Cos'è il termistore e come funziona？
Introduzione
Il termistore è un componente ceramico semiconduttore costituito da ossido di metallo di transizione come materia prima principale. Appartiene alla categoria dei termistori a coefficiente di temperatura negativo e ha la caratteristica che il valore della resistenza cambia con il cambiamento della temperatura, cioè il valore della resistenza. La temperatura sale e scende.
Utilizzando questa caratteristica, quando è collegato in serie nel circuito di alimentazione, i picchi di corrente di avvio possono essere efficacemente soppressi e il valore di resistenza del termistore NTC di tipo potente può essere utilizzato dall'azione continua della corrente dopo il completamento del soppressione della corrente di picco. Cala in misura molto ridotta e può essere utilizzato anche per la misurazione e la compensazione della temperatura in dispositivi di misurazione e circuiti a transistor. Il termistore è collegato in serie nel circuito, principalmente per "l'assicurazione corrente".
Ⅰ Cos'è un termistore?
Per evitare la corrente di spunto generata nel circuito elettronico al momento dell'accensione, un termistore NTC di tipo potente è collegato in serie nel circuito di alimentazione, che può sopprimere efficacemente la corrente di spunto al momento dell'avvio e dopo la soppressione della corrente di picco è completata. A causa dell'azione continua della sua corrente, il valore di resistenza del termistore NTC di tipo potente diminuirà in misura molto piccola e la potenza da esso consumata verrà trascurata e non influenzerà il normale corrente operativa. Pertanto, nel circuito di alimentazione, l'uso di termistori NTC di tipo potenza è il modo più semplice ed efficace per sopprimere le sovratensioni durante l'avvio e proteggere le apparecchiature elettroniche da eventuali danni.
I termistori sono componenti sensibili che si sviluppano precocemente, hanno molti tipi e sono più maturi. Il termistore è composto da materiale ceramico semiconduttore e il principio di utilizzo è il cambiamento di resistenza indotto dalla temperatura. Se le concentrazioni di elettroni e lacune sono n e p, rispettivamente, e la mobilità è μn, μp, allora la conduttanza del semiconduttore è σ=q(nμn+pμp) perché n, p, μn e μp sono tutte funzioni dipendenti da temperatura T. Pertanto, la conduttanza è una funzione della temperatura, quindi la temperatura può essere ricavata dalla conduttanza misurata e si può creare la curva caratteristica resistenza-temperatura. Ecco come funzionano i termistori a semiconduttore. I termistori includono termistori a coefficiente di temperatura positivo (PTC) e termistori a coefficiente di temperatura negativo (NTC), nonché termistori a temperatura critica (CTR).
1. Resistore a potenza zero nominale R25 Il resistore a potenza zero si riferisce al consumo energetico estremamente basso del termistore PTC quando si misura il valore del termistore PTC a una determinata temperatura, basso quanto il termico PTC a causa del suo consumo energetico. La variazione di resistenza del resistore è trascurabile. La resistenza nominale a potenza zero si riferisce alla resistenza a potenza zero misurata a una temperatura ambiente di 25 °C.
2. Temperatura di Curie Tc Per le applicazioni con termistori PTC, è importante la temperatura alla quale il valore di resistenza inizia ad aumentare rapidamente. La definiamo come la temperatura di Curie. La resistenza del termistore PTC corrispondente alla temperatura di Curie RTc = 2*Rmin.
3. Coefficiente di temperatura Il coefficiente di temperatura del termistore α PTC è definito come la variazione relativa della resistenza causata dalle variazioni di temperatura. Maggiore è il coefficiente di temperatura, più sensibile è il termistore PTC che reagisce alle variazioni di temperatura. α = (lgR2-lgR1)/lge(T2-T1)
4. Tensione nominale VN La tensione nominale è la tensione di alimentazione inferiore alla tensione massima di funzionamento Vmax. Solitamente Vmax = VN + 15%
5. Tensione di rottura La tensione di rottura VD si riferisce alla capacità di tenuta alla tensione più elevata del termistore PTC. Il termistore PTC non riuscirà a rompersi al di sopra della tensione di rottura.
6. Temperatura superficiale Tsurf La temperatura superficiale Tsurf si riferisce alla temperatura della superficie del termistore PTC quando il termistore PTC si trova in uno stato di equilibrio termico con la tensione ambiente per un lungo periodo di tempo.
7. La corrente operativa Ik scorre attraverso il termistore PTC in misura sufficiente da far sì che il termistore PTC superi la temperatura di Curie. Questa corrente è chiamata corrente operativa. Il valore minimo della corrente operativa è chiamato corrente operativa minima.
8. Corrente non operativa INk La corrente che scorre attraverso il termistore PTC non è sufficiente per far sì che la temperatura di autoriscaldamento del termistore PTC salga al di sopra della temperatura di Curie. Tale corrente è chiamata corrente non operativa. Il valore massimo della corrente non operativa è chiamato corrente non operativa massima.
Ⅱ La forma e il simbolo del termistore
Ⅲ Simbolo del diagramma del circuito del termistore
Un termistore è un resistore il cui valore di resistenza è estremamente sensibile alla temperatura, chiamato anche termistore a semiconduttore. Può essere realizzato in materiali monocristallini, policristallini e semiconduttori come vetro e plastica. Questo resistore ha una serie di proprietà elettriche speciali. La caratteristica più elementare è che la sua resistenza varia notevolmente con la temperatura e la curva volt-ampere non è lineare.
I simboli nel circuito sono i seguenti:
Ⅳ Le caratteristiche principali del termistore
1. La sensibilità è più elevata e il coefficiente di temperatura della resistenza è 10~100 volte maggiore di quello del metallo e può essere rilevato un cambiamento di temperatura di 10-6 °C;
2. Ampio intervallo di temperature operative, il dispositivo a temperatura ambiente è adatto per -55 ° C ~ 315 ° C, la temperatura del dispositivo ad alta temperatura è superiore a 315 ° C (attualmente fino a 2000 ° C), il dispositivo a bassa temperatura è adatto per -273°C~55°C;
3. Piccole dimensioni, in grado di misurare la temperatura dei vuoti, delle cavità e dei vasi sanguigni del corpo che altri termometri non possono misurare;
4. Facile da usare, il valore della resistenza può essere selezionato arbitrariamente tra 0,1 ~ 100 kΩ;
5. Facile da trasformare in forme complesse, può essere prodotto in grandi quantità;
6. Buona stabilità e forte capacità di sovraccarico.
ⅤII ruolo del termistore
5.1 Misurazione della temperatura
Essendo un sensore a termistore per la misurazione della temperatura, la struttura è relativamente semplice ed economica. I termistori senza strato protettivo esterno possono essere utilizzati solo in luoghi asciutti; i termistori sigillati non temono l'umidità e possono essere utilizzati in ambienti difficili. Poiché il valore di resistenza del sensore termistore è elevato, la resistenza e la resistenza di contatto del cavo di collegamento possono essere trascurate, quindi il sensore termistore può essere applicato nella misurazione della temperatura a lunga distanza di diversi chilometri e il circuito di misurazione adotta un ponte.
5.2 Compensazione della temperatura
Il sensore del termistore compensa l'umidità di alcuni componenti in un intervallo di temperature. Ad esempio, la bobina mobile nella testa del misuratore a bobina mobile è avvolta da un filo di rame e la temperatura aumenta e la resistenza aumenta, causando un errore di temperatura. Pertanto, il termistore a coefficiente di temperatura negativo e la resistenza del filo di rame al manganese possono essere collegati in parallelo nel circuito della bobina mobile e quindi collegati in serie con il componente compensato, compensando così l'errore causato dalla variazione di temperatura.
5.3 Protezione dal surriscaldamento
La protezione dal surriscaldamento è direttamente protetta dalla protezione indiretta. Per applicazioni a corrente ridotta, il sensore del termistore può essere collegato direttamente al carico per evitare danni da surriscaldamento e proteggere il dispositivo. Per applicazioni di corrente elevata, può essere utilizzato per proteggere relè e circuiti a transistor. Ad esempio, un sensore a termistore di tipo improvviso è incorporato nell'avvolgimento dello statore del motore e collegato in serie al relè. Quando il motore è sovraccarico, la corrente dello statore aumenta, provocando calore. Quando la temperatura è maggiore del punto di cambiamento improvviso, la corrente nel circuito può essere modificata in poche decine di milliampere in poche decine di milliampere, quindi il relè agisce per ottenere la protezione dal surriscaldamento.
5.4 Misurazione del livello del liquido
Una certa corrente di riscaldamento viene applicata al sensore del termistore NTC e la sua temperatura superficiale sarà superiore alla temperatura dell'aria ambiente, momento in cui la sua resistenza è piccola. Quando il liquido è più alto dell'altezza di installazione, il liquido sottrarrà calore, provocando un abbassamento della temperatura e un aumento della resistenza. A giudicare dalla variazione della resistenza è possibile sapere se il livello del liquido è inferiore al valore impostato. Il sensore di allarme del livello dell'olio nel serbatoio del carburante dell'auto è realizzato utilizzando il principio di cui sopra.
Ⅵ Simbolo del termistore
Cosa significa la lettera nel simbolo elettrico del termistore, alcuni sono VM e quello con O è un termistore. Con U è il simbolo del termistore varistore, il valore della resistenza del termistore varia con la temperatura esterna. Alcuni sono coefficienti di temperatura negativi, espressi da NTC; alcuni sono coefficienti di temperatura positivi, espressi da PTC. La temperatura è espressa da θ o t°. Il suo simbolo di testo è "RT". Nello schema elettrico i segni della fotoresistenza e del termistore sono espressi come:
Ⅶ Rappresentazione del termistore nello schema elettrico
Ⅷ Modello del termistore
Il termistore a coefficiente di temperatura positivo è abbreviato in PTC (abbreviazione di Positive Temperature Coefficient), che supera una certa temperatura (temperatura di Curie - La temperatura di Curie si riferisce alla temperatura alla quale il materiale può cambiare tra ferromagnete e paramagnete. Sotto Curie.
Alla temperatura, la sostanza diventa un corpo ferromagnetico e il campo magnetico associato al materiale è difficile da modificare. Quando la temperatura è superiore alla temperatura di Curie, la sostanza diventa un corpo paramagnetico e il campo magnetico del magnete cambia facilmente con il cambiamento del campo magnetico circostante. Quando la sensibilità magnetica è di circa 10 meno 6a potenza), il suo valore di resistenza aumenta gradualmente con l'aumento della temperatura.
Il principio è quello di introdurre tracce di elementi di terre rare come La, Nb. nei materiali ceramici. . Ecc., la resistività può essere ridotta al di sotto di 10 Ω·cm, che è un buon materiale ceramico semiconduttore. Questo materiale ha un grande coefficiente di resistenza termico positivo e la sua resistività può essere aumentata da 4 a 10 ordini di grandezza nell'intervallo di temperature di diverse decine di gradi sopra la temperatura di Curie, cioè viene prodotto il cosiddetto effetto PTC.
Un gran numero di termistori PTC attualmente utilizzati: termistori PTC per riscaldamento a temperatura costante; Termistori PTC per riscaldamento a bassa tensione; termistori per il riscaldamento dell'aria; Termistori PTC per protezione da sovracorrente; Termistori PTC per protezione da surriscaldamento Resistenza; Termistore PTC per il rilevamento della temperatura; Termistore PTC per avvio ritardato; NTC (abbreviazione di Negative Temperature Coefficient), la cui resistenza diminuisce con l'aumentare della temperatura. È costituito principalmente da ossidi metallici come manganese, cobalto, nichel e rame ed è realizzato mediante tecnologia ceramica.
Questi materiali di ossido metallico hanno tutti proprietà semiconduttori perché sono completamente simili nella conduttività elettrica ai materiali semiconduttori come germanio e silicio. Il coefficiente di temperatura del termistore NTC -2% ~ -6,5%, può essere ampiamente utilizzato nella misurazione della temperatura, nella compensazione della temperatura, nella soppressione della corrente di picco e in altre occasioni.
Di seguito sono riportati alcuni esempi di modelli solo di riferimento:
Termistore CWF2-5K±3%40CM; Termistore CWF2-10K±3%1.5M; Termistore 5D-9
Termistore 16D-9; Termistore 5D-11; Termistore 16D-11; Termistore 5D-13
Termistore 16D-13; termistore 5D-15; termistore CWF2-5K±5%160CM,
Termistore 5D-20; Termistore CWF2-10K±1%2M; Termistore CWF52-5K±5%60CM
Ⅸ Principio di funzionamento del termistore
Il termistore resterà in uno stato non operativo per lungo tempo; quando la temperatura ambiente e la corrente sono nella zona C, la potenza di dissipazione del calore del termistore è vicina alla potenza di riscaldamento e quindi può funzionare o meno. Quando il termistore ha la stessa temperatura ambiente, il tempo di funzionamento si riduce drasticamente all'aumentare della corrente. Il termistore ha un tempo di funzionamento più breve e una corrente di mantenimento e di funzionamento inferiore quando la temperatura ambiente è relativamente alta.
1. L'effetto ptc è un materiale con un effetto PTC (coefficiente di temperatura positivo), cioè un effetto di coefficiente di temperatura positivo, il che significa solo che la resistenza del materiale aumenta con l'aumentare della temperatura. Ad esempio, la maggior parte dei materiali metallici ha un effetto ptc. Tra questi materiali, l'effetto ptc si presenta come un aumento lineare della resistenza elettrica all'aumentare della temperatura, noto come effetto ptc lineare.
2 . L'effetto ptc non lineare attraverso il materiale a cambiamento di fase apparirà con un forte aumento della resistenza insieme allo stretto intervallo di temperature da diversi a più di una dozzina di ordini di grandezza, ovvero un effetto ptc non lineare, un numero considerevole di tipi di polimeri conduttivi presenterà questi effetti come i termistori polimerici ptc. Questi polimeri conduttivi sono molto utili per realizzare dispositivi di protezione da sovracorrente.
3 . Termistore polimero ptc per protezione da sovracorrente Il termistore polimero ptc è spesso indicato come fusibile a recupero automatico (di seguito denominato termistore), grazie alle sue caratteristiche uniche di resistenza al coefficiente di temperatura positivo, è molto adatto utilizzato come dispositivo di protezione da sovracorrente. Il termistore viene utilizzato allo stesso modo di un normale fusibile e viene utilizzato in serie nel circuito.
Quando il circuito funziona normalmente, la temperatura del termistore è vicina alla temperatura ambiente e la resistenza è molto piccola. Il collegamento in serie nel circuito non impedisce il passaggio della corrente; e quando il circuito presenta una sovracorrente a causa del guasto, il termistore aumenta la temperatura a causa dell'aumento della potenza riscaldante. Quando la temperatura supera la temperatura di commutazione, la resistenza aumenterà notevolmente e la corrente nel circuito diminuirà rapidamente fino a raggiungere un valore sicuro. È un diagramma schematico della variazione di corrente durante la protezione del termistore sul circuito CA.
Dopo l'attivazione del termistore, la corrente nel circuito viene notevolmente ridotta. Nella figura t è il tempo di funzionamento del termistore. Poiché il termistore polimero ptc ha una buona capacità di progettazione, può regolare la sua sensibilità alla temperatura modificando la temperatura di commutazione, in modo che possa svolgere sia la protezione da sovratemperatura che quella da sovracorrente, come kt16. Il termistore con specifica -1700dl è adatto per la protezione da sovracorrente e sovratemperatura delle batterie agli ioni di litio e NiMH grazie alla sua bassa temperatura operativa. L'influenza della temperatura ambiente sul termistore PTC polimerico.
Il termistore PTC polimerico è un termistore a gradino a riscaldamento diretto il cui processo di modifica della resistenza è correlato al proprio calore e alla dissipazione del calore, quindi la sua corrente viene mantenuta (ihold), la corrente di azione (itrip) e il tempo di funzionamento sono influenzati da la temperatura ambiente. Quando la temperatura ambiente e la corrente si trovano nella zona a, la potenza di riscaldamento del termistore è maggiore della potenza di dissipazione del calore e agirà; quando la temperatura ambiente e la corrente sono nella zona b, la potenza di riscaldamento è inferiore alla potenza di dissipazione del calore e il termistore ptc polimerico può essere recuperato grazie alla resistenza, quindi ripetere più usi.
La Figura 6 è un diagramma schematico della variazione della resistenza nel tempo durante il processo di recupero dopo l'attivazione del termistore. La resistenza viene generalmente ripristinata ad un livello di circa 1,6 volte il valore iniziale in un periodo che va da poche decine di secondi a diverse decine di secondi. A questo punto, la corrente di mantenimento del termistore è tornata al valore nominale e può essere nuovamente utilizzata. I termistori con aree e spessori più piccoli si ripristinano in tempi relativamente brevi; mentre i termistori con aree e spessori maggiori si riprendono in modo relativamente lento.
Ⅹ Circuiti applicativi del termistore
Valore di resistenza alla temperatura ambiente: noto anche come valore di resistenza nominale, si riferisce al valore di resistenza alla temperatura di 250°C.
Valore di resistenza minimo: La resistività a potenza zero del componente è il valore di resistenza nel punto più basso della curva caratteristica della temperatura.
Coefficiente di temperatura: il coefficiente di variazione della resistenza causato dal cambiamento di temperatura. Maggiore è il coefficiente di temperatura, più sensibile è il termistore reagisce alle variazioni di temperatura.
Tensione nominale: la tensione richiesta affinché il termistore funzioni stabilmente.
Temperatura di Curie: per un termistore è importante la temperatura alla quale il valore della resistenza inizia a salire rapidamente. Questa temperatura è chiamata temperatura di Curie.
Ⅺ Domande frequenti
1. Come funziona il sensore del termistore?
I termistori cambiano la resistenza con i cambiamenti di temperatura; sono resistori dipendenti dalla temperatura. Sono perfettamente adatti agli scenari in cui è necessario mantenere una temperatura specifica, sono sensibili ai piccoli cambiamenti di temperatura. Possono misurare liquidi, gas o solidi, a seconda del tipo di termistore.
2. Qual è il principio di funzionamento di un termistore?
Il principio di funzionamento di un termistore è che la sua resistenza dipende dalla sua temperatura. Possiamo misurare la resistenza di un termistore utilizzando un ohmmetro.
3. Come si legge un termistore?
Solitamente espresso in percentuale (ad esempio 1%, 10%, ecc.). Ad esempio, se la resistenza specificata a 25°C per un termistore con tolleranza del 10% è 10.000 ohm, la resistenza misurata a quella temperatura può variare da 9.000 ohm a 11.000 ohm.
4. Qual è la differenza tra termistore e termocoppia?
La termocoppia e il termistore sono entrambi dispositivi di rilevamento della temperatura, ma hanno principi di funzionamento diversi. Nei termistori, la variazione della temperatura modifica la resistenza del loro materiale. Mentre nelle termocoppie la variazione di temperatura induce la tensione tra i fili di metalli diversi.
5. Quali sono le proprietà di un termistore?
Un termistore è un semiconduttore costituito da materiali ceramici e reagisce come un resistore sensibile alla temperatura. Solitamente, i termistori per applicazioni biologiche hanno un coefficiente di temperatura negativo elevato, il che significa che la loro resistenza aumenta al diminuire della temperatura e viceversa.
6. Qual è la funzione principale di un termistore?
I termistori sono resistori termicamente sensibili la cui funzione principale è quella di mostrare un cambiamento ampio, prevedibile e preciso nella resistenza elettrica quando sottoposti a un corrispondente cambiamento della temperatura corporea.
7. Cosa causa il guasto di un termistore?
La causa di tali guasti è generalmente dovuta alla separazione meccanica tra l'elemento resistore e il materiale conduttore, causata da danni da manipolazione, calore eccessivo, disadattamento termico, ecc. La seconda modalità di guasto più comune è la deriva del valore della resistenza man mano che il termistore invecchia o parametrizza i cambiamenti.
8. Quali sono le caratteristiche di un termistore?
I termistori sono resistenze dipendenti dalla temperatura, normalmente costruite con ossidi metallici. La variazione della resistenza con la temperatura è elevata rispetto alle resistenze metalliche, ed è solitamente negativa: la resistenza diminuisce con l'aumento della temperatura. Le caratteristiche della temperatura sono altamente non lineari.
9. Quali sono i tipi di termistori?
I due tipi principali di termistori sono NTC (coefficiente di temperatura negativo) e PTC (coefficiente di temperatura positivo). I termistori misurano la temperatura utilizzando la resistenza.
10. Qual è la differenza tra RTD e termistore?
L'RTD è un tipo di strumento utilizzato per misurare la temperatura, mentre il termistore è il resistore termico la cui resistenza cambia con la temperatura. L'RTD è costituito da metalli aventi un coefficiente di temperatura positivo mentre il termistore è costituito da materiali semiconduttori.
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