Termistory PTC
(56)Termistor - čo to je a ako funguje?
Termistory sú odporové prvky, ktorých odpor rastie alebo klesá v závislosti od teploty. Prirodzeným javom je nárast elektrického odporu so zvyšujúcou sa teplotou. Častice, ktoré sa vplyvom narastajúcej teploty dostávajú do čoraz silnejších vibrácií, spôsobujú zvýšenie prietokového odporu materiálu. S narastajúcou teplotou rastie aj elektrický odpor, ktorého hodnotu vieme zmerať ohmmetrom. Termistory patria do rodiny rezistorov s veľmi vysokou citlivosťou na zmeny teploty. Vďaka takýmto vlastnostiam umožňujú tieto lacné a ľahko použiteľné elektronické prvky veľmi presné určovanie teploty meraného prvku alebo prostredia. Dôležitou výhodou termistorov je ich široký merací rozsah a vysoká mechanická odolnosť.
Odpor termistora však nemusí so zvyšujúcou sa teplotou rásť. Aby sme zistili, z čoho vyplývajú rozdiely medzi rôznymi typmi termorezistorov a ako tieto rozdiely vplývajú na ich použitie, preskúmajme najdôležitejšie charakteristické vlastnosti termistorov trochu podrobnejšie.
Konštrukcia a typy termistorov - PTC a NTC termistory
Termistory delíme na základe ich reakcie na zmenu teploty. Rozlišujeme dva najpopulárnejšie typy termistorov, ktorých správanie sa v závislosti od zmeny teploty diametrálne líši:
- Termistory PTC (Positive Temperature Coefficient) – termistory s kladným teplotným koeficientom;
- Termistory NTC (Negative Temperature Coefficient) – termistory so záporným teplotným koeficientom.
Prvým z týchto dvoch typov je ten klasický prípad, keď hodnota odporu so zvyšujúcou sa teplotou rastie. Presne opačný efekt je však možné dosiahnuť v prípade NTC termistora. Zvyšujúca sa teplota totiž v tomto prípade vedie k poklesu odporu. Závislosť zmeny odporu prvku od teploty popisuje termometrická charakteristika, o ktorej si povieme niečo bližšie za chvíľu.
Vlastnosti termistorov vyplývajú z použitia príslušných vhodne zvolených materiálov. Výrobný proces termistora spočíva v ponorení vodičov do zmesi práškových oxidov kovov a príslušných chemických zlúčenín a následnom stmelení pomocou vhodného spojovacieho materiálu. Takto pripravené termistory sa následne podrobujú procesu spekania, ktorý umožňuje vyschnutie a vytvrdnutie spoja. Získané spojivo sa zabezpečí špeciálnym skleneným povlakom.
Na výrobu PTC termistorov sa najčastejšie používajú oxidy vanádu a titánu s prímesou vybraných chemických zlúčenín, zatiaľ čo NTC senzory sa väčšinou vyrábajú zo zmesi takých chemických zlúčenín ako chróm, mangán, kobalt, železo, meď, lítium alebo nikel. Materiály použité pri výrobe termistorov zaručujú vlastnosti charakteristické pre daný typ prvku, ktoré následne určujú účel jeho použitia.
Široká škála produktov dostupných na trhu zahŕňa termistory rôznych tvarov. Môžu byť vo forme guľôčok, lisovaných doštičiek v tvare tabliet, prípadne vo forme miniatúrnych valcov. V každom prípade sú vybavené vývodmi vo forme dvoch vodičov. Termistory sú vďaka svojej jednoduchej konštrukcii a kompaktným rozmerom extrémne lacnými elektronickými súčiastkami.
Mechanická odolnosť termorezistorov umožňuje meranie teploty v rozsahu od -150 °C až po 800 °C a vďaka vysokej citlivosti merania nachádzajú uplatnenie v mnohých náročných aplikáciách.
Obmedzením termistorov je ich maximálne menovité napätie, teda napätie vhodné pre nepretržitú prevádzku zariadenia, ako aj maximálne prevádzkové napätie, ktoré je podmienkou jeho správnej a bezpečnej činnosti. Pri výbere vhodného produktu treba zohľadniť výrobcom odporúčané hraničné hodnoty, nakoľko po prekročení napätia môže dôjsť k poškodeniu prvku.
Termometrická charakteristika
Termometrická charakteristika je základnou rovnicou popisujúcou zmenu odporu snímača v závislosti od zmeny jeho teploty.
kde:
RT – odpor termistora pri danej teplote [Ω];
T – teplota termistora [K];
T0 – referenčná teplota [K];
RT0 – odpor termistora pri referenčnej teplote [Ω];
B – materiálová konštanta termistora v rozsahu 2000 ÷ 6000 [K]. Hodnota tohto parametra je silne závislá od použitých materiálov a určuje citlivosť zariadenia. Čím je táto hodnota vyššia, tým vyššia je citlivosť termistora.
Použitie PTC termistorov
PTC termistory (známe aj ako pozistory) nachádzajú uplatnenie v systémoch ochrany proti preťaženiu a prehriatiu. So zvyšujúcou sa intenzitou prúdu stúpa teplota termorezistora a spolu s ňou sa logaritmicky zvyšuje aj jeho odpor. V dôsledku narastajúceho odporu sa intenzita prúdu v obvode znižuje a ten sa stabilizuje na požadovanej úrovni. S termistorom sa môžeme stretnúť okrem iného v elektromotoroch, v bežne používaných výrobkoch pre domácnosť (napr. v mikrovlnkách či rúrach), automatizačných systémoch alebo v automobilovom priemysle.
Špeciálnym typom PTC termistorov sú polymérové poistky. Základným princípom ich činnosti je termistor – po prekročení maximálneho prúdu dochádza k zvýšeniu teploty prvku a k skokovému zvýšeniu odporu, čo následne vedie k prerušeniu obvodu (hoci ním bude aj naďalej pretekať slabý prúd).
Termistory plnia dôležitú funkciu aj v systémoch včasného varovania pred požiarom, nakoľko sú najdôležitejšou súčasťou systémov požiarnej ochrany. Keď teplota stúpne nad vopred nastavenú hodnotu, poplašný systém vyšle varovný signál upozorňujúci na možnosť vzniku požiaru. V tomto prípade je veľmi dôležitá mimoriadna citlivosť a spoľahlivosť merania, ktoré sú zaručované práve v článku opisovanými termoodporovými prvkami.
Sklad:
