El termistor és un dispositiu dissenyat per mesurar la temperatura, i format per un material semiconductor, que canvia molt la seva resistència amb un petit canvi de temperatura. En general, els termistors tenen coeficients de temperatura negatius, és a dir, la seva resistència disminueix amb l'augment de la temperatura.
Característica general del termistor
La paraula "termistor" és l'abreviatura del seu terme complet: resistència tèrmicament sensible. Aquest dispositiu és un sensor precís i fàcil d'utilitzar per a qualsevol canvi de temperatura. En general, hi ha dos tipus de termistors: el coeficient de temperatura negatiu i el coeficient de temperatura positiu. Molt sovint, el primer tipus s'utilitza per mesurar la temperatura.
La designació del termistor del circuit elèctric es mostra a la foto.
El material dels termistors són òxids metàl·lics amb propietats semiconductors. Durant la producció, aquests dispositius reben la forma següent:
- disc;
- rod;
- esfèric com una perla.
El termistor es basa en el principi de forçacanvi de resistència amb un petit canvi de temperatura. Al mateix temps, a una intensitat de corrent determinada al circuit i una temperatura constant, es manté una tensió constant.
Per utilitzar el dispositiu, es connecta a un circuit elèctric, per exemple, a un pont de Wheatstone, i es mesura el corrent i la tensió del dispositiu. Segons la llei simple d'Ohm R=U/I determina la resistència. A continuació, observen la corba de dependència de la resistència a la temperatura, segons la qual és possible dir exactament a quina temperatura correspon la resistència resultant. Quan la temperatura canvia, el valor de la resistència canvia dràsticament, cosa que permet determinar la temperatura amb gran precisió.
Material del termistor
El material de la gran majoria dels termistors és ceràmica semiconductora. El procés de la seva fabricació consisteix en la sinterització de pols de nitrurs i òxids metàl·lics a altes temperatures. El resultat és un material la composició d'òxid del qual té la fórmula general (AB)3O4 o (ABC)3O4, on A, B i C són elements químics metàl·lics. Els més utilitzats són el manganès i el níquel.
Si s'espera que el termistor funcioni a temperatures inferiors a 250 °C, el magnesi, el cob alt i el níquel s'inclouen a la composició ceràmica. Les ceràmiques d'aquesta composició mostren l'estabilitat de les propietats físiques en l'interval de temperatura especificat.
Una característica important dels termistors és la seva conductivitat específica (el recíproc de la resistència). La conductivitat es controla afegint petitesconcentracions de liti i sodi.
Procés de fabricació d'instruments
Els termistors esfèrics es fabriquen aplicant-los a dos cables de platí a alta temperatura (1100 °C). A continuació, es talla el cable per donar forma als contactes del termistor. S'aplica un recobriment de vidre a l'instrument esfèric per segellar.
En el cas dels termistors de disc, el procés de fer contactes consisteix a dipositar-hi un aliatge metàl·lic de platí, pal·ladi i plata, i després soldar-lo al recobriment del termistor.
Diferència dels detectors de platí
A més dels termistors semiconductors, hi ha un altre tipus de detectors de temperatura, el material de treball dels quals és el platí. Aquests detectors canvien la seva resistència a mesura que canvia la temperatura de manera lineal. Per als termistors, aquesta dependència de les magnituds físiques té un caràcter completament diferent.
Els avantatges dels termistors en comparació amb els homòlegs de platí són els següents:
- Major sensibilitat de resistència als canvis de temperatura en tot el rang de funcionament.
- Alt nivell d'estabilitat de l'instrument i repetibilitat de les lectures.
- De mida petita per respondre ràpidament als canvis de temperatura.
Resistència del termistor
Aquesta magnitud física disminueix amb l'augment de la temperatura, i és important tenir en compte el rang de temperatura de funcionament. Per a límits de temperatura de -55 °C a +70 °C, s'utilitzen termistors amb una resistència de 2200 - 10000 ohms. Per a temperatures més altes, utilitzeu dispositius amb una resistència superior a 10 kOhm.
A diferència dels detectors de platí i els termoparells, els termistors no tenen estàndards específics per a les corbes de resistència i temperatura, i hi ha una gran varietat de corbes de resistència per triar. Això es deu al fet que cada material del termistor, com un sensor de temperatura, té la seva pròpia corba de resistència.
Estabilitat i precisió
Aquests instruments són químicament estables i no es degraden amb el temps. Els sensors de termistor es troben entre els instruments de mesura de temperatura més precisos. La precisió de les seves mesures en tot el rang de funcionament és de 0,1 - 0,2 °C. Tingueu en compte que la majoria dels aparells funcionen dins d'un rang de temperatures de 0 °C a 100 °C.
Paràmetres bàsics dels termistors
Els paràmetres físics següents són bàsics per a cada tipus de termistor (es dóna la descodificació de noms en anglès):
- R25 - resistència del dispositiu en ohms a temperatura ambient (25 °С). Comprovar aquesta característica del termistor és senzill amb un multímetre.
- Tolerància de R25: el valor de la tolerància de desviació de la resistència del dispositiu respecte al seu valor establert a una temperatura de 25 °С. Per regla general, aquest valor no supera el 20% de R25.
- Màx. Corrent en estat estacionari - màximel valor del corrent en amperes que pot fluir pel dispositiu durant molt de temps. Superar aquest valor amenaça amb una caiguda ràpida de la resistència i, com a resultat, una fallada del termistor.
- Aprox. R de màx. Corrent: aquest valor mostra el valor de la resistència en ohms, que el dispositiu adquireix quan el travessa el corrent màxim. Aquest valor hauria de ser 1-2 ordres de magnitud inferior a la resistència del termistor a temperatura ambient.
- Dissipar. Coef. - un coeficient que mostra la sensibilitat a la temperatura del dispositiu a la potència absorbida per aquest. Aquest factor indica la quantitat de potència en mW que el termistor necessita absorbir per augmentar la seva temperatura en 1 °C. Aquest valor és important perquè mostra la quantitat d'energia que cal gastar per escalfar el dispositiu a la seva temperatura de funcionament.
- Constante de temps tèrmica. Si el termistor s'utilitza com a limitador de corrent d'entrada, és important saber quant de temps trigarà a refredar-se després d'apagar l'alimentació per estar a punt per tornar-lo a encendre. Atès que la temperatura del termistor després d'apagar-lo disminueix d'acord amb una llei exponencial, s'introdueix el concepte de "constante de temps tèrmica", el temps durant el qual la temperatura del dispositiu disminueix en un 63,2% de la diferència entre la temperatura de funcionament de el dispositiu i la temperatura ambient.
- Màx. Capacitat de càrrega en ΜF: la quantitat de capacitat en microfarads que es pot descarregar a través d'aquest dispositiu sense danyar-lo. Aquest valor s'indica per a una tensió específica,p. ex., 220 V.
Com provar el funcionament del termistor?
Per a una comprovació aproximada del termistor de la seva funcionalitat, podeu utilitzar un multímetre i un soldador normal.
Primer de tot, activeu el mode de mesura de resistència al multímetre i connecteu els contactes de sortida del termistor als terminals del multímetre. En aquest cas, la polaritat no importa. El multímetre mostrarà una certa resistència en ohms, s'hauria d'enregistrar.
A continuació, heu de connectar el soldador i portar-lo a una de les sortides del termistor. Aneu amb compte de no cremar el dispositiu. Durant aquest procés, hauríeu d'observar les lectures del multímetre, hauria de mostrar una resistència que disminueixi suaument, que s'instal·larà ràpidament a un valor mínim. El valor mínim depèn del tipus de termistor i de la temperatura del soldador, normalment és diverses vegades inferior al valor mesurat al principi. En aquest cas, podeu estar segur que el termistor funciona.
Si la resistència del multímetre no ha canviat o, per contra, ha caigut bruscament, el dispositiu no és adequat per al seu ús.
Tingueu en compte que aquest control és dur. Per a una prova precisa del dispositiu, cal mesurar dos indicadors: la seva temperatura i la resistència corresponent, i després comparar aquests valors amb els indicats pel fabricant.
Aplicacions
Els termistors s'utilitzen en totes les àrees de l'electrònica en què és important controlar les condicions de temperatura. Aquestes àrees inclouenordinadors, equips d' alta precisió per a instal·lacions industrials i dispositius de transmissió de dades diverses. Per tant, el termistor de la impressora 3D s'utilitza com a sensor que controla la temperatura del llit de calefacció o del capçal d'impressió.
Un dels usos més habituals d'un termistor és limitar el corrent d'irrupció, com ara en encendre un ordinador. El fet és que en el moment en què s'engega l'alimentació, el condensador d'arrencada, que té una gran capacitat, es descarrega, creant un corrent enorme a tot el circuit. Aquest corrent és capaç de cremar tot el xip, de manera que s'inclou un termistor al circuit.
Aquest dispositiu en el moment d'encendre's tenia temperatura ambient i una gran resistència. Aquesta resistència pot reduir eficaçment la pujada de corrent en el moment de començar. A més, el dispositiu s'escalfa a causa del corrent que el travessa i de l'alliberament de calor, i la seva resistència disminueix bruscament. El calibratge del termistor és tal que la temperatura de funcionament del xip de l'ordinador fa que la resistència del termistor sigui pràcticament zero i no hi hagi caiguda de tensió a través d'ell. Després d'apagar l'ordinador, el termistor es refreda ràpidament i restaura la seva resistència.
Per tant, utilitzar un termistor per limitar el corrent d'entrada és alhora rendible i bastant senzill.
Exemples de termistors
En l'actualitat, hi ha una àmplia gamma de productes a la venda, aquí teniu les característiques i àmbits d'ús d'alguns d'ells:
- Termistor B57045-K amb fixació de femella, té una resistència nominal d'1kOhm amb una tolerància del 10%. S'utilitza com a sensor de mesura de temperatura en electrònica de consum i d'automòbil.
- Instrument de disc B57153-S, té una intensitat màxima de 1,8 A a 15 ohms a temperatura ambient. S'utilitza com a limitador de corrent d'entrada.
