Thermistor is een apparaat dat is ontworpen om temperatuur te meten en dat bestaat uit een halfgeleidermateriaal dat zijn weerstand sterk verandert bij een kleine verandering in temperatuur. Over het algemeen hebben thermistoren negatieve temperatuurcoëfficiënten, wat betekent dat hun weerstand afneemt met toenemende temperatuur.
Algemeen kenmerk van thermistor
Het woord "thermistor" is een afkorting voor de volledige term: thermisch gevoelige weerstand. Dit apparaat is een nauwkeurige en gebruiksvriendelijke sensor voor eventuele temperatuurveranderingen. Over het algemeen zijn er twee soorten thermistoren: negatieve temperatuurcoëfficiënt en positieve temperatuurcoëfficiënt. Meestal wordt het eerste type gebruikt om de temperatuur te meten.
De aanduiding van de thermistor in het elektrische circuit wordt weergegeven op de foto.
Het materiaal van thermistoren zijn metaaloxiden met halfgeleidereigenschappen. Tijdens de productie krijgen deze apparaten de volgende vorm:
- schijf;
- staaf;
- bolvormig als een parel.
De thermistor is gebaseerd op het principe van sterkverandering in weerstand met een kleine verandering in temperatuur. Tegelijkertijd wordt bij een gegeven stroomsterkte in het circuit en een constante temperatuur een constante spanning gehandhaafd.
Om het apparaat te gebruiken, wordt het aangesloten op een elektrisch circuit, bijvoorbeeld een Wheatstone-brug, en worden de stroom en spanning op het apparaat gemeten. Volgens de simpele wet van Ohm bepa alt R=U/I de weerstand. Vervolgens kijken ze naar de afhankelijkheidscurve van de weerstand van de temperatuur, volgens welke precies kan worden gezegd met welke temperatuur de resulterende weerstand overeenkomt. Wanneer de temperatuur verandert, verandert de weerstandswaarde dramatisch, wat het mogelijk maakt om de temperatuur met hoge nauwkeurigheid te bepalen.
Thermistormateriaal
Het materiaal van de overgrote meerderheid van de thermistoren is halfgeleiderkeramiek. Het fabricageproces bestaat uit het sinteren van poeders van nitriden en metaaloxiden bij hoge temperaturen. Het resultaat is een materiaal waarvan de oxidesamenstelling de algemene formule (AB)3O4 of (ABC)3 heeft. O4, waarbij A, B, C metallische chemische elementen zijn. De meest gebruikte zijn mangaan en nikkel.
Als wordt verwacht dat de thermistor werkt bij temperaturen lager dan 250 °C, worden magnesium, kob alt en nikkel in de keramische samenstelling opgenomen. Keramiek van deze samenstelling toont de stabiliteit van fysische eigenschappen in het gespecificeerde temperatuurbereik.
Een belangrijk kenmerk van thermistoren is hun specifieke geleidbaarheid (het omgekeerde van weerstand). Geleidbaarheid wordt gecontroleerd door toevoeging van kleineconcentraties van lithium en natrium.
Instrument fabricageproces
Sferische thermistoren worden gemaakt door ze bij hoge temperatuur (1100°C) op twee platinadraden aan te brengen. De draad wordt vervolgens doorgesneden om de thermistorcontacten te vormen. Voor het afdichten wordt een glascoating op het bolvormige instrument aangebracht.
In het geval van schijfthermistors, is het proces van het maken van contacten om er een metaallegering van platina, palladium en zilver op af te zetten en deze vervolgens aan de thermistorcoating te solderen.
Verschil met platinadetectoren
Naast halfgeleiderthermistors is er nog een ander type temperatuurdetectoren, waarvan het werkmateriaal platina is. Deze detectoren veranderen hun weerstand als de temperatuur lineair verandert. Voor thermistoren heeft deze afhankelijkheid van fysieke grootheden een heel ander karakter.
De voordelen van thermistoren ten opzichte van platina-tegenhangers zijn als volgt:
- Hogere weerstandsgevoeligheid voor temperatuurveranderingen over het gehele bedrijfsbereik.
- Hoog niveau van instrumentstabiliteit en herhaalbaarheid van metingen.
- Klein van formaat om snel te reageren op temperatuurveranderingen.
Thermistorweerstand
Deze fysieke hoeveelheid neemt af met toenemende temperatuur, en het is belangrijk om rekening te houden met het bedrijfstemperatuurbereik. Voor temperatuurgrenzen van -55 °C tot +70 °C worden thermistoren met een weerstand van 2200 - 10000 ohm gebruikt. Gebruik voor hogere temperaturen apparaten met een weerstand groter dan 10 kOhm.
In tegenstelling tot platinadetectoren en thermokoppels, hebben thermistoren geen specifieke normen voor weerstand versus temperatuurcurves, en er is een grote verscheidenheid aan weerstandscurven om uit te kiezen. Dit komt omdat elk thermistormateriaal, net als een temperatuursensor, zijn eigen weerstandscurve heeft.
Stabiliteit en nauwkeurigheid
Deze instrumenten zijn chemisch stabiel en gaan na verloop van tijd niet achteruit. Thermistorsensoren behoren tot de meest nauwkeurige temperatuurmeetinstrumenten. De nauwkeurigheid van hun metingen over het gehele werkbereik is 0,1 - 0,2 °C. Houd er rekening mee dat de meeste apparaten werken binnen een temperatuurbereik van 0 °C tot 100 °C.
Basisparameters van thermistoren
De volgende fysieke parameters zijn basis voor elk type thermistor (decodering van namen in het Engels wordt gegeven):
- R25 - weerstand van het apparaat in Ohm bij kamertemperatuur (25 °С). Het controleren van deze thermistorkarakteristiek is eenvoudig met een multimeter.
- Tolerantie van R25 - de waarde van de weerstandsafwijkingstolerantie op het apparaat vanaf de ingestelde waarde bij een temperatuur van 25 °С. In de regel is deze waarde niet hoger dan 20% van R25.
- Max. Steady State Stroom - maximumde waarde van de stroom in ampère die lange tijd door het apparaat kan stromen. Overschrijding van deze waarde dreigt met een snelle daling van de weerstand en als gevolg daarvan het falen van de thermistor.
- Ongev. R van Max. Stroom - deze waarde toont de weerstandswaarde in Ohm, die het apparaat verkrijgt wanneer de maximale stroom er doorheen gaat. Deze waarde moet 1-2 ordes van grootte minder zijn dan de weerstand van de thermistor bij kamertemperatuur.
- Dissip. Coef. - een coëfficiënt die de temperatuurgevoeligheid van het apparaat voor het door het apparaat opgenomen vermogen weergeeft. Deze factor geeft de hoeveelheid vermogen in mW aan die de thermistor moet opnemen om de temperatuur met 1 °C te verhogen. Deze waarde is belangrijk omdat het aangeeft hoeveel stroom je nodig hebt om het apparaat op bedrijfstemperatuur te brengen.
- Thermische tijdconstante. Als de thermistor wordt gebruikt als inschakelstroombegrenzer, is het belangrijk om te weten hoe lang het duurt om af te koelen nadat de stroom is uitgeschakeld, voordat u hem weer kunt inschakelen. Aangezien de temperatuur van de thermistor nadat deze is uitgeschakeld volgens een exponentiële wet da alt, wordt het concept van "thermische tijdconstante" geïntroduceerd - de tijd waarin de temperatuur van het apparaat da alt met 63,2% van het verschil tussen de bedrijfstemperatuur van het apparaat en de omgevingstemperatuur.
- Max. Laadcapaciteit in ΜF - de hoeveelheid capaciteit in microfarads die door dit apparaat kan worden ontladen zonder het te beschadigen. Deze waarde wordt aangegeven voor een bepaalde spanning,bijv. 220 V.
Hoe de thermistor op werking testen?
Voor een ruwe controle van de bruikbaarheid van de thermistor kunt u een multimeter en een gewone soldeerbout gebruiken.
Schakel allereerst de weerstandsmeetmodus op de multimeter in en sluit de uitgangscontacten van de thermistor aan op de multimeterklemmen. In dit geval maakt de polariteit niet uit. De multimeter zal een bepaalde weerstand in ohm aangeven, deze moet worden geregistreerd.
Vervolgens moet je de soldeerbout aansluiten en naar een van de thermistoruitgangen brengen. Pas op dat u het apparaat niet verbrandt. Tijdens dit proces moet u de meetwaarden van de multimeter observeren, deze moet een geleidelijk afnemende weerstand vertonen, die snel tot een minimumwaarde zal dalen. De minimumwaarde is afhankelijk van het type thermistor en de temperatuur van de soldeerbout, meestal is deze meerdere malen lager dan de aan het begin gemeten waarde. In dit geval kunt u er zeker van zijn dat de thermistor werkt.
Als de weerstand op de multimeter niet is veranderd of juist sterk is gedaald, is het apparaat ongeschikt voor gebruik.
Merk op dat deze controle ruw is. Voor een nauwkeurige test van het apparaat is het noodzakelijk om twee indicatoren te meten: de temperatuur en de bijbehorende weerstand, en deze waarden te vergelijken met die van de fabrikant.
Toepassingen
Thermistors worden gebruikt in alle gebieden van de elektronica waar het belangrijk is om de temperatuuromstandigheden te bewaken. Deze gebieden omvatten:computers, precisieapparatuur voor industriële installaties en apparaten voor het verzenden van verschillende gegevens. De thermistor van de 3D-printer wordt dus gebruikt als een sensor die de temperatuur van het verwarmingsbed of de printkop regelt.
Een van de meest voorkomende toepassingen van een thermistor is het beperken van de inschakelstroom, bijvoorbeeld bij het inschakelen van een computer. Het feit is dat op het moment dat de stroom wordt ingeschakeld, de startcondensator, die een grote capaciteit heeft, wordt ontladen, waardoor een enorme stroom in het hele circuit ontstaat. Deze stroom kan de hele chip verbranden, dus er is een thermistor in het circuit opgenomen.
Dit apparaat had op het moment van inschakelen kamertemperatuur en een enorme weerstand. Een dergelijke weerstand kan de stroomstoot op het moment van starten effectief verminderen. Verder warmt het apparaat op als gevolg van de stroom die er doorheen gaat en het vrijkomen van warmte, en de weerstand ervan neemt sterk af. De kalibratie van de thermistor is zodanig dat de bedrijfstemperatuur van de computerchip ervoor zorgt dat de weerstand van de thermistor praktisch nul is en er geen spanningsval over is. Na het uitschakelen van de computer koelt de thermistor snel af en herstelt zijn weerstand.
Het gebruik van een thermistor om de inschakelstroom te beperken is dus zowel kosteneffectief als vrij eenvoudig.
Voorbeelden van thermistoren
Momenteel is er een breed scala aan producten te koop, hier zijn de kenmerken en toepassingsgebieden van sommige:
- Thermistor B57045-K met moerbevestiging, heeft een nominale weerstand van 1kOhm met een tolerantie van 10%. Gebruikt als temperatuurmeetsensor in consumenten- en auto-elektronica.
- B57153-S schijfinstrument, heeft een maximale stroomsterkte van 1,8 A bij 15 ohm bij kamertemperatuur. Gebruikt als inschakelstroombegrenzer.
