Термистори PTC
(51)Термистор – какво представлява и как действа?
Термисторите са резистивни елементи, чието съпротивление намалява или се увеличава с промяна на температурата. Естествено е съпротивлението да нараства с повишаване на температурата. Частиците, поставени във все по-силни и по-силни вибрации, определят нарастващото съпротивление на потока. С повишаване на температурата се увеличава съпротивлението, чиято стойност можем да измерим с омметър. Термисторите принадлежат към семейството резистори с много висока чувствителност към температурни промени. Благодарение на това поведение, тези евтини и лесни за използване електронни елементи позволяват много точно определяне на температурата на измервания елемент или околната среда. Важно предимство на термисторите е широкият диапазон на измерване и високата механична устойчивост.
Не е задължително обаче съпротивлението на термистора да се увеличава с повишаване на температурата. За да разберете от какво произтичат разликите между различните видове терморезистори и какво означават те в контекста на употреба, трябва да се задълбочите в най-важните им характеристики.
Строеж и видове термистори - PTC и NTC термистори
Разделянето на термисторите се извършва въз основа на реакцията им към промяна на температурата. Има два най-популярни вида термистори, чието поведение се различава коренно в зависимост от промяната на температурата:
- Термистори PTC (Positive Temperature Coefficient) – термистор с положителен температурен коефициент;
- Термистори NTC (Negative Temperature Coefficient) – термистор с отрицателен температурен коефициент.
Първият е класическият случай, когато стойността на съпротивлението се увеличава с повишаване на температурата. Точно обратният ефект обаче се получава при NTC термистора. Повишаването на температурата води до намаляване на съпротивлението. Зависимостта на изменението на съпротивлението на елемента от изменението на температурата се описва от термометричната характеристика, представена по-нататък.
Термисторите дължат свойствата си на използването на подходящи материали. Производственият процес на термистора се състои в потапяне на проводниците в смес от прахообразни метални оксиди и подходящи химични съединения и свързването им с помощта на подходящ свързващ материал. Приготвените по този начин термистори се подлагат на процес на синтероване, което позволява изсушаване и втвърдяване на съединението, а полученото свързващо вещество се предпазва със специално стъклено покритие.
За производство на термистори PTC най-често се използват оксиди на ванадий и титан, легирани с избрани химични съединения. Датчици NTC обикновено са направени от смес от такива химични съединения като: хром, манган, кобалт, желязо, мед, литий или никел. Материалите, използвани за изработката на въпросните термистори, им придават характерни за даден асортимент свойства, определящи предназначението им.
Широката гама от продукти, предлагани на пазара, включва термистори с различни форми. Те могат да бъдат под формата на сфери, компресирани пластини с форма на таблетка или във формата на миниатюрен цилиндър. Във всеки случай имат изводи под формата на два проводника. Благодарение на своята проста структура и компактен размер, термисторите са изключително евтини компоненти на електронните схеми.
Механичната якост на терморезисторите позволява измерване на температура в диапазона от -150°C до дори 800°C, а високата чувствителност на измерването ги прави подходящи за много взискателни приложения.
Ограничението за термисторите е максималното номинално напрежение, т.е. подходящо за продължителна работа, както и максималното работно напрежение, което е условие за неговата правилна и безопасна работа. При избора на подходящ продукт трябва да се вземат предвид граничните стойности, препоръчани от производителя, тъй като превишаването на напрежението може да доведе до повреда на елемента.
Термометрични характеристики
Основното уравнение, описващо промяната в съпротивлението на сензора в зависимост от промяната на неговата температура, е термометричната характеристика.
където:
RT – съпротивление на термистора при определена температура [Ω];
T – температура на термистора [K];
T0 – референтна температура [K];
RT0 – съпротивление на термистора при референтна температура [Ω];
B – константа на материала на термистора, в диапазона 2000÷6000 [K]. Стойността на този параметър зависи тясно от използваните материали и определя чувствителността на елемента. Колкото по-висока е стойността, толкова по-висока е чувствителността на термистора.
Приложение на PTC термистори
PTC термисторите намират приложение като защита от претоварване и прегряване. С увеличаването на тока температурата на терморезистора се повишава, а с това съпротивлението нараства в логаритмичната функция. В резултат на увеличаване на съпротивлението, стойността на тока във веригата намалява и се стабилизира на необходимото ниво. Можем да ги срещнем, между другото, в електрически двигатели, в често използвани домакински продукти (напр. микровълнови или фурни), системи за автоматизация или в автомобилната индустрия.
Специален тип PTC термистори са полимерни предпазители. Те са изградени на принципа на термистора - превишаването на максималния ток води до повишаване на температурата на елемента и рязко увеличаване на съпротивлението, което води до прекъсване на веригата (въпреки че през нея все още ще тече малък ток).
Термисторите също така изпълняват важна функция за ранно предупреждение за пожар, като са най-важната част от противопожарните системи. Когато температурата се повиши над зададената стойност, алармената система изпраща предупредителен сигнал за опасността от пожар. Изключителната чувствителност и надеждност на измерването, които се гарантират от термоустойчивите елементи, разгледани в статията, са много важни в случая.
Склад:
