Люди, далекие от радиоэлектроники, смутно представляют назначение и принцип действия терморезистора. Какие функции выполняет этот элемент? Для его он предусмотрен? Как маркируется? О каких тонкостях проверки и подключения необходимо знать? Какие бывают виды, и в чем их особенности? Эти и другие вопросы рассмотрим ниже.
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.
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.
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.
Где используется (сфера применения)
Терморезисторы активно применяются в разных сферах, тесно связанных с электроникой. Они особенно важных при реализации процессов, зависящих от правильности настройки температурного режима.
Такой подход актуален для компьютерных технологий, устройств передачи информации, высокоточного промышленного оборудования и т. д.
Распространенный способ применения терморезисторов — ограничение токов, возникающих в процессе пуска аппаратов.
При подаче напряжения к БП конденсатор быстро набирает емкость, что приводит к протеканию повышенного тока. Если не ограничить этот параметр, высок риск повреждения (пробоя) диодного моста.
Для защиты дорогостоящего узла применяется термистор — элемент, ограничивающий ток в случае резкого нагрева. После нормализации режима температура снижается до безопасного уровня, и сопротивление термистора возвращается до первоначального уровня.
Устройство и виды
Терморезистор — полупроводниковый элемент, который в зависимости от вида меняет сопротивление при росте/снижении температуры. Сегодня выделяется два вида изделий:
- Термисторы — детали с негативным температурным коэффициентом (NTC). Их особенность состоит в падении сопротивления при росте температуры.
- Позисторы — элементы, имеющие «плюсовой» температурный коэффициент (PTC). В отличие от прошлого вида, при повышении T сопротивление, наоборот, растет.
В зависимости от типа полупроводника при его производстве применяются разные элементы. Как отмечалось, при создании резистивных элементов используются оксиды, халькогениды и галогениды различных металлов, а конструктивное исполнение может меняться в зависимости от сферы назначения.
Типы по принципу действия
Терморезисторы различаются по принципу действия. Выделяется два типа:
- КОНТАКТНЫЕ. К этой категории относятся термопары, термодатчики, заполненные термометры и термометры биметаллического типа.
- БЕСКОНТАКТНЫЕ. В эту группу входят терморезисторы, построенные на инфракрасном принципе действия. Они активно применяются в оборонной сфере, благодаря способности выявлять тепловое излучение ИК и оптических лучей (выделяются газами и жидкостями).
Классификация по температурному срабатыванию
Терморезисторы отличаются по температуре, на которую они реагируют при срабатывании. С этой позиции выделяются следующие типы деталей:
- НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ. Такие элементы срабатывают при температуре ниже 170 Кельвинов (минус 1020С). 1 Кельвин = минус 272,150С.
- СРЕДНЕТЕМПЕРАТУРНЫЕ. Здесь диапазоне работы выше и находится между 170 и 510 Кельвинами.
- ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ. Терморезисторы такого класса работают при температурах от 570 Кельвинов.
- ОТДЕЛЬНЫЙ КЛАСС. Выделятся также индивидуальная группа высокотемпературных термических резисторов, работающих в диапазоне от 900 до 1300 К.
Вне зависимости от вида (позисторы, термисторы) терморезисторы могут работать в разных температурных режимах и внешних условиях. При эксплуатации в условиях частых изменений температур первоначальные параметры детали могут меняться.
Речь идет о двух параметрах — сопротивлении детали в условиях комнатной температуры и коэффициенте сопротивления.
По виду нагрева
По способу нагревания терморезисторы делятся на два типа:
- ПРЯМОГО НАГРЕВА. Подразумевается изменение температуры детали под действием окружающего воздуха или тока, протекающего через деталь. Устройства с прямым нагревом чаще всего применяются для решения двух задач — изменения температуры или восстановления нормального режима. Такие терморезисторы применяются в градусниках, ЗУ, термостатах и других устройствах.
- КОСВЕННОГО НАГРЕВА. В отличие от прошлого типа здесь нагрев происходит из-за элементов, находящихся в непосредственной близости от резистора. Узлы никак не взаимосвязаны. При таком подходе сопротивление полупроводника обуславливается изменением тока, который проходит через близлежащий элементы. Терморезисторы, работающие на косвенном принципе, нашли применение в мультиметрах (комбинированных приборах).
Главные параметры терморезисторов
При выборе детали важно ориентироваться на ее показатели и характеристики, меняющиеся в зависимости от типа, производителя, исходного материала и других показателей.
При выборе изделия нужно выяснить главные параметры и определить, подходят они для решения поставленной задачи или нет.
Параметры терморезисторов:
- ГАБАРИТЫ. При покупке нужно быть уверенным, что деталь подходит по размеру и поместится на плате (в схеме).
- СОПРОТИВЛЕНИЯ RT и RT. Параметры измеряются в Омах и указываются применительно к текущей температуре в градусах Цельсия или Кельвинах. Если деталь рассчитана на работу при температурах от -100 до +200 градусов Цельсия, температурный режим для окружающей среды принимается на уровне 20-25 градусов Цельсия.
- ПОСТОЯННАЯ ВРЕМЕНИ Τ (СЕК). Параметр отражает тепловую инерционность. При расчете учитывается время, которое необходимо для изменения температуры термического резистора на 63% от разницы t детали и окружающего воздуха. В большинстве случаев этот параметр принимается равным 100 градусов Цельсия.
- ТКС (в % на один градус Цельсия). Как правило, этот показатель прописывается для той же температуры t, что и холодное сопротивление. В такой ситуации при обозначении используются другие цифры — at.
- Мощность рассеивания Pmax (предельно допустимый параметр), Вт. По этому показателю можно судить о пределе, до достижения которого в полупроводнике не происходит необратимых изменений (параметры остаются прежними). При этом превышение температуры tmax при достижении Pmax исключено.
- Температура tmax — максимально допустимый параметр, при котором характеристики терморезистора длительное время остаются без изменений (на установленном производителем уровне).
- Коэффициент энергетической чувствительности (измеряется в Вт/проценты*R). Обозначение — G. Показатель отражает мощность, которую необходимо рассеять на детали для снижения параметра R на один процент.
- Коэффициент рассевания (измеряется в Вт на один градус Цельсия). Условное обозначение — H. Параметр отражает мощность, которая рассеивается на термическом резисторе при разнице в температурных режимах детали и окружающего воздуха на один градус.
Рассмотренные выше коэффициенты (G и H) зависят от характеристик применяемого полупроводника и особенностей обмена тепла между изделием и окружающей его средой. Параметры связаны друг с другом через специальную формулу — G=H/100а.
- Теплоемкость (измеряется в Джоулях на один градус Цельсия). Условное обозначение — C. Показатель отражает объем тепла (энергии), необходимой для нагрева терморезистора на один градус.
Некоторые рассмотренные параметры связаны друг с другом. В частности, постоянная времени τ равна отношению между теплоемкостью и коэффициентом рассеивания.
При покупке позитрона, кроме указанных выше параметров, нужно учесть интервал позитивного температурного сопротивления и кратность изменения R в секторе положительного ТКС.
Читайте также:
Базовые характеристики терморезисторов
При оценке терморезисторов нужно учесть и проанализировать их характеристики:
- 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.
- 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.
- 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.
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.
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.
NTC
Терморезисторы NTC — изделия, имеющие отрицательный температурный коэффициент. Их особенность — повышенная чувствительность, высокий температурный коэффициент (на один или два порядка выше, чем у металла), небольшие габариты и широкий температурный диапазон.
Полупроводники NTC удобны в применении, стабильны в работе и способны выдерживать большую перегрузку.
Особенность NTC в том, что их сопротивление увеличивается при снижении температуры. И наоборот, если t снижается, параметр R растет. При изготовлении таких деталей применяются полупроводники.
Принцип действия прост. При повышении температуры число носителей заряда резко растет, и электроны направляются в зону проводимости. При изготовлении детали, кроме полупроводников, могут применяться и переходные металлы.
При анализе NTC нужно учесть бета-коэффициент. Он важен в случае, если изделие применяется при измерении температуры, для усреднения графика и вычислений с помощью микроконтроллеров.
Как правило, термисторы NTC применяются в температурном диапазоне от 25 до 200 градусов. Следовательно, их можно использовать для измерений в указанном пределе.
Отдельного нужно рассмотреть сфера их использования. Такие детали имеют небольшую цену и полезны для ограничения пусковых токов при старте электрических двигателей, для защиты Li аккумуляторов, снижения зарядных токов блока питания.
Терморезистор NTC также используется в автомобиле — датчик, применяемый для определения точки отключения и включения климат-контроля в машине.
Еще один способ применения — контроль температуры двигателя. В случае превышения безопасного предела, подается команда на реле, а дальше двигатель глушится.
Читайте также:
Не менее важный элемент — датчик пожара, определяющий рост температуры и запускающий сигнализацию.
Терморезисторы NTC обозначаются буквами или имеют цветную маркировку в виде полос, колец или других обозначений. Варианты маркировки зависят от производителя, типа изделия и других параметров.
Пример обозначения 5D-20, где первая цифра показывает сопротивление терморезистора при 25 градусах Цельсия, а расположенная рядом с ней цифра (20) — диаметр.
Чем выше этот параметр, тем большую мощность рассеивания имеет изделие. Чтобы не ошибиться в маркировке, рекомендуется использовать официальную документацию.
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:
- 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.
- Защита трансформаторных обмоток от перегрева или перегруза. В такой схеме позистор устанавливается в цепи первичной обмотки.
- Нагревательный узел в пистолетах для приклеивания.
- В машинах для нагрева тракта впуска.
- Размагничивание ЭЛТ-кинескопов и т. д.
Как проверить с помощью мультиметра
Важный вопрос при эксплуатации термисторов — знание принципов их проверки. При оценке исправности нужно понимать, что термисторы бывают двух видов — с положительными и отрицательным температурным коэффициентом (об этом упоминалось выше). Следовательно, сопротивление детали снижается или уменьшается с ростом температуры.
С учетом этого факта для проверки термистора потребуется всего два элемента — паяльник для нагрева и мультиметр.
Алгоритм действий:
- Перевод прибора в режим замера сопротивления.
- Подключение щупов к клеммам терморезистора (расположение не имеет значения).
- Фиксация сопротивления на бумаге и поднесение нагретого паяльника к детали.
- Контроль сопротивления (оно растет или падает в зависимости от вида терморезистора).
- Если сопротивление снижается или увеличивается, полупроводник работает правильно.
Для примера можно использовать термистор NTC типа MF 72. В нормальном режиме он показывает сопротивление 6,9 Ом при обычной температуре.
После поднесения паяльника к изделию ситуация изменилась — сопротивление пошло в сторону снижения и остановилось на уровне двух Ом. По этой проверке можно сделать вывод, что терморезистор исправен.
Если сопротивление меняется резко или вообще не двигается, можно говорить о выходе детали из строя.
Стоит учесть, что такая проверка очень грубая. Для точного контроля нужно проверить температуру и сопротивление термистора, а после сравнить данные с официальными параметрами.
Как подключить
Принцип подключения термисторов прост (на примере Arduino). Для этого потребуется монтажная плата, деталь и резистор на 10 кОм. Так как изделие имеет высокое сопротивление, этот параметр для проводников не влияет на конечный результат.
Один контакт сопротивления подключается к контакту 5В, а второй — к контакту термистора.
Вторую отпайку терморезистора необходимо посадить на «землю». Центр двух резисторов подключается к контакту «Аналог 0).
<
Где находится на схеме
Отображение терморезистора на схеме может различаться. Изделие легко найти по обозначениям t и t0. Внешне оно отражается как сопротивление, через которое проходит полоска по диагонали с «подставкой» под t0 снизу. Главные обозначения — R1, TH1 или RK1.
Если возникают сомнения в сфере применения, терморезистор можно нагреть и посмотреть на его поведение. Если сопротивление будет меняться, это нужный элемент.
Терморезисторы используются почти везде — в плате зарядного устройства, в автомобильных усилителях, блоках питания ПК, в Li-Ion аккумуляторах и других устройства. Найти их на схеме не трудно.
SMD и встроенные терморезисторы
Существует также еще два вида терморезисторов, которым стоит уделить внимание:
- SMD — детали с особым типом монтажа (для внешнего крепления). Внешне они не сильно отличаются от конденсаторов SMD, изготовленных из керамики. Габариты соответствуют стандартному ряду — 1206, 0805, 0603 и т. д. По виду отличить такие изделия от терморезисторов SMD почти невозможно.
- Встроенные. Применяются в паяльных станциях (для контроля температуры жала), в том числе термовоздушного типа.
Читайте также:
В дополнение стоит сказать, что в электронике вместе с терморезисторами используются термореле и термические предохранители, которые работают на похожем принципе и также устанавливаются в электронных приборах.
<
Библиографическое описание:
Анистратов, А. Г. Программа для расчёта электрического сопротивления терморезисторов NTC-типа / А. Г. Анистратов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 30.1 (425.1). — С. 6-8. — URL: https://moluch.ru/archive/425/94141/ (дата обращения: 20.05.2023).
В статье рассматривается проблема расчета сопротивлений терморезисторов NTC-типа при различных температурах. Представлена программа для расчетов сопротивлений терморезисторов, а также эксперимент по проверке точности расчетов этой программы.
Ключевые слова
:терморезистор, программа расчета, электрическое сопротивление.
Терморезисторы активно применяются в разных сферах