Что такое терморезисторы, их конструкция, виды, технические параметры

Соблюдение теплового режима в современных электронных устройствах не менее важно, чем обеспечение показателей электротока. Перегрев для полупроводниковых приборов также губителен, как и внезапное увеличение напряжения. Благодаря этому для температурного контроля термочувствительных электронных приборов используются электрические схемы с применением температурных датчиков, например как терморезистор.

Иные названия: термистор, термосопротивление.

Что такое терморезистор?

Обыкновенный резистор обладает относительно стабильным сопротивлением. Конечно, электрическое сопротивление привычного резистора может изменяться при значительном его нагревании (в границах допусков).

Однако в нормальном режиме показания данных устройств стабильны, чего, собственно, добиваются разработчики.
Во время изготовления терморезисторов специально выбирают такой материал, сопротивление которых зависит от температуры.

Другими словами, терморезистор – это полупроводниковый прибор, который обладает зависимостью его сопротивления от температуры. Можно сказать, что путем нагревания или охлаждения подобных полупроводниковых устройств можно управлять их сопротивлениями.

Терморезисторы принцип работы

Рис. 1. Терморезистор и его изображение на схемах

Температурные зависимости полупроводниковых резисторов повсеместно используются в работе, о чем поговорим ниже. Заметим лишь, что термисторы являются, по существу, переменными резисторами, сопротивление которых меняется не механическим способом, а зависит от степени нагрева и температурных параметров используемых полупроводниковых материалов.

Причем не имеет значения, прямым или неявным нагревом случилось изменение показателей температуры.

Конструкция

Наиболее простой термистор состоит из термочувствительного элемента, платиновых электродов и никелевых выводов. Вся данная конструкция заключена в герметичный корпус (Схема сооружения показана на рисунке 2).
В качестве термочувствительного материала применяют оксиды металлов.

Для защиты конструкции применяют стеклянный, пластиковый или корпус из металла.

Терморезисторы принцип работы

Рис. 2. Конструкция обычного термистора
В большинстве случаев в качестве резистивного материала применяют медь или платину.

Данные материалы обладают большими коэффициентами ТКС металлов в рабочем температурном диапазоне. Но их использование ограничено из-за причины большой стоимости платины и ее нелинейности изменения.

Применение медных терморезисторов исчерпывается невысокой коррозионной сопротивляемостью меди. Благодаря большой проводимости тепла этого металла резистивные детали на основе меди встречаются в моделях с неявным нагревом. Используются для температур не выше 180 ?C.

Очередным минусом железных термосопротивлений считается их инерционность, достигающая пары минут. Подобные конструкции мало годятся для поддерживания теплового режима электрических приборов, однако они прекрасно подойдут в качестве датчиков чтобы провести измерения температуры.

С целью уменьшения тепловой инерционности терморезисторы делают из микропроводов, которые заключают в стеклянную колбочку (см. рис. 3).

Такие датчики хорошо герметизированы, выделяются стабильностью, а их инерционность не превышает долей секунд.

Терморезисторы принцип работы

Рисунок 3. Конструкция термистора в колбе из стекла
Большое распространение получили типы датчиков на базе полупроводниковых материалов.

При нагреве полупроводников происходит изобилие данных материалов электронами и дырками, что приводит к уменьшению сопротивления.
Есть конструкции плоских терморезисторов (рис.

4), а еще полупроводниковые термисторы с непростой структурой резистивного элемента.

Терморезисторы принцип работы

Рис. 4. Конструкция плоского терморезистора

Сегодня очень часто можно повстречать платы, на которых применен способ SMT монтажа. Для этого промышленность производит SMD-терморезисторы различных номиналов (см. рис.

5).

Терморезисторы принцип работы

Рис. 5. Терморезисторы для микроэлектроники
Во множестве конструкций терморезистивный компонент изготавливают методом порошковой металлургии.

В данных целях применяют материалы:

  • халькогениды;
  • оксиды металлов;
  • галогениды и остальные.

Очертание резистивных элементов как правило имеет форму бусинок, стержней, трубочек, пластинок и т. п.
Какую конструкцию вы бы не подобрали, рабочий принцип не меняется – зависимость сопротивления от температуры.

Выделяются изделия только параметрами.

Рабочий режим терморезисторов

В зависимости от конструкторских планов, термисторы как правило будут работать в системах с различными режимами температур. Но для каждой модели есть собственная номинальная шкала температур.

По этому признаку их можно обозначать так:

  • терморезисторы низкотемпературного класса (до 170 К);
  • изделия среднетемпературного класса (используются в температурном диапазоне 170 – 510 К);
  • модели высокотемпературного класса (в границах от 570 К и выше).

В отдельный класс выделены терморезисторы, которые способны работать при нагревах от 900 до 1300 К. Данные модели применяют в качестве термопреобразователей разных ТЕНОВ.
Все термисторы могут выдержать значительные токовые нагрузки. Правда, во время работы в жёстких термоцикличных режимах, их термоэлектрические характеристики, могут изменяться.

На протяжении определенного времени изменения коснутся номинального сопротивления и коэффициента сопротивления.

Разновидности

Все терморезисторы делят по типу нагрева: прямой и косвенный. Для прямого подогрева применяется ток цепи, в которую включен терморезистор. Косвенный подогрев формируют посторонние участки схемы или тепловые детали.

