Терморезистор где используется: Где применяется терморезистор. Что такое термистор его применение в электронике

Содержание

Что такое терморезистор, его обозначение на схеме разновидности и применение | Энергофиксик

В электронике практически постоянно происходит целый каскад различных измерений. Одним из параметров, подвергающихся постоянному контролю, является температура. С ее измерением превосходно справляются такие электронные компоненты, как терморезисторы – электронные компоненты, выполненные из полупроводников, в которых сопротивление изменяет свою величину с изменением температуры. В данной статье я расскажу, как обозначаются, как выглядят и какими еще особенностями обладают терморезисторы.

Изображение на схемах

Итак, если взглянуть на схемы, то вы сможете увидеть следующие обозначения:

Смотря где используется подобный элемент, изображение будет различно, кроме одного элемента, а именно «t». Именно по этой букве вы безошибочно поймете, что перед вами терморезистор.

Самой главной характеристикой любого терморезистора является — ТКС (температурный коэффициент сопротивления). Он информирует вас, на сколько меняется сопротивление резистора, если температура изменилась на 1 градус.

Где их можно встретить

Терморезисторы можно увидеть в любом современном приборе, вот например, взгляните на импульсный блок питания:

yandex.ru

yandex.ru

Можно провести простейший эксперимент, возьмите любой терморезистор и с помощью мультиметра произведите замер сопротивления в «холодном» состоянии и при нагреве. Вы должны увидеть, что с увеличением температуры величина сопротивления изменяется.

Но не думайте, что терморезисторы служат исключительно для измерения температурного режима, они так же активно используются в устройствах защиты и многих других изделиях.

Как происходит нагрев

Терморезисторы могут нагреваться двумя способами, а именно:

1. Прямой нагрев. В этом случае терморезистор подвергается нагреву напрямую протекающим через него током или же окружающей его средой. Подобные терморезисторы нашли применение в приборах, измеряющих температуру, либо для обеспечения температурной компенсации.

2. Косвенный нагрев. В данном варианте терморезистор подвергается нагреву близко размещенным нагревательным элементам. Что немаловажно, в данном случае электрическая связь отсутствует. В этом варианте сопротивление терморезистора определяется функцией тока, который проходит через нагревательный элемент, а не через резистор. Подобные терморезисторы — это в первую очередь комбинированные приборы.

NTC- термисторы и позисторы

Так же терморезисторы разделяются по зависимости изменения сопротивления от температуры на следующие два типа:

1. NTC – термисторы;

2. PTC – термисторы (иначе говоря позисторы).

Давайте познакомимся с ними поближе.

NTC – термисторы

Название подобных терморезисторов пошло от сокращения Negative Temperature Coefficient, что переводится как «Отрицательный коэффициент сопротивления». Основная «фишка» таких термисторов заключена в том, что в процессе нагрева их сопротивление начинает уменьшаться.

Обратите внимание, стрелки на изображении имеют различное направление, что как раз и указывает на то, что при росте «t» происходит снижение «R» и, соответственно, наоборот.

Такой элемент можно встретить в любом импульсном блоке питания, например в обычном БП компьютера.

Сопротивление NTC – термисторов указывается при температуре в 25 Градусов.

Давайте рассмотрим простую схему

Последовательное включение с нагрузкой указывает на то, что через этот элемент схемы протекает весь ток потребления. При этом NTC – термистор ограничивает пусковой ток, возникающий в процессе заряда конденсатора, что в свою очередь защищает диодный мост от пробоя.

При каждом запуске БП начинается процесс зарядки конденсатора, а через NTC–терморезистор проходит определенный ток. Пока NTC–терморезистор не нагрелся его «R» имеет довольно большое значение. Проходящий ток нагревает его, что снижает «R» и в дальнейшем почти не влияет на протекание тока, который потребляется прибором.

Иначе говоря, данный термистор обеспечивает плавный пуск прибора и уберегает диоды выпрямителя от повреждения.

Зачастую NTC – терморезисторы выполняют функцию дополнительного предохранителя, так как во время поломки некой детали нередко сила тока значительно вырастает, что приводит к разрушению терморезистора, тем самым обесточивая схему.

PTC – термисторы (позисторы)

Терморезисторы, у которых сопротивление возрастает с увеличением температуры, называются позисторами (Positive Temperature Coefficient – положительный коэффициент сопротивления).

На схеме такой элемент обозначается следующим образом:

Хоть такой элемент и получил гораздо меньшее распространение, но раньше цветной кинескопный телевизор не мог нормально работать без позистора, а сейчас этот элемент используется в схемах питания светодиодных ламп.

Кроме этого PTC – термисторы так же применяются в качестве защитных устройств. Например, разновидностью позистора является самовосстанавливающийся предохранитель.

SMD – терморезисторы

Повсеместное использование SMT – монтажа стало толчком для производства SMD — терморезисторов. По внешним признакам они практически идентичны SMD – конденсаторам.

Типоразмеры элементов соответствуют ряду: 0402, 0603, 0805, 1206.

yandex.ru

yandex.ru

Встраиваемые терморезисторы

Так же данные элементы активно встраиваются в изделия, например, в паяльнике с контролем температуры жала.

Заключение

Терморезисторы — это важнейший элемент любой современной аппаратуры, без которого невозможно построить полноценную защиту схемы. Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше драгоценное внимание!

ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ

Изучение свойств терморезистора — лабораторный практикум и теоретические вопросы. Это сокращённый вариант статьи, полная версия тут. Приборы и принадлежности для выполнения работы: Латунный сосуд с водой, термометр, плитка, термосопротивление, миллиамперметр, вольтметр, источник питания.

1. Краткие сведения из теории о терморезисторах

Терморезистором называется полупроводниковый резистор, сопротивление которого в сильной степени зависит от температуры. Удельная электрическая проводимость полупроводников:

В примесных (n-типа или p-типа) полупроводниках одним из слагаемых в приведенном выражении можно пренебречь.

Подвижность носителей при нагревании изменяется сравнительно слабо, а концентрация очень сильно. Поэтому температурная зависимость удельной проводимости полупроводников подобна температурной зависимости концентрации основных носителей, а электрическое сопротивление терморезисторов может быть определено по формуле:

где Nо – коэффициент, зависящий от типа и геометрических размеров полупроводника.

Экспериментально коэффициент температурной чувствительности определяют по формуле:

где Т1 и Т2 – исходная и конечная температуры рабочего температурного диапазона, R1 и R2 – сопротивления терморезистора при температуре соответственно Т1 и Т2. 

Рис. 1 График зависимости сопротивления полупроводникового резистора от температуры.

Чаще всего терморезисторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Выпускаются также терморезисторы, имеющие в сравнительно узком интервале температур положительный коэффициент и называемые позисторами. При нагревании величина сопротивления терморезисторов убывает, а позисторов возрастает в сотни и тысячи раз. В справочниках значение  аR приводится для температуры 20 оС.

Терморезистор характеризуется определенной тепловой инерцией, зависящей от химических свойств полупроводника и конструкции элемента (площади излучающей поверхности). Тепловая инерция оценивается постоянной времени т – временем, за которое разность между собственной температурой тела и температурой среды уменьшается в

е раз. 

Если терморезистор, имеющий определённую температуру, поместить в среду с иной температурой, то его температура будет изменяться с течением времени по показательному закону:

С остыванием терморезистора сопротивление его увеличивается (рис. 2).

Рис 2. Процесс изменения температуры и сопротивления терморезистора при его остывании

2. Описание экспериментальной установки

Снятие вольтамперных характеристик выполняется по схеме, приведенной на рис.3.

Рис.3. Электрическая принципиальная схема установки

Измерительной цепь питается от источника постоянного регулируемого напряжения со встроенным вольтметром. Ток через терморезистор измеряется миллиамперметром.

Терморезистор ММТ-4 размещается в демонстрационной пробирке с клеммами, которая не позволяет горячей воде контактировать с корпусом терморезистора, в пробирку можно установить жидкостной термометр (желательно использовать ртутный термометр), для контроля температуры, непосредственно рядом с терморезистором.

Переменный резистор R2 необходим, только если используется нерегулируемый блок питания.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Снятие зависимости R(T) сопротивления терморезистора от температуры. Терморезистор помещается в сосуд с водой, которая нагревается на электроплитке. Измерить сопротивление терморезистора при различных температурах – от комнатной до максимальной, равной 90°С, с интервалом 10 °С. Выполнить измерения для терморезисторов ММТ-4 и ММТ-1. Результаты опыта занести в таблицу.

3.2. Определение тепловой постоянной времени терморезистора. Измерив сопротивление терморезистора при 90 °С, быстро извлечь его из воды. Момент извлечения принять за t = 0. Отключить термостат.

Фиксируя время, измерять сопротивление терморезистора при его остывании до тех пор, пока оно не увеличится примерно в три раза. Данные измерений занести в таблицу.

Список использованной литературы

  1. Электрорадиоматериалы. Методические указания к лабораторным работам./ Под ред. С.А.Гусева. Изд. второе пер. и доп.; Балт. гос. техн. ун -т, СПб., 2000.   
  2. Пасынков В. В. Материалы электронной техники. М.: Высшая школа, 1980. 
  3. Богородицкий Н. П., Пасынков В. В., Тареев Б. М. Электротехнические материалы. Л.: Энергия, 1977.
  4. Справочник по электротехническим материалам. Тт. 1 – 3/ Под ред. Д. В. Корицкого и др. Л.: Энергия, 1974—1976.

   Форум по теории

   Форум по обсуждению материала ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ

принцип действия, схемы и т.д.

Термистор — это чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала. Он ведет себя как резистор, чувствительный к изменениям температуры. Термин «термистор» — это сокращение от термочувствительного резистора. Полупроводниковый материал — это материал, который проводит электрический ток лучше, чем диэлектрик, но не так хорошо, как проводник.

Термистор
Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Принцип работы термистора

Подобно термометрам сопротивления термисторы используют изменения величины сопротивления в качестве основы измерений. Однако сопротивление термистора обратно пропорционально изменениям температуры, а не прямо пропорционально. По мере увеличения температуры вокруг термистора, его сопротивление понижается, а по мере понижения температуры его сопротивление увеличивается.

Хотя термисторы выдают такие же точные показания, как и термометры сопротивления, однако, термисторы чаще конструируются для измерений в более узком диапазоне. Например, диапазон измерений термометра сопротивления может быть в пределах от -32°F до 600°F, а термистор будет измерять от -10°F до 200°F. Диапазон измерений для конкретного термистора зависит от размера и типа полупроводникового материала, который в нем используется.

Как термометры, термисторы реагируют на изменения температуры пропорциональным изменением сопротивления, они оба часто используются в мостовых схемах.

Мостовая схема с термистором

В данной цепи изменение температуры и обратно пропорциональная зависимость между температурой и сопротивлением термистора будет определять направление протекания тока. Иначе цепь будет функционировать таким же образом как в случае с термометром сопротивления. По мере изменения температуры термистора, изменяется его сопротивление и мост становится неуравновешенным. Теперь через прибор будет протекать ток, который можно будет измерить. Измеряемый ток можно преобразовать в единицы измерения температуры с помощью переводной таблицы, или откалибровав соответствующим образом шкалу.

полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры. Терморезистор был изобретён Самюэлем

                                     

1. Конструкция и разновидности терморезисторов

Резистивный элемент терморезистора изготавливают методом порошковой металлургии из оксидов, галогенидов, халькогенидов некоторых металлов, в различном конструктивном исполнении, например в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок, тонких пластинок, и размерами от 1 — 10 микрометров до нескольких сантиметров.

По типу зависимости сопротивления от температуры различают терморезисторы с отрицательным NTC -термисторы, от слов «N egative T emperature C oefficient» и положительным PTC -термисторы, от слов «P ositive T emperature C oefficient» или позисторы температурным коэффициентом сопротивления или ТКС. Для позисторов — с ростом температуры растёт их сопротивление; для NTC -термисторов увеличение температуры приводит к падению их сопротивления.

Терморезисторы с отрицательным ТКС NTC -термисторы изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов, полупроводников типа A III B V, стеклообразных, легированных полупроводников Ge и Si, и других материалов. PTC -термисторы изготовляют из твёрдых растворов на основе BaTiO 3, что даёт положительный ТКС.

Условно терморезисторы классифицируют как низкотемпературные предназначенные для работы при температуpax ниже 170 К, среднетемпературные от 170 до 510 К и высокотемпературные выше 570 К. Выпускаются терморезисторы, предназначенные для работы при температурах от 900 до 1300 К.

Терморезисторы способны работать в различных климатических условиях и при значительных механических нагрузках. Однако, с течением времени, при жёстких условиях его эксплуатации, например, термоциклировании, происходит изменение его исходных термоэлектрических характеристик, таких как:

  • номинального при 25 °C электрического сопротивления;
  • температурного коэффициента сопротивления.

Также существуют комбинированные приборы, такие как терморезисторы с косвенным нагревом. В этих приборах в одном корпусе совмещены терморезистор и гальванически развязанный от него нагревательный элемент, задающий температуру терморезистора, и, соответственно, его электросопротивление.{-7}}.

Терморезистор — Физическая энциклопедия

ТЕРМОРЕЗИСТОР — полупроводниковый резистор, электрич. сопротивление к-рого изменяется в зависимости от изменения темп-ры. Для Т. характерны большой температурный коэф. сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий ТКС металлов), простота устройства, способность работать в разл. климатич. условиях при значит. механич. нагрузках, стабильность характеристик во времени. Т. изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преим. методами порошковой металлургии; их размеры могут варьировать в пределах от 1 -10 мкм до 1-2 см. Осн. параметры Т.: номинальное сопротивление, ТКС, интервал рабочих темп-р, максимально допустимая мощность рассеяния.

Вольт-амперная характеристика терморезистора с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления ( сопротивление 830 кОм при 293 К) при различной темпе

ратуре окружающей среды (на воздухе без принудительного обдува терморезистора): 1 — при 293 К; 2-при 313 К; 3-при 333 К; 4— при 353 К; 5-при 373 К; 6— при 393 К.

Различают Т. с отрицательным и положительным ТКС. Т. с отрицательным ТКС изготовляют из смеси поли-кристаллич. оксидов переходных металлов (напр., МnО, СоО, NiO, CuO), легированных Ge и Si, полупроводников типа AIIIBV, стеклообразных полупроводников и др. материалов (см. также Полупроводниковые материалы ).Различают Т. низкотемпературные (рассчитанные на работу при темп-pax ниже 170 К), среднетемпературные (170- 510 К) и высокотемпературные (св. 570 К). Кроме того, существуют Т., предназначенные для работы при 4,2 К и ниже и при 900-1300 К. Наиб. широко используются среднетемпературные Т. с ТКС от -2,4 до -8,4% К

-1 и с номинальным сопротивлением 1 -106 Ом.

Режим работы Т. зависит от того, на каком участке статистической вольт-амперной характеристики (ВАX) выбрана рабочая точка (рис.). В свою очередь ВАX зависит как от конструкции, размеров и осн. параметров Т., так и от темп-ры, теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между Т. и средой. Т. с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАX используются для измерения и контроля темп-ры и компенсации температурных изменений параметров электрич. цепей и электронных приборов. Т. с рабочей точкой на нисходящем участке ВАX (с отрицат. сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности эл—магн. излучения на СВЧ, стабилизаторов темп-ры, напряжения и др. Режим работы Т., при к-ром рабочая точка находится также на ниспадающем участке BAX (при этом используется зависимость сопротивления T. от темп-ры и теплопроводности окружающей среды), характерен для Т., применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких T. основано на возникновении релейного эффекта в цепи с T. при изменении темп-ры окружающей среды или условий теплообмена T. со средой. Изготовляются также T. спец. конструкции — с косвенным подогревом. В таких T. имеется подогревная обмотка, изолированная от полупроводникового резистивного элемента (если при этом мощность, выделяющаяся в резистивном элементе, мала, то тепловой режим T. определяется темп-рой подогревателя, т. е. током в нём). T. о. появляется возможность изменять состояние Т., не меняя ток через него. Такой T. используется в качестве перем. резистора, управляемого электрически на расстоянии.

Из T. с положительным TKC наиб. интерес представляют Т., изготовленные из твёрдых растворов на основе BaTiO3. Такие Т. обычно наз. позисторами. Известны T. с небольшим положительным TKC (0,5-0,7% К-1), выполненные на основе Si с электронной проводимостью; их сопротивление изменяется с темп-рой примерно по линейному закону. Такие T. используются, напр., для температурной стабилизации электронных устройств на транзисторах.

Лит.: Шефтель И. Т., Терморезисторы, M., 1973; Кривоносов А. И., Кауфман В. Я., Статистические характеристики поликристаллических терморезисторов, M., 1976; Мэклин Э. Д., Терморезисторы, пер. с англ., M., 1983. И. T. Шефтель.

      Предметный указатель      >>   

Терморезистор косвенного подогрева. — Студопедия

 Зависимость сопротивления термистора от температуры.

 1 — для R<0

 2 — для R>0

Термистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно зависит от температуры.

 

Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени.

 

Терморезистор изготавливают в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии. Их размеры могут варьироваться в пределах от 1–10 мкм до 1–2 см.

 

Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.

 

Термистор был изобретён Самюэлем Рубеном (Samuel Ruben) в 1930 году и имеет патент США № 2 021 491.

 

Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы) ТКС. Их ещё называют NTC-термисторы и PTC-термисторы соответственно. У позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов —- наоборот: при увеличении температуры, сопротивление падает.


 

Терморезисторы с отрицательным ТКС изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoO?, NiO, CuO), легированных Ge и Si, полупроводников типа AIII BV, стеклообразных полупроводников и других материалов.

 

Различают терморезисторы низкотемпературные (рассчитанные на работу при температуpax ниже 170 К), среднетемпературные (170–510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Кроме того, существуют терморезисторы, предназначенные для работы при 4,2 К и ниже и при 900–1300 К. Наиболее широко используются среднетемпературные терморезисторы с ТКС от −2,4 до −8,4 %/К и номинальным сопротивлением 1–106 Ом.

 

Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической вольт-амперной характеристики (ВАХ) выбрана рабочая точка. В свою очередь ВАХ зависит как от конструкции, размеров и основных параметров терморезистора, так и от температуры, теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между терморезистором и средой. Терморезисторы с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАХ используются для измерения и контроля температуры и компенсации температурных изменений параметров электрической цепей и электронных приборов. Терморезисторы с рабочей точкой на нисходящем участке ВАХ (с отрицательным сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности электромагнитного излучения на СВЧ, стабилизаторов температуры и напряжения. Режим работы терморезистора, при котором рабочая точка находится также на ниспадающем участке ВАХ (при этом используется зависимость сопротивления терморезистора от температуры и теплопроводности окружающей среды), характерен для терморезисторов, применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких терморезисторов основано на возникновении релейного эффекта в цепи с терморезистором при изменении температуры окружающей среды или условий теплообмена терморезистора со средой.


 

Изготовляются также терморезисторы специальной конструкции — с косвенным подогревом. В таких терморезисторах имеется подогревная обмотка, изолированная от полупроводникового резистивного элемента (если при этом мощность, выделяющаяся в резистивном элементе, мала, то тепловой режим терморезистора определяется температурой подогревателя, то есть током в нём). Таким образом, появляется возможность изменять состояние терморезистора, не меняя ток через него. Такой терморезистор используется в качестве переменного резистора, управляемого электрически на расстоянии.


 

Из терморезисторов с положительным температурным коэффициентом наибольший интерес представляют терморезисторы, изготовленные из твёрдых растворов на основе BaTiO3. Такие терморезисторы обычно называют позисторами. Известны терморезисторы с небольшим положительным температурным коэффициентом (0,5–0,7 %/К), выполненные на основе кремния с электронной проводимостью; их сопротивление изменяется с температурой примерно по линейному закону. Такие терморезисторы используются, например, для температурной стабилизации электронных устройств на транзисторах.

 

Позистор.

Термистор и позистор это полупроводниковые резисторы, отличающиеся друг от друга температурным коэффициентом. Термистор – терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, позистор — терморезистор с положительным коэффициентом сопротивления. Позистор имеет форму керамических дисков, в некоторых случаях установленных последовательно в одном корпусе, а так же в одиночном исполнении с защитным эмалевом покрытием. По областям применения позисторы делятся на группы. Позисторы, работающие в условиях воздействия электрической нагрузки и используемые в качестве предохранителей в схемах защиты от перегрузок по току и напряжению. Например, простая схема защиты первичной обмотки трансформатора. Еще одно применение позисторов в качестве переключателей в схемах пусковых устройств. Позисторы широко применяются в качестве автостабилизирующих нагревательных элементов в схемах размагничивания и задержки. Здесь позисторы размагничивают теневую маску кинескопа посредством уменьшения переменного тока, проходящего через размагничивающуюся катушку в течение короткого времени. Благодаря высокой температурной чувствительности и положительному температурному коэффициенту, позисторы могут одновременно выполнять функции нагревательного элемента и термодатчика. Некоторые виды позисторов нашли применение в светотехнике в схемах пусковых устройств люминесцентных ламп. Пример одной из них. Начиная с некоторой температуры, сопротивление позистора резко возрастает, а вместе с ним растет напряжение на лампе, и при достижении напряжения зажигания лампа светится полным накалом.

