Termistor on temperatuuri mõõtmiseks loodud seade, mis koosneb pooljuhtmaterjalist, mis muudab väikese temperatuurimuutusega oluliselt oma takistust. Üldiselt on termistoritel negatiivsed temperatuurikoefitsiendid, mis tähendab, et nende takistus väheneb temperatuuri tõustes.
Termistori üldomadus
Sõna "termistor" on lühike selle täisterminist: termiliselt tundlik takisti. See seade on täpne ja lihts alt kasutatav andur mis tahes temperatuurimuutuste jaoks. Üldiselt on kahte tüüpi termistore: negatiivne temperatuurikoefitsient ja positiivne temperatuuritegur. Kõige sagedamini kasutatakse temperatuuri mõõtmiseks esimest tüüpi.
Elektriahela termistori tähistus on näidatud fotol.
Termistorite materjal on pooljuhtomadustega metallioksiidid. Tootmise ajal antakse neile seadmetele järgmine vorm:
- plaat;
- varras;
- sfääriline nagu pärl.
Termistor põhineb tugeva põhimõtteltakistuse muutus väikese temperatuurimuutusega. Samal ajal säilib konstantse voolutugevuse ja konstantse temperatuuri juures konstantne pinge.
Seadme kasutamiseks ühendatakse see elektriahelaga, näiteks Wheatstone'i sillaga ning mõõdetakse seadme voolu ja pinget. Ohmi lihtsa seaduse järgi määrab takistuse R=U/I. Järgmisena vaadeldakse takistuse temperatuurist sõltuvuse kõverat, mille järgi saab täpselt öelda, millisele temperatuurile tekkiv takistus vastab. Kui temperatuur muutub, muutub takistuse väärtus dramaatiliselt, mis võimaldab temperatuuri suure täpsusega määrata.
Termistori materjal
Valdav enamiku termistoride materjal on pooljuhtkeraamika. Selle valmistamisprotsess seisneb nitriidide ja metallioksiidide pulbrite paagutamises kõrgel temperatuuril. Tulemuseks on materjal, mille oksiidi koostis on üldvalemiga (AB)3O4 või (ABC)3O4, kus A, B, C on metallilised keemilised elemendid. Kõige sagedamini kasutatakse mangaani ja niklit.
Kui termistor peaks töötama temperatuuril alla 250 °C, siis sisaldab keraamiline koostis magneesiumi, koob altit ja niklit. Selle koostisega keraamika näitab füüsikaliste omaduste stabiilsust määratud temperatuurivahemikus.
Termistoride oluline omadus on nende erijuhtivus (takistuse pöördväärtus). Juhtivust kontrollitakse väikeste lisamisegaliitiumi ja naatriumi kontsentratsioonid.
Instrumendi tootmisprotsess
Sfäärilised termistorid valmistatakse, rakendades neid kahele plaatinatraadile kõrgel temperatuuril (1100°C). Seejärel lõigatakse traat termistori kontaktide kujundamiseks. Sfäärilisele instrumendile kantakse tihendamiseks klaaskate.
Ketastermistoride puhul toimub kontaktide loomise protsess plaatina, pallaadiumi ja hõbeda metallisulami pealekandmine ning seejärel termistori katte jootmine.
Erinevus plaatinadetektoritest
Pooljuhttermistorite kõrval on ka teist tüüpi temperatuuriandurid, mille töömaterjal on plaatina. Need detektorid muudavad oma takistust, kui temperatuur muutub lineaarselt. Termistorite puhul on see füüsikaliste suuruste sõltuvus hoopis teistsuguse iseloomuga.
Termistorite eelised võrreldes plaatina analoogidega on järgmised:
- Kõrgem takistustundlikkus temperatuurimuutustele kogu töövahemikus.
- Instrumendi kõrge stabiilsus ja näitude korratavus.
- Väike, et reageerida kiiresti temperatuurimuutustele.
Termistori takistus
See füüsikaline suurus väheneb temperatuuri tõustes ja on oluline arvestada töötemperatuuri vahemikku. Temperatuuripiiride jaoks -55 °C kuni +70 °C kasutatakse termistoreid takistusega 2200 - 10000 oomi. Kõrgema temperatuuri korral kasutage seadmeid, mille takistus on suurem kui 10 kOhm.
Erinev alt plaatinadetektoritest ja termopaaridest ei ole termistoritel takistuse ja temperatuuri kõverate jaoks spetsiifilisi standardeid ning valida on lai valik takistuskõveraid. Seda seetõttu, et igal termistori materjalil, nagu ka temperatuurianduril, on oma takistuskõver.
Stabiilsus ja täpsus
Need instrumendid on keemiliselt stabiilsed ega lagune aja jooksul. Termistorandurid on ühed kõige täpsemad temperatuurimõõteriistad. Nende mõõtmiste täpsus kogu töövahemikus on 0,1 - 0,2 °C. Pange tähele, et enamik seadmeid töötab temperatuurivahemikus 0 °C kuni 100 °C.
Termistorite põhiparameetrid
Järgmised füüsilised parameetrid on iga termistoritüübi jaoks põhilised (ingliskeelsed nimed on dekodeeritud):
- R25 - seadme takistus oomides toatemperatuuril (25 °С). Selle termistori karakteristiku kontrollimine on lihtne multimeetri abil.
- Tolerants R25 - seadme takistuse hälbe tolerantsi väärtus selle seadistatud väärtusest temperatuuril 25 °С. Reeglina ei ületa see väärtus 20% R25.
- Maks. Püsiseisundi vool – maksimaalnevoolu väärtus amprites, mis võib pikka aega läbi seadme voolata. Selle väärtuse ületamine ähvardab takistuse kiire langusega ja selle tulemusena termistori rikkega.
- Umb. R of Max. Vool - see väärtus näitab takistuse väärtust oomides, mille seade omandab, kui maksimaalne vool seda läbib. See väärtus peaks olema 1-2 suurusjärku väiksem kui termistori takistus toatemperatuuril.
- Hajuta. Coef. - koefitsient, mis näitab seadme temperatuuritundlikkust selle neeldunud võimsuse suhtes. See tegur näitab võimsust mW-des, mida termistor peab neelama, et tõsta oma temperatuuri 1 °C võrra. See väärtus on oluline, kuna see näitab, kui palju energiat peate kulutama seadme soojendamiseks töötemperatuurini.
- Soojusaja konstant. Kui termistorit kasutatakse sisselülitusvoolu piirajana, on oluline teada, kui kaua võtab pärast toite väljalülitamist jahtumine aega, et olla valmis seda uuesti sisse lülitama. Kuna termistori temperatuur pärast selle väljalülitamist langeb vastav alt eksponentsiaalsele seadusele, võetakse kasutusele mõiste "termiline ajakonstant" - aeg, mille jooksul seadme temperatuur langeb 63,2% töötemperatuuri erinevusest. seade ja ümbritseva õhu temperatuur.
- Maks. Koormusmahtuvus ΜF - mahtuvuse hulk mikrofaradides, mida saab selle seadme kaudu tühjendada ilma seda kahjustamata. See väärtus on näidatud konkreetse pinge jaoks,nt 220 V.
Kuidas testida termistori tööd?
Termistori töökindluse ligikaudseks kontrollimiseks võite kasutada multimeetrit ja tavalist jootekolbi.
Kõigepe alt lülitage multimeetril sisse takistuse mõõtmise režiim ja ühendage termistori väljundkontaktid multimeetri klemmidega. Sel juhul pole polaarsus oluline. Multimeeter näitab teatud takistust oomides, see tuleks registreerida.
Seejärel peate ühendama jootekolbi ja viima selle ühte termistori väljundisse. Olge ettevaatlik, et seadet ei põletaks. Selle protsessi käigus peaksite jälgima multimeetri näitu, see peaks näitama sujuv alt vähenevat takistust, mis langeb kiiresti teatud miinimumväärtuseni. Minimaalne väärtus sõltub termistori tüübist ja jootekolvi temperatuurist, tavaliselt on see mitu korda väiksem kui alguses mõõdetud väärtus. Sel juhul võite olla kindel, et termistor töötab.
Kui multimeetri takistus pole muutunud või, vastupidi, on järsult langenud, siis seade ei sobi kasutamiseks.
Pange tähele, et see kontroll on karm. Seadme täpseks testimiseks on vaja mõõta kahte indikaatorit: selle temperatuuri ja vastavat takistust ning seejärel võrrelda neid väärtusi tootja poolt märgitud väärtustega.
Rakendused
Termistoreid kasutatakse kõigis elektroonikavaldkondades, kus on oluline jälgida temperatuuritingimusi. Nende valdkondade hulka kuuluvadarvutid, ülitäpsed seadmed tööstusrajatiste jaoks ja seadmed erinevate andmete edastamiseks. Seega kasutatakse 3D-printeri termistorit andurina, mis juhib kuumutuskihi või prindipea temperatuuri.
Üks termistori levinumaid kasutusviise on sisendvoolu piiramine, näiteks arvuti sisselülitamisel. Fakt on see, et toite sisselülitamise hetkel tühjeneb suure mahutavusega käivituskondensaator, luues kogu vooluringis tohutu voolu. See vool on võimeline põletama kogu kiibi, seega on vooluringis termistor.
Sellel seadmel oli sisselülitamise ajal toatemperatuur ja tohutu takistus. Selline takistus võib tõhus alt vähendada voolu tõusu käivitamise ajal. Lisaks kuumeneb seade seda läbiva voolu ja soojuse vabanemise tõttu ning selle takistus väheneb järsult. Termistori kalibreerimine on selline, et arvutikiibi töötemperatuur viib termistori takistuse praktiliselt nullini ja sellel ei esine pingelangust. Pärast arvuti väljalülitamist jahtub termistor kiiresti ja taastab takistuse.
Seega on termistori kasutamine sisendvoolu piiramiseks nii kulutõhus kui ka üsna lihtne.
Termistorite näited
Praegu on müügil suur valik tooteid, siin on mõnede omadused ja kasutusvaldkonnad:
- Mutrikinnitusega termistor B57045-K, nimitakistus on 1kOhm tolerantsiga 10%. Kasutatakse tarbe- ja autoelektroonikas temperatuuri mõõteandurina.
- B57153-S ketasinstrument, mille maksimaalne voolutugevus on 1,8 A 15 oomi juures toatemperatuuril. Kasutatakse sisselülitusvoolu piirajana.