Пример терморезистора прямого подогрева показан на рис. 6.

Терморезисторы принцип работы

Рис. 6. Терморезисторы прямого подогрева

Также, в зависимости от того – увеличивается или понижается сопротивление при нагреве резистивного элемента, отличают термисторы двух вариантов:с негативным ТКС и терморезисторы с позитивным показателем сопротивления.
Полупроводниковые модели (термисторы) обладают негативным показателем температурного сопротивления. Это означает, что они делают меньше номинальное сопротивление (показания при 25 ?C), в результате нагрева.

Температурный показатель показывает, на сколько процентов уменьшается сопротивление резистивного элемента во время температурного повышения нагрева на 1 ?C.
Термисторы NTC с негативным показателем в большинстве случаев используются в диапазоне рабочих температур от 25 ?C до 200 ?C.

Для температур более 600 ?C используют термопары.
Терморезисторы типа PTC обладают позитивными температурными коэффициентами. Эти PTC-термисторы часто называют позисторами, чтобы выделить положительность температурного коэффициента.

Под данным термином мы понимаем терморезистор, сопротивление которого увеличивается с ростом температуры.

Технические параметры

Большое большой выбор моделей термосопротивлений продиктовано потребностью сегодняшней электронной промышленности. Технические параметры изделий полупроводникового типа дают возможность полностью удовлетворить интерес изготовителей радиоэлектронных и электротехнических устройств.

К важным параметрам относятся:

  • номинальное сопротивление терморезистора, измеренное при температуре 25 ?C;
  • мощность рассеяния (другими словами самый большой ток, при котором обеспечиваются стабильность показателей терморезистора);
  • диапазон рабочих температур, для которых предназначается терморезистор;
  • ТКС.

Полупроводниковые термисторы обладают высокой чувствительностью в комбинировании с негативными значениями ТКС. Они просты в изготовлении, имеют маленькие размеры, легко встраиваются в микросхемы. Все данные показатели делают термисторы незаменимыми в микроэлектронике.

Полупроводниковые термисторы подключаются через мостовую схему. Такое подключение позволяет автоматически настраивать требуемые параметры электро цепей. Иногда для этого приходится использовать очень непростые схемы автоматики.

Параметры железных терморезисторов лучше подойдут для электротехнических устройств, например, они применяются в качестве термопреобразователей. Их можно заметить в водонагревательных установках, или в термометрах сопротивления.

Данные типы датчиков (рис. 7) достаточно надежны в работе, имеют довольно большой диапазон измерения.

Датчики данного типа подключаются по простой схеме. Если необходимо провести калибровку или выставить температуру, это в большинстве случаев выполняется вручную, при помощи потенциометра.

Обычная схема подсоединения термопреобразователя показана на рис. 8. Меняя потенциометром напряжение можно оказывать влияние на величину ТКС.

Зрительно контролировать температуру можно при помощи амперметра, шкала которого проградуирована в градусах.

Терморезисторы принцип работы

Рис. 8. Обычная схема подсоединения терморезистора

Обозначение на схемах

На важной схеме значки терморезисторов практически аналогичные, как и символы обыкновенных резисторов, но с косой линией, перечеркивающей прямоугольник. (см. рис. 9). Для различения типа терморезистора внизу этой косой линии проставляют букву t со значком градуса и знаком «+» или «–», в зависимости от типа изделия.

К примеру, +t? или –t?.

Терморезисторы принцип работы

Рис. 9. Обозначение на схемах

Иногда проставляется номинал терморезистора и его диапазон температуры.

Маркировка

Есть два способа маркировки – буквенно-цифровая и цветовая, в виде колец и полосок. Единых требований для буквенной маркировки нет – разнообразные производственники используют собственные варианты обозначений. К примеру, на дисковом термисторе могут стоять символы «15D-30», что расшифровывается так: номинальное сопротивление 15 Ом, диаметр изделия 30 мм.

Тут значение диаметра прямо связано с рассеиваемой мощностью – чем больше диаметр, тем больше рассеиваемая мощность термистора.
Стоит сказать, что у иного изготовителя эти же параметры могут маркироваться совсем иным вариантом.

Благодаря этому лучше всего воспользоваться документацией в техническом плане производителя изделия.

Использование

Термопреобразователи сопротивления

По большей части терморезисторы применяют для защиты оборудования и разных устройств от перегревания и от вероятных перегрузок.

Реже зависимостью сопротивления стабилизируют работу элемента нагрева.
Варианты применения:

  • защита электрических моторов от перегревания;
  • тепловая защита обмоток блоков питания;
  • в системах размагничивания кинескопов и старых моделей дисплеев;
  • в электронных схемах современных автомобилей.

Во множестве схем применяется способность термисторов преобразовывать внутреннюю энергию в электрический сигнал, который считывается автоматикой.
В приборах нагрева терморезистор довольно часто применяться в качестве самовосстанавливающегося предохранителя. Его сопротивление увеличивается при достижении критичной температуры и благодаря этому электроцепь размыкается.
После того как остынет прибор восстанавливает трудоспособность.
Области использования можно перечислять достаточно долго, но и данные примеры показывают, насколько популярными оказались термисторы и термисторы.

Что такое термистор (терморезистор)

Термистор собой представляет резистивный термометр или резистор, сопротивление которого зависит от температуры. Термин собой представляет комбинацию термо и резистор. Он сделан из оксидов металлов, спрессован в шарики, диски или форму в виде цилиндра, а потом герметизирован непроницаемым материалом, таким как эпоксидка или стекло.

Есть два типа термисторов: негативный температурный показатель (NTC) и позитивный температурный показатель (PTC). С термистором NTC, когда температура возрастает, сопротивление уменьшается.

И наоборот, когда температура уменьшается, сопротивление возрастает. Данный тип термистора применяется чаще всего.

Термистор PTC работает несколько иначе. Когда температура возрастает, сопротивление возрастает, а когда температура уменьшается, сопротивление уменьшается.

Данный тип термистора в большинстве случаев применяется в качестве предохранителя. Очень большой выбор терморезисторов вы можете увидеть и приобрести на Алиэкспресс:

В основном, термистор может достигать большой точности в ограниченном диапазоне температур около 50?C относительно целевой температуры.

Этот диапазон зависит от базового сопротивления.

Термистор на схеме

Стрелка Т означает, что сопротивление считается переменным в зависимости от температуры. Направление стрелки или полосы значения не имеет.
Термисторы просты в применении, дешевые, прочные и предсказуемо реагируют на температурные изменения.

Хотя они довольно плохо работают при слишком больших или малых температурах, они считаются предпочтительным датчиком для применений, которые измеряют температуру в желаемой базовой точке. Они безупречны, когда нужны Достаточно точные температуры.
Некоторые из самых популярных применений термисторов применяются в цифровых термометрах, в автомобилях чтобы провести измерения температуры масла и охлаждающей жидкости, а также в домашних приборах, например как духовки и холодильники, но они тоже встречаются буквально в каждом приложении, где для гарантии безопасности нужны защитные отопительные контуры или охлаждения.

Для очень сложных приложений, например как детекторы лазерной стабилизации, оптические блоки и устройства с зарядовой связью, вмонтирован термистор. К примеру, термистор 10 кОм считается стандартом, который вмонтирован в лазерные пакеты.

История термистора

Майкл Фарадей — британский ученый первый раз открыл понятие термисторов в первой половине 30-ых годов девятнадцатого века, сообщая о полупроводниковом поведении сульфида серебра. Благодаря собственным изысканиям он заметил, что стойкость к сульфидам серебра снижалась с увеличением температуры. Это открытие после стало причиной коммерческому производству термисторов в 1930-х годах, когда Сэмюэль Рубен изобрел первый коммерческий термистор.

С той поры технология улучшилась; укладывать дорогу к совершенствованию процессов производства; вместе с доступностью более хорошего материала.

Как работает термистор

Термистор в действительности ничего не «читает», взамен этого сопротивление термистора меняется в зависимости от температуры. Степень изменения сопротивления зависит от типа материала, который применяется в термисторе.

В отличии от прочих датчиков, термисторы являются нелинейными, другими словами точки на графике, представляющие связь между сопротивлением и температурой, не будут образовывать прямую линию. Расположение линии и степень ее изменения определяется конструкцией термистора. Стереотипный график термистора выглядит так:

Как изменение сопротивления превращается в измеримые данные, будет детально рассмотрено ниже.

Разница между термистором и прочими датчиками

Плюс ко всему к термисторам применяются несколько иных типов термопреобразователей. Самыми популярными считаются резистивные температурные датчики (RTD) и интегральные схемы (IC), например типы LM335 и AD590. Какой измеритель наиболее подходит для определенного применения, зависит от большого количества самых разных факторов.

В нижеприведенной таблице дано короткое сравнение положительных качеств и минусов любого из них.

0.01° С

Параметр Термистор RTD LM335 AD592
Температурная разница В границах
50° С от заданной центральной температуры
От ?260° C до + 850° C От ?40° C до + 100° C От -20° C до + 105° C
Относительная стоимость Дешевый Наименее затратный Дорогой Дорогой
Неизменная времени От 6 до 14 секунд От 1 до 7 секунд От 1 до 3 секунд От 2 до 60 секунд
Стабильность Очень стабильный, 0,0009° C
Чувствительность Высоко Невысокий Невысокий Невысокий
Плюсы Надежный
Долгоиграющий
Высокочувствительный
Небольшой размер
Самая маленькая
СтоимостьЛучше всего подходит чтобы провести измерения температуры в одной точке
Прекрасное время отклика
Линейный выход
Самый большой диапазон рабочих температур
Наиболее оптимально для измерения диапазона температур
Сдержанно дорого
Линейный выход
Сдержанно дорого
Линейный выход
Минусы Нелинейный выход
Ограниченный диапазон температуры
Медлительное время отклика
Дорого
Невысокая чувствительность
Ограниченный диапазон температуры
Невысокая чувствительность
Внушительный размер
Самое медлительное время отклика
Ограниченный диапазон температуры
Невысокая чувствительность
Внушительный размер

Диапазон температуры: примерный общий температурный диапазон, в которых может применяться вид датчика. В границах заданного температурного диапазона некоторые датчики работают лучше, чем прочие.

Относительная стоимость: относительная стоимость, так как эти датчики сравниваются между собой. К примеру, термисторы дешевые в отношении к термометрам сопротивления, частично благодаря тому, что предпочтительным материалом для датчиков температуры сопротивления считается платина.
Неизменная времени: примерное время, которое необходимо для перехода от одного температурные значения к иному.

Данное время в секундах, которое термистору требуется для достижения 63,2% температурные разницы от начального показания до окончательного.
Стабильность: способность контроллера поддерживать стабильную температуру на основе обратной связи термопреобразователя.

Чувствительность: степень реакции на температурное изменение.

Плюсы и минусы NTC и PTC

Термисторы NTC прочные, надежны и стабильны, и они оснащены для работы в сложных условиях внешней среды и помехоустойчивости в большей степени, если сравнивать с остальными типами термопреобразователей.

  • Небольшой размер: варианты упаковки дают возможность им работать в маленьких или ограниченных пространствах; таким образом занимая мало места на монтажных платах.
  • Быстрое время отклика: маленькие размеры дают возможность быстро реагировать на температурное изменение, что важно, когда потребуется безотлагательная обратная связь.
  • Экономность: термисторы не только доступнее, если сравнивать с остальными типами термопреобразователей; Если приобретенный термистор имеет правильную кривую RT, никакая иная калибровка не требуется при установке или в течение периода ее эксплуатации.
  • Совпадение точек: способность получить определенное сопротивление при конкретной температуре.
  • Соответствие кривой: сменяемые термисторы с точностью от + 0,1 ° C до + 0,2 ° C.

Какие типы и формы термистора доступны на рынке

Термисторы бывают разнообразных форм — дисковые, микросхемы, шариковые или стержневые и устанавливаются на поверхности или встраиваться в систему. Они бывают заключены в смолу на эпоксидной основе, стекло, обожжены в феноле или окрашены. Самая лучшая форма часто зависит от того, какой материал находится под контролем, к примеру, от твёрдого вещества, жидкости или газа.

К примеру, терморезистор с бусинками замечательно подойдет для встраивания в устройство, а стержень, диск или цилиндрическая головка намного лучше подойдут для оптических поверхностей. Термисторный чип в большинстве случаев устанавливается на монтажной плате (PCB). Есть множество, много различных форм термисторов, и некоторые варианты:

Подберите форму, которая обеспечивает самый большой контакт поверхности с устройством, температура которого находится под контролем. независимо от типа термистора, соединение с контролируемым устройством должно быть выполнено с применением теплопроводящей пасты или эпоксидного клея. В большинстве случаев важно, чтобы эта паста или клеевой состав не были электропроводящими.

Какое сопротивление термистора и ток смещения необходимо применять

Термисторы классифицируются по величине сопротивления, измеренной при температуре 20 градусов окружающей среды, которая считается 25° C. Устройство, температуру которого нужно поддерживать, имеет некоторые технические специфики для благоприятного применения, как определено изготовителем. Они обязаны быть установлены до выбора датчика.

Благодаря этому необходимо знать следующее.

Каковы самые большие и очень маленькие температуры для устройства

Термисторы прекрасно подойдут чтобы провести измерения температуры в одной точке, которая расположена в границах 50 ° C от температуры воздуха. Если температура очень большая или невысокая, термистор не заработает.

Хотя бывают исключения, большинство термисторов работают намного лучше в диапазоне от -55 ° C до + 114 ° C.
Так как термисторы являются нелинейными, другими словами температурные значения и сопротивления нарисованы на графике в виде кривой, а не прямой линии, самые высокие или очень невысокие температуры проходят регистрацию неверно.

К примеру, совсем маленькие изменения при завышеных температурах будут регистрировать маленькие изменения сопротивления, которые не приведут к точным изменениям напряжения.

Каков подходящий диапазон термисторов

В зависимости от тока смещения от контроллера каждый термистор имеет подходящий практичный диапазон, другими словами температурный диапазон, в котором маленькие температурные изменения точно проходят регистрацию.
В таблице, которую увидите ниже приведены самые эффективные диапазоны температур для термисторов с длиной волны при 2-ух самых популярных токах смещения.

Как защитить технику и электронику.Варистор.Супрессор.Позистор.Термистор.Их работа и как проверить

Наиболее правильно подобрать термистор, где установленная температура расположено по середине диапазона.

Чувствительность термистора зависит от температуры. К примеру, термистор будет намного больше чувствительным при более малых температурах, чем при очень больших температурах, как в случае с термистором TCS10K5 10 кОм длины волны.

В TCS10K5 чувствительность составляет 162 мВ на градус Цельсия в диапазоне от 0 до 1° C, и 43 мВ / °C в диапазоне от 25 до 26 ° C, и 14 мВ ° C в диапазоне от 49 до 50 ° C. C.

