистор и RTD

Датчики сопротивления температуры (т. е. датчики RTD) очень похожи на термисторы, сопротивление RTD варьируется так же, как и у термисторов. Но они отличаются из-за строительных материалов. Обычно термисторы изготавливаются из керамических или полимерных материалов, тогда как термометры сопротивления состоят из чистых металлов.

Термисторы более точны, дешевле и быстрее реагируют, чем RTD. Единственным недостатком термистора является его узкий диапазон рабочих температур, который шире для RTD . Помимо этого, нет причин использовать термистор поверх RTD.

Спасибо, что прочитали о «принципе работы термистора».

Похожие сообщения

• Термистор Принцип работы, характеристики и применение
Принцип работы термистора NTC
• Ошибки термисторных термометров

© www.yourelectricalguide.com/ Принцип работы термистора.

Принцип работы термистора | Преимущества | Ограничения

Принцип работы термистора – Электрическое сопротивление большинства материалов изменяется в зависимости от температуры. Выбирая материалы, очень чувствительные к температуре, можно изготовить устройства, полезные в цепях регулирования температуры и для измерения температуры.

Термистор (ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ РЕЗИСТОР) представляет собой неметаллический резистор (полупроводниковый материал), изготовленный путем спекания смесей оксидов металлов, таких как марганец, никель, кобальт, медь и уран.

Термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC), т. е. сопротивление уменьшается при повышении температуры. На рис. 13.12 показан график зависимости сопротивления термистора от температуры. Сопротивление при комнатной температуре (25°C) для типичных коммерческих устройств находится в диапазоне от 100 Ом до 10 Ом. Они подходят для использования только при температурах примерно до 800°C. В некоторых случаях сопротивление термисторов при комнатной температуре может уменьшаться на 5% при повышении температуры на каждый 1°C. Эта высокая чувствительность к изменениям температуры делает термистор чрезвычайно полезным для точного измерения температуры, контроля и компенсации.

Самые маленькие термисторы выполнены в виде шариков. Некоторые из них имеют диаметр всего 0,15 мм (0,006 дюйма). Они могут быть со стеклянным покрытием или запечатаны в наконечнике твердотельных стеклянных зондов. Стеклянные зонды имеют диаметр около 2,5 мм и длину от 6 до 50 мм. Зонды используются для измерения температуры жидкостей. Диапазон сопротивления составляет от 300 Ом до 100 МОм.

Там, где требуется большее рассеивание мощности, термисторы могут иметь форму диска, шайбы или стержня.

Дисковые термисторы диаметром около 10 мм, либо самонесущие, либо установленные на небольшой пластине, в основном используются для контроля температуры. Эти термисторы изготавливаются путем прессования материала термисторов под давлением в несколько тонн в круглой матрице с получением плоских деталей диаметром 1,25–25 мм и толщиной 0,25–0,75 мм со значениями сопротивления от 1 Ом до 1 МОм. Они спечены и покрыты серебром на двух плоских поверхностях.

Термисторы с шайбами ​​изготавливаются подобно дисковым термисторам, за исключением того, что в центре имеется отверстие, чтобы их можно было закрепить на болте. Стержневые термисторы выдавливают через фильеры в длинные цилиндрические блоки диаметром 1,25, 2,75 и 4,25 мм и длиной 12,5–50 мин. Поводки крепятся к концам стержней. Их сопротивление обычно колеблется в пределах 1 – 50 кОм

Преимущество принципа работы стержневого термистора по сравнению с другими конфигурациями заключается в возможности изготовления блоков с высоким сопротивлением и умеренно высокой мощностью.

Термисторы могут быть соединены последовательно/параллельно для применений, требующих повышенной мощности. Устройства высокого сопротивления находят применение в измерениях, в которых используются провода или кабели с малым сечением.

Термисторы химически стабильны и могут использоваться в ядерной среде. Широкий диапазон характеристик также позволяет использовать их в схемах ограничения и регулирования, в качестве временных задержек, для интегрирования импульсов мощности и в качестве запоминающих устройств.

Типичные конфигурации термисторов показаны на рис.