La resistenza di qualsiasi conduttore dipende generalmente dalla temperatura. La resistenza dei metalli aumenta con il calore. Dal punto di vista della fisica, questo si spiega con un aumento dell'ampiezza delle vibrazioni termiche degli elementi del reticolo e un aumento della resistenza al flusso direzionale degli elettroni. La resistenza degli elettroliti e dei semiconduttori diminuisce quando vengono riscaldati - questo si spiega con altri processi.
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Come funziona un termistore
In molti casi, il fenomeno della resistenza alla temperatura è dannoso. Per esempio, una bassa resistenza del filamento di una lampada a incandescenza quando è fredda fa sì che si bruci quando viene accesa. La modifica del valore di resistenza dei resistori fissi durante il riscaldamento o il raffreddamento porta a cambiamenti nei parametri del circuito.
I resistori con un TCR ridotto - il coefficiente di temperatura della resistenza - sono stati sviluppati per combattere questo fenomeno. Questi elementi sono più costosi di quelli convenzionali. Tuttavia, ci sono componenti elettronici in cui la dipendenza della resistenza dalla temperatura è pronunciata e normalizzata. Questi elementi sono chiamati termistori o termostati.
Tipi e costruzione di termistori
I termistori possono essere divisi in due grandi gruppi secondo la loro reazione ai cambiamenti di temperatura:
- Se la resistenza diminuisce quando viene riscaldata, tali termistori sono chiamati Termistori NTC (coefficiente di temperatura negativo della resistenza);
- Se la resistenza aumenta quando viene riscaldata, il termistore ha una PTC positiva (caratteristica PTC) - tali elementi sono anche chiamati Gli elementi PTC come questi sono anche chiamati termistori positivi PTC..
Il tipo di termistore è determinato dalle proprietà del materiale del termistore. I metalli aumentano la loro resistenza quando vengono riscaldati, ed è per questo che essi (o piuttosto gli ossidi di metallo) sono utilizzati come base per i termoresistori con un TKC positivo. I semiconduttori hanno la dipendenza opposta, ed è per questo che sono usati per fare elementi NTC. Gli elementi resistivi termostatici con TKC negativo possono teoricamente essere realizzati sulla base di elettroliti, ma questa variante è molto scomoda nella pratica. La sua nicchia è la ricerca di laboratorio.
Il design dei termistori può essere diverso. Si presentano sotto forma di cilindri, perline, rondelle, ecc. con due cavi (come un resistenza convenzionale). È possibile selezionare la forma più conveniente per l'installazione sul posto di lavoro.
Caratteristiche principali
La caratteristica più importante di qualsiasi termistore è il suo coefficiente di resistenza alla temperatura (TCR). Questo indica quanto cambia la resistenza quando viene riscaldata o raffreddata di 1 grado Kelvin.
Anche se il cambiamento di temperatura, espresso in gradi Kelvin, è uguale al cambiamento in gradi Celsius, i termoresistori sono ancora caratterizzati in Kelvin. Questo è dovuto all'uso diffuso dell'equazione di Steinhart-Hart nei calcoli, e include la temperatura in K.
Il TCS è negativo per i termistori di tipo NTC e positivo per i posistori.
Un'altra caratteristica importante è il grado di resistenza. Questo è il valore di resistenza a 25°C. Conoscendo questi parametri, è facile determinare l'applicabilità di un termistore a un particolare circuito.
Anche la tensione nominale e la tensione massima di funzionamento sono importanti per l'uso dei termistori. Il primo parametro determina la tensione alla quale l'elemento può funzionare per un lungo periodo di tempo, mentre il secondo parametro determina la tensione oltre la quale le prestazioni del termistore non sono garantite.
Per i posistori, un parametro importante è la temperatura di riferimento - il punto sulla curva resistenza-calore in cui si verifica la rottura caratteristica. Questo determina la gamma di funzionamento della resistenza PTC.
Quando si sceglie un termistore, bisogna prestare attenzione anche al suo range di temperatura. Al di fuori delle specifiche del produttore, la curva caratteristica non è standardizzata (questo può causare il malfunzionamento dell'unità) o il termistore non funzionerà affatto.
Designazione dell'unità
I simboli grafici possono variare leggermente, ma la caratteristica principale di un termistore è il simbolo t accanto al rettangolo che simboleggia la resistenza. Senza questo simbolo non è possibile determinare il tipo di resistenza - si usano simboli BRE simili, per esempio varistori (la resistenza è determinata dalla tensione applicata) e altri elementi.
A volte un simbolo aggiuntivo è attaccato all'UGO, indicando la categoria del termistore:
- NTC per le cellule con un TCS negativo;
- PTC per i posistori.
Questa caratteristica è talvolta indicata da frecce:
- unidirezionale per PTC;
- omnidirezionale per NTC.
La designazione della lettera può essere diversa - R, RK, TH, ecc.
Come controllare il corretto funzionamento di un termistore
Il primo controllo del funzionamento di un termistore consiste nel misurare la resistenza nominale con un multimetro standard. Se misurata a temperatura ambiente, che non differisce molto da +25 °C, la resistenza misurata non dovrebbe differire significativamente da quella indicata sulla custodia o nella documentazione.
Se la temperatura ambiente è più alta o più bassa del valore specificato, deve essere fatta una piccola correzione.
Si può tentare di prendere la caratteristica di temperatura di un termistore - per confrontarla con quella data nella documentazione o per ricostruirla per un componente di origine sconosciuta.
Ci sono tre temperature disponibili per creare con sufficiente precisione senza strumenti di misurazione:
- ghiaccio fondente (può essere preso da un frigorifero) - circa 0 °C;
- il corpo umano - circa 36 °C;
- acqua bollente - circa 100 °C.
In base a questi punti è possibile tracciare una dipendenza approssimativa della resistenza dalla temperatura, ma per i posistori potrebbe non funzionare - sul grafico del loro TCS, ci sono zone in cui R non è definita dalla temperatura (sotto la temperatura di riferimento). Se si dispone di un termometro, è possibile prendere una caratteristica di diversi punti - abbassando il termistore in acqua e riscaldandolo. La resistenza deve essere misurata ogni 15...20 gradi e il valore deve essere tracciato. Se è necessario leggere i parametri sopra i 100 gradi, al posto dell'acqua si può usare dell'olio (per esempio olio per automobili o olio per trasmissioni).
Il diagramma mostra le dipendenze tipiche della temperatura della resistenza - la linea solida è per PTC e la linea tratteggiata è per NTC.
Dove usare
L'applicazione più ovvia per i termistori è come sensori di temperatura. Sia i termistori NTC che PTC sono adatti a questo scopo. Dovete solo selezionare l'elemento secondo l'area di lavoro e considerare la caratteristica del termistore nel dispositivo di misurazione.
È possibile costruire un relè termico - quando la resistenza (più precisamente, la caduta di tensione attraverso di essa) viene confrontata con il valore impostato e l'uscita viene commutata quando la soglia viene superata. Un tale dispositivo può essere usato come un dispositivo di monitoraggio termico o come un rivelatore d'incendio. I sensori di temperatura si basano sul fenomeno del riscaldamento indiretto, dove il termistore è riscaldato da una fonte esterna.
Riscaldamento diretto - il termistore è riscaldato dalla corrente che lo attraversa. Le resistenze NTC possono essere utilizzate in questo modo per limitare la corrente - ad esempio quando si caricano i condensatori ad alta capacità all'accensione, e per limitare la corrente di avviamento dei motori, ecc. Gli elementi dipendenti dal calore hanno una resistenza elevata quando sono freddi. Quando un condensatore è parzialmente carico (o un motore raggiunge la velocità nominale), il termistore ha il tempo di essere riscaldato dalla corrente che scorre, la sua resistenza cadrà e non influenzerà più il funzionamento del circuito.
Allo stesso modo, si può prolungare la vita di una lampadina a incandescenza mettendo un termistore in serie con essa. Questo limiterà la corrente nel momento più difficile - quando si accende la tensione (questo è quando la maggior parte delle lampadine falliscono). Una volta che si è riscaldato, non avrà più alcun effetto sulla lampadina.
Al contrario, i termistori con caratteristica positiva sono utilizzati per proteggere i motori elettrici durante il funzionamento. Se la corrente dell'avvolgimento aumenta a causa di un inceppamento del motore o di un carico dell'albero superiore al carico, la resistenza PTC si riscalda e limita questa corrente.
I termistori con un PTC negativo possono anche essere utilizzati come compensatori di calore per altri componenti. Per esempio, se un termistore NTC con un PTC positivo è messo in parallelo alla resistenza di modo del transistor, il cambiamento di temperatura influenzerà ogni componente in modo opposto. Di conseguenza, l'effetto della temperatura è compensato e il punto di funzionamento del transistor non viene spostato.
Esistono dispositivi combinati chiamati termistori a riscaldamento indiretto. Un elemento dipendente dalla temperatura e un riscaldatore sono situati nello stesso alloggiamento di tale elemento. C'è un contatto termico tra di loro, ma sono isolati galvanicamente. Variando la corrente attraverso il riscaldatore, la resistenza può essere controllata.
I termistori con diverse caratteristiche sono ampiamente utilizzati nella tecnologia. Oltre alle applicazioni standard, il loro campo d'azione può essere ampliato. Tutto è limitato solo dall'immaginazione e dalle qualifiche del designer.
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