Τύποι θερμίστορ, χαρακτηριστικές λεπτομέρειες και αρχή λειτουργίας

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Το όνομα του θερμίστορ έχει επινοηθεί ως μια σύντομη μορφή για την «θερμικά ευαίσθητη αντίσταση». Η πλήρης μορφή του θερμίστορ παρέχει τη γενική και λεπτομερή ιδέα της δράσης που είναι το χαρακτηριστικό του θερμίστορ.

Από: S. Prakash



Οι διάφοροι τύποι συσκευών στις οποίες χρησιμοποιείται το θερμίστορ περιλαμβάνουν ένα ευρύ φάσμα συσκευών όπως αισθητήρες θερμοκρασίας και ηλεκτρονικά κυκλώματα όπου παρέχουν αντιστάθμιση θερμοκρασίας.

Αν και η χρήση του θερμίστορ δεν είναι τόσο συχνή όσο τα τρανζίστορ, οι αντιστάσεις και οι πυκνωτές της συνήθους μορφής, το ηλεκτρονικό πεδίο χρησιμοποιεί τους θερμίστορ σε μεγάλη κλίμακα.



Σύμβολο του κυκλώματος θερμίστορ

Το σύμβολο που χρησιμοποιείται από το θερμίστορ για την αναγνώρισή του είναι το δικό του σύμβολο κυκλώματος.

σύμβολο θερμίστορ

Το σύμβολο κυκλώματος ενός θερμίστορ αποτελείται από μια βάση η οποία αποτελείται από ένα τυπικό ορθογώνιο αντίστασης μαζί με μια διαγώνια γραμμή που περνά μέσω της βάσης και αποτελείται από ένα κατακόρυφο τμήμα μικρού μεγέθους.

Τα διαγράμματα κυκλώματος χρησιμοποιούν ευρέως το σύμβολο κυκλώματος του θερμίστορ.

Τύποι θερμίστορ

Το θερμίστορ μπορεί να χωριστεί σε διάφορους τύπους και κατηγορίες με βάση διάφορους τρόπους.

Αυτοί οι τρόποι με τους οποίους πρέπει να κατηγοριοποιηθούν βασίζονται πρώτα στον τρόπο με τον οποίο το θερμίστορ αντιδρά στην έκθεση της θερμότητας.

Η αντίσταση ορισμένων πυκνωτών αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, ενώ το αντίθετο παρατηρείται στους άλλους τύπους θερμίστορ με αποτέλεσμα τη μείωση της αντίστασης.

Αυτή η ιδέα μπορεί να επεκταθεί με την καμπύλη του θερμίστορ που μπορεί να απεικονιστεί με μια εξίσωση απλής μορφής:

Σχέση μεταξύ αντίστασης και θερμοκρασίας

ΔR = k x & ΔΤ

Η παραπάνω εξίσωση αποτελείται από:

ΔR = Παρατηρήθηκε η αλλαγή της αντίστασης

ΔT = Παρατηρήθηκε αλλαγή θερμοκρασίας

k = συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης πρώτης τάξης

Υπάρχει μια μη γραμμική σχέση μεταξύ της αντίστασης και της θερμοκρασίας στις περισσότερες περιπτώσεις. Αλλά με τις διάφορες μικρές αλλαγές στην αντίσταση και τη θερμοκρασία, υπάρχει μια αλλαγή στη σχέση που παρατηρείται και η σχέση γίνεται γραμμική στη φύση.

Η τιμή του «k» μπορεί να είναι θετική ή αρνητική ανάλογα με τον τύπο του θερμίστορ.

Θερμίστορ NTC (Θερμίστορ αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας): Η ιδιότητα του θερμίστορ NTC του επιτρέπει να μειώσει την αντίστασή του με την αύξηση της θερμοκρασίας και επομένως ο συντελεστής «k» για το θερμίστορ NTC είναι αρνητικός.

Θερμίστορ PTC (Θερμίστορ θετικού συντελεστή θερμοκρασίας): Η ιδιότητα του θερμίστορ NTC του επιτρέπει να αυξήσει την αντίστασή του με την αύξηση της θερμοκρασίας και επομένως ο συντελεστής «k» για το θερμίστορ NTC είναι θετικός.

Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο το θερμίστορ μπορεί να διαφοροποιηθεί και να κατηγοριοποιηθεί εκτός από το χαρακτηριστικό αλλαγής αντίστασης εξαρτάται από τον τύπο υλικού που χρησιμοποιείται για το θερμίστορ. Το υλικό που χρησιμοποιείται είναι δύο βασικών τύπων:

Ημιαγωγοί μονών κρυστάλλων

Ενώσεις μεταλλικής φύσης όπως οξείδια

Θερμίστορ: Ανάπτυξη και Ιστορία

Το φαινόμενο της διακύμανσης που παρατηρήθηκε στην αντίσταση λόγω αλλαγών στη θερμοκρασία αποδείχθηκε στις αρχές του 19ου αιώνα.

Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους το θερμίστορ εξακολουθεί να χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα. Αλλά η πλειοψηφία αυτού του θερμίστορ υποφέρει από το μειονέκτημα ότι είναι σε θέση να δείξουν πολύ μικρή διακύμανση στην αντίσταση σε αντιστοιχία με το μεγάλο εύρος θερμοκρασίας.

Η χρήση των ημιαγωγών γενικά υπονοείται στους θερμίστορ που επιτρέπουν στους θερμίστορ να εμφανίζουν μεγαλύτερες διακυμάνσεις στην αντίσταση σε αντιστοιχία με το μεγάλο εύρος θερμοκρασίας.

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή θερμίστορ είναι δύο τύπων, συμπεριλαμβανομένων των μεταλλικών ενώσεων που ήταν τα πρώτα υλικά που ανακαλύφθηκαν για το θερμίστορ.

Το 1833, ενώ μετρήθηκε η διακύμανση της αντίστασης σε σχέση με τη θερμοκρασία του θειούχου αργύρου, ο Faraday ανακάλυψε τον αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας. Όμως, η διαθεσιμότητα των μεταλλικών οξειδίων σε μεγάλη κλίμακα έγινε εμπορικά μόνο τη δεκαετία του 1940.

Η διερεύνηση του θερμίστορ πυριτίου και του θερμίστορ κρυστάλλου γερμανίου πραγματοποιήθηκε μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο ενώ έγινε η μελέτη των υλικών ημιαγωγών.

Αν και ο ημιαγωγός και τα μεταλλικά οξείδια είναι δύο τύποι θερμίστορ, τα εύρη θερμοκρασίας που καλύπτονται από αυτά είναι διαφορετικά και επομένως δεν χρειάζεται να ανταγωνίζονται.

Σύνθεση και δομή του θερμίστορ

Με βάση τις εφαρμογές στις οποίες πρέπει να χρησιμοποιηθεί το θερμίστορ μαζί με το εύρος του εύρους θερμοκρασίας πάνω στο οποίο αποφασίζεται το θερμίστορ τα μεγέθη, τα σχήματα και ο τύπος υλικού που χρησιμοποιείται για την κατασκευή του θερμίστορ.

Σε περίπτωση που οι εφαρμογές στις οποίες η επίπεδη επιφάνεια πρέπει να βρίσκεται σε συνεχή επαφή από το θερμίστορ, το σχήμα του θερμίστορ σε αυτές τις περιπτώσεις είναι επίπεδων δίσκων.

Σε περίπτωση, υπάρχουν αισθητήρες θερμοκρασίας για τους οποίους πρέπει να κατασκευαστεί το θερμίστορ, τότε το σχήμα του θερμίστορ έχει τη μορφή ράβδων ή σφαιριδίων. Έτσι, οι απαιτήσεις που τηρούν τις εφαρμογές για τις οποίες θα χρησιμοποιηθεί το θερμίστορ κατευθύνουν το πραγματικό φυσικό σχήμα του θερμίστορ.

Το εύρος θερμοκρασίας για το οποίο χρησιμοποιείται το θερμίστορ τύπου μεταλλικού οξειδίου είναι 200-700 Κ.

Το εξάρτημα που χρησιμοποιείται για την κατασκευή αυτών των θερμίστορ βρίσκεται στην έκδοση μιας λεπτής σκόνης η οποία συντήκεται και συμπιέζεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία.

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως για αυτούς τους θερμίστορ περιλαμβάνουν οξείδιο νικελίου, οξείδιο του σιδήρου, οξείδιο του μαγγανίου, οξείδιο του χαλκού και οξείδιο του κοβαλτίου.

Οι θερμοκρασίες για τις οποίες χρησιμοποιούνται θερμίστορ ημιαγωγών είναι πολύ χαμηλές. Τα θερμίστορ πυριτίου χρησιμοποιούνται λιγότερο συχνά από τα θερμίστορ γερμανίου τα οποία χρησιμοποιούνται ευρύτερα για τις θερμοκρασίες που βρίσκονται στην περιοχή που είναι κάτω από το εύρος των 100º απόλυτου μηδέν, δηλαδή 100Κ.

Η θερμοκρασία για την οποία μπορεί να γίνει η χρήση του θερμίστορ πυριτίου είναι στο μέγιστο των 250K. Εάν η θερμοκρασία αυξηθεί περισσότερο από 250K, τότε το θερμίστορ πυριτίου βιώνει τη ρύθμιση των θετικών συντελεστών θερμοκρασίας. Ένας μοναδικός κρύσταλλος χρησιμοποιείται για την κατασκευή του θερμίστορ όπου το επίπεδο στο οποίο πραγματοποιείται η πρόσμιξη του κρυστάλλου είναι 10 ^ 16 - 10 ^ 17 / cm3.

Εφαρμογές του Thermistor

Το θερμίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλούς διαφορετικούς τύπους εφαρμογών και υπάρχουν πολλές άλλες εφαρμογές στις οποίες βρίσκονται.

Το πιο ελκυστικό χαρακτηριστικό του θερμίστορ που τα καθιστά δημοφιλή για χρήση στα κυκλώματα είναι ότι τα στοιχεία που παρέχονται από αυτά στα κυκλώματα είναι πολύ οικονομικά αποδοτικά, δεδομένου ότι αποδίδουν αποτελεσματικά και ωστόσο είναι διαθέσιμα σε φτηνή τιμή.

Το γεγονός ότι εάν ο συντελεστής θερμοκρασίας είναι αρνητικός ή θετικός καθορίζει τις εφαρμογές στις οποίες μπορεί να χρησιμοποιηθεί το θερμίστορ.

Σε περίπτωση που ο συντελεστής θερμοκρασίας είναι αρνητικός, το θερμίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τις ακόλουθες εφαρμογές:

Θερμόμετρα πολύ χαμηλής θερμοκρασίας: τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας πολύ χαμηλών επιπέδων στα θερμόμετρα πολύ χαμηλής θερμοκρασίας.

Ψηφιακοί θερμοστάτες: Οι ψηφιακοί θερμοστάτες της σύγχρονης ημέρας χρησιμοποιούν τους θερμίστορ ευρέως και κοινά.

Οθόνες μπαταρίας: Η θερμοκρασία των πακέτων μπαταριών καθ 'όλη τη διάρκεια της φόρτισης παρακολουθείται μέσω της χρήσης των θερμίστορ NTC.

Μερικές από τις μπαταρίες που χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη βιομηχανία είναι ευαίσθητες στην υπερφόρτιση, συμπεριλαμβανομένων των ευρέως χρησιμοποιούμενων μπαταριών ιόντων λιθίου. Σε τέτοιες μπαταρίες η κατάσταση φόρτισης τους υποδεικνύεται αποτελεσματικά από τη θερμοκρασία και έτσι επιτρέπει τον προσδιορισμό του χρόνου που πρέπει να τερματιστεί ο κύκλος φόρτισης.

Συσκευές προστασίας κατά τη βιασύνη: Τα κυκλώματα τροφοδοσίας χρησιμοποιούν το Θερμίστορ NTC με τη μορφή συσκευών που περιορίζει το τρέχον ρεύμα.

Θερμίστορ 5 Ohm NTC διαμέτρου 11 mm

Τα θερμίστορ NTC ενώ ενεργούν ως συσκευές προστασίας κατά τη βιασύνη εμποδίζουν τη ροή μεγάλων ποσοτήτων ρεύματος στο σημείο ενεργοποίησης και παρέχοντας ένα αρχικό επίπεδο υψηλής αντίστασης.

Μετά από αυτό, το θερμίστορ θερμαίνεται και έτσι το αρχικό επίπεδο αντίστασης που παρέχεται από αυτό μειώνεται σημαντικά επιτρέποντας έτσι τη ροή υψηλών ποσοτήτων ρεύματος κατά την κανονική λειτουργία του κυκλώματος.

Τα θερμίστορ που χρησιμοποιούνται για τους σκοπούς αυτής της εφαρμογής έχουν σχεδιαστεί ανάλογα και έτσι το μέγεθός τους είναι μεγαλύτερο σε σύγκριση με τους θερμίστορ τύπου μέτρησης.

Σε περίπτωση που ο συντελεστής θερμοκρασίας είναι θετικός, το θερμίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τις ακόλουθες εφαρμογές:

Συσκευές περιορισμού ρεύματος: Τα ηλεκτρονικά κυκλώματα χρησιμοποιούν θερμίστορ PTC με τη μορφή συσκευών περιορισμού ρεύματος.

Οι θερμοστάτες PTC λειτουργούν ως εναλλακτική συσκευή για την πιο συχνά χρησιμοποιούμενη ασφάλεια. Δεν υπάρχουν αδικαιολόγητες ή παρενέργειες που προκαλούνται από τη θερμότητα που παράγεται σε μικρές ποσότητες όταν η συσκευή αντιμετωπίζει ροή ρεύματος σε κανονικές συνθήκες.

Αλλά σε περίπτωση που η ροή του ρεύματος μέσω της συσκευής είναι πολύ μεγάλη, μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της αντίστασης, καθώς η θερμότητα μπορεί να μην διαχέεται στο περιβάλλον, καθώς η συσκευή μπορεί να μην μπορεί να το κάνει.

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή περισσότερης θερμότητας παράγοντας έτσι ένα φαινόμενο θετικού φαινομένου ανάδρασης. Η συσκευή προστατεύεται από τέτοια θερμότητα και διακυμάνσεις στο ρεύμα, καθώς η πτώση του ρεύματος παρατηρείται όταν υπάρχει αύξηση στην αντίσταση.

Οι εφαρμογές στις οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα θερμίστορ είναι ευρείας γκάμας. Τα θερμίστορ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση θερμοκρασιών με αξιόπιστο, φθηνό (οικονομικό) και απλό τρόπο.

Οι διάφορες συσκευές στις οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι θερμίστορ περιλαμβάνουν θερμοστάτες και συναγερμούς πυρκαγιάς. Τα θερμίστορ μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνα τους καθώς και μαζί με άλλες συσκευές. Στην τελευταία περίπτωση, το θερμίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παρέχει ακρίβεια υψηλών βαθμών καθιστώντας το μέρος της Γέφυρας Wheatstone.

Επίσης, τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται με τη μορφή συσκευών αντιστάθμισης θερμοκρασίας.

Σε ένα μεγάλο ποσοστό των αντιστάσεων, παρατηρείται αύξηση της αντίστασης που παρατηρείται με αντίστοιχη αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του θετικού συντελεστή θερμοκρασίας.

Στην περίπτωση, υπάρχει μεγάλη απαίτηση σταθερότητας από τις εφαρμογές, χρησιμοποιείται το θερμίστορ που διαθέτει αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας. Αυτό επιτυγχάνεται όταν το κύκλωμα ενσωματώνει το θερμίστορ προκειμένου να εξουδετερώσει τα αποτελέσματα του εξαρτήματος που παράγονται λόγω του θετικού συντελεστή θερμοκρασίας.




Προηγούμενο: Εξερευνήθηκαν τύποι αντιστάσεων και οι διαφορές εργασίας τους Επόμενο: Τύποι επαγωγέων, ταξινόμηση και τρόπος λειτουργίας