Измерение температуры с помощью термистора ntc

Зачем нужна система в кинескопах?

На экранах телевизоров без системы размагничивания изображение искажалось бы при незначительном влиянии электромагнитного поля. Его излучают все бытовые приборы, поверхность Земли пронизана невидимыми волнами.

Так усилители, большие колонки, нагревательные элементы часто располагают рядом с телевизорами. Без маски экрана изображение было бы постоянно искажено. При начальной работе через позистор течет малый ток, не вызывающий его нагрева. При этом физически маска испытывает напряжение от возникающего поля.

Это приложенное магнитное поле и размагничивает маску в момент включения телевизора. Часто этот процесс сопровождается звуком, сравнимым с ударом о гонг. Чем больше диагональ экрана, тем выше тональность звука. Позистор в этот момент пропускает через себя ток высокой амплитуды, что приводит к его нагреву. Происходит увеличение сопротивления и элемент запирает цепь.

Что такое терморезистор, общие положения

Терморезистор — полупроводниковый элемент с меняющимися характеристиками (по сопротивлению) в зависимости от температуры. Изделие изобрели в 1930 году, а его создателем считается известный ученый Самуэль Рубен.

При получении главного резистивного элемента применяются оксиды некоторых металлов, галогениды и халькогениды. Для изготовления используется медь, никель, марганец, кобальт, германий, кремний и другие вещества.

В процессе производства полупроводнику придется разная форма. Есть терморезисторы в виде тонких трубок, крупных шайб, тонких пластинок или небольших круглых элементов.  Некоторые детали имеют габариты, исчисляемые несколькими микронами.

Основные виды терморезисторов — термисторы и позисторы (с отрицательным и положительным ТКС (температурный коэффициент сопротивления) соответственно. В термисторах с ростом температуры сопротивление падает, а позисторах, наоборот, увеличивается.

PTC

В отличие от рассмотренных выше терморезисторов, PTC — термисторы, имеющие положительный коэффициент сопротивления. Это означает, что в случае нагрева детали увеличивается и ее сопротивление. Такие изделия активно применялись в старых телевизорах, оборудованных цветными телескопами.

Сегодня выделяется два типа PTC-терморезисторов (от числа выводов) — с двумя и тремя отпайками. Отличие трехвыводных изделий заключается в том, что в их состав входит два позитрона, имеющих вид «таблеток», устанавливаемых в одном корпусе.

Внешне может показаться, что эти элементы идентичны, но на практике это не так. Одна из «таблеток» имеет меньший размер. Отличается и сопротивление — от 1,3 до 3,6 кОм в первом случае, и от 18 до 24 Ом для второй такой таблетки.

Двухвыводные терморезисторы производятся с применением полупроводникового материала (чаще всего Si — кремний). Внешне изделие имеет вид небольшой пластинки с двумя выводами на разных концах.

Терморезисторы PTC применяются в разных сферах. Чаще всего их используют для защиты силового оборудования от перегруза или перегрева, а также поддержания температуры в безопасном режиме.

Главные направления применения:

  1. Защита электрических двигателей. Задача изделия состоит в защите обмотки от перегорания при клине ротора или в случае поломки системы охлаждения. Позистор играет роль датчика, подключаемого к управляющему прибору с исполняющим реле, контакторами и пускателями. При появлении форс-мажорной ситуации сопротивление растет, а сигнал направляется к управляющему элементу, дающему команду на отключение мотора.
  2. Защита трансформаторных обмоток от перегрева или перегруза. В такой схеме позистор устанавливается в цепи первичной обмотки.
  3. Нагревательный узел в пистолетах для приклеивания.
  4. В машинах для нагрева тракта впуска.
  5. Размагничивание ЭЛТ-кинескопов и т. д.

Зависимость сопротивления и температуры

Сопротивление идеальных полупроводников (количество дырок и носителей заряда одинаково) в зависимости от температуры может быть представлено следующей формулой

R(T) = A exp(b/T)

где A, b – постоянные, зависящие от свойств материала и геометрических размеров.

Однако, сложная композиция и неидеальное распределение зарядов в термисторном полупроводнике не позволяет напрямую использовать теоретическую зависимость и требует эмпирического подхода. Для NTC термисторов используется аппроксимационная зависимость Стейнхарта и Харта

Будет интересно Как прочитать обозначение (маркировку) резисторов

1/T = a+b(lnR)+c(lnR)3

где T – температура в К;

R – сопротивление в Ом;

a,b,c – константы термистора, определенные при градуировке в трех температурных точках, отстоящих друг от друга не менее, чем на 10 С.

Стеклянный термистор.

Типичный 10 кОм-ый термистор имеет коэффициенты в диапазоне 0-100 С близкие к следующим значениям:

  • a = 1,03 10-3
  • b = 2,93 10-4
  • c = 1,57 10-7

Дисковые термисторы могут быть взаимозаменяемыми, т.е. все датчики определенного типа будут иметь одну и ту же характеристику в пределах установленного производителем допуска. Лучший возможный допуск, как правило, ±0,05 С в диапазоне от 0 до 70 С. Бусинковые термисторы не взаимозаменяемы и требуют индивидуальной градуировки.

Градуировка термисторов может осуществляться в жидкостных термостатах. Необходимо герметизировать термисторы, погрузив их в стеклянные пробирки. Обычно для градуировки и вычисления констант проводится сличение термистора с образцовым платиновым термометром.

В диапазоне от 0 до 100 С сличение проводится в точках с интервалом 20 С. Погрешность интерполяции обычно не превышает 1 –5 мК при использовании модифицированного уравнения Стейнхарта и Харта:

1/T = a+b(lnR)+c(lnR)2 + d(lnR)3

Могут также использоваться реперные точки: тройная точка воды (0,01 С), точка плавления галлия (29,7646 С), точки фазовых переходов эвтектик и органических материалов.

Для градуировки нескольких термисторов они могут быть соединены последовательно, так чтобы через них проходил одинаковый ток

При градуировке и использовании термисторов важно учитывать эффект нагрева измерительным током. Для 10 кОм – ого термистора рекомендуется выбирать токи от 10 мкА (погрешность 0,1 мК), до 100 мкА (погрешность 10 мК)

Для начала определимся с таким типом радиодеталей, как термисторы (или, как их еще называют – терморезисторы). Они представляют собой полупроводниковый элемент, у которого меняется сопротивление в зависимости от температуры. Эта зависимость может быть:

  1. Прямой(чем больше температура, тем выше сопротивление) – это тип PTC (от англ. Positive Temperature Coefficient, то есть позитивный/положительный температурный коэффициент). Альтернативное название “позисторы”.
  2. Обратной(сопротивление увеличивается при уменьшении температуры и наоборот) – это тип NTC (от англ. Negative Temperature Coefficient, то есть негативный/отрицательный температурный коэффициент).

Терморезисторы часто разделят по диапазонам рабочих температур:

  • Низкотемпературные (ниже 170 К);
  • Среднетемпературные (170-510 К);
  • Высокотемпературные (свыше 510 К).

Обозначение термистора указано на рисунке ниже.

Устройство термистора.

Что такое резистор и как работаетЧто такое резистор и как работает

Проверка деталей на плате без выпаивания с Тестером транзисторов ESR LCR T4 T3 прошивка 1,12К русПроверка деталей на плате без выпаивания с Тестером транзисторов ESR LCR T4 T3 прошивка 1,12К рус

Additional Resources

  • What is an NTC Thermistor
    Summary: Explains what an NTC thermistor is and its capabilities as a temperature sensor. Ametherm’s NTC thermistors and probes are described, as well as the terminology used.
  • NTC Thermistors – Temperature Measurement With Wheatstone Bridge
    Summary: The Wheatstone Bridge is one of the easiest ways to measure temperature and explains how it is calculated using a specific example with certain variables. A chart of temperature versus volts is also provided.
  • NTC Thermistors – Calculate Beta Value For NTC ThermistorsSummary: Explains why the beta value, although often used, is not as accurate as using the Steinhart and Hart equation. The Steinhart and Hart equation uses three temperatures over a given range.
  • NTC Thermistors – Steinhart and Hart EquationSummary: This equation is arguably the best to use when determining the resistance temperature relationship of NTC thermistors and NTC probe assemblies, given that the equation uses three temperatures. This article tells you which equation to use in your particular application.

