Термістор - це Визначення, принцип роботи та позначення

Термістор - це прилад, призначений для вимірювання температури, який складається з напівпровідникового матеріалу, який при невеликій зміні температури сильно змінює свій опір. Як правило, термістори мають негативні температурні коефіцієнти, тобто їх опір падає зі збільшенням температури.

Загальна характеристика термістора

Слово "термістор" - це скорочення від його повного терміна: термічно чутливий резистор. Цей прилад є точним і зручним у використанні сенсор будь-яких температурних змін. У загальному випадку існує два типи термісторів: з негативним температурним коефіцієнтом і з позитивним. Найчастіше для вимірювання температури використовують саме перший тип.


Позначення термістора в електричної ланцюга наведено на фото. Матеріалом термісторів є оксиди металів, що володіють напівпровідниковими властивостями. При виробництві цих приладів надають наступну форму: дискообразную; стрижневу; сферичну подібно перлині. В основу роботи термістора принцип сильного зміни опору при невеликій зміні температури покладено. При цьому при цій силі струму в ланцюзі і постійній температурі зберігається постійне напруга. Щоб скористатися приладом, його під'єднують в електричний ланцюг, наприклад, до мосту Уїтстона, і вимірюють силу струму і напругу на приладі. По простому законом Ома R=U/I визначають опір. Далі дивляться на криву залежності опору від температури, за якої точно можна сказати, якій температурі відповідає отриманий опір. При зміні температури величина опору різко змінюється, що обумовлює можливість визначення температури з високою точністю.

Матеріал термісторів

Матеріал переважної більшості термісторів - це напівпровідникова кераміка. Процес її виготовлення полягає у спіканні порошків нітридів і оксидів металів при високих температурах. У результаті виходить матеріал, склад оксидів якого має загальну формулу (AB) 3 O 4 або (ABC) 3 O 4 , де A, B, C - металеві хімічні елементи. Найчастіше використовують марганець і нікель. Якщо передбачається, що термістор буде працювати при температурах менших, ніж 250 °С, тоді до складу кераміки містять магній, кобальт і нікель. Кераміка такого складу показує стабільність фізичних властивостей в зазначеному температурному діапазоні. Важливою характеристикою термісторів є їх питома провідність (зворотна величина опору). Провідність регулюється додаванням до складу напівпровідникової кераміки невеликих концентрацій літію і натрію.

Процес виготовлення приладів

Сферичні термістори виготовляються шляхом нанесення їх на дві дроту з платини при високій температурі (1100 °С). Після цього дріт ріжеться для додання необхідної форми контактів термістора. Для герметизації на сферичний прилад наноситься скляне покриття. У разі ж дискових термісторів, процес виготовлення контактів полягає в нанесенні на них металевого сплаву з платини, паладію та срібла, і його подальша припайка до покриття термістора.

Відміну від платинових детекторів

Крім напівпровідникових термісторів, існує інший тип детекторів температури, робочим матеріалом яких є платина. Ці детектори змінюють свій опір при зміні температури за лінійним законом. Для термісторів ж ця залежність фізичних величин носить зовсім інший характер.
Перевагами термісторів в порівнянні з платиновими аналогами є наступні: Більш висока чутливість опору при зміні температури у всьому робочому діапазоні величин. Високий рівень стабільності приладу і повторюваності отриманих показань. Маленький розмір, який дозволяє швидко реагувати на температурні зміни.

Опір термісторів

Ця фізична величина зменшує своє значення при збільшенні температури, при цьому важливо враховувати робочий температурний діапазон. Для температурних меж від -55 °C до +70 °C застосовують термістори з опором 2200 - 10000 Ом. Для більш високих температур використовують прилади з опором, що перевищує 10 кОм. На відміну від платинових детекторів і термопар, термістори не мають певних стандартів кривих опору в залежності від температури, і існує широке розмаїття вибору цих кривих. Це пов'язано з тим, що кожен матеріал термістора, як датчика температури, володіє власним ходом кривий опору.

Стабільність і точність

Ці прилади є хімічно стабільними і не погіршують свої робочі характеристики з часом. Термістори-датчики є одними з найбільш точних приладів для вимірювання температури. Точність їх вимірювання у всьому робочому діапазоні складає 01 - 02 °C. Слід мати на увазі, що більшість приладів працює в температурному діапазоні від 0 °C до 100 °C.

Основні параметри термісторів

Наступні фізичні параметри є основними для кожного типу термісторів (наводиться розшифровка найменувань англійською мовою): R 25 - опір приладу в Омах при кімнатній температурі (25 °С ). Перевірити цю характеристику термістора просто з використанням мультиметра. Tolerance of R 25 - величина допуску відхилення опору на приладі від його встановленого значення при температурі 25 °С. Як правило, ця величина не перевищує 20% від R 25 . Max. Steady State Current - максимальне значення сили струму в Амперах, яке протягом тривалого часу може протікати через прилад. Перевищення цього значення загрожує швидким падінням опору і, як наслідок, виходом термістора з ладу. Approx. R of Max. Current - ця величина показує значення опору в Омах, яке набуває прилад при проходженні через нього струму максимальної величини. Це значення має бути на 1-2 порядки менше, ніж опір термістора при кімнатній температурі. Dissip. Coef. - коефіцієнт, який показує температурну чутливість приладу до поглинається ним потужності. Цей коефіцієнт показує величину потужності у мВт, яку необхідно поглинути термистору, щоб його температура збільшилася на 1 °C. Ця величина має важливе значення, оскільки показує, яку потужність потрібно затратити, щоб розігріти прилад до його робочих температур. Thermal Time Constant. Якщо термістор використовується в якості обмежувача пускового струму, то важливо знати, за який час він зможе охолонути після вимикання живлення, щоб бути готовим до нового його включення. Так як температура термістора після його вимикання спадає згідно експоненціальним законом, то вводять поняття "Thermal Time Constant" - час, за який температура приладу зменшиться на 632% від величини різниці робочої температури приладу і температури навколишнього середовища. Max. Load in Capacitance мкф - величина ємності в микрофарадах, яку можна розряджати через даний прилад без його пошкодження. Дана величина вказується для конкретного напруги, наприклад, 220 В.

Як перевірити термістор на працездатність?

Для грубої перевірки термістора на його справність можна скористатися мультиметром і звичайним паяльником.

Насамперед слід включити на мультиметрі режим вимірювання опору і підключити вихідні контакти термістора до клем мультиметра. При цьому полярність не має ніякого значення. Мультиметр покаже певний опір в Омах, його слід записати. Потім потрібно ввімкнути в мережу паяльник і піднести його до одного з виходів термістора. Слід бути обережним, щоб не спалити прилад. Під час цього процесу слід спостерігати за показаннями мультиметра, він повинен показувати плавно спадає опір, який швидко встановиться на якомусь мінімальному значенні. Мінімальне значення залежить від типу термістора і температури паяльника, зазвичай, воно в кілька разів менше виміряної на початку величини. В цьому випадку можна бути впевненим в справності термістора.
Якщо опір на мультиметрі не змінилося або, навпаки, різко впало, тоді прилад є непридатним для його використання. Зауважимо, що дана перевірка є грубою. Для точного тестування приладу необхідно вимірювати два показника: його температуру і відповідне опір, а потім порівнювати ці величини з тими, що заявив виробник.

Області застосування

У всіх областях електроніки, в яких важливо стежити за температурними режимами, застосовуються термістором. До таких областей відносяться комп'ютери, високоточне обладнання промислових установок і прилади для передачі різних даних. Так, термістор 3D принтера використовується в якості датчика, який контролює температуру нагрівального столу або головки для друку. Одним з широко поширених застосувань термісторів є обмеження пускового струму, наприклад, при включенні комп'ютера. Справа в тому, що в момент включення живлення пусковий конденсатор, що має велику ємність, розряджається, створюючи величезну силу струму в ланцюгу. Цей струм здатний спалити всю мікросхему, тому в ланцюг включають термістор. Цей прилад на момент включення мав кімнатну температуру і величезний опір. Таке опір дозволяє ефективно знизити стрибок сили струму в момент пуску. Далі прилад нагрівається через що проходить по ньому струму і виділення тепла, і його опір різко зменшується. Калібрування термістора така, що робоча температура комп'ютерної мікросхеми призводить до практичного зануленню опору термістора, і падіння напруги на ньому не відбувається. Після виключення комп'ютера, термістор швидко остигає і відновлює свій опір. Таким чином, використання термісторів для обмеження пускового струму є рентабельним і досить простим.

Приклади термісторів

В даний час у продажу є широкий асортимент товарів, наведемо характеристики і області використання деяких з них: Термістор B57045-K з гайковим кріпленням, має номінальний опір 1 кОм з допуском 10%. Використовується в якості датчика вимірювання температури побутової та автомобільної електроніки. Дисковий прилад B57153-S, має максимально допустимим струмом 18 А при опорі 15 Ом при кімнатній температурі. Використовується в якості обмежувача пускового струму.