Termistori PTC
(57)Termistore – che cos'è e come funziona?
I termistori sono elementi resistivi la cui resistenza diminuisce o aumenta al variare della temperatura. Un fenomeno naturale è l'aumento della resistenza all'aumentare della temperatura. Le molecole che vibrano in modo sempre più forte causano una crescente resistenza al passaggio di corrente. All'aumentare della temperatura, aumenta la resistenza, la cui grandezza può essere misurata utilizzando un ohmmetro. I termistori appartengono alla famiglia dei resistori con sensibilità molto elevata alle variazioni di temperatura. Grazie a questo comportamento, questi componenti elettronici economici e facili da usare consentono una determinazione molto precisa della temperatura dell'elemento misurato o dell'ambiente circostante. Un importante vantaggio dei termistori è l'ampio campo di misura e l'elevata resistenza meccanica.
All'aumentare della temperatura, tuttavia, la resistenza del termistore non deve aumentare. Per scoprire quali sono le differenze tra i singoli tipi di termoresistori e quale significato hanno nel contesto di utilizzo, è necessario approfondire le caratteristiche più importanti di essi.
Struttura e tipi di termistori – Termistori PTC e NTC
La suddivisione dei termistori è realizzata sulla base della reazione alla variazione della temperatura. Distinguiamo due dei tipi più popolari di termistori, il cui comportamento, a seconda del cambiamento di temperatura, è radicalmente diverso:
- Termistori PTC (Positive Temperature Coefficient) - termistore con un coefficiente di temperatura positivo;
- Termistori NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistore con un coefficiente di temperatura negativo.
Il primo di questi componenti presenta un comportamento tipico, all'aumentare della temperatura, aumenta il valore della resistenza. Esattamente l'effetto opposto si ottiene nel caso del termistore NTC. In questo caso l'aumento della temperatura provoca una diminuzione della resistenza. La dipendenza tra la variazione della resistenza di un elemento e il cambiamento di temperatura è descritta dalla caratteristica termometrica, presentata di seguito.
I termistori devono le loro proprietà all'uso di materiali dedicati. Il processo produttivo del termistore consiste nell'affondare i fili in una miscela di ossidi metallici in polvere e composti chimici appropriati e nel loro collegamento con l'utilizzo di un materiale legante appropriato. I termistori preparati in questo modo vengono sottoposti ad un processo di sinterizzazione, che consente l'essiccazione e l'indurimento del collegamento, e il legante risultante è protetto mediante uno speciale rivestimento in vetro.
Per la produzione dei termistori PTC comunemente vengono utilizzati gli ossidi di vanadio e titanio, drogati con composti chimici selezionati, mentre i sensori NTC sono solitamente costituiti da una miscela di composti chimici come: cromo, manganese, cobalto, ferro, rame, litio o nichel. I materiali utilizzati per costruire i termistori presentati, conferiscono loro proprietà caratteristiche che determinano la loro destinazione d'uso.
Nella vasta gamma di prodotti disponibili sul mercato incontreremo termistori in varie forme. Possono essere in forma di sfere, piastre pressate simili a una tavoletta in forma o nella forma di un cilindro in miniatura. In ogni caso sono presenti uscite realizzate mediante due fili. Grazie alla loro struttura semplice e alle dimensioni compatte, i termistori sono componenti estremamente economici.
La resistenza meccanica dei termoresistori consente la misurazione della temperatura nell'intervallo da -150°C e persino 800°C, e l'elevata sensibilità della misurazione li rende adatti a molte applicazioni impegnative.
La limitazione per i termistori è la tensione nominale massima, ossia adatta per il funzionamento continuo del dispositivo, nonché la tensione massima di funzionamento, prerequisito per il suo funzionamento corretto e sicuro. Quando si sceglie il prodotto appropriato è necessario tenere conto dei valori limite raccomandati dal produttore, poiché il superamento della tensione può causare danni all'elemento.
Caratteristica termometrica
L'equazione base che descrive la variazione della resistenza di un sensore a seconda del cambiamento della sua temperatura è la caratteristica termometrica.
dove:
RT – resistenza del termistore ad una determinata temperatura [Ω];
T – temperatura del termistore [K];
T0 – temperatura di riferimento [K];
RT0 – resistenza del termistore alla temperatura di riferimento [Ω];
B – costante del materiale del termistore, nell'intervallo 2000÷6000 [K]. Questo parametro è strettamente legato ai materiali utilizzati e determina la sensibilità del dispositivo. Maggiore è il valore, maggiore sarà la sensibilità del termistore.
Applicazione dei termistori PTC
I termistori PTC (o positivi) vengono utilizzati come protezione contro il sovraccarico e il surriscaldamento. All'aumentare dell'intensità di corrente, la temperatura del termoresistore aumenterà e con essa in funzione logaritmica aumenterà la resistenza. Come risultato dell'aumento della resistenza, l'intensità di corrente nel circuito diminuisce e si stabilizza al livello richiesto. Incontreremo questi componenti ad es. nei motori elettrici, negli articoli domestici di uso comune (ad es. microonde o forni), nei sistemi di automazione o nell'industria automobilistica.
Un tipo speciale di termistori PTC sono i fusibili polimerici. Sono realizzati secondo il principio del termistore: il superamento della corrente massima provoca un aumento della temperatura dell'elemento e un aumento della resistenza a scatti, che porta a un'interruzione del circuito (anche se una piccola corrente passerà ancora attraverso di esso).
I termistori inoltre svolgono un'importante funzione di allarme preliminare contro gli incendi, essendo la parte più importante dei sistemi di protezione antincendio. Quando la temperatura sale al di sopra del setpoint, il sistema di allarme invia un segnale di avvertimento sulla possibilità di un incendio. Molto importante in questo caso è la straordinaria sensibilità e affidabilità della misurazione, che è garantita dagli elementi di termoresistenza presentati nell'articolo.
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