Odpor každého vodiča je vo všeobecnosti závislý od teploty. Odolnosť kovov sa s teplom zvyšuje. Z fyzikálneho hľadiska sa to vysvetľuje zvýšením amplitúdy tepelných vibrácií prvkov mriežky a zvýšením odporu voči smerovému toku elektrónov. Odpor elektrolytov a polovodičov sa pri zahrievaní znižuje - to sa vysvetľuje inými procesmi.
Obsah
Ako funguje termistor
V mnohých prípadoch je fenomén teplotnej odolnosti škodlivý. Napríklad nízky odpor vlákna žiarovky za studena spôsobuje, že sa po zapnutí prepáli. Zmena hodnoty odporu pevných rezistorov pri zahrievaní alebo chladení vedie k zmenám parametrov obvodu.
Na boj proti tomuto javu boli vyvinuté rezistory so zníženým TCR - teplotným koeficientom odporu. Tieto prvky sú drahšie ako bežné prvky. Existujú však elektronické súčiastky, v ktorých je závislosť odporu od teploty výrazná a normalizovaná. Tieto prvky sa nazývajú termistory alebo termistory.
Typy a konštrukcia termistorov
Termistory možno rozdeliť do dvoch veľkých skupín podľa ich reakcie na zmeny teploty:
- Ak sa odpor pri zahrievaní znižuje, takéto termistory sa nazývajú NTC termistory (záporný teplotný koeficient odporu);
- Ak sa pri zahrievaní zvyšuje odpor, termistor má kladnú PTC charakteristiku (PTC) - takéto prvky sa nazývajú aj Takéto PTC prvky sa označujú aj ako PTC termistory..
Typ termistora je určený vlastnosťami materiálu termistora. Kovy pri zahrievaní zvyšujú svoj odpor, preto sa používajú (alebo skôr oxidy kovov) ako základ pre termorezistory s kladným TCS. Polovodiče majú opačnú závislosť, preto sa používajú na výrobu NTC prvkov. Termostatické odporové prvky so záporným TKC možno teoreticky vyrobiť na báze elektrolytov, ale tento variant je v praxi veľmi nevhodný. Jej špecializáciou je laboratórny výskum.
Konštrukcia termistorov môže byť rôzna. Majú podobu valcov, guľôčok, podložiek atď. s dvoma vodičmi (ako napr. konvenčný rezistor). Na pracovisku je možné vybrať si najvhodnejší tvar na inštaláciu.
Kľúčové vlastnosti
Najdôležitejšou charakteristikou každého termistora je jeho teplotný koeficient odporu (TCR). Udáva, o koľko sa zmení odpor pri zahriatí alebo ochladení o 1 stupeň Kelvina.
Hoci zmena teploty vyjadrená v stupňoch Kelvina sa rovná zmene v stupňoch Celzia, termorezistory sa stále charakterizujú v Kelvinoch. Je to spôsobené rozšíreným používaním Steinhartovej-Hartovej rovnice vo výpočtoch, ktorá zahŕňa teplotu v K.
TCS je záporná pre termistory typu NTC a kladná pre pozistory.
Ďalšou dôležitou charakteristikou je hodnota odolnosti. Toto je hodnota odporu pri 25 °C. Ak poznáte tieto parametre, je ľahké určiť použiteľnosť termistora v konkrétnom obvode.
Pre použitie termistorov je dôležité aj menovité napätie a maximálne prevádzkové napätie. Prvý parameter určuje napätie, pri ktorom môže prvok dlhodobo fungovať, zatiaľ čo druhý parameter určuje napätie, nad ktorým nie je zaručená funkčnosť termistora.
Pre pozistory je dôležitým parametrom referenčná teplota - bod na krivke odporu a tepla, pri ktorom dochádza k charakteristickému lomu. Tým sa určuje prevádzkový rozsah PTC rezistora.
Pri výbere termistora treba venovať pozornosť aj jeho teplotnému rozsahu. Mimo špecifikácie výrobcu nie je charakteristická krivka štandardizovaná (to môže spôsobiť nesprávnu funkciu jednotky) alebo termistor nebude fungovať vôbec.
Označenie jednotky
Grafické symboly sa môžu mierne líšiť, ale hlavným znakom termistora je symbol t vedľa obdĺžnika symbolizujúceho rezistor. Bez tohto symbolu nie je možné určiť typ rezistora - používajú sa podobné symboly BRE, napr. varistory (odpor je určený privedeným napätím) a ďalšie prvky.
Niekedy je k UGO pripojený ďalší symbol, ktorý označuje kategóriu termistora:
- NTC pre bunky s negatívnym TCS;
- PTC pre pozistory.
Táto vlastnosť sa niekedy označuje šípkami:
- jednosmerné pre PTC;
- všesmerové pre NTC.
Písmenné označenie môže byť rôzne - R, RK, TH atď.
Ako otestovať termistor na správnu funkciu
Prvou kontrolou funkcie termistora je zmeranie menovitého odporu pomocou štandardného multimetra. Ak sa meria pri izbovej teplote, ktorá sa príliš nelíši od +25 °C, nameraný odpor by sa nemal výrazne líšiť od odporu uvedeného na kryte alebo v dokumentácii.
Ak je teplota okolia vyššia alebo nižšia ako uvedená hodnota, je potrebné vykonať malú korekciu.
Možno sa pokúsiť o teplotnú charakteristiku termistora - porovnať ju s teplotnou charakteristikou uvedenou v dokumentácii alebo ju rekonštruovať pre súčiastku neznámeho pôvodu.
K dispozícii sú tri teploty, ktoré možno vytvoriť s dostatočnou presnosťou bez meracích prístrojov:
- topiaci sa ľad (možno ho vziať z chladničky) - okolo 0 °C;
- ľudského tela - približne 36 °C;
- vriacou vodou - približne 100 °C.
Podľa týchto bodov je možné nakresliť približnú závislosť odporu od teploty, ale pre pozistory to nemusí fungovať - na grafe ich TCS sú oblasti, kde R nie je definovaný teplotou (pod referenčnou teplotou). Ak je k dispozícii teplomer, je možné získať charakteristiku o niekoľko bodov - spustením termistora do vody a jeho zahriatím. Odpor sa meria každých 15...20 stupňov a hodnota sa vynesie do grafu. Ak je potrebné odčítať parametre nad 100 stupňov, namiesto vody sa môže použiť olej (napr. automobilový alebo prevodový).
Graf znázorňuje typické teplotné závislosti odporu - plná čiara je pre PTC a prerušovaná čiara je pre NTC.
Kde používať
Najzrejmejšie použitie termistorov je ako snímače teploty. Na tento účel sú vhodné termistory NTC aj PTC. Stačí vybrať prvok podľa pracovnej oblasti a zohľadniť charakteristiku termistora v meracom zariadení.
Je možné zostrojiť tepelné relé - keď sa odpor (presnejšie úbytok napätia na ňom) porovnáva s nastavenou hodnotou a pri prekročení prahovej hodnoty sa spína výstup. Takéto zariadenie sa môže používať ako tepelné monitorovacie zariadenie alebo ako požiarny hlásič. Snímače teploty sú založené na jave nepriameho ohrevu, pri ktorom je termistor ohrievaný vonkajším zdrojom.
Priamy ohrev - termistor sa ohrieva prúdom, ktorý ním preteká. NTC rezistory sa takto môžu použiť na obmedzenie prúdu - napr. pri nabíjaní veľkokapacitných kondenzátorov pri zapnutí, na obmedzenie rozbehového prúdu motorov atď. Tepelne závislé prvky majú vysoký odpor, keď sú studené. Keď sa kondenzátor čiastočne nabije (alebo motor dosiahne menovité otáčky), termistor sa stihne zahriať tečúcim prúdom, jeho odpor klesne a už nebude ovplyvňovať činnosť obvodu.
Rovnako môžete predĺžiť životnosť žiarovky tak, že do série s ňou zapojíte termistor. Tým sa obmedzí prúd v najťažšom okamihu - pri zapnutí napätia (vtedy zlyháva väčšina žiaroviek). Po zahriatí už nebude mať na žiarovku žiadny vplyv.
Naopak, termistory s kladnou charakteristikou sa používajú na ochranu elektromotorov počas prevádzky. Ak sa prúd vinutia zvýši v dôsledku zaseknutia motora alebo prekročenia zaťaženia hriadeľa, PTC rezistor sa zahreje a obmedzí tento prúd.
Termistory so záporným PTC sa môžu používať aj ako kompenzátory tepla pre iné komponenty. Ak je napríklad NTC-termistor s kladným PTC vložený paralelne s rezistorom tranzistora na nastavenie režimu, zmena teploty ovplyvní každý komponent opačným spôsobom. Výsledkom je kompenzácia teplotného efektu a neposunutie pracovného bodu tranzistora.
Existujú kombinované zariadenia nazývané nepriamo vyhrievané termistory. Teplotne závislý prvok a ohrievač sú umiestnené v tom istom puzdre takéhoto prvku. Existuje medzi nimi tepelný kontakt, ale sú galvanicky oddelené. Zmenou prúdu cez ohrievač možno regulovať odpor.
Termistory s rôznymi charakteristikami sa v technológii široko používajú. Okrem štandardných aplikácií je možné rozšíriť rozsah ich použitia. Všetko je obmedzené len predstavivosťou a kvalifikáciou dizajnéra.
Súvisiace články:
