Thermistor è un dispositivo progettato per misurare la temperatura e costituito da un materiale semiconduttore, che cambia notevolmente la sua resistenza con un piccolo cambiamento di temperatura. Generalmente, i termistori hanno coefficienti di temperatura negativi, il che significa che la loro resistenza diminuisce con l'aumentare della temperatura.
Caratteristiche generali del termistore
La parola "termistore" è l'abbreviazione del suo termine completo: resistore termosensibile. Questo dispositivo è un sensore preciso e facile da usare per qualsiasi variazione di temperatura. In generale, ci sono due tipi di termistori: coefficiente di temperatura negativo e coefficiente di temperatura positivo. Molto spesso, il primo tipo viene utilizzato per misurare la temperatura.
La designazione del termistore nel circuito elettrico è mostrata nella foto.
Il materiale dei termistori sono ossidi metallici con proprietà di semiconduttore. Durante la produzione, a questi dispositivi viene data la seguente forma:
- disco;
- asta;
- sferico come una perla.
Il termistore si basa sul principio della forzacambiamento di resistenza con un piccolo cambiamento di temperatura. Allo stesso tempo, a una data intensità di corrente nel circuito ea una temperatura costante, viene mantenuta una tensione costante.
Per utilizzare il dispositivo, è collegato a un circuito elettrico, ad esempio un ponte di Wheatstone, e vengono misurate la corrente e la tensione sul dispositivo. Secondo la semplice legge di Ohm R=U/I determini la resistenza. Successivamente, esaminano la curva di dipendenza della resistenza dalla temperatura, secondo la quale è possibile dire esattamente a quale temperatura corrisponde la resistenza risultante. Quando la temperatura cambia, il valore della resistenza cambia drasticamente, il che rende possibile determinare la temperatura con elevata precisione.
Materiale termistore
Il materiale della stragrande maggioranza dei termistori è la ceramica a semiconduttore. Il processo di fabbricazione consiste nella sinterizzazione di polveri di nitruri e ossidi metallici ad alte temperature. Il risultato è un materiale la cui composizione di ossido ha la formula generale (AB)3O4 o (ABC)3O4, dove A, B, C sono elementi chimici metallici. I più comunemente usati sono manganese e nichel.
Se si prevede che il termistore funzioni a temperature inferiori a 250 °C, nella composizione ceramica sono inclusi magnesio, cob alto e nichel. Le ceramiche di questa composizione mostrano la stabilità delle proprietà fisiche nell'intervallo di temperatura specificato.
Una caratteristica importante dei termistori è la loro conduttività specifica (il reciproco della resistenza). La conducibilità è controllata aggiungendo piccoloconcentrazioni di litio e sodio.
Processo di fabbricazione dello strumento
I termistori sferici sono realizzati applicandoli a due fili di platino ad alta temperatura (1100°C). Il filo viene quindi tagliato per modellare i contatti del termistore. Per sigillare lo strumento sferico viene applicato un rivestimento in vetro.
Nel caso dei termistori a disco, il processo di creazione dei contatti consiste nel depositare su di essi una lega metallica di platino, palladio e argento, quindi saldarla al rivestimento del termistore.
Differenza dai rivelatori platino
Oltre ai termistori a semiconduttore, esiste un altro tipo di rivelatori di temperatura, il cui materiale di lavoro è il platino. Questi rivelatori cambiano la loro resistenza al variare della temperatura in modo lineare. Per i termistori, questa dipendenza delle quantità fisiche ha un carattere completamente diverso.
I vantaggi dei termistori rispetto alle controparti in platino sono i seguenti:
- Maggiore sensibilità alle variazioni di temperatura nell'intero intervallo di funzionamento.
- Elevato livello di stabilità dello strumento e ripetibilità delle letture.
- Di piccole dimensioni per rispondere rapidamente ai cambiamenti di temperatura.
Resistenza termistore
Questa quantità fisica diminuisce all'aumentare della temperatura ed è importante considerare l'intervallo di temperatura di esercizio. Per i limiti di temperatura da -55 °C a +70 °C vengono utilizzati termistori con una resistenza di 2200 - 10000 ohm. Per temperature più elevate, utilizzare dispositivi con una resistenza superiore a 10 kOhm.
A differenza dei rivelatori al platino e delle termocoppie, i termistori non hanno standard specifici per le curve di resistenza rispetto alla temperatura ed è disponibile un'ampia varietà di curve di resistenza tra cui scegliere. Questo perché ogni materiale del termistore, come un sensore di temperatura, ha la propria curva di resistenza.
Stabilità e precisione
Questi strumenti sono chimicamente stabili e non si degradano nel tempo. I sensori a termistore sono tra gli strumenti di misura della temperatura più accurati. La precisione delle loro misurazioni sull'intero intervallo operativo è di 0,1 - 0,2 °C. Si prega di notare che la maggior parte degli apparecchi funziona in un intervallo di temperatura compreso tra 0 °C e 100 °C.
Parametri di base dei termistori
I seguenti parametri fisici sono di base per ogni tipo di termistore (viene fornita la decodifica dei nomi in inglese):
- R25 - resistenza del dispositivo in Ohm a temperatura ambiente (25 °С). Il controllo di questa caratteristica del termistore è semplice utilizzando un multimetro.
- Tolleranza di R25 - il valore della tolleranza di deviazione della resistenza sul dispositivo dal suo valore impostato a una temperatura di 25 °С. Di norma, questo valore non supera il 20% di R25.
- Max. Corrente di stato stazionario - massimail valore della corrente in ampere che può fluire a lungo attraverso il dispositivo. Il superamento di questo valore minaccia un rapido calo della resistenza e, di conseguenza, il guasto del termistore.
- Circa. R di Max. Corrente: questo valore mostra il valore della resistenza in Ohm, che il dispositivo acquisisce quando la corrente massima lo attraversa. Questo valore dovrebbe essere 1-2 ordini di grandezza inferiore alla resistenza del termistore a temperatura ambiente.
- Disp. Cof. - un coefficiente che mostra la sensibilità alla temperatura del dispositivo alla potenza da esso assorbita. Questo fattore indica la quantità di potenza in mW che il termistore deve assorbire per aumentare la sua temperatura di 1 °C. Questo valore è importante perché mostra quanta energia è necessaria per riscaldare il dispositivo alla sua temperatura di esercizio.
- Costante di tempo termica. Se il termistore viene utilizzato come limitatore di corrente di spunto, è importante sapere quanto tempo ci vorrà per raffreddarsi dopo lo spegnimento dell'alimentazione per essere pronti a riaccenderlo. Poiché la temperatura del termistore dopo lo spegnimento diminuisce secondo una legge esponenziale, viene introdotto il concetto di "costante di tempo termico": il tempo durante il quale la temperatura del dispositivo diminuisce del 63,2% della differenza tra la temperatura di esercizio di il dispositivo e la temperatura ambiente.
- Max. Capacità di carico in ΜF - la quantità di capacità in microfarad che può essere scaricata attraverso questo dispositivo senza danneggiarlo. Questo valore è indicato per una tensione specifica,ad esempio 220 V.
Come testare il funzionamento del termistore?
Per un controllo approssimativo del termistore per la sua funzionalità, puoi usare un multimetro e un normale saldatore.
Prima di tutto, attiva la modalità di misurazione della resistenza sul multimetro e collega i contatti di uscita del termistore ai terminali del multimetro. In questo caso, la polarità non ha importanza. Il multimetro mostrerà una certa resistenza in ohm, dovrebbe essere registrato.
Quindi devi collegare il saldatore e portarlo a una delle uscite del termistore. Fare attenzione a non bruciare il dispositivo. Durante questo processo, dovresti osservare le letture del multimetro, dovrebbe mostrare una resistenza in graduale diminuzione, che si stabilizzerà rapidamente su un valore minimo. Il valore minimo dipende dal tipo di termistore e dalla temperatura del saldatore, solitamente è parecchie volte inferiore al valore misurato all'inizio. In questo caso, puoi essere certo che il termistore funzioni.
Se la resistenza sul multimetro non è cambiata o, al contrario, è diminuita drasticamente, il dispositivo non è adatto al suo utilizzo.
Nota che questo controllo è approssimativo. Per un test accurato del dispositivo, è necessario misurare due indicatori: la sua temperatura e la relativa resistenza, quindi confrontare questi valori con quelli dichiarati dal produttore.
Applicazioni
I termistori sono utilizzati in tutte le aree dell'elettronica in cui è importante monitorare le condizioni di temperatura. Queste aree includonocomputer, apparecchiature ad alta precisione per installazioni industriali e dispositivi per la trasmissione di dati vari. Quindi, il termistore della stampante 3D viene utilizzato come sensore che controlla la temperatura del letto riscaldante o della testina di stampa.
Uno degli usi più comuni di un termistore è limitare la corrente di spunto, ad esempio quando si accende un computer. Il fatto è che al momento dell'accensione, il condensatore di avviamento, che ha una grande capacità, si scarica, creando un'enorme corrente nell'intero circuito. Questa corrente è in grado di bruciare l'intero chip, quindi un termistore è incluso nel circuito.
Questo dispositivo al momento dell'accensione aveva la temperatura ambiente e un'enorme resistenza. Tale resistenza può ridurre efficacemente il picco di corrente al momento dell'avvio. Inoltre, il dispositivo si riscalda a causa della corrente che lo attraversa e del rilascio di calore e la sua resistenza diminuisce drasticamente. La calibrazione del termistore è tale che la temperatura di esercizio del chip del computer porta la resistenza del termistore praticamente a zero e non vi è alcuna caduta di tensione su di esso. Dopo aver spento il computer, il termistore si raffredda rapidamente e ripristina la sua resistenza.
Quindi usare un termistore per limitare la corrente di spunto è sia conveniente che abbastanza semplice.
Esempi di termistori
Attualmente è in vendita una vasta gamma di prodotti, ecco le caratteristiche e gli ambiti di utilizzo di alcuni di essi:
- Termistore B57045-K con fissaggio a dado, ha una resistenza nominale di 1kOhm con una tolleranza del 10%. Utilizzato come sensore di misurazione della temperatura nell'elettronica di consumo e automobilistica.
- B57153-S strumento a disco, ha una corrente nominale massima di 1,8 A a 15 ohm a temperatura ambiente. Usato come limitatore di corrente di spunto.