 Вольт-амперная характеристика (ВАХ) для позистора.

Измерение температуры с помощью термисторов

Часто для измерения температуры в медицине используют термисторы.

Термистор(англ. thermistor), то же что терморезистор. Исторически термин «Т.» происходит от английских слов thermally sensitive resistor — термочувствительный резистор. Термистор был изобретён Самюэлем Рубеном (Samuel Ruben) в 1930 году и имеет патент США номер #2,021,491.

ТЕРМИСТОР (терморезистор), ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ резистор, обладающий свойством существенно изменять свое электрическое сопротивление при изменении ТЕМПЕРАТУРЫ. При 20 oС сопротивление может быть порядка тысячи ом, тогда как при 100 oС — всего около 10 ом. Термисторы используются при измерении температуры и для компенсации температурных колебаний в различных частях схемы.

Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС)который существенно убывает с ростом температуры (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени.

Терморезистор изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии. Их размеры могут варьироваться в пределах от 1—10 мкм до 1—2 см.

Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.

Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы)ТКС.
Терморезисторы с отрицательным ТКС изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoO?, NiO, CuO), легированных Ge и Si, полупроводников типа AIII BV, стеклообразных полупроводников и других материалов.



Различают терморезисторы низкотемпературные (рассчитанные на работу при температуpax ниже 170 К), среднетемпературные (170—510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Кроме того, существуют терморезисторы, предназначенные для работы при 4,2 К и ниже и при 900—1300 К. Наиболее широко используются среднетемпературные терморезисторы с ТКС от — 2,4 до —8,4 %/К и номинальным сопротивлением 1—106 Ом.

Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической вольт-амперной характеристики (ВАХ) выбрана рабочая точка. В свою очередь ВАХ зависит как от конструкции, размеров и основных параметров терморезистора, так и от температуры теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между терморезистором и средой. Терморезисторы с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАХ используются для измерения и контроля температуры и компенсации температурных изменений параметров электрической цепей и электронных приборов. Терморезисторы с рабочей точкой на нисходящем участке ВАХ (с отрицательным сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности электро-магнитного излучения на СВЧ, стабилизаторов температуры и напряжения. Режим работы терморезистора, при котором рабочая точка находится также на ниспадающем участке ВАХ (при этом используется зависимость сопротивления терморезистора от температуры и теплопроводности окружающей среды), характерен для терморезисторов, применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких терморезисторов основано на возникновении релейного эффекта в цепи с терморезистором при изменении температуры окружающей среды или условий теплообмена терморезистора со средой. Изготовляются также терморезисторы специальной конструкции — с косвенным подогревом. В таких терморезисторах имеется подогревная обмотка, изолированная от полупроводникового резистивного элемента (если при этом мощность, выделяющаяся в резистивном элементе, мала, то тепловой режим терморезистора определяется температурой подогревателя, то есть током в нём). Таким образом, появляется возможность изменять состояние терморезистора, не меняя ток через него. Такой терморезистор используется в качестве переменного резистора, управляемого электрически на расстоянии.

Из терморезисторов с положительным температурным коэффициентом наибольший интерес представляют терморезисторы, изготовленные из твёрдых растворов на основе BaTiO3. Такие терморезисторы обычно называют позисторами. Известны терморезисторы с небольшим положительным температурным коэффициентом (0,5—0,7 %/К), выполненные на основе кремния с электронной проводимостью; их сопротивление изменяется с температурой примерно по линейному закону. Такие терморезисторы используются, например, для температурной стабилизации электронных устройств на транзисторах.

 

Термометры сопротивления. Вних исполь­зуется зависимость сопротивления вещества от его температуры. Обычно этим веществом является металл. Однако, в качестве чувствительного элемента мостовой схемы можно использовать термистор

У большинства металлов с ростом температуры сопротивление растет.

Термометр RT (термистор) обычно включают в мостовую схему (рис. 2). Сигнал разбалансировки моста возникает при нагре­вании термометра. Сигнал измеряется прибором V. В табл. 1. приведены некоторые металлы, используемые в качестве термо­метров сопротивления, диапазон их применимости и средний температурный коэффициент сопротивления.

 

Таб. 1. Измеряемые температуры и некоторые характеристики термометров сопротивления

(1)

Здесь Ro— сопротивление термометра при 0°С, а R 100 -при -100° С.

 

Рис.2. Мостовая схема подключения термистора для измерения температуры, внешний вид термисторного датчика

 

Термисторные термометры отличаются сравнительно невысокой линейностью

амплитудной характеристики, но лучшим временем реакции чем термопарные термометры.

 

Термопарные термометры

Термопара(термоэлектрический преобразователь) – это наиболее распространенный датчик температуры, термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны. Широкому применению термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобству монтажа, возможности измерения локальной температуры. Они гораздо более линейны, чем многие другие датчики, а их нелинейность на сегодняшний день хорошо изучена и описана в специальной литературе. К числу достоинств термопар относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур. Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2200°С) в агрессивных средах. Термопары могут обеспечивать высокую точность измерения температуры на уровне ±0,01°С. Они вырабатывают на выходе термоЭДС в диапазоне от микровольт до милливольт, однако требуют стабильного усиления для последующей обработки.

Термопара состоит из двух спаянных на одном из концов проводников, изготовленных из металлов, обладающих разными термоэлектрическими свойствами. Спаянный конец, называемый «рабочим спаем», погружается в измеряемую среду, а свободные концы («холодный спай») термопары подключаются ко входу терморегуляторов. Поскольку термо ЭДС зависит от разности температур двух спаев термопары, то для получения корректных показаний необходимо знать температуру «холодного спая», чтобы скомпенсировать эту разницу в дальнейших вычислениях. В модификациях входов, предназначенных для работы с термопарами, предусмотрена схема автоматической компенсации температуры свободных концов термопары. Датчиком температуры «холодного спая» служит полупроводниковый диод, установленный рядом с присоединительным клеммником. Подключение термопар к прибору должно производиться с помощью специальных компенсационных (термоэлектродных) проводов, изготовленных из тех же материалов, что и термопара. При соединении компенсационных проводов с термопарой и прибором необходимо соблюдать полярность. Во избежание влияния помех на измерительную часть прибора линию связи прибора с датчиком рекомендуется экранировать. В качестве экрана может быть использована заземленная стальная труба. При нарушении указанных условий могут иметь место значительные погрешности при измерении.

Преимущества 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.
  • изменение чувствительности с температурой. С уменьшением температуры чувствительность термопар падает.

Термопара состоит из двух разнородных проводни­ков, спаянных в точках А и В (рис. 3).

 

Участок АСВ состоит из проводника одного типа металла, а участки AD и BF — из другого. Спай А поддерживается при постоянной температуре Тос помощью термостата К. Спай В помещается наисследуемое тело температуры Т.

 

Рис. 3. Схема включения термопарного термометра и его внешний вид

 

 

Возникающая в цепи термопары ЭДС Е является функцией разности ТТо:

 

Е=α (Т-Т0). (2)

 

Величина α— термический коэффициент электродвижущей си­лы термопары — тоже в общем случае зависит от температуры.

 

Напряжение, возникающее между точками D и F, подается на усилитель Уи далее на регистрирующий прибор. В табл.2 приведены некоторые пары металлов, используемых в качестве термопар, их рабочий диапазон и средняя чувстви­тельность.

 

 

Таблица 2

 

 

 

 

Термопарные термометры отличаются простотой в изготов­лении, малыми размерами, малой тепловой инерционностью, широким диапазоном применимости.

Так же как и у термометров сопротивления, верхняя грани­ца ихприменимости определяется температурой плавления или окисления. Так, например, у меди при температуре выше 350°С идет сильное окисление кислородом воздуха. Это ведет к разрушению термопары.

 

 

Выполнение работы и составление отчета по лабораторной №4

ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ.

 

ГОУВПО «СМОЛЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ РОСЗДРАВА»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ»

 

 

Кафедра медицинской и биологической физики

 

 

Тема: Медицинская электроника

 

Лабораторная работа 1э

 


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Применение термистора

Термистор — это тип датчика температуры. Они очень маленькие, относительно дешевые и очень быстро реагируют на изменение температуры.

Термисторы

состоят из небольшого шарикового резистора и двух проводов, которые могут быть подключены к электрической цепи, изменение температуры будет означать изменение сопротивления в резисторе, которое можно обнаружить и измерить по электрическому выходу цепи.

Термисторы

очень разнообразны и часто используются для регулирования напряжения, выдержки времени, защиты цепей и регулировки громкости.

Существует два основных типа термистора; Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) или с положительным температурным коэффициентом (PTC). Большинство поставляемых нами термисторов являются термисторами с отрицательным температурным коэффициентом, PTC также входят в наш ассортимент.

С термистором NTC, когда температура увеличивается, сопротивление уменьшается.

И наоборот, когда температура понижается, сопротивление увеличивается.

Термистор PTC работает иначе; когда температура увеличивается, сопротивление увеличивается, и аналогично, когда температура уменьшается, сопротивление также уменьшается.

Применение термистора

Благодаря тому, что они доступны в различных размерах и просты в использовании, термисторы используются в различных областях применения в различных отраслях промышленности.

Применения термистора — Бытовая техника (бытовая техника) Термисторы

очень распространены, и вы можете быть удивлены, узнав, сколько приборов в домашних условиях используют термисторы для контроля и измерения температуры.Некоторые из этих приложений:

Микроволны / Бойлеры — термисторы контролируют внутреннюю температуру и гарантируют, что она не станет слишком горячей

Устройство защиты цепи — термисторы контролируют скачки напряжения и обеспечивают протекание правильного количества через устройство, подключенное к розетке

Цифровые термометры — термометры часто используют термисторы в качестве чувствительного элемента температуры, поскольку они обладают быстрым срабатыванием и точностью.

Применение термистора — коммерческое использование

Обогрев салона автомобиля — для обеспечения правильной температуры в автомобиле часто используются термисторы

Производство — термисторы используются как «выключатели» на производстве; если температура станет опасно высокой, термистор вызовет разрыв цепи.

HVAC холодильные установки — термисторы используются для измерения строительных и управляющих процессов.Это увеличивает контроль и эффективность.

3d принтеры — термисторы используются для регулирования температуры, так как они должны контролироваться точно

Медицинские приложения — когда необходим точный контроль температуры, используется термистор, поскольку он очень чувствителен и обнаруживает незначительные изменения температуры. Они используются для катетеров, наблюдения за пациентом и диализного оборудования

Пищевая промышленность и производство напитков — термисторы могут использоваться для контроля температуры в условиях обработки и обработки пищевых продуктов / напитков, чтобы гарантировать поддержание правильной температуры.

Термисторы от Variohm

Наш ассортимент NTC Термисторы имеют стеклянное или эпоксидное покрытие, что делает их надежными в различных средах. Доступны разные размеры и допуски.

Термистор 10К

100K Термистор

Термистор 1К

Термистор 30K

Термистор 3K

5K Термистор

Термистор 50К

Для получения дополнительной информации о наших термисторах или о любом из продуктов в нашем ассортименте, пожалуйста, свяжитесь с нами.

THERMISTOR BASICS — длинноволновая электроника

Диапазон температур: Приблизительный общий диапазон температур, в котором можно использовать датчик определенного типа. В заданном диапазоне температур одни датчики работают лучше, чем другие.

Относительная стоимость: Относительная стоимость при сравнении этих датчиков друг с другом. Например, термисторы недороги по сравнению с RTD, отчасти потому, что предпочтительным материалом для RTD является платина.

Постоянная времени: Приблизительное время, необходимое для перехода от одного значения температуры к другому. Это время в секундах, которое требуется термистору для достижения 63,2% разницы температур от начального до конечного значения.

Стабильность: Способность контроллера поддерживать постоянную температуру на основе обратной связи датчика по температуре.

Чувствительность: Степень реакции на изменение температуры.

Какие формы термисторов доступны?
Термисторы

бывают разных форм — диск, микросхема, бусинка или стержень, и могут быть установлены на поверхности или встроены в систему.Они могут быть залиты эпоксидной смолой, стеклом, обожженным фенолом или окрашены. Наилучшая форма часто зависит от контролируемого материала, например твердого вещества, жидкости или газа.

Например, шариковый термистор идеально подходит для встраивания в устройство, а стержень, диск или цилиндрическая головка лучше всего подходят для оптических поверхностей. Чип термистора обычно устанавливается на печатной плате (PCB). Существует много, много различных форм термисторов, некоторые из них:


Рисунок 3: Типы термисторов

Выберите форму, которая обеспечивает максимальный контакт поверхности с устройством, температура которого отслеживается.Независимо от типа термистора, подключение к контролируемому устройству должно выполняться с помощью пасты с высокой теплопроводностью или эпоксидного клея. Обычно важно, чтобы эта паста или клей не проводили электричество.

Как термистор работает в управляемой системе?

В основном термистор используется для измерения температуры устройства. В системе с контролируемой температурой термистор — это небольшая, но важная часть более крупной системы. Контроллер температуры контролирует температуру термистора.Затем он сообщает нагревателю или охладителю, когда включать или выключать, чтобы поддерживать температуру датчика.

На схеме ниже, иллюстрирующей пример системы, есть три основных компонента, используемых для регулирования температуры устройства: датчик температуры, регулятор температуры и устройство Пельтье (обозначенное здесь как TEC или термоэлектрический охладитель). Головка датчика прикрепляется к охлаждающей пластине, которая должна поддерживать определенную температуру для охлаждения устройства, а провода присоединяются к контроллеру температуры.Контроллер температуры также имеет электронное соединение с устройством Пельтье, которое нагревает и охлаждает целевое устройство. Радиатор прикреплен к устройству Пельтье для отвода тепла.


Рисунок 4: Система с термисторным управлением
Работа датчика температуры заключается в отправке данных обратной связи на контроллер температуры. Через датчик проходит небольшой ток, называемый током смещения, который посылается контроллером температуры.Контроллер не может считывать сопротивление, поэтому он должен преобразовывать изменения сопротивления в изменения напряжения, используя источник тока для подачи тока смещения через термистор для создания управляющего напряжения.

Регулятор температуры — это мозг этой операции. Он берет информацию датчика, сравнивает ее с тем, что необходимо охлаждаемому блоку (так называемая уставка), и регулирует ток через устройство Пельтье, чтобы изменить температуру в соответствии с уставкой.

Расположение термистора в системе влияет как на стабильность, так и на точность системы управления.Для лучшей стабильности термистор необходимо разместить как можно ближе к термоэлектрическому или резистивному нагревателю. Для обеспечения максимальной точности термистор должен располагаться рядом с устройством, требующим регулирования температуры. В идеале термистор встроен в устройство, но его также можно прикрепить с помощью теплопроводящей пасты или клея. Даже если устройство встраивается, воздушные зазоры следует устранять с помощью термопасты или клея.

На рисунке ниже показаны два термистора, один из которых подключен непосредственно к устройству, а другой удален или удален от устройства.Если датчик расположен слишком далеко от устройства, время теплового запаздывания значительно снижает точность измерения температуры, а размещение термистора слишком далеко от устройства Пельтье снижает стабильность.


Рисунок 5: Размещение термистора

На следующем рисунке график показывает разницу в показаниях температуры, снятых обоими термисторами. Термистор, прикрепленный к устройству, быстро реагировал на изменение тепловой нагрузки и регистрировал точные температуры.Удаленный термистор тоже среагировал, но не так быстро. Что еще более важно, показания отклоняются чуть более чем на полградуса. Эта разница может быть очень значительной, когда требуются точные температуры.


Рисунок 6: График отклика положения термистора

После выбора размещения датчика необходимо настроить остальную часть системы. Это включает определение сопротивления базового термистора, тока смещения для датчика и заданной температуры нагрузки на контроллере температуры.

Какое сопротивление термистора и ток смещения следует использовать?
Термисторы

классифицируются по величине сопротивления, измеренной при комнатной температуре, которая считается 25 ° C. Устройство, температуру которого необходимо поддерживать, имеет определенные технические характеристики для оптимального использования, определенные производителем. Их необходимо определить перед выбором датчика. Поэтому важно знать следующее:

Каковы максимальные и минимальные температуры для устройства?
Термисторы идеально подходят для измерения температуры в одной точке в пределах 50 ° C от окружающей среды.Если температура слишком высокая или низкая, термистор не будет работать. Хотя есть исключения, большинство термисторов лучше всего работают в диапазоне от -55 ° C до + 114 ° C.

Поскольку термисторы являются нелинейными, что означает, что зависимости температуры от сопротивления отображаются на графике в виде кривой, а не прямой линии, очень высокие или очень низкие температуры не регистрируются правильно. Например, при очень небольших изменениях очень высоких температур будут регистрироваться незначительные изменения сопротивления, что не приведет к точным изменениям напряжения.

Каков оптимальный диапазон термисторов?
В зависимости от тока смещения от контроллера каждый термистор имеет оптимальный полезный диапазон, то есть диапазон температур, в котором точно регистрируются небольшие изменения температуры.

В таблице ниже показаны наиболее эффективные диапазоны температур для термисторов с длиной волны при двух наиболее распространенных токах смещения.


Рисунок 7: Таблица выбора термистора

Лучше всего выбирать термистор, где заданная температура находится в середине диапазона.Чувствительность термистора зависит от температуры. Например, термистор может быть более чувствительным при более низких температурах, чем при более высоких температурах, как в случае с термистором 10 кОм TCS10K5 компании Wavelength. С TCS10K5 чувствительность составляет 162 мВ на градус Цельсия в диапазоне от 0 ° C до 1 ° C, и 43 мВ / ° C между 25 ° C и 26 ° C и 14 мВ ° C между 49 ° C и 50 °. С.

Каковы верхний и нижний пределы напряжения на входе датчика терморегулятора?
Пределы напряжения обратной связи датчика с регулятором температуры указываются производителем.В идеале следует выбрать комбинацию термистора и тока смещения, которая обеспечивает напряжение в пределах диапазона, разрешенного регулятором температуры.

Напряжение связано с сопротивлением по закону Ома. Это уравнение используется для определения необходимого тока смещения. Закон Ома гласит, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между двумя точками и для этого тока смещения записывается как:

В = I Смещение x R

Где:
В — напряжение, в вольтах (В)
I BIAS — ток в амперах или амперах (A)
I BIAS означает, что ток фиксированный
R — сопротивление в Ом (Ом)

Контроллер вырабатывает ток смещения для преобразования сопротивления термистора в измеряемое напряжение.Контроллер будет принимать только определенный диапазон напряжения. Например, если диапазон контроллера составляет от 0 до 5 В, напряжение термистора должно быть не ниже 0,25 В, чтобы электрические шумы нижнего уровня не мешали считыванию, и не выше 5 В для считывания.

Предположим, что используется вышеупомянутый контроллер и термистор 100 кОм, такой как TCS651 от Wavelength, а температура, которую устройство должно поддерживать, составляет 20 ° C. Согласно техническому описанию TCS651, сопротивление составляет 126700 Ом при 20 ° C.Чтобы определить, может ли термистор работать с контроллером, нам нужно знать полезный диапазон токов смещения. Используя закон Ома для определения I BIAS , мы знаем следующее:

V / R = I Смещение

0,25 / 126700 = 2 мкА — нижний предел диапазона
5,0 / 126700 = 39,5 мкА — верхний предел

Да, этот термистор будет работать, если ток смещения регулятора температуры может быть установлен в пределах от 2 мкА до 39,5 мкА.

При выборе термистора и тока смещения лучше всего выбирать такой, при котором развиваемое напряжение находится в середине диапазона.На входе обратной связи контроллера должно подаваться напряжение, которое определяется сопротивлением термистора.

Так как люди легче всего относятся к температуре, сопротивление часто нужно менять на температуру. Наиболее точная модель, используемая для преобразования сопротивления термистора в температуру, называется уравнением Стейнхарта-Харта.

Что такое уравнение Стейнхарта-Харта?

Уравнение Стейнхарта-Харта — это модель, которая была разработана в то время, когда компьютеры не были повсеместными и большинство математических вычислений выполнялось с использованием логарифмических правил и других математических средств, таких как таблицы трансцендентных функций.Уравнение было разработано как простой метод более простого и точного моделирования температур термисторов.

Уравнение Стейнхарта-Харта:

1 / T = A + B (lnR) + C (lnR) 2 + D (lnR) 3 + E (lnR) 4…

Где:
T — температура в Кельвинах (K, Кельвин = Цельсий + 273,15)
R — сопротивление при T, в Ом (Ом)
A, B, C, D и E — коэффициенты Стейнхарта-Харта, которые меняются в зависимости от типа используемого термистора и диапазона измеряемой температуры.
ln — натуральное бревно, или бревно до основания Нэпиера 2.7 1828

Члены могут продолжаться бесконечно, но, поскольку ошибка настолько мала, уравнение обрезается после кубического члена, а член в квадрате удаляется, поэтому используется стандартное уравнение Стейнхарта-Харта:

1 / Т = А + В (lnR) + C (lnR) 3

Одно из удовольствий компьютерных программ состоит в том, что уравнения, на решение которых потребовались бы дни, если не недели, выполняются за считанные секунды. Введите «Калькулятор уравнения Стейнхарта-Харта» в любой поисковой системе, и будут возвращены страницы со ссылками на онлайн-калькуляторы.

Как используется уравнение Стейнхарта-Харта?

Это уравнение вычисляет с большей точностью фактическое сопротивление термистора как функцию температуры. Чем более узкий диапазон температур, тем точнее будет расчет сопротивления. Большинство производителей термисторов предоставляют коэффициенты A, B и C для типичного диапазона температур.

Кто такие Стейнхарт и Харт?

Джон С. Стейнхарт и Стэнли Р. Харт впервые разработали и опубликовали уравнение Стейнхарта-Харта в статье под названием «Калибровочные кривые для термисторов» в 1968 году, когда они были исследователями в Институте Карнеги в Вашингтоне.Стейнхарт стал профессором геологии и геофизики и морских исследований в Университете Висконсин-Мэдисон, а Стэнли Р. Харт стал старшим научным сотрудником океанографического института Вудс-Хоул.

Заключение

Термисторы — это терморезисторы, сопротивление которых изменяется при изменении температуры. Они очень чувствительны и реагируют на очень небольшие изменения температуры. Их лучше всего использовать, когда необходимо поддерживать определенную температуру, а также при мониторинге температуры в пределах 50 ° C от окружающей среды.

Термисторы

, как часть системы контроля температуры, являются лучшим способом измерения и контроля нагрева и охлаждения устройства Пельтье. Их способность регулировать с минутными приращениями обеспечивает максимальную общую стабильность системы. Термисторы могут быть встроены или монтированы на поверхности устройства, требующего контроля температуры. В зависимости от типа они могут измерять жидкости, газы или твердые тела.

Wavelength поставляет различные термисторы с шариковыми и цилиндрическими головками. Чтобы просмотреть текущий выбор, щелкните здесь.

Где используются термисторы? — Электронное руководство

A Термистор — это электронный компонент, который позволяет нам контролировать температуру.

Эта способность контролировать температуру позволяет использовать термистор во многих приложениях, где требуется измерение температуры.

Итак, где на самом деле используются термисторы?

Термистор можно найти в системах обеспечения безопасности, таких как пожарная сигнализация, в кухонных приборах, таких как микроволновые печи, холодильники и тостеры, в автомобильной промышленности, в системах обеспечения комфорта, таких как кондиционеры и многие другие.

Однако, кроме измерения температуры, они используются для регулирования напряжения, регулировки громкости и защиты цепей.

Я расскажу о других приложениях, в которых используется термистор, позже в этой статье.

Это универсальный, дешевый и надежный вариант по сравнению со многими другими доступными альтернативами.

Хотя термисторы можно использовать по-разному, их основное назначение — служить датчиком температуры.

Что такое термистор?

Термистор — это, по сути, резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от изменения температуры окружающей среды.

При малых приращениях зависимость между термистором и температурой можно считать линейной, но в большинстве случаев зависимость нелинейная.

Слово Термистор представляет собой комбинацию двух слов; Терморезистор и .

Существует два основных типа термисторов; отрицательный температурный коэффициент (NTC) и положительный температурный коэффициент (PTC).

Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

Отношение сопротивления термистора NTC к температуре обратно пропорционально.

Это означает, что при повышении температуры сопротивление уменьшается.

Термистор с положительным температурным коэффициентом (NTC)

Термисторы с положительным температурным коэффициентом, напротив, имеют пропорциональное соотношение.

Это означает, что при повышении температуры увеличивается сопротивление.

Используемые материалы

Еще одним фактором, который отличает типы термисторов, является используемый материал.

Два наиболее часто используемых материала — это металлические соединения, которые включают оксиды (в основном это термисторы NTC) и монокристаллические полупроводники.

Оба эти типа материалов подходят для разных температурных диапазонов.

Краткая история

Самый ранний известный термистор наблюдал Майкл Фарадей в 1833 году.

Материал, который он использовал, представлял собой металлическое соединение с отрицательным температурным коэффициентом.

Материалом, который он использовал и заметил изменение сопротивления, был сульфид серебра.

Появление оксидов металлов произошло позже, в 1940-х годах.

Из-за исследований, которые были сосредоточены на полупроводниковых материалах после Второй мировой войны, кремниевые термисторы были изучены больше.

Где используются термисторы?

Благодаря своей дешевизне и высокой эффективности термисторы могут использоваться во многих областях.

Области применения термисторов можно разделить на две категории термисторов NTC и PTC.

Термисторы NTC
  • Когда есть потребность в измерении температуры при очень низких значениях, термисторы NTC являются наиболее эффективными
  • Эти термисторы обычно используются в цифровых термостатах
  • Зарядка аккумуляторов может быть опасной, если температура не соответствует контролируется.Они могут перегреться и вызвать возгорание. Термисторы NTC обеспечивают поддержание уровня температуры во время процесса зарядки.
  • При включении источники питания имеют высокий пусковой ток. Термисторы NTC обеспечивают способ ограничения этого броска тока благодаря своему высокому сопротивлению. По мере постепенного повышения температуры сопротивление термистора уменьшается, позволяя току увеличиваться с постоянной скоростью.
Применение термистора PTC
  • Подобно ограничителю пускового тока, для которого используются термисторы NTC, термисторы PTC используются в приложениях ограничения тока.Поскольку сопротивление термистора PTC увеличивается с повышением температуры, большой скачок тока вызовет повышение температуры, что, в свою очередь, увеличит сопротивление термистора, тем самым ограничив протекание тока.

Однако термисторы более универсальны, чем просто используются в приложениях, где требуется измерение температуры.

Они используются в схемах регулирования напряжения, громкости, временной задержки и защиты (как мы видели выше).

Общие продукты, в которых используются термисторы?

Микроволны — обычное, если не необходимое изделие во многих домашних хозяйствах.

Они позволяют разогреть еду и напитки нажатием пары кнопок.

Но микроволновая печь не сможет правильно работать без надлежащего регулирования температуры. Риск возгорания из-за перегрева очень высок.

Термисторы помогают микроволнам поддерживать необходимый уровень температуры.

Сетевые фильтры — это устройства, которые защищают ваши устройства, подключенные к розеткам электросети.

Удар молнии в линию электропередачи рядом с вашим домом может вызвать большой всплеск тока, который потенциально может повредить подключенные устройства.

Как мы видели выше, термисторы PTC обеспечивают способ ограничения этого тока и являются причиной их использования в сетевые фильтры.

Автомобили , как и ваша машина, имеют на приборной панели индикатор с буквами «H» (горячий) и «C» (холодный).

Этот индикатор позволяет узнать уровни температуры масел и охлаждающих жидкостей в вашем автомобиле с помощью термистора.

Хотя термистор не предотвращает перегрев, это всего лишь способ индикации уровней температуры.

Зачем нужны термисторы?

Из некоторых областей применения термисторов вы можете убедиться в их важности.

Термисторы обеспечивают обратную связь, которая позволяет нам узнать, является ли температура слишком высокой или низкой в ​​зависимости от области применения.

Итак, термисторы необходимо использовать, когда нам нужно регулировать температуру в «безопасной зоне».

Они являются распространенным вариантом из-за их доступности, невысокой стоимости и эффективности.

Когда использовать термисторные зонды NTC и почему это необходимо

Термисторные зонды NTC имеют бесконечное применение

Термисторные зонды

NTC измеряют уровень жидкости и температуру в отраслях, от автомобильной электроники до медицинских технологий и экологически чистой энергетики.Их приложения бесконечны, а их назначение обеспечивает работоспособность приложений, которые они обслуживают.

Термисторный зонд может быть таким же простым, как чип термистора NTC, залитый эпоксидной смолой или стеклом. Или он может быть залит в металлический или пластиковый корпус с двумя проводами с высокотемпературной изоляцией.

Эти термисторы NTC есть во всех местах, где мы живем и работаем, с момента, когда мы просыпаемся и готовим кофе, до конца дня, когда мы приходим домой и расслабляемся перед телевизором.Они необходимы для машин, на которых мы ездим на работу, компьютеров, необходимых для выполнения нашей работы, и устройств, которые мы используем для приготовления еды в конце дня.

Что такое датчики температуры и их применение

Важно понимать, как работают термисторные зонды NTC, в какой емкости и каков их потенциал. Частично это понимание включает электрические свойства зондов, которые соответствуют определенным принципам работы, включая электрическое сопротивление, чувствительность, давление и теплопроводность.

Учитывая их распространенность и диапазон применений, а также несмотря на множество размеров и форм термисторов, невозможно изготовить универсальный узел термисторного зонда NTC. Датчики температуры, используемые в автомобилях, отличаются от датчиков температуры, используемых в ветряных турбинах.

Термисторные зонды в автомобилестроении

Без терморезисторных датчиков температуры многие автомобили, бытовая техника, промышленное оборудование и все, что требует управления с обратной связью, не будет работать должным образом или вообще не будет работать.Инженеры полагаются на эти термисторные датчики NTC как на конструктивное решение любого продукта, который генерирует энергию, горячую или холодную, и требует измерения, компенсации и контроля температуры.

В 1966 году в автомобильной технике использовалось около двух термисторов на единицу. Это число выросло до 60 термисторов на единицу в 90-х годах, а сегодня в одном автомобиле находится от 80 до 100 термисторов NTC. Экспоненциальный рост количества устройств для измерения температуры соответствует сложности и совершенству технологии.По мере роста и совершенствования автомобильных технологий растет и спрос на датчики температуры. Обогреватели автомобильных сидений, кондиционеры, обогреватели окон и датчики температуры масла требуют обнаружения, регулирования и контроля температуры. Сейчас, когда электромобили становятся все более распространенными, термисторы NTC используются чаще, чем когда-либо. Литий-ионные аккумуляторы в автомобилях за последние 7-10 лет стали намного экономичнее. Термисторы жизненно важны для поддержания идеальной температуры батареи во время цикла зарядки и разрядки.

Улучшение технологии позволяет использовать больше функций и процессов, требующих точного и надежного измерения температуры. Например, термостаты ранее измеряли температуру охлаждающей жидкости и управляли климатом в салоне; сегодня термисторы заменили термостаты, поскольку термисторы работают быстрее, точнее и надежнее. Датчики NTC также могут определять уровень и вязкость масла, предупреждая водителя о необходимости его замены.

Медицинские технологии

Сегодня, особенно во время Covid-19, термисторные зонды играют решающую роль в медицинских технологиях.Вентиляторы — это аппараты, которые помогают пациентам дышать. У здорового человека внутренняя часть носа и рта согревает и увлажняет воздух, которым мы дышим, до температуры тела, примерно 37 ° C. Когда у пациента респираторная недостаточность, как в случае с коронавирусом, аппарат ИВЛ выполняет дыхание за него. Датчик температуры должен быть точным, чувствительным и отзывчивым для такой задачи. Дискретный датчик температуры анализирует температуру воздуха и отправляет сигналы в респиратор, обеспечивая необходимый воздушный поток.

Термисторы

также играют роль в оценке сердечного выброса. Термисторный зонд составляет кончик катетера Свана-Ганца. После введения холодного раствора в кровоток врачи используют термистор для определения изменений температуры крови. Врачи могут рассчитать количество крови, перекачиваемой сердцем в течение определенного периода времени. Опять же, датчик температуры должен быть невероятно точным, чтобы обнаруживать незначительные изменения температуры.

Зеленая энергия

Зеленая энергия — это область, в которой использование термисторных зондов делает большие успехи.В 2007 году группа специалистов из Японии использовала термистор NTC, чтобы создать лучшую тормозную систему для небольших ветряных турбин. Традиционная схема отключения повреждает роторы турбины и обмотки генератора из-за тока короткого замыкания. Использование термистора NTC в цепи отключения было более безопасным и экономичным. Датчики NTC также могут измерять температуру лезвий в холодных условиях. Когда лопасти ветряной турбины замерзают, турбина становится неэффективной и выходит из строя.Датчик NTC передает информацию о температуре нагревателю ветряной турбины, позволяя турбине компенсировать низкую температуру и предотвращать замерзание лопастей.

Термисторы

NTC также могут измерять температуру воды для анализа повышения глобальной температуры. Благодаря точному, надежному и стабильному обнаружению данных ученые-экологи могут определить, насколько быстро нагреваются океаны и озера. Термистор NTC — еще один отличный вариант для этого приложения, потому что они сохраняют свою точность в течение длительных периодов времени, что снижает вероятность прерывания сбора данных и искажения результатов.

Ежедневные заявки

Термисторы

NTC есть практически в каждом бытовом оборудовании, от морозильников до переносных обогревателей. В качестве профилактики термисторы уменьшают вероятность перегрева и возгорания инструментов, таких как микроволновые печи или переносные обогреватели. Другая техника включает компьютеры, кондиционеры и пожарную сигнализацию.

Как выбрать и интегрировать термисторные зонды в различные приложения

Подобно безграничным приложениям, требующим сборки термисторных датчиков NTC, также существуют бесконечные способы их монтажа, приклеивания и применения.Корпус и установка для некоторых сборок датчиков могут быть простыми или очень сложными.

Если говорить о датчике, то металлический или пластиковый корпус в сборе закрывает термистор с шариком для различных применений и функций. Эти датчики бывают всех форм, размеров и вариантов монтажа. Некоторые термисторные зонды NTC длинные и узкие с корпусом из нержавеющей стали, используемым в транспортных средствах для измерения температуры масла или воды. Другие датчики температуры включают трубку с резьбой, используемую в двигателях или медицинском оборудовании для определения и контроля температуры.Зонды с кольцевым наконечником часто используются вместе с радиаторами или литий-ионными батареями.

Каждый термисторный датчик температуры начинается с крошечной микросхемы, прикрепленной к двум теплоизолированным проводам. Стеклянный или металлический корпус закрывает зонд. При этом теплопроводящая эпоксидная смола заполняет оставшееся пространство внутри корпуса. Зонды дополнительно настраиваются на основе точных требований для их применения. При использовании с таким приложением, как литий-ионный аккумулятор, датчик NTC с кольцевым наконечником может быть легко надежно закреплен на клемме аккумулятора.Этот датчик в сборе эффективно контролирует температуру батареи, поэтому она не превышает рабочих или безопасных температур.

В приведенной ниже таблице показаны различные термисторы и корпуса, с которыми они совместимы.

Задать вопрос Запросить образец Загрузить блог



Что такое термистор и как он работает?

Изображение предоставлено: Кристиан Сторто / Shutterstock.ком

Термистор — это устройство, которое можно использовать для измерения температуры путем сопоставления измеренного значения его электрического сопротивления с температурой окружающей среды или конкретной части, на которой установлен термистор. Термин «термистор» образован от объединения и сжатия двух других слов — «термический» и «резистор». Термисторы можно рассматривать как термочувствительные резисторы — устройства, значение сопротивления которых можно использовать для определения температуры.

В этой статье термисторы исследуются более подробно, включая то, что они собой представляют, как они работают, различные типы, которые используются, их области применения и ключевые параметры производительности, используемые при выборе этих устройств.

Чтобы узнать больше о других типах электрических и электронных устройств, см. Соответствующие руководства, список которых приведен в конце этой статьи. Чтобы узнать больше о других типах датчиков, см. Соответствующее руководство — Датчики — Полное руководство (типы, приложения и поставщики).

Что такое термистор?

Термисторы — это тип датчика температуры, который используется во множестве различных приложений и может рассматриваться как особый тип резистора. Все резисторы обычно имеют некоторую температурную зависимость, а это означает, что их значение сопротивления будет несколько меняться в зависимости от температуры. Этот эффект определяется и измеряется температурным коэффициентом сопротивления , или TCR. TCR можно определить как процентное изменение значения сопротивления, которое происходит при заданном изменении температуры.Иногда он выражается в миллионных долях (ppm) на градус Цельсия и может быть выражен как:

, где R 2 — значение сопротивления при рабочей температуре T 2 , а R 1 — значение сопротивления при температуре T 1 , которое обычно соответствует комнатной температуре ( 25 o C).

В типичных постоянных или переменных резисторах, используемых в электрических цепях, желательно иметь небольшой TCR, поскольку он приводит к стабильным электрическим характеристикам в широком диапазоне температур.Для термисторов, однако, предпочтительнее большое значение TCR, поскольку оно позволяет легче измерять изменение значения сопротивления в зависимости от температуры и использовать его в качестве точного отражения изменения температуры.

Термисторы

часто указываются в качестве альтернативы другим типам устройств измерения температуры, таким как датчики температуры сопротивления (RTD). (Более подробную информацию о других типах датчиков температуры, включая RTD, можно найти в наших соответствующих руководствах Все о датчиках температуры и типах контактных датчиков.)

Типы термисторов и принцип их работы

Обычно термисторы делятся на два основных типа:

  • Отрицательный температурный коэффициент или термисторы NTC
  • Положительный температурный коэффициент или термисторы PTC

Термистор с отрицательным температурным коэффициентом обладает тем свойством, что при повышении температуры сопротивление устройства уменьшается. Следовательно, значение TCR для этих устройств отрицательное и будет отображаться графически в виде кривой с отрицательным наклоном, когда сопротивление откладывается по оси y, а температура — по оси x.На рисунке 1 ниже показан пример характеристической кривой термистора NTC. Помимо уменьшения сопротивления, связанного с повышением температуры, обратите внимание, что наклон кривой непостоянен, и поэтому зависимость между сопротивлением и температурой нелинейна. Кроме того, чем круче кривая, тем выше температурная чувствительность устройства, поскольку относительно небольшое изменение температуры может привести к значительному изменению значения сопротивления термистора.

Изображение предоставлено: https: // www.amphenol-sensors.com/

Рисунок 1 — Пример характеристической кривой сопротивления-температуры для термистора NTC

Термисторы с положительным температурным коэффициентом, напротив, имеют прямую зависимость между сопротивлением устройства и температурой. При повышении температуры (выше определенной точки) сопротивление термистора также увеличивается. На рисунке 2 ниже показан пример графика характеристики термистора PTC.

Изображение предоставлено: https: // www.amphenol-sensors.com/

Рисунок 2 — Пример кривой характеристического сопротивления-температуры для термистора PTC

Как видно из этой кривой, поведение сопротивления термистора PTC изменению температуры очень нелинейно. Первоначально устройство демонстрирует снижение сопротивления с повышением температуры, достигая минимального значения R мин перед тем, как снова начать увеличиваться при дальнейшем повышении температуры. Как только температура достигает критической точки (называемой температурой Кюри, температурой переключения, температурой перехода или температурой точки излома — T b , как показано на рисунке 2), устройство показывает резкое увеличение сопротивления с каждым градусом изменения температура.Говорят, что при температурах ниже T b устройство работает в состоянии низкого сопротивления; выше T b устройство переходит в состояние с высоким сопротивлением.

Существует два основных типа термисторов PTC — термочувствительные кремниевые резисторы (также называемые силисторами) и переключающие термисторы PTC. На рис. 2 представлена ​​характеристическая кривая, более типичная для переключающего термистора с положительным температурным коэффициентом. Силистор имеет тенденцию демонстрировать более линейное увеличение сопротивления с изменением температуры в пределах своего номинального рабочего диапазона и чаще всего используется для обеспечения температурной компенсации для кремниевых полупроводниковых устройств.

Применение термистора

Термисторы

NTN чаще всего используются в системах измерения и регулирования температуры из-за значительного изменения их сопротивления в зависимости от температуры. Они также используются в электрических цепях, где требуется температурная компенсация, например, в генераторах или ЖК-дисплеях. Поскольку они испытывают временную задержку перед достижением более низкого сопротивления, другое использование этих устройств — функционирование в качестве ограничителя пускового тока. Кроме того, эти термисторы могут найти применение в качестве датчиков наличия жидкости.Когда жидкость входит в контакт с устройством, постоянная рассеяния изменяется, позволяя термистору обнаруживать такой контакт.

Коммутационные термисторы с положительным температурным коэффициентом имеют характеристики, позволяющие использовать их в качестве нагревателя или самовосстанавливающегося предохранителя. Термисторы PTC могут эффективно нагревать объект до определенной температуры и поддерживать это значение температуры. Характеристическая кривая, показанная на рисунке 2, показывает, что в состоянии высокого сопротивления устройство будет стремиться к саморегулированию при постоянной (заданной) температуре.Если температура снижается, сопротивление уменьшается, что позволяет большему току проходить через устройство, рассеивая больше энергии и снова повышая температуру. Точно так же, если температура увеличится от установленного значения, сопротивление устройства будет увеличиваться, ограничивая ток и вызывая падение температуры. Производители могут изменять состав керамических материалов, используемых в конструкции термистора PTC, который затем может в некоторой степени изменять температуру перехода и регулируемую температуру.Применения, в которых термисторы PTC используются в качестве нагревателя, включают нагреватели дизельного топлива для нагрева топлива, чтобы облегчить запуск холодного двигателя, в составе восковых двигателей для работы дверцы дозатора мыла в посудомоечной машине, в биметаллических переключателях и в индикаторах угла атаки в самолет. Во многих других областях применения термисторы PTC используются для нагрева, в том числе:

  • Подогреватели блока цилиндров для холодного климата
  • Зеркало для удаления льда
  • Обогреватели кофейников
  • Обогреватели керамические
  • Клапаны с термоэлектрическим приводом

Внезапное и резкое изменение сопротивления выше температуры Кюри — это свойство, которое позволяет термисторам PTC также использоваться в приложениях в качестве сбрасываемых предохранителей, например, для защиты от бросков тока и обеспечения защиты от перегрузки по току.Например, в случае электродвигателя с набором пусковых обмоток термистор PTC может быть подключен электрически последовательно с пусковой катушкой. Когда двигатель запускается первоначально, термистор PTC работает в состоянии низкого сопротивления и пропускает ток в пусковые обмотки. Когда ток течет через устройство, оно рассеивает тепло и повышается температура. Как только устройство переходит в состояние с высоким сопротивлением, ток к пусковым обмоткам фактически отключается, и пусковая катушка отключается от цепи.

Точно так же термисторы PTC могут работать для ограничения тока в ситуации перегрузки по току. В случае возникновения короткого замыкания резкое протекание тока через термистор приведет к его быстрому нагреву выше температуры перехода. Находясь в состоянии высокого сопротивления, устройство может ограничивать ток, протекающий по цепи, чтобы предотвратить продолжение короткого или сверхтока. Как только условие перегрузки по току исправлено, ток, протекающий через термистор PTC, падает, устройство охлаждается, и его сопротивление уменьшается при переходе из состояния с высоким сопротивлением.Следовательно, термисторы PTC работают как самовосстанавливающиеся предохранители.

Технические характеристики и ключевые термины

Термисторы

определяются рядом ключевых технических характеристик и терминов; некоторые из наиболее важных из них приведены ниже.

  • Сопротивление при нулевой нагрузке — представляет собой сопротивление термистора в условиях холостого хода, т. Е. Измеренное с использованием такого уровня мощности, при котором тепловыделение от рабочего тока в устройстве практически отсутствует.Измерение обычно проводят при комнатной температуре (25 o C).
  • Бета-константа (β) — также иногда называемая значением B, представляет собой наклон кривой зависимости сопротивления от температуры в заданном диапазоне температур. Для температур T 1 и T 2 это значение может быть вычислено как:

  • Alpha (α) — представляет собой температурный коэффициент сопротивления при нулевой мощности, определяемый как относительное изменение сопротивления, связанное с изменением температуры.Это связано с первой производной кривой R-T и определяется как:

где R — сопротивление, а T — температура.

  • Тепловая постоянная времени (τ) — определяется как время, необходимое термистору для перехода на 63,2%, или (1 — 1 / e) разницы между начальной и конечной температурами. Это значение основано на экспоненциальной модели изменения температуры термистора со временем, которая может быть аппроксимирована следующим образом:

  • Константа рассеяния (δ) — измеряет количество энергии, необходимое для изменения температуры термистора на 1 o C за счет самонагрева от приложенного тока смещения.Значение измеряется при определенной температуре окружающей среды и измеряется в мВт / o C.

Сводка

В этой статье были рассмотрены основы термисторов, включая то, что они собой представляют, как они работают, типы и области применения. Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг, включая поставщиков термисторов NTC и PTC.

Источники:
  1. https://www.variohm.com
  2. https://www.sensorsci.com/thermistors
  3. https://www.electronics-notes.com/
  4. https://www.teamwavelength.com/thermistor-basics/
  5. https://www.littelfuse.com/
  6. https://eepower.com/
  7. https://www.amphenol-sensors.com/en/thermometrics
  8. https://www.electronics-notes.com/

Связанные статьи о датчиках:

Больше от Automation & Electronics

Как использовать устройства защиты от перегрева: Термисторы с NTC микросхемой | Указания по применению

Термисторы NTC представляют собой термочувствительные резистивные элементы, значения сопротивления которых быстро уменьшаются с повышением температуры.Благодаря этому свойству они используются в качестве устройств защиты от перегрева для защиты цепей от перегрева, а также в качестве датчиков температуры. TDK предлагает термисторы SMD NTC различных размеров как под торговой маркой TDK, так и под торговой маркой EPCOS, используя накопленные нами технологии материалов и технологию многослойной обработки. В этой статье описываются применения устройств защиты от перегрева для определения температуры и температурной компенсации.

Преимущества термисторов SMD NTC

Термисторы

NTC представляют собой термочувствительные резистивные элементы из полупроводниковой керамики с отрицательными температурными коэффициентами (NTC).Это означает, что сопротивление экспоненциально уменьшается с ростом температуры. Чем круче кривая RT, тем больше изменение сопротивления в заданном температурном диапазоне. Благодаря этому свойству они часто используются в качестве датчиков температуры, а также в качестве устройств защиты от температуры для таких целей, как измерение температуры и температурная компенсация.

Температурная компенсация — это способность цепи реагировать на изменение температуры и инициировать корректирующие действия для обеспечения стабильной работы (управления) и защиты от превышения или снижения температуры.Например, работа электронной схемы, использующей транзистор или кристаллический резонатор, становится слегка нестабильной при изменении температуры. Благодаря высокому отрицательному температурному коэффициенту термисторы NTC особенно подходят для компенсации нежелательной реакции схемы на изменения температуры. Два примера — это стабилизация рабочей точки силовой электроники и регулировка яркости ЖК-дисплеев.

Термисторы

NTC доступны во многих различных конструкциях, включая дисковые, стеклянные диоды, выводы с полимерным покрытием и типы SMD.Термисторы SMD NTC, основанные на многослойной технологии, являются первым выбором, когда требуется температурная защита на печатной плате. Ниже приведены примеры применения термисторов SMD NTC в качестве устройств защиты от перегрева для таких целей, как определение температуры и температурная компенсация.
* Термисторы NTC, упомянутые в тексте и схемах, являются термисторами SMD NTC. Также упрощены принципиальные схемы.

Примеры применения термисторов SMD NTC

Пример приложения: определение температуры и температурная компенсация для смартфонов и планшетов

Многие термисторы NTC используются в смартфонах и планшетах для определения температуры и температурной компенсации.

Рис. 1: Основные области применения термисторов NTC для определения температуры и температурной компенсации в смартфонах и планшетах

Базовая схема представляет собой схему деления напряжения с последовательно соединенными термистором NTC и постоянным резистором. Значение сопротивления термистора NTC, размещенного рядом с тепловыделяющей частью, такой как ЦП или силовой модуль, уменьшается с повышением температуры и изменяет выходное напряжение схемы деления напряжения.
Это изменение отправляется в микроконтроллер, чтобы инициировать действия по температурной компенсации и защитить компоненты схемы от перегрева.

Рис.2: Основные схемы для определения температуры и температурной компенсации

Пример приложения: определение температуры аккумуляторных батарей мобильных устройств

Все перезаряжаемые батареи и, в частности, литий-ионные батареи должны контролироваться и защищаться интеллектуальными цепями зарядки, поскольку устройство мобильной связи, получающее энергию от батарей, должно работать в различных средах, включая работу при низких и высоких температурах.
В качестве предпочтительных устройств для определения температуры в схеме защиты используются термисторы NTC. Термисторы NTC могут определять температуру окружающей среды для различных целей, в зависимости от системы батарей. В частности, для быстрой зарядки необходимо измерить температуру окружающей среды, поскольку не все аккумуляторы позволяют заряжаться в диапазоне высоких и низких температур. Обычно производители аккумуляторных блоков рекомендуют температуры зарядки от 0 ° C до 45 ° C для медленной зарядки и от 5 ° C, от 10 ° C до 45 ° C для быстрой зарядки в зависимости от химического состава аккумулятора.
Термистор NTC является частью интеллектуального блока управления зарядкой (см. Схему ниже), который гарантирует, что температура окружающей среды находится в диапазоне, допускающем быструю зарядку. Во время зарядки термистор NTC многократно измеряет температуру в течение 5–10 секунд и может обнаруживать повышение температуры аккумуляторного элемента в конце цикла зарядки или вызванное ненормальными условиями зарядки.
Во время разряда термисторы NTC также выполняют температурную компенсацию для измерения напряжения, что помогает измерить оставшийся заряд в батарее.

Рис. 3: Определение температуры аккумуляторных батарей мобильных устройств

Пример приложения: Определение температуры для микроконтроллеров

Микроконтроллеры смартфонов и других устройств должны быть защищены от перегрева для обеспечения надежности их работы. На приведенной ниже схеме показана схема температурной защиты микроконтроллера, в которой используется схема деления напряжения, состоящая из комбинации термистора NTC и постоянных резисторов R S .Когда протекает перегрузка по току, температура термистора NTC повышается, а его сопротивление уменьшается, тем самым подавляя управляющее напряжение микроконтроллера. Для обеспечения эффективной температурной защиты небольшие термисторы и резисторы SMD NTC монтируются либо на печатной плате, либо на теплогенерирующей части.

Рис.4: Определение температуры для микроконтроллеров

Пример приложения: Определение температуры для светодиодных систем освещения

Во многих портативных электронных решениях светодиоды широко используются в общем освещении и автомобильном освещении, где высокая яркость становится все более популярной.Решением являются светодиоды высокой яркости (HBLED), которые обладают многочисленными преимуществами по сравнению с обычным освещением, но, как и любые другие полупроводниковые устройства, они выделяют тепло. Следовательно, одной из проблем является управление температурным режимом. Вообще говоря, высококачественные светодиоды — это надежные устройства, которые при правильном обращении могут работать более 100 000 часов. Однако высокие температуры могут значительно сократить срок их службы и негативно повлиять на их яркость. Чтобы гарантировать максимальный срок службы, производители светодиодов обычно рекомендуют начинать снижение номинального тока при температуре от 50 ° C до 80 ° C.Без контроля температуры разработчик должен обеспечить, чтобы температура никогда не превышала рекомендуемый порог снижения номинальных характеристик светодиода, или ограничить ток резистором до 57% от максимального номинала, что приведет к снижению полной яркости светодиода. Это делает термисторы NTC предпочтительным выбором для измерения температуры и управления в освещении из-за их привлекательного соотношения цены и качества. Они позволяют использовать светодиоды на полную мощность в течение заданного срока службы, что означает более высокий ток при более низкой температуре окружающей среды и адаптированный более низкий ток при повышении температуры.Это не только увеличивает срок службы светодиода, но и гарантирует хороший световой поток. Для наилучшей работы чувствительный термистор NTC должен быть расположен рядом со светодиодами или в горячей точке платы светодиодов.
Могут использоваться разные топологии в зависимости от конкретных драйверов светодиодов IC. Термистор NTC может работать в сети резисторов, где измеряемое напряжение может косвенно управлять током светодиода, влияя на коэффициент широтно-импульсной модуляции (PWM). Другой вариант показан на схеме ниже. Здесь термистор NTC используется в ветви измерения тока светодиода, чтобы влиять на сигнал обратной связи при более высоких температурах.В этой конфигурации NTC должен быть подключен к источнику постоянного напряжения, например. опорное выходное напряжение, обеспечиваемое драйвером.

Рис.5: Определение температуры для светодиодных систем освещения

Пример приложения: определение температуры для жестких дисков

Жесткий диск, который используется в качестве запоминающего устройства ПК и других интеллектуальных электронных устройств, является термочувствительным устройством, а высокая температура увеличивает вероятность ошибок и сбоев.По этой причине датчик температуры определяет ее температуру, и когда температура превышает определенный порог, включается вентилятор для охлаждения устройства. Точность относительно простой схемы определения температуры, состоящей из термистора NTC и постоянных резисторов, полностью достаточна для защиты жесткого диска и намного более рентабельна, чем схема с использованием ИС датчика температуры. На схеме ниже показана замена микросхемы датчика температуры на термистор с отрицательным температурным коэффициентом.

Рис.6: Определение температуры для жестких дисков

Пример приложения: определение температуры для операций записи головки жесткого диска

Запись данных на жесткий диск — это магнитная запись в магнитном слое опорного диска (магнитного диска) с использованием магнетизма, создаваемого катушкой в ​​записывающей головке. Чрезмерное написание может вызвать перегрев головки и отрицательно повлиять на ее элементы. По этой причине схема определения температуры с термистором NTC, как показано на схеме ниже, используется для управления током, протекающим через головку.

Рис.7: Определение температуры для операций записи головки жесткого диска

Пример приложения: Контроль температуры для термопринтеров

Термопринтеры, предназначенные для печати на термобумаге, используются в качестве принтеров чеков кассовых аппаратов POS и принтеров штрих-кодов или этикеток. Температура термоголовки коррелирует как с насыщенностью, так и с толщиной напечатанных символов: чем выше температура, тем они темнее и толще.Для поддержания постоянного качества печати напряжение регулируется путем изменения ширины импульса тока, подаваемого на термоголовку, в зависимости от измеренной температуры термоголовки. На схеме ниже показан пример блока схемы определения температуры с использованием термистора NTC.

Рис. 8: Контроль температуры для термопринтеров

Пример приложения: Температурная компенсация для ЖК-дисплеев

Контрастность ЖК-дисплеев, которые используются в смартфонах, планшетах и ​​других компактных устройствах, зависит от температуры и изменяется в зависимости от температуры окружающей среды.По этой причине необходимо регулировать напряжение привода в соответствии с температурой окружающей среды. На приведенной ниже схеме показана типичная схема температурной компенсации, в которой используется комбинация термистора NTC и постоянных резисторов.

Рис.9: Температурная компенсация для ЖК-дисплеев

Пример приложения: Температурная компенсация кварцевых генераторов

Кварцевый генератор, использующий кварцевый резонатор, используется в электронных устройствах, таких как ПК, для генерации опорной частоты (тактового сигнала).Как показано на графике ниже, температурные свойства кристаллического резонатора представляют собой кубическую кривую с точкой перегиба при стандартной температуре (в большинстве случаев 25 ° C) и отклонением частоты колебаний (вертикальная ось), которое в значительной степени зависит от температуры. Отклонение частоты колебаний уменьшается за счет включения схем компенсации, температурные свойства которых противоположны кристаллическому резонатору, в каждую из низкотемпературных и высокотемпературных областей. В таких схемах аналоговой компенсации используются термистор NTC, конденсатор и резистор.Кварцевый генератор со схемой внутренней температурной компенсации называется TCXO (кварцевый генератор с температурной компенсацией).

Рис.10: Температурная компенсация кварцевых генераторов

Пример приложения: Температурная компенсация для полупроводниковых датчиков давления

Многие пьезорезистивные полупроводниковые датчики давления MEMS используются во многих бытовых приборах, автоматизированных производственных линиях на заводах, в автомобильной промышленности и т. Д.Такие датчики давления состоят из кремниевой подложки, протравленной для создания тонкой полой чувствительной к давлению диафрагмы с четырьмя пьезорезистивными частями (тензодатчиками), подключенными к чувствительным к давлению мостам. Когда диафрагма подвергается давлению со стороны среды, между чувствительными элементами возникает разница в сопротивлении, которая затем генерирует электрический сигнал с обоих концов мостовой схемы.
Пьезорезистивные полупроводниковые датчики давления отличаются небольшими размерами и высокой чувствительностью, но поскольку чувствительность чувствительных элементов зависит от температуры, необходима компенсационная схема.На приведенной ниже схеме показана схема компенсации с комбинацией термистора NTC и постоянных резисторов. Температурная компенсация осуществляется путем управления напряжением, подаваемым на датчик давления, через зависящее от температуры сопротивление термистора NTC. Также были разработаны различные типы других схем компенсации.

Рис.11: Температурная компенсация полупроводниковых датчиков давления

Пример приложения: Тепловая защита полупроводников

Полупроводники необходимо защищать от перегрева во время работы.Термистор NTC размещен на подложке внутри силового модуля для контроля температуры радиатора, на котором установлен модуль (схема). Клеммы термистора NTC будут подключены к компаратору контроллера. Как только сопротивление термистора NTC упадет ниже заданного значения, контроллер снизит мощность через все полупроводники, чтобы снизить температуру внутри корпуса.
Особенно когда в силовых модулях используются полупроводники с широкой запрещенной зоной (GaN или SiC), это приводит к более высоким рабочим температурам по сравнению со стандартным кремнием, и могут потребоваться другие методы монтажа компонентов.В то время как пайка или склейка подходили для стандартного кремния, более высокие рабочие температуры в настоящее время в основном требуют процессов спекания для прикрепления компонентов к DCB (прямое соединение меди) и соединений с золотым, серебряным или алюминиевым проводом, используемым для соединения.

Рис.12: Термисторы SMD NTC, установленные на подложке внутри силового модуля

БТИЗ должен быть выключен при достижении температуры перехода, чтобы он не стал слишком горячим и впоследствии не был поврежден.Этот контроль температуры осуществляется термистором NTC, содержащимся в корпусе IGBT.

Связанные страницы

  • ■ Руководство по выбору термисторов Chip NTC

    Найдите для себя оптимальные термисторы NTC для микросхем промышленного и автомобильного качества, исходя из характеристик продукта (для использования с электропроводящими клеями, изделия с медным покрытием для заливки и т. Д.), Области применения и внешних размеров.

Альтернативы ртутному термометру

: Термистор | NIST

Схема термистора, красный цвет указывает на типичное размещение резистора

Термисторы

(терморезисторы) основаны на очень хорошо изученных отношениях между температурой и электрическим сопротивлением в различных полупроводниковых материалах.

Вместо металлических датчиков, как в платиновых термометрах сопротивления (PRT), в термисторах обычно используются полимеры или керамика — обычно полупроводники, изготовленные путем спекания смесей оксидов металлов, таких как марганец, никель, кобальт, медь, железо и др.

В зависимости от состава датчика термисторы могут показывать повышенное или пониженное сопротивление при повышении температуры. Большинство коммерческих моделей представляют собой блоки с «отрицательным температурным коэффициентом», сопротивление которых уменьшается с температурой. Модели с положительным температурным коэффициентом обычно используются для специализированных приложений в очень узком диапазоне температур, в первую очередь в качестве устройств управления и безопасности.

Оба типа работают лучше всего при температуре от -50 ° C до примерно 100 ° C.Повышенные температуры приводят к чрезмерному старению термистора и его дрейфу.

Термисторы

обладают высокой стабильностью при использовании в узком диапазоне температур от 0 ° C до 50 ° C и могут иметь погрешность менее 0,001 ° C. Эта чувствительность, которая значительно выше, чем у PRT в том же диапазоне, является результатом того факта, что сопротивление термистора изменяется более чем в 300 раз от –50 ° C до 90 ° C (около 4 процентов на градус Цельсия), тогда как сопротивление термистора изменяется более чем в 300 раз. PRT показывает изменение сопротивления около 0,4% на градус в том же диапазоне.

Типичные размеры терморезисторного зонда варьируются от менее миллиметра до примерно 2 см в диаметре и могут иметь форму бусинок, стержней, шайб или стружки. Датчики обычно залиты эпоксидной смолой или герметично закрыты стеклом. Частые применения, помимо измерения температуры, включают температурную компенсацию в электрических цепях, контроль температуры, измерения уровня жидкости, измерения мощности, теплопроводности, биомедицинские приложения и контроль уровня мощности.

NIST калибрует эти устройства от -50 ° C до 100 ° C и других диапазонов температур по специальному запросу.

Типичные термисторные датчики рядом с десятицентовиком для сравнения размеров

Преимущества

  • Легко уменьшить
  • Прочный
  • Быстрое время отклика
  • Простота использования
  • Недорого
  • Высокая чувствительность (погрешность калибровки 1 мК в диапазоне температур 50 ° C)
  • Для точечного зондирования можно использовать шарики небольшого размера
  • Стабильность: 4000 ч при 100 ° C; бусинка в стекле: 0.От 003 ° C до 0,02 ° C; диск: от 0,01 ° C до 0,02 ° C

Недостатки

  • Малый температурный диапазон
  • Устройство нелинейное
  • Требуется частая проверка калибровки при t> 100 ° C
  • Взаимозаменяемость ограничена, если термисторы не согласованы.
  • Самонагрев может быть большим
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*