Что такое терморезисторы PTC (позисторы), чем отличаются от термисторов (NTC)

Есть 2 вида теплорезисторов, принцип функционирования аналогичный, отличается лишь направление темп. коэф. (ТКС):

  • позисторы — положительный. Сопротивление идет за температурой. Их также часто называют термисторами с положительным ТКС или PTC термисторами;
  • термисторы (NTC) — отрицательный. Число Ом движется против направления t° (при ее повышении падает). Часто и те и другие называются этим термином, но если нет уточнения, то данное слово по умолчанию означает именно элемент с Negative temp. Сoef, то есть различают термисторы/позисторы.

Часто PTC (позисторы) и термисторы (NTC) внешне похожи, поэтому надо читать спецификацию, надписи на корпусах:

Обозначение на схемах:

Схематические рисунки для разных запчастей могут быть похожими, поэтому надо внимательно их читать:

Значки ТР могут несколько отличаться, но t° в них присутствует обязательно, у позисторов почти всегда есть буквенно-цифровые обозначения R1, TH1 или RK1 Таким образом, безошибочно можно узнать данные элементы на чертежах.

У PTC две стрелки смотрят вверх, «−» около t° ставят для NTC, так как у него негативный коэффициент.

Наглядное объяснение работы

Принцип работы основывается на взаимосвязанном изменении 2 параметров: температуры внешней среды или самого элемента и его сопротивления (число Ом).

SMD терморезистор:

Если взять любой термический резистор, мультиметром замерить сопротивление на нем при обычной комнатной температуре и при его охлаждении/нагревании, то количество Ом будет отличаться. В PTC с ростом температуры значение R будет увеличиваться.

Характеристика NTC термистора

Термисторы характеризуются рядом параметров, такими, как максимальный допустимый ток, точность, сопротивление при определённой температуре (как правило, при 25°С). Одним из параметров, характеризующим степень изменения сопротивления в зависимости от температуры является коэффициент температурной чувствительности, обозначаемый B. Этот коэффициент рассчитывается на основе значений сопротивления при двух конкретных значениях температур. Во многих случаях этими температурами выбираются 25°С и 100°С. Обычно температуры, использованные при вычислении коэффициента указываются после буквы, например B25/100. Коэффициент B измеряется в Кельвинах и вычисляется по следующей формуле:


B = (ln(R1) – ln(R2)) / (1 / T1 — 1 / T2) ,

где R1 и R2 — значения сопротивлений при температурах соответственно T1 и T2, выраженных в Кельвинах.

Из этой формулы следуют и обратные:


R1 = R2 * e(B * (1 / T1 — 1 / T2)) .

и


T1 = 1 / ((ln(R1) – ln(R2)) / B + 1 / T2) .

Измерение сопротивления с помощью Arduino

Теперь, когда мы выбрали метод построения кривой, мы должны выяснить, как реально измерить сопротивление с помощью Arduino, прежде чем мы сможем передать информацию о сопротивлении в β-уравнение. Мы можем сделать это используя делитель напряжения:

Делитель напряжения для измерения сопротивления термистора

Это будет наша схема взаимодействия с термистором. Когда термистор определит изменение температуры, это отразится на выходном напряжении.

Теперь, как обычно, мы используем формулу для делителя напряжения.

\

Но нам неинтересно выходное напряжение Vвыход, нас интересует сопротивление термистора Rтермистор. Поэтому мы выразим его:

\

Это намного лучше, но нам необходимо измерить наше выходное напряжение, а также напряжение питания. Так как мы используем встроенный АЦП Arduino, то можем представить напряжение, как числовое значение на определенной шкале. Итак, конечный вид нашего уравнения показан ниже:

\

Это работает потому, что не имеет значения, как мы представляем напряжение (в вольтах или в цифровых единицах), эти единицы сокращаются в числителе и знаменателе дроби, оставляя безразмерное значение. Затем мы умножаем его на сопротивление, чтобы получить результат в омах.

Dmax у нас будет равно 1023, так как это самое большое число, которое может выдать наш 10-разрядный АЦП. Dизмеренное – это измеренное значение аналого-цифровым преобразователем, которое может быть в диапазоне от нуля до 1023.

Всё! Теперь можно приступить к сборке!

Поправка на саморазогрев термистора

При работе в любой электрической схеме через терморезистор протекает измерительный ток, если его величина будет более 100 мкА или же сопротивление термистора будет иметь небольшую величину, то результат измерений искажается. Это явление называется саморазогревом и, как было сказано ранее, зависит не только от нагрузки, но и от применяемых материалов и конструкции датчика. Говоря другими словами, на полученный результат измерений необходимо делать поправку, вычисление которой можно проводить по следующей формуле:

где TA — действительно значение контролируемой температуры; Т — измеренное значение температуры; U — мгновенное значение напряжения на терморезисторе, I — мгновенное значение тока, протекающего через терморезистор; R(T) — значение сопротивления терморезистора, соответствующее температуре Т; δth — коэффициент теплового рассеяния.

Применительно к используемой схеме и при условии использования микроконтроллера с 12-битным АЦП выражение (20) будет выглядеть следующим образом:

В примененной схеме включения (рис. 2) величина поправки будет тем меньше, чем больше значение резистора в обратной связи операционного усилителя RОС. Следует отметить, что полученные значения поправки для температуры (табл. 9) справедливы только для указанных термисторов, преобразователя R(Т)

U(T), а также для значения коэффициента рассеяния в воздухе, равного 1,5 мВт/К. При применении термистора в любой другой среде необходимо определять значение этого коэффициента опытным путем.

Таблица 9. Поправка на саморазогрев для терморезистора В57861S0103F040

Базовые характеристики терморезисторов

При оценке терморезисторов нужно учесть и проанализировать их характеристики:

  1. Вольтамперная характеристика — кривая на графике, показывающая зависимость напряжения на образце от проходящего через терморезистор тока. График рисуется с учетом теплового равновесия с окружающей природой. Для позисторов и термисторов графики различаются.
  2. Температурная характеристика. При построении графика снимается зависимость сопротивления от температуры в определенном режиме. По оси R выставляется параметр по принципу десятикратного увеличения (10Х), а по оси времени пропускается участок в диапазоне от нуля до 223 Кельвинов.
  3. Подогревная характеристика. С помощью графика можно увидеть параметры термических резисторов, работающих на косвенном принципе. Иными словами, кривая отражает зависимость сопротивления детали от подаваемой к нему мощности. При указании графика масштаб по сопротивлению берется с учетом 10Х.

Возможно, вам также будет интересно

Непосредственное управление от контроллера ШИМ В большинство современных микросхем контроллеров встроен выходной управляющий каскад. Обычно он содержит двухтактную схему на двух транзисторах. Этот выход можно использовать для непосредственного управления затвором мощного полевого транзистора, как показано на рис. 1.   Непосредственное подключение можно использовать в тех случаях, когда управляющая схема подключена к той же самой «земле»,

В статье рассмотрена типовая элементная база, используемая для построения устройств, поддерживающих технологию Bluetooth, дан сравнительный анализ. Особое внимание уделено наиболее перспективным и простым в применении — встраиваемым Bluetooth-модулям. Дан краткий обзор основных производителей встраиваемых модулей Bluetooth. Широкий интерес к этой недавно появившейся технологии беспроводной связи привел к увеличению числа производителей компонентов для Bluetooth и существенному

Современные технические решения в области безопасности, в медицине и промышленности, в сфере развлечений, в спорте и в быту часто включают в себя использование акселерометров. О попытке применения акселерометра в проекте локации мобильных устройств рассказано в данной статье. Также выделены широко распространенные применения low-g диапазона и частично — с захватом medium-g диапазона для акселерометров и инклинометров, так как важных применений для всех типов существует еще больше (системы развертывания подушек безопасности, сейсмология и т. п.).

Виды

Обнаружение и измерение температуры – очень важная деятельность, имеет множество применений: от простого домохозяйства до промышленного. Термодатчик – это устройство, которое собирает данные о температуре и отображает их в понятном для человека формате. Рынок температурного зондирования демонстрирует непрерывный рост из-за его потребности в исследованиях и разработках в полупроводниковой и химической промышленностях.

Термодатчики в основном бывают двух типов:

  • Контактные. Это термопары, заполненные системные термометры, термодатчики и биметаллические термометры;
  • Бесконтактные датчики. Это инфракрасные устройства, имеют широкие возможности в секторе обороны из-за их способности обнаруживать тепловую мощность излучения оптических и инфракрасных лучей, излучаемых жидкостями и газами.

Термопара (биметаллическое устройство) состоит из двух разных видов проводов (или даже скрученных) вместе. Принцип действия термопары основан на том, что скорости, с которыми расширяются два металла, между собой отличаются. Один металл расширяется больше, чем другой, и начинает изгибаться вокруг металла, который не расширяется.

Терморезистор – это своего рода резистор, сопротивление которого определяется его температурой. Последний обычно используют до 100 ° C, тогда как термопара предназначена для более высоких температур и не так точна. Схемы с использованием термопар обеспечивают милливольтные выходы, в то время как термисторные схемы – высокое выходное напряжение.

Важно! Основное достоинство терморезисторов заключается в том, что они дешевле термопар. Их можно купить буквально за гроши, и они просты в использовании

Проверка регулятора нагрева

При подозрении на поломку датчика температуры необходимо обратиться к специалисту либо разобраться с причинами нерабочего состояния агрегата самостоятельно. Как проверить функциональность элемента?

Проще всего снять термистор, поскольку он крепится непосредственно к ТЭНк. Во многих моделях, к примеру, Индезит, Самсунг, термодатчики находятся внизу машинки.

Извлечение термистора для замеров его сопротивления до и после нагревания предусматривает следующие действия:

  1. После предварительного выключения электропитания снимается задняя панель стиральной машины.
  2. Производится отсоединение контактов.
  3. Ослабляется крепление ТЭНа.
  4. Извлекается датчик.

Измерение сопротивления датчика температуры

В дальнейшем при помощи мультиметра измеряется сопротивление датчика температуры стиральной машины:

  • используемый инструмент следует правильно настроить;
  • к контактам термистора подключаются щупы мультиметра;
  • термодатчик помещается в воду.

Если датчик температуры ТЭНа находится в рабочем состоянии, отмечается понижение сопротивления

Важно помнить, что при 20 градусах максимально допустимая отметка сопротивления – 6 000 Ом. Чем температура воды будет выше, тем изучаемые показатели должны быть меньше

Специалисты советуют: если датчик оказался неисправным, лучше поставить новый.

Как проверить газонаполненный датчик:

  1. В первую очередь обесточивается машина и перекрывается вода.
  2. Производится демонтаж передней панели и задней стенки агрегата.
  3. Отсоединяются провода.
  4. Обычно в таких термостатах ломается медная трубка, из-за чего фреон выходит наружу. Решение проблемы – замена поврежденного датчика.

Как проверить биметаллический термостат? Чтобы его достать, понадобится также добраться до бака и отсоединить все контакты. Для теста пригодится мультиметр, с помощью которого устанавливается сопротивление термостата. Если оно падает после помещения регулятора в горячую воду, значит, поломку следует искать в другом месте. В противном случае, осуществляется замена элемента.

Разновидности терморезисторов

1. Термистор – терморезистор, сопротивление которого с ростом температуры уменьшается.

2. Позистор – терморезистор, сопротивление которого с ростом температуры очень сильно возрастает.

3. Терморезистор прямого подогрева, температура и сопротивление которого определяются температурой окружающей среды и саморазогревом от протекающего через него тока.

4. Терморезистор косвенного подогрева, разогревается от специального дополнительного встроенного нагревателя.

5. Болометр – терморезистор, чувствительный к воздействию теплового и оптического излучений, содержащий в своем составе активную и компенсационную части.

Из какого камня можно построить забор

Булыжник. Если хочется построить ограждение из натурального и в то же время недорого камня, стоит выбрать булыжник, или, как его еще называют, валунный камень.

Да, цена его весьма скромна, зато необычайно высока прочность. А можно еще больше сэкономить, если привлечь семью и набрать булыжник на полях.

Правда, вас может разочаровать мрачноватый серый цвет. Но кто сказал, что и такой окрас забора нельзя разнообразить, если хорошо пофантазировать?

К тому же, можно не собирать все булыжники подряд, а выбирать более интересные, с красновато-коричневым оттенком, которые, кстати, обычно имеют более округлую форму.

Такие камни имеют шероховатую поверхность. Но если хочется, чтобы стена была гладкой, придется пустить в ход кувалду, она разобьет валуны, и на сколах окажется гладкая поверхность.

А если все же решите купить этот материал, то за 1 килограмм вам придется заплатить около 4 рублей.

Галька и гравий. Не самый популярный материал для строительства заборов. Как правило, предпочитают коричнево-красный цвет.

Иногда в процессе строительства требуются именно мелкие камни, чтобы углы забора сделать более прочными. Сочетание, например, кирпича и мелкого камня выглядит очень интересно.

Цена 1 килограмма гальки и гравия — примерно 10-15 рублей.

Доломитовый камень. Его добывают в карьерах при взрыве горных пород. Камень имеет плоскую форму, встречаются разные размеры.

Известняк. Это довольно мягкая ракушечная порода, удобная для облицовочных работ. Но при этом имеет свойство впитывать влагу и быстро от этого разрушаться. Выход — предварительная обработка специальным составом — гидрофобизатором. Бывает мшанковый и мраморовидный известняк.

Песчаник — популярный материал, который употребляют в строительстве с давних времен. Отличается прочностью, морозоустойчивостью. Поверхность бывает полированная, тесаная.

Бутовый камень. Производят из известняков, доломитов и песчаников. Он может быть как основным материалом для возведения забора, так и отделочным.

Искусственный камень. В последние годы дачники предпочитают строить заборы именно из него. По сути, это бетон, имеющий вид натурального материала.

Он значительно дешевле натурального, но способен служить не менее полувека. Правда, такой забор лучше не возводить в низинных местах и рядом с оживленной трассой.

Если вас заинтересовал именно этот материал, на строительных рынках можно купить его любого цвета. Да и текстуру можно выбрать гладкую, шершавую, колотую и т. д.

Принцип действия

Терморезисторы обычно чувствительны и имеют разное термосопротивление. В ненагретом проводнике атомы, составляющие материал, имеют тенденцию располагаться в правильном порядке, образуя длинные ряды. При нагревании полупроводника увеличивается количество активных носителей заряда. Чем больше доступных носителей заряда, тем большей проводимостью обладает материал.

Кривая сопротивления и температуры всегда показывает нелинейную характеристику. Терморезистор лучше всего работает в температурном диапазоне от -90 до 130 градусов по Цельсию.

Важно! Принцип работы терморезистора основан на базовой корреляции между металлами и температурой. Они изготавливаются из полупроводниковых соединений, таких как сульфиды, оксиды, силикаты, никель, марганец, железо, медь и т

д., могут ощущать даже небольшое температурное изменение.

Электрон, подталкиваемый приложенным электрическим полем, может перемещаться на относительно большие расстояния до столкновения с атомом. Столкновение замедляет его перемещение, поэтому электрическое «сопротивление» будет снижаться. При более высокой температуре атомы больше смещаются, и когда конкретный атом несколько отклоняется от своего обычного «припаркованного» положения, он, скорее всего, столкнется с проходящим электроном. Это «замедление» проявляется в виде увеличения электрического сопротивления.

Для информации. Когда материал охлаждается, электроны оседают на самые низкие валентные оболочки, становятся невозбужденными и, соответственно, меньше двигаются. При этом сопротивление движению электронов от одного потенциала к другому падает. По мере увеличения температуры металла сопротивление металла потоку электронов увеличивается.

Общий принцип действия

Терморезисторы делаются максимально чувствительными к изменению температурного режима, ведь на этом принципе они и работают. При отсутствии нагрева атомы, входящие в состав детали, находятся в правильном порядке и формируют длинные ряды.

В случае нагрева количество активных «переносчиков» заряда растет. Чем больше таких единиц, тем выше проводимость материала.

При изучении кривой зависимости сопротивления от температуры можно увидеть характеристику нелинейного типа. При этом лучшие характеристики терморезистор показывает в диапазоне от -90 до +130 градусов.

Важно учесть, что принцип действия таких деталей строится на корреляции между температурным режимом и металлами в составе детали. Сам терморезистор изготавливается с применением полупроводниковых составов (оксидов, марганца, меди, никеля, силикатов, железа и других)

Такие компоненты способны реагировать на малейшее изменение в температуре

Сам терморезистор изготавливается с применением полупроводниковых составов (оксидов, марганца, меди, никеля, силикатов, железа и других). Такие компоненты способны реагировать на малейшее изменение в температуре.

Создаваемое электрическое поле подталкивает электрон, который перемещается до момента удара об атом. По этой причине движение электрона затормаживается.

При росте температуры атомы двигаются активнее. При таких обстоятельствах исходный актом быстрее столкнется с другим элементом. В результате возникает дополнительное сопротивление.

После снижения рабочей температуры электроны «падают» в нижние валентные уровни и переходят в невозбужденное состояние. Иными словами, они меньше перемещаются и не создают такого сопротивления.

В случае повышения температуры растет и показатель R. Но здесь нужно учесть тип терморезистора, от которого зависит принцип повышения и роста сопротивления при изменении температурного режима.

Нестандартный подход к стандартной характеристике NTC-термисторов

В начале статьи говорилось, что температурная зависимость сопротивления термистора точно описывается выражением (1), однако опытным путем было установлено, что эта же характеристика может быть не менее точно воспроизведена следующим полиномом:

где r(T) — сопротивление терморезистора при температуре Т; А, А1, А2 … Аn — некие коэффициенты, зависящие лишь от свойств материалов, которые используются при в изготовлении термистора.

Казалось бы, это нисколько не упрощает представление о поведении температурной характеристики термистора, а наоборот — ведет к усложнению из-за переноса температуры в знаменатель и бесконечного числа возможных коэффициентов. Но как показала обработка этой математической модели на «живых» образцах, практически любой термистор можно описать с помощью семи первых членов полинома, так как вклад последующих составляющих в конечное значение сопротивления незначителен:

Тогда, переходя к термопроводимости, мы получим:

где r(T) — сопротивление, кОм; g(T) — проводимость, мСм.

Такая зависимость имеет ряд преимуществ перед экспоненциальной при ее использовании в целях линеаризации характеристики с помощью математического моделирования. Для наглядного представления рассмотрим применение этой зависимости на стандартной R(T) характеристике терморезистора В57861 (S861) с номинальным сопротивлением 10 кОм.

Из представленных данных (табл. 2, рис. 1) видно, что разница между значениями сопротивлений, которые предоставляет производителем в виде табличной характеристики № 8016 , и значениями термосопротивлений, полученными с помощью математической модели, не значительна и не превышает 0,1%, что позволяет в дальнейших математических расчетах пренебречь этими отклонениями. Коэффициенты математической модели, с помощью которых получены расчетные данные, равны:

Рис. 1. Температурная зависимость терморезистора B57861 (S861)
Таблица 2. Характеристика терморезистора В57861 (S861)

Сразу же оговоримся, что представленные коэффициенты подходят только для указанного температурного диапазона и табличной характеристики 8016 NTC-термисторов компании Epcos. Номинальное сопротивление терморезистора в этом случае не имеет значения. Кроме того, ограниченность температурного диапазона не обусловлена невозможностью описания с помощью математической модели, а связана с конкретным применением, для которого проводились эти расчеты.

Последующим этапом реализации практического применения полиноминального представления характеристики термосопротивления является воспроизведение зависимости (12), для чего оказалось достаточным и удобным использование операционного усилителя (ОУ) в неинвертирующей схеме включения (рис. 2).

Рис. 2. Преобразователь R(T) U(T)

Указанная схема будет иметь следующую выходную характеристику:

графическое построение которой представлено на рис. 3.

Рис. 3. Графическое представление линеаризации температурной характеристики

Масштаб координатной сетки температурной зависимости U(T) можно легко менять с помощью резистора обратной связи ROC и резистивного делителя опорного напряжения UREF, состоящего из резисторов R1 и R2. Соответственно, преобразователь R(Т)

U(T) с поставленной задачей справляется.

5 Essential Considerations When Selecting an NTC Thermistor

  • Temperature Range
    • When choosing a temperature sensor, the first consideration should be the temperature range of the application.
    • Since NTC thermistors perform well in an operating range between -50°C and 250°C, they are well suited for a wide range of applications in many different industries.
  • Accuracy
    • Of the basic sensor types, an NTC thermistor’s ability to achieve the highest accuracy is within the -50°C to 150°C range, and up to 250°C for glass encapsulated thermistors.
    • Accuracy ranges from 0.05°C to 1.00°C.
  • Stability
    • Stability is important in applications where long-term operation is the goal. Temperature sensors can drift over time, depending upon their materials, construction, and packaging.
    • An epoxy-coated NTC thermistor can change by 0.2°C per year while a hermetically sealed one changes by only 0.02°C per year.
  • Packaging
    • Packaging requirements are dictated by the environment the sensor will be used in.
    • NTC Thermistors can be customized and potted into various housings dependent on application requirements. They can also be epoxy coated or glass encapsulated for further protection.
  • Noise Immunity

    NTC Thermistors offer excellent immunity to electrical noise and lead resistance.

Как работает

Терморезистор — полупроводниковый элемент с меняющимися характеристиками (по сопротивлению) в зависимости от температуры. Изделие изобрели в 1930 году, а его создателем считается известный ученый Самуэль Рубен. С момента появления терморезистор получил широкое распространение в радиоэлектронике и успешно применяется во многих смежных сферах.

Деталь изготавливается с применением материалов, имеющих высокий температурный коэффициент (ТК). В основе лежат специальные полупроводники, по характеристикам превосходящие наиболее чистые металлы и их сплавы.

При получении главного резистивного элемента применяются оксиды некоторых металлов, галогениды и халькогениды. Для изготовления используется медь, никель, марганец, кобальт, германий, кремний и другие вещества. В процессе производства полупроводнику придется разная форма. В продаже можно найти терморезисторы в виде тонких трубок, крупных шайб, тонких пластинок или небольших круглых элементов. Некоторые детали имеют габариты, исчисляемые несколькими микронами.

Термистор, это резистор с большим значением температурного коэффициента сопротивления (ТКС). При изменении температуры токопроводящего материала термистора его электрическое сопротивление значительно изменяется. Термисторы могут быть как с положительным, так и с отрицательным ТКС. Термисторы с положительным ТКС называются PTC-термисторы или позисторы, с отрицательным – NTC-термисторы. При нагреве PTC-термистора (позистора) его сопротивление увеличивается. При нагреве NTC-термистора его сопротивление уменьшается.

Основные параметры и характеристики терморезисторов с отрицательным ТКС.

Сопротивление позистора соответствует номинальному Rн, указанному в справочной документации обычно при температуре 25 гр. Цельсия, реже при 20. В начале нагрева PTC-термистора его сопротивление будет незначительно уменьшаться до некоторого минимального значения Rмин. При дальнейшем нагреве до некоторой температуры Tref сопротивление позистора станет незначительно увеличиваться.

Дальнейший нагрев на участке температур от Tref до максимально допустимого значения влечёт стремительное увеличение сопротивления. При этом разница сопротивлений может достигать нескольких порядков.

Использование керамических нагревателей

В начале своей истории позисторная керамика нашла применение в электрообогревателях. Эффект превзошел все ожидания. С течением времени керамический нагревательный элемент стали использовать производители самой разнообразной техники, и сегодня его можно встретить:

  • в системах подогрева топливных и смазочных систем автомобилей;
  • в медицинской технике;
  • в бытовой технике: утюгах, электроплитах и т. д.;
  • в промышленном и лабораторном оборудовании.

Когда говорят «керамический нагреватель воздуха», подразумевают изделие с тепловым элементом именно из позисторного материала, важным достоинством которого является возможность использования напряжения с различными характеристиками. Позисторные нагревательные элементы могут работать на постоянном токе 12-36 вольт и на переменном 90-120/240 вольт.

Тем, кто ищет качественные электротехнические материалы и оборудование, компания «Скат технолоджи» предлагает лучшие условия приобретения. У нас вы сможете купить керамический нагревательный элемент и сотни других наименований электротоваров, а также заказать проектирование инженерных сетей.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий