Termistors ir ierīce, kas paredzēta temperatūras mērīšanai un sastāv no pusvadītāju materiāla, kas ar nelielām temperatūras izmaiņām ievērojami maina savu pretestību. Parasti termistoriem ir negatīvi temperatūras koeficienti, kas nozīmē, ka to pretestība samazinās, palielinoties temperatūrai.
Termistora vispārīgais raksturlielums
Vārds "termistors" ir īss tā pilnajam terminam: termiski jutīgs rezistors. Šī ierīce ir precīzs un ērti lietojams sensors jebkādām temperatūras izmaiņām. Kopumā ir divu veidu termistori: negatīvs temperatūras koeficients un pozitīvs temperatūras koeficients. Visbiežāk temperatūras mērīšanai tiek izmantots pirmais veids.
Elektriskās ķēdes termistora apzīmējums ir parādīts fotoattēlā.
Termistoru materiāls ir metālu oksīdi ar pusvadītāju īpašībām. Ražošanas laikā šīm ierīcēm tiek piešķirta šāda forma:
- disks;
- rod;
- sfēriska kā pērle.
Termistors ir balstīts uz spēcīga principapretestības izmaiņas ar nelielām temperatūras izmaiņām. Tajā pašā laikā pie noteikta strāvas stipruma ķēdē un nemainīgas temperatūras tiek uzturēts nemainīgs spriegums.
Lai lietotu ierīci, tā ir savienota ar elektrisko ķēdi, piemēram, pie Vitstonas tilta, un tiek mērīta ierīces strāva un spriegums. Saskaņā ar vienkāršo Ohma likumu R=U/I nosaka pretestību. Tālāk tiek aplūkota pretestības atkarības no temperatūras līkne, pēc kuras var precīzi pateikt, kādai temperatūrai atbilst iegūtā pretestība. Mainoties temperatūrai, krasi mainās pretestības vērtība, kas ļauj noteikt temperatūru ar augstu precizitāti.
Termistora materiāls
Lielākā daļa termistoru materiāls ir pusvadītāju keramika. Tās ražošanas process sastāv no nitrīdu un metālu oksīdu pulveru saķepināšanas augstā temperatūrā. Rezultātā tiek iegūts materiāls, kura oksīda sastāvam ir vispārīgā formula (AB)3O4 vai (ABC)3O4, kur A, B, C ir metāliski ķīmiskie elementi. Visbiežāk izmantotais ir mangāns un niķelis.
Ja paredzēts, ka termistors darbosies temperatūrā, kas zemāka par 250 °C, tad keramikas sastāvā ir iekļauts magnijs, kob alts un niķelis. Šāda sastāva keramika parāda fizikālo īpašību stabilitāti norādītajā temperatūras diapazonā.
Svarīga termistoru īpašība ir to īpatnējā vadītspēja (pretestības apgrieztā vērtība). Vadītspēja tiek kontrolēta, pievienojot mazulitija un nātrija koncentrācija.
Instrumentu ražošanas process
Sfēriskie termistori tiek izgatavoti, uzliekot tos uz diviem platīna vadiem augstā temperatūrā (1100°C). Pēc tam vads tiek nogriezts, lai veidotu termistora kontaktus. Sfēriskajam instrumentam tiek uzklāts stikla pārklājums blīvēšanai.
Disku termistoru gadījumā kontaktu veidošanas process ir uz tiem uzklāt platīna, pallādija un sudraba metāla sakausējumu un pēc tam pielodēt uz termistora pārklājuma.
Atšķirība no platīna detektoriem
Bez pusvadītāju termistoriem ir arī cita veida temperatūras detektori, kuru darba materiāls ir platīns. Šie detektori maina savu pretestību, temperatūrai mainoties lineāri. Termistoriem šī fizisko lielumu atkarība ir pavisam citāda.
Termistoru priekšrocības salīdzinājumā ar platīna ekvivalentiem ir šādas:
- Lielāka pretestības jutība pret temperatūras izmaiņām visā darbības diapazonā.
- Augsts instrumenta stabilitātes līmenis un rādījumu atkārtojamība.
- Maza izmēra, lai ātri reaģētu uz temperatūras izmaiņām.
Termistora pretestība
Šis fiziskais daudzums samazinās, palielinoties temperatūrai, un ir svarīgi ņemt vērā darba temperatūras diapazonu. Temperatūras robežās no -55 °C līdz +70 °C tiek izmantoti termistori ar pretestību 2200 - 10000 omi. Augstākām temperatūrām izmantojiet ierīces, kuru pretestība ir lielāka par 10 kOhm.
Atšķirībā no platīna detektoriem un termopāriem, termistoriem nav īpašu standartu pretestības un temperatūras līknēm, un ir pieejams plašs pretestības līkņu klāsts, no kuriem izvēlēties. Tas ir tāpēc, ka katram termistora materiālam, tāpat kā temperatūras sensoram, ir sava pretestības līkne.
Stabilitāte un precizitāte
Šie instrumenti ir ķīmiski stabili un laika gaitā nesabojājas. Termistora sensori ir vieni no precīzākajiem temperatūras mērīšanas instrumentiem. To mērījumu precizitāte visā darbības diapazonā ir 0,1 - 0,2 °C. Lūdzu, ņemiet vērā, ka lielākā daļa ierīču darbojas temperatūras diapazonā no 0 °C līdz 100 °C.
Termistoru pamatparametri
Šie fiziskie parametri ir pamata katram termistora tipam (tiek dota nosaukumu dekodēšana angļu valodā):
- R25 - ierīces pretestība omi istabas temperatūrā (25 °С). Šo termistora raksturlielumu pārbaude ir vienkārša, izmantojot multimetru.
- R25 pielaide - ierīces pretestības novirzes pielaides vērtība no tās iestatītās vērtības 25 °С temperatūrā. Parasti šī vērtība nepārsniedz 20% no R25.
- Maks. Līdzsvara stāvokļa strāva - maksimālāstrāvas vērtība ampēros, kas ilgstoši var plūst caur ierīci. Šīs vērtības pārsniegšana draud ar strauju pretestības kritumu un rezultātā termistora atteici.
- Apm. R no maks. Strāva - šī vērtība parāda pretestības vērtību omos, ko ierīce iegūst, kad caur to iet maksimālā strāva. Šai vērtībai jābūt par 1–2 kārtībām mazākai par termistora pretestību istabas temperatūrā.
- Izkliedēt. Koef. - koeficients, kas parāda ierīces temperatūras jutību pret tās absorbēto jaudu. Šis koeficients norāda jaudas daudzumu mW, kas termistoram jāuzņem, lai paaugstinātu temperatūru par 1 °C. Šī vērtība ir svarīga, jo tā parāda, cik daudz jaudas jums jāpatērē, lai ierīci uzsildītu līdz tās darba temperatūrai.
- Siltuma laika konstante. Ja termistoru izmanto kā ieslēgšanas strāvas ierobežotāju, ir svarīgi zināt, cik ilgs laiks būs nepieciešams, lai atdzist pēc strāvas izslēgšanas, lai būtu gatavs to atkal ieslēgt. Tā kā termistora temperatūra pēc tā izslēgšanas samazinās saskaņā ar eksponenciālu likumu, tiek ieviests jēdziens "termiskā laika konstante" - laiks, kurā ierīces temperatūra samazinās par 63,2% no starpības starp termistora darba temperatūru. ierīci un apkārtējās vides temperatūru.
- Maks. Slodzes kapacitāte ΜF - kapacitātes daudzums mikrofarados, ko var izlādēt caur šo ierīci, to nesabojājot. Šī vērtība ir norādīta noteiktam spriegumam,piemēram, 220 V.
Kā pārbaudīt termistoru darbību?
Lai aptuveni pārbaudītu termistora izmantojamību, varat izmantot multimetru un parasto lodāmuru.
Vispirms ieslēdziet multimetra pretestības mērīšanas režīmu un pievienojiet termistora izejas kontaktus ar multimetra spailēm. Šajā gadījumā polaritātei nav nozīmes. Multimetrs rādīs noteiktu pretestību omos, tas ir jāreģistrē.
Tad jums jāpievieno lodāmurs un jāpievieno vienai no termistora izejām. Esiet uzmanīgi, lai nesadedzinātu ierīci. Šī procesa laikā jums jāievēro multimetra rādījumi, tam vajadzētu parādīt vienmērīgi samazinās pretestību, kas ātri nostātos līdz noteiktai minimālajai vērtībai. Minimālā vērtība ir atkarīga no termistora veida un lodāmura temperatūras, parasti tā ir vairākas reizes mazāka par sākumā izmērīto vērtību. Šajā gadījumā varat būt pārliecināts, ka termistors darbojas.
Ja multimetra pretestība nav mainījusies vai, gluži pretēji, ir strauji samazinājusies, tad ierīce nav piemērota tās lietošanai.
Ņemiet vērā, ka šī pārbaude ir aptuvena. Precīzai ierīces pārbaudei ir nepieciešams izmērīt divus indikatorus: tās temperatūru un atbilstošo pretestību, un pēc tam salīdzināt šīs vērtības ar ražotāja norādītajām vērtībām.
Lietojumprogrammas
Termistori tiek izmantoti visās elektronikas jomās, kurās ir svarīgi uzraudzīt temperatūras apstākļus. Šīs jomas ietverdatori, augstas precizitātes iekārtas rūpnieciskām iekārtām un ierīces dažādu datu pārraidei. Tātad 3D printera termistoru izmanto kā sensoru, kas kontrolē sildīšanas slāņa vai drukas galviņas temperatūru.
Viens no visizplatītākajiem termistora lietojumiem ir ieslēgšanas strāvas ierobežošana, piemēram, ieslēdzot datoru. Fakts ir tāds, ka brīdī, kad tiek ieslēgta jauda, tiek izlādēts sākuma kondensators, kuram ir liela ietilpība, radot milzīgu strāvu visā ķēdē. Šī strāva spēj sadedzināt visu mikroshēmu, tāpēc ķēdē ir iekļauts termistors.
Šai ierīcei ieslēgšanas brīdī bija istabas temperatūra un milzīga pretestība. Šāda pretestība var efektīvi samazināt strāvas pārspriegumu palaišanas brīdī. Turklāt ierīce uzsilst caur to plūstošās strāvas un siltuma izdalīšanās dēļ, un tās pretestība strauji samazinās. Termistora kalibrēšana ir tāda, ka datora mikroshēmas darba temperatūra izraisa termistora pretestību praktiski līdz nullei, un tajā nav sprieguma krituma. Pēc datora izslēgšanas termistors ātri atdziest un atjauno pretestību.
Tātad termistora izmantošana ieslēgšanas strāvas ierobežošanai ir gan rentabla, gan diezgan vienkārša.
Termistoru piemēri
Šobrīd pārdošanā ir plašs preču klāsts, šeit ir dažu no tiem raksturojums un pielietojuma jomas:
- Termistors B57045-K ar uzgriežņu stiprinājumu, tā nominālā pretestība ir 1kOhm ar pielaidi 10%. Izmanto kā temperatūras mērīšanas sensoru plaša patēriņa un automobiļu elektronikā.
- B57153-S disku instruments, kura maksimālā strāva ir 1,8 A pie 15 omi istabas temperatūrā. Izmanto kā ieslēgšanas strāvas ierobežotāju.