Каковы верхний и нижний пределы напряжения при входе датчика регулятора температуры

Пределы напряжения обратной связи датчика к регулятору температуры ставятся изготовителем. В совершенстве необходимо выбирать комбинацию термистора и тока смещения, которая создаёт напряжение в границах диапазона, позволенного регулятором температуры.
Напряжение связано с сопротивлением Согласно закону Ома. Это уравнение применяется для определения того, какой ток смещения нужен. Закон Ома говорит, что ток через проводник между 2-мя точками прямо пропорционален разности потенциалов между 2-мя точками и для этого тока смещения записывается как:
где:
то — напряжение, в вольтах (В)
I BIAS — ток, в амперах или амперах (A)
I BIAS — постоянный ток,
R — сопротивление, в Ом (Ом)
Контроллер вырабует ток смещения для изменения сопротивления термистора в измеряемое напряжение. Контроллер принимает только конкретный диапазон напряжения.

К примеру, если диапазон контроллера может составлять от 0 до 5 В, напряжение термистора должно быть не ниже 0,25 В, чтобы электрические помехи на нижнем конце не мешали считыванию, и не должно быть больше 5 В для считывания.
Предположим, что применяется указанный выше контроллер и термистор 100 кОм, такой как TCS651 длины волны, и температура, которую нужно поддерживать устройству, составляет 20° C. Согласно спецификации TCS651, сопротивление составляет 126700 Ом при 20 ° C. Чтобы узнать, может ли термистор работать с контроллером, нам необходимо знать практичный диапазон токов смещения. Применяя закон Ома, чтобы решить для I BIAS , мы знаем следующее:
0,25 / 126700 = 2 мкА — нижний
предел диапазона 5,0 / 126700 = 39,5 мкА — верхний предел
Да, этот термистор будет работать, если ток смещения регулятора температуры можно поставить в диапазоне от 2 мкА до 39,5 мкА.
Во время выбора термистора и тока смещения наиболее правильно подобрать тот, в котором развиваемое напряжение расположено по середине диапазона. Входной сигнал обратной связи контроллера должен быть под напряжением, которое выводится из сопротивления термистора.
Так как люди наиболее легко относятся к температуре, сопротивление часто необходимо менять на температуру. Наиболее точная модель, применяемая для изменения сопротивления термистора в температуру, именуется уравнением Стейнхарта-Харта.
Тимеркаев Борис — 68-летний врач физико-математических наук, профессор из России. Он считается заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Терморезисторы: рабочий принцип

Терморезисторы относятся к категории полупроводниковых приборов и широко применяются в электротехнике. Чтобы их сделать используются специализированные полупроводниковые материалы, имеющие существенный негативный температурный показатель.

Если в общем рассматривать терморезисторы, рабочий принцип данных устройств состоит в том, что электрическое сопротивление данных проводников, всецело во власти от температуры. В этом случае, берутся во внимание формы и размеры терморезистора, а еще, физические свойства полупроводника.

Негативный температурный показатель в пару раз превосходит аналогичный критерий для металлов.

Устройство и действие терморезисторов

Самые популярные терморезисторы делаются в виде полупроводникового стержня, покрытого краской на эмалевой основе. К нему подводятся выводы и контактные колпачки, применяющиеся только в сухой обстановке.

Отдельные конструкции терморезисторов помещаются в герметичном корпусе из металла. Они могут свободно применяться в помещениях с абсолютно любой влажностью и без труда переносят влияние агрессивной среды.

Терморезисторы принцип работы

Герметичность конструкции обеспечивается при помощи стекла и олова. Стержни в подобных терморезисторах оборачиваются железной фольгой, а для токоотвода применяется никелевая проволока. Номинальные значения терморезисторов находятся в диапазоне от 1 до 200 кОм, а их диапазон температуры находится в границах от -100 до +129 градусов.

В работе терморезисторов применено свойство проводников, менять значение сопротивления в зависимости от температуры. Для данных приборов используются металлы в чистом виде, очень часто, платина и медь.

Применение терморезисторов

Многие конструкции терморезисторов используются в приборах, контролирующих и регулирующих температуру. У них есть источник тока, восприимчивый компонент и измерительный уравновешенный мост. В уравновешенное состояние мост приводится путем перемещения движка реостата.

В результате, реостатная величина находится в соотношении с измеряемым сопротивлением, которое всецело во власти от температуры.

Терморезисторы принцип работы

Не считая уравновешенных измерительных мостов, используется вспыльчивый вариант, у который обладает очень высокой надежностью. Впрочем, у этого прибора, точность измерений намного меньше, так как на него оказывают влияние изменения напряжения в источнике тока.

К примеру, термометр сопротивления на основе платины, позволяет померить температуру в границах от -10 до +120 градусов. Относительная влажность может дойти до 98%.

Терморезисторы. Виды и устройство. Работа и параметры

Полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от температуры называются терморезисторы. Они обладают свойством существенного температурного коэффициента сопротивления, величина которого больше, чем у металлов многократно.

Они повсеместно используются в электротехнике.

На электрических схемах терморезисторы обозначаются:
Устройство и работа

Они имеют обычную конструкцию, выпускаются разнообразных размеров и формы.

Терморезисторы принцип работы

В полупроводниках есть свободные носители заряда двух вариантов: электроны и отверстия. При неизменной температуре эти носители произвольно появляются и исчезают. Усредненное кол-во свободных носителей находится в динамическом равновесии, другими словами неизменно.

При изменении температуры равновесие нарушается. Если температура увеличивается, то число носителей заряда также возрастает, а при снижении температуры концентрация носителей уменьшается.

На удельное сопротивление полупроводника влияет температура.

Терморезисторы принцип работы

Если температура подходит к полному нулю, то полупроводник имеет особенность диэлектрика. При большом нагреве он прекрасно проводит ток. Главной особенностью терморезистора считается то, что его сопротивление наиболее ощутимо зависит от температуры в традиционном интервале температур (-50 +100 градусов).

Распространенные терморезисторы производятся в виде стержня из полупроводника, который покрыт эмалью. К нему подведены электроды и колпачки для контакта.

Такие резисторы используются в сухих местах.
Некоторые терморезисторы располагают в железном герметичном корпусе. Благодаря этому они могут применяться в мокрых местах с агрессивной окружающей средой.

Герметичность корпуса создается с помощью олова и стекла. Стержни из полупроводника обернуты металлизированной фольгой.

Для подсоединения тока применяется проволока из никеля. Величина номинального сопротивления составляет 1-200 кОм, температура работы -100 +129 градусов.
Рабочий принцип терморезистора построен на свойстве изменения сопротивления от температуры.

Для производства применяются чистейшие металлы: медь и платина.

Ключевые показатели
  • ТКС – термический показатель сопротивления , равён изменению сопротивления участка цепи при изменении температуры на 1 градус. Если ТКС позитивный, то терморезисторы именуют позисторами (РТС-термисторы) . А если ТКС негативный, то термисторами (NТС-термисторы) . У позисторов во время температурного повышения увеличивается и сопротивление, а у термисторов все происходит наоборот.
  • Номинальное сопротивление – это величина сопротивления при 0 градусах.
  • Диапазон работы . Резисторы разделяют на низкотемпературные (менее 170К), среднетемпературные (от 170 до 510 К), высокотемпературные (более 570К).
  • Мощность рассеяния . Это величина мощности, в границах которой терморезистор в рабочий период обеспечивает сохранение заданных показателей по техническим условиям.
Особенности и виды терморезисторов

Все температурные датчики на производстве функционируют по принципу изменения температуры в сигнал электротока, который можно передавать с высокой скоростью на большие расстояния. Любые величины можно изменить в электрические сигналы, переведя их в цифровой код.

Они передаются очень точно, и отделываются вычислительной техникой.

Железные терморезисторы

Материалом для терморезисторов можно применять далеко не любые проводники тока, так как к терморезисторам предъявляют определенные требования. Материал чтобы их сделать обязан иметь большой ТКС, а сопротивление должно зависеть от температуры по линейному графику в огромном интервале температур.
Также проводник из металла должен владеть инертностью к агрессивным действиям окружающей среды и качественно воссоздавать характеристики, что позволяет изменять датчики без особенных настроек и приборов для измерений.

Для этих требований прекрасно подойдут медь и платина, не считая их большой цены. Терморезисторы на их основе именуют платиновыми и медными.

ТСП (платиновые) термосопротивления работают при температуре -260 — 1100 градусов. Если температура в границах от 0 до 650 градусов, то такие датчики используют в качестве образцов и эталонов, так как в этом интервале нестабильность составляет не больше 0,001 градусов.
Из плохих качеств платиновых терморезисторов можно назвать нелинейность изменения и большую цену.

Благодаря этому точные обмеры показателей возможны только в рабочем диапазоне.
Фактически повсеместно используются дешевые медные образцы терморезисторов ТСМ, у которых линейность зависимости сопротивления от температуры значительно выше.

Их минусом считается небольшое удельное сопротивление и неустойчивость к очень высоким температурам, быстрая окисляемость. Поэтому термосопротивления на основе меди имеют ограниченное применение, не больше 180 градусов.

Для монтажа платиновых и медных датчиков используют 2-проводную линию при расстоянии до прибора до 200 метров. Если убирание больше, то используют трехжильный провод, в котором 3-ий проводник служит для компенсирования сопротивления проводов.

Из плохих качеств платиновых и медных терморезисторов можно подчеркнуть их малую скорость работы. Их инерция тепла может достигать пары минут.

Есть терморезисторы с небольшой инерционностью, время срабатывания которых не выше нескольких десятых секунды. Это можно достигнуть маленькими размерами датчиков.

Такие термосопротивления делают из микропровода в стеклянной оболочке. Эти датчики имеют маленькую инерцию, герметичны и обладают большой стабильностью.

При незначительных габаритах они обладают сопротивлением в несколько кОм.

Полупроводниковые

Такие сопротивления имеют наименование термисторов. Если их сопоставить с платиновыми и медными образцами, то они обладают очень высокой чувствительностью и ТКС негативного значения. Это означает, что при возрастании температуры сопротивление резистора уменьшается.

У термисторов ТКС значительно больше, чем у платиновых и медных датчиков. При незначительных габаритах их сопротивление доходит до 1 мегома, что не дает возможность оказывать влияние на измерение сопротивлению проводников.
Для выполнения замеров температуры стали очень популярными терморезисторы на полупроводниках КМТ, которые состоят из оксидов кобальта и марганца, а еще термосопротивления ММТ на основе оксидов меди и марганца.

Зависимость сопротивления от температуры на графике имеет хорошую линейность в интервале температур -100 +200 градусов. Надежность терморезисторов на полупроводниках очень большая, свойства имеют достаточную стабильность в течение продолжительного времени.
Ключевым их минусом считается такой факт, что при массовом изготовлении подобных терморезисторов не выходит обеспечить достаточную точность их параметров.

Благодаря этому один отдельно взятый резистор отличается от иного образца, сродни транзисторам, которые из одной партии могут иметь разные коэффициенты усиления, тяжело найти два похожих образца. Этот негативный момент создаёт необходимость добавочной настройки аппаратуры при замене терморезистора.
Для подсоединения термисторов в большинстве случаев используют мостовую схему, в которой мост уравновешивается потенциометром.

Во время изменения сопротивления резистора от действия температуры мост можно привести в равновесие путем регулировки потенциометра.
Подобный вариант ручной настройки применяется в учебных лабораториях для демонстрации работы. Регулятор потенциометра оборудован шкалой, имеющую калибровку в градусах.

В работе в трудных схемах измерения эта регулировка происходит автоматически.

Использование терморезисторов

В работе термодатчиков есть два режима действия. При первом режиме температура датчика определяется лишь температурой окружающей среды.

Текущий по резистору ток маленький и не способен его подогреть.

Терморезисторы принцип работы

При 2-м режиме термистор нагревается протекающим током, а его температура определяется условиями теплоотдачи, к примеру, скоростью обдува, плотностью газа и т.д.

Терморезисторы принцип работы

На схемах термисторы (NТС) и резисторы (РТС) имеют исходя из этого негативный и позитивный коэффициенты сопротивления, и обозначаются так:

Что такое терморезисторы и зачен они нужны

Устройство и виды

Терморезистор – это полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от его температуры. В зависимости от типа элемента сопротивление может увеличиваться или падать при нагревании.

Есть несколько видов терморезисторов:

  • NTC (Negative Temperature Coefficient) – с негативным температурным показателем сопротивления (ТКС). Часто их именуют «Термисторы».
  • PTC (Positive Temperature Coefficient) – с позитивным ТКС. Их также именуют «Позисторы».

Важно! Температурный показатель электрического сопротивления – это зависимость сопротивления от температуры.

Описывает, на сколько Ом или процентов от номинальной величины меняется сопротивление элемента при повышении его температуры на 1 градус Цельсия. Допустим, у обыкновенных резисторов позитивный ТКС (при нагревании сопротивление проводников увеличивается).

Терморезисторы бывают низкотемпературными (до 170К), среднетемпературными (170-510К) и высокотемпературными (900-1300К). Корпус элемента может быть сделан из пластика, стекла, металла или керамики.

Относительное графическое обозначение терморезисторов на схеме напоминает традиционные резисторы, а отличием считается только то, что они перечеркнуты полосой и рядом указывается буква t.

Терморезисторы принцип работы

Кстати, так обозначаются любые резисторы, сопротивление которых меняется под воздействием внешней среды, а род воздействующих величин и указывается буквой, t – температура.

  • Номинальное сопротивление при 25 градусах Цельсия.
  • Самый большой ток или мощность рассеяния.
  • Интервал рабочих температур.
  • ТКС.

Любопытный факт: Терморезистор изобретен в первой половине 30-ых годов XX века ученым Самюэлем Рубеном.
Давайте детальнее рассмотрим, как устроен и зачем нужен любой из них.

Ключевые сведения

Сопротивление NTC-терморезисторов уменьшается при нагревании, их ТКС негативный. Зависимость сопротивления от температуры показана на графике ниже.

Терморезисторы принцип работы

Тут вы можете удостовериться, что при нагревании сопротивление NTC-терморезистора уменьшается.
Такие термисторы делают из полупроводников. Рабочий принцип состоит в том, что с ростом температуры возрастает концентрация носителей зарядов, электроны переходят в территорию проводимости.

Не считая полупроводников применяются оксиды переходных металлов.
Внимание свое обратите на этот параметр как бета-коэффициент.

Принимается во внимание во время использования терморезистора чтобы провести измерения температуры, для сглаживания графика сопротивления от температуры и выполнения расчетов при помощи микроконтроллеров. Бета-уравнение для приближения кривой изменения сопротивления термистора вы видите ниже.

Интересно: во многих случаях термисторы применяют в температурном диапазоне 25-200 градусов по Цельсию. Исходя из этого могут применяться для измерений в данных диапазонах, тогда как термопары работают и при 600 градусах Цельсия.

Где применяется

Терморезисторы с негативным ТКС нередко применяют что бы ограничить пусковых токов электрических двигателей, пусковых реле, для защиты от перегревания аккумуляторов из лития и в блоках питания Для снижения зарядных токов входного фильтра (емкостного).

Терморезисторы принцип работы

На схеме выше приведен пример применения термистора в блоке питания. Подобное использование именуется прямым нагревом (когда компонент сам разогревается при протечке тока через него).

На плате трансформатора NTC-резистор выглядит так.

Терморезисторы принцип работы

На рисунке ниже вы видите, как смотрится NTC-терморезистор. Он отличается габаритам, формой, а реже и цветом, очень востребованный – это зелёный, синий и черный.

Терморезисторы принцип работы

Ограничение пускового тока электрических двигателей при помощи NTC-термистора обрело большое распространение в домашней технике благодаря легкости осуществления. Известно, что при пуске мотора он может употреблять ток в несколько раз и десятки раз превышающий его номинальное употребление, тем более если мотор пускается не в холостую, а под нагрузкой.

Рабочий принцип такой схемы:
Когда термистор холодный его сопротивление велико, мы включаем мотор и ток в цепи исчерпывается активным сопротивлением термистора. Понемногу происходит подогрев такого элемента и его сопротивление падает, а мотор выходит на режим функционирования.

Термистор выбирается так, чтобы в горячем состоянии сопротивление было приближено до нуля. На фото опубликовано ниже вы видите сгоревший терморезистор на плате мясорубки Zelmer, где и применяется подобное решение.

Терморезисторы принцип работы

Минус такой конструкции заключается в том, что при повторном пуске, когда термистор еще не остыл – ограничения тока не происходит.
Есть не очень обычное любительское использование терморезистора для защиты ламп с нитью накала.

На схеме ниже изображен вариант ограничения всплеска тока при включении подобных лампочек.

Терморезисторы принцип работы

Если терморезистор применяется для измерения температуры – такой рабочий режим именуют неявным нагревом, т.е. он нагревается от внешнего теплового источника.
Интересно: у терморезисторов нет полярности, так что их можно применять как в цепях переменного, также и постоянного тока не опасаясь переполюсовки.

Маркировка

Терморезисторы могут маркироваться как буквенным способом, так и содержать цветовую маркировку в виде кругов, колец или полос. При этом отличают очень много вариантов буквенной маркировки – это зависит от изготовителя и типа определенного элемента.

Один из видов:

Терморезисторы принцип работы

В работе, если он применяется что бы ограничить пускового тока очень часто встречаются дисковые термисторы, которые маркируются так:
Где первая цифра означает сопротивление при 25 градусах Цельсия – 5 Ом, а «20» — диаметр, чем он больше – тем высокую мощность он может рассеять.

Пример такого вы видите на рисунке ниже:

Терморезисторы принцип работы

Для расшифровки цветовой маркировки воспользуйтесь таблицей, изображенной ниже.

Терморезисторы принцип работы

Из-за обилия вариантов маркировки можно прогадать в расшифровке, благодаря этому для точности расшифровки лучше искать техдокументацию к определенному компоненту на ресурсе изготовителя.

Ключевые сведения

Терморезисторы — Радиоэлементы #3

Позисторы, как было сказано, имеют позитивный ТКС, другими словами их сопротивление увеличивается при нагревании. Их делают на основе титаната бария (BaTiO3).

У позистора такой график температуры и сопротивления:

Терморезисторы принцип работы

Кроме этого необходимо обратить собственное внимание на его вольтамперную характеристику:

Терморезисторы принцип работы

Режим функционирования зависит от выбора рабочей точки позистора на ВАХ, к примеру:

  • Линейный участок применяется для измерения температуры;
  • Нисходящий участок применяется в пусковых реле, реле времени, измерения мощности ЭМИ на СВЧ, противопожарной сигнализации и другого.

ЧТО ТАКОЕ ТЕРМИСТОР / ТЕРМОРЕЗИСТОР / ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЕ

На видео ниже говорится, что такое позисторы:

Где используется

Область использования позисторов довольно широкая. В основном они применяются в схемах защиты оборудования и устройств от перегревания или перегрузки, реже чтобы провести измерения температуры, а еще в виде автостабилизирующих элемента нагрева.

Коротко укажем варианты применения:

  1. Защиты электрических двигателей. Ставятся в лобовой части каждой обмотки электрического двигателя (для односкоростных трёхфазных 3, для двухскоростных 6 и т.д.), PTC-терморезистор предохраняет перегорание обмотки в случае заклинивания ротора или при поломке системы принудительного охлаждения. Как работает эта схема? Позистор применяется в качестве датчика, подключенного к управляющему устройству с исполнительными реле, контакторами и пускателями. В случае нештатной ситуации его сопротивление увеличивается и этот сигнал передаётся на управляющий орган, мотор выключается.
  2. Защиты обмоток блока питания от перегревания и (или) перегрузки, тогда позистор ставится постепенно с первой обмоткой.
  3. Система размагничивания кинескопов ЭЛТ-телевизоров и дисплеев. Кстати данная деталь часто выходит из строя и с данным случаем доводится встречаться при проведении ремонта, свойственен при этом выход из строя предохранителя.
    Терморезисторы принцип работы
  4. ТЕН в клеевых пистолетах. В автомобилях для прогревания впускного тракта, на пример на фото опубликовано ниже изображен подогреватель канала ХХ карбюратора Pierburg.
    Терморезисторы принцип работы

Терморезисторы – это группа устройств, способных изменить температуру в электрический сигнал, который считывают при помощи измерения падения напряжения или силы тока в цепи, где он поставлен. Либо же они уже сами по себе могут являться регулирующим органом, если это дают возможность его сделать параметры. Простота и доступность данных устройств позволяет их широко применять как для профессионального конструирования приборов, так же и для радиолюбительской практики.

Напоследок предлагаем просмотреть видео, на котором детально говорится, что такое терморезистор, как он функционирует и где используется:

Наверное вы не знаете: