ترمیستور دستگاهی است که برای اندازه گیری دما طراحی شده است و از یک ماده نیمه رسانا تشکیل شده است که با تغییر جزئی دما مقاومت خود را به شدت تغییر می دهد. به طور کلی، ترمیستورها دارای ضرایب دمایی منفی هستند، به این معنی که مقاومت آنها با افزایش دما کاهش می یابد.
ویژگی کلی ترمیستور
کلمه "ترمیستور" برای کلمه کامل آن کوتاه است: مقاومت حساس به حرارت. این دستگاه یک سنسور دقیق و با کاربری آسان برای هرگونه تغییر دما می باشد. به طور کلی دو نوع ترمیستور وجود دارد: ضریب دمایی منفی و ضریب دمایی مثبت. اغلب، نوع اول برای اندازه گیری دما استفاده می شود.
تعیین ترمیستور در مدار الکتریکی در عکس نشان داده شده است.
مواد ترمیستورها اکسیدهای فلزی با خاصیت نیمه هادی هستند. در طول تولید، به این دستگاه ها شکل زیر داده می شود:
- دیسک;
- میله;
- کروی مانند مروارید.
ترمیستور بر اساس اصل قوی استتغییر در مقاومت با یک تغییر کوچک در دما. در همان زمان، در یک قدرت جریان معین در مدار و یک دمای ثابت، یک ولتاژ ثابت حفظ می شود.
برای استفاده از دستگاه، آن را به یک مدار الکتریکی مثلاً به پل وتستون متصل می کنند و جریان و ولتاژ روی دستگاه اندازه گیری می شود. طبق قانون ساده اهم R=U/I مقاومت را تعیین می کند. در مرحله بعد، آنها به منحنی وابستگی مقاومت به دما نگاه می کنند که بر اساس آن می توان دقیقاً گفت که مقاومت حاصله با چه دمایی مطابقت دارد. هنگامی که دما تغییر می کند، مقدار مقاومت به طور چشمگیری تغییر می کند، که امکان تعیین دما را با دقت بالا ممکن می کند.
مواد ترمیستور
مواد اکثریت قریب به اتفاق ترمیستورها سرامیک های نیمه هادی هستند. فرآیند ساخت آن شامل تف جوشی پودرهای نیتریدها و اکسیدهای فلزی در دماهای بالا است. نتیجه ماده ای است که ترکیب اکسید آن فرمول کلی دارد (AB)3O4 یا (ABC)3 O4، که در آن A، B، C عناصر شیمیایی فلزی هستند. متداول ترین آنها منگنز و نیکل هستند.
اگر انتظار می رود ترمیستور در دمای کمتر از 250 درجه سانتیگراد کار کند، منیزیم، کبالت و نیکل در ترکیب سرامیکی گنجانده شده است. سرامیک های این ترکیب پایداری خواص فیزیکی را در محدوده دمایی مشخص شده نشان می دهد.
یک مشخصه مهم ترمیستورها رسانایی ویژه آنها (مقاومت متقابل) است. رسانایی با اضافه کردن کوچک کنترل می شودغلظت لیتیوم و سدیم.
فرایند ساخت ابزار
ترمیستورهای کروی با اعمال آنها روی دو سیم پلاتین در دمای بالا (1100 درجه سانتیگراد) ساخته می شوند. سپس سیم برای شکل دادن به تماس های ترمیستور بریده می شود. یک پوشش شیشه ای برای آب بندی بر روی ابزار کروی اعمال می شود.
در مورد ترمیستورهای دیسکی، فرآیند ایجاد کنتاکت ها به این صورت است که یک آلیاژ فلزی از پلاتین، پالادیوم و نقره را روی آنها قرار می دهیم و سپس آن را به پوشش ترمیستور لحیم می کنیم.
تفاوت با آشکارسازهای پلاتین
علاوه بر ترمیستورهای نیمه هادی، نوع دیگری از آشکارسازهای دما نیز وجود دارد که ماده کاری آن پلاتین است. این آشکارسازها با تغییر دما به صورت خطی مقاومت خود را تغییر می دهند. برای ترمیستورها، این وابستگی کمیت‌های فیزیکی ویژگی کاملاً متفاوتی دارد.
مزایای ترمیستورها در مقایسه با نمونه های پلاتینی به شرح زیر است:
- حساسیت مقاومت بالاتر به تغییرات دما در کل محدوده عملیاتی.
- سطح بالای پایداری ابزار و تکرارپذیری قرائت‌ها.
- اندازه کوچک برای پاسخ سریع به تغییرات دما.
مقاومت ترمیستور
این کمیت فیزیکی با افزایش دما کاهش می یابد و در نظر گرفتن محدوده دمای عملیاتی مهم است.برای محدودیت دما از -55 درجه سانتیگراد تا +70 درجه سانتیگراد از ترمیستورهایی با مقاومت 2200 - 10000 اهم استفاده می شود. برای دماهای بالاتر، از دستگاه هایی با مقاومت بیشتر از 10 کیلو اهم استفاده کنید.
برخلاف آشکارسازهای پلاتین و ترموکوپل ها، ترمیستورها استانداردهای خاصی برای منحنی های مقاومت در برابر دما ندارند و طیف گسترده ای از منحنی های مقاومت برای انتخاب وجود دارد. این به این دلیل است که هر ماده ترمیستور، مانند سنسور دما، منحنی مقاومت خاص خود را دارد.
پایداری و دقت
این ابزارها از نظر شیمیایی پایدار هستند و در طول زمان تخریب نمی شوند. سنسورهای ترمیستور یکی از دقیق ترین ابزارهای اندازه گیری دما هستند. دقت اندازه گیری آنها در کل محدوده عملیاتی 0.1 - 0.2 درجه سانتیگراد است. لطفاً توجه داشته باشید که اکثر دستگاه‌ها در محدوده دمایی 0 تا 100 درجه سانتیگراد کار می‌کنند.
پارامترهای پایه ترمیستور
پارامترهای فیزیکی زیر برای هر نوع ترمیستور اساسی هستند (رمزگشایی نام ها به زبان انگلیسی داده شده است):
- R25 - مقاومت دستگاه بر حسب اهم در دمای اتاق (25 درجه سانتیگراد). بررسی این مشخصه ترمیستور با استفاده از یک مولتی متر ساده است.
- تحمل R25 - مقدار تحمل انحراف مقاومت در دستگاه از مقدار تنظیم شده آن در دمای 25 درجه سانتیگراد. به عنوان یک قاعده، این مقدار از 20٪ R25 تجاوز نمی کند.
- حداکثر. جریان حالت پایدار - حداکثرمقدار جریان بر حسب آمپر که می تواند برای مدت طولانی از دستگاه عبور کند. فراتر از این مقدار، افت سریع مقاومت و در نتیجه شکست ترمیستور را تهدید می کند.
- تقریبا R of Max. جریان - این مقدار مقدار مقاومت را بر حسب اهم نشان می دهد که دستگاه با عبور حداکثر جریان از آن به دست می آورد. این مقدار باید 1-2 مرتبه قدر کمتر از مقاومت ترمیستور در دمای اتاق باشد.
- Disip. Coef. - ضریبی که حساسیت دمایی دستگاه را به توان جذب شده توسط آن نشان می دهد. این ضریب میزان توانی را بر حسب میلی وات نشان می دهد که ترمیستور باید جذب کند تا دمای خود را 1 درجه سانتی گراد افزایش دهد. این مقدار مهم است زیرا نشان می‌دهد که برای گرم کردن دستگاه تا دمای کارکرد آن چقدر انرژی باید صرف کنید.
- ثابت زمان حرارتی. اگر از ترمیستور به عنوان محدود کننده جریان هجومی استفاده می شود، مهم است که بدانید پس از قطع شدن برق چه مدت طول می کشد تا خنک شود تا آماده روشن کردن مجدد آن شوید. از آنجایی که دمای ترمیستور پس از خاموش شدن طبق یک قانون نمایی کاهش می یابد، مفهوم "ثابت زمان حرارتی" معرفی می شود - زمانی که در طی آن دمای دستگاه به میزان 63.2٪ از تفاوت بین دمای کارکرد کاهش می یابد. دستگاه و دمای محیط.
- حداکثر. ظرفیت بار بر حسب ΜF - مقدار ظرفیت خازنی بر حسب میکروفاراد است که می تواند از طریق این دستگاه بدون آسیب رساندن به آن تخلیه شود. این مقدار برای یک ولتاژ خاص نشان داده شده است،به عنوان مثال 220 V.
چگونه ترمیستور را برای عملکرد آزمایش کنیم؟
برای بررسی دقیق ترمیستور از نظر کارایی آن، می توانید از یک مولتی متر و یک آهن لحیم کاری معمولی استفاده کنید.
ابتدا حالت اندازه گیری مقاومت مولتی متر را روشن کنید و کنتاکت های خروجی ترمیستور را به پایانه های مولتی متر وصل کنید. در این مورد، قطبیت مهم نیست. مولتی متر مقاومت خاصی را بر حسب اهم نشان می دهد، باید ثبت شود.
سپس باید آهن لحیم کاری را به برق وصل کنید و آن را به یکی از خروجی های ترمیستور ببرید. مراقب باشید دستگاه نسوزد. در طول این فرآیند، شما باید قرائت های مولتی متر را مشاهده کنید، باید یک مقاومت در حال کاهش را نشان دهد، که به سرعت به مقداری حداقل می رسد. حداقل مقدار به نوع ترمیستور و دمای آهن لحیم کاری بستگی دارد، معمولاً چندین برابر کمتر از مقدار اندازه گیری شده در ابتدا است. در این صورت، می توانید مطمئن باشید که ترمیستور کار می کند.
اگر مقاومت مولتی متر تغییر نکرده یا برعکس به شدت کاهش یافته باشد، دستگاه برای استفاده از آن نامناسب است.
توجه داشته باشید که این چک خشن است. برای تست دقیق دستگاه، لازم است دو نشانگر دما و مقاومت مربوطه اندازه گیری شود و سپس این مقادیر با مقادیر اعلام شده توسط سازنده مقایسه شود.
برنامه ها
ترمیستورها در تمام زمینه‌های الکترونیکی که در آنها نظارت بر شرایط دما مهم است استفاده می‌شود. این مناطق شاملکامپیوتر، تجهیزات با دقت بالا برای تاسیسات صنعتی و دستگاه هایی برای انتقال داده های مختلف. بنابراین، ترمیستور چاپگر سه بعدی به عنوان سنسوری استفاده می شود که دمای تخت گرمایش یا سر چاپ را کنترل می کند.
یکی از رایج ترین کاربردهای ترمیستور، محدود کردن جریان هجومی است، مانند هنگام روشن کردن رایانه. واقعیت این است که در لحظه روشن شدن برق، خازن راه اندازی که ظرفیت زیادی دارد تخلیه می شود و جریان عظیمی در کل مدار ایجاد می کند. این جریان قادر است کل تراشه را بسوزاند، بنابراین یک ترمیستور در مدار گنجانده شده است.
این دستگاه در زمان روشن شدن دمای اتاق و مقاومت زیادی داشت. چنین مقاومتی می تواند به طور موثر افزایش جریان را در زمان راه اندازی کاهش دهد. علاوه بر این، دستگاه به دلیل عبور جریان از آن و انتشار گرما گرم می شود و مقاومت آن به شدت کاهش می یابد. کالیبراسیون ترمیستور به گونه ای است که دمای کارکرد تراشه کامپیوتر باعث می شود که مقاومت ترمیستور عملاً به صفر برسد و افت ولتاژی در آن ایجاد نشود. پس از خاموش کردن کامپیوتر، ترمیستور به سرعت خنک می شود و مقاومت خود را بازیابی می کند.
بنابراین استفاده از ترمیستور برای محدود کردن جریان هجومی هم مقرون به صرفه و هم نسبتاً ساده است.
نمونه هایی از ترمیستور
در حال حاضر، طیف گسترده ای از محصولات در فروش هستند، در اینجا ویژگی ها و زمینه های استفاده از برخی از آنها آمده است:
- ترمیستور B57045-K با اتصال مهره ای، دارای مقاومت اسمی 1 است.کیلو اهم با تلرانس 10 درصد. به عنوان سنسور اندازه گیری دما در لوازم الکترونیکی مصرفی و خودرو استفاده می شود.
- دستگاه دیسکی B57153-S دارای حداکثر جریان جریان 1.8 A در 15 اهم در دمای اتاق است. به عنوان محدود کننده جریان هجومی استفاده می شود.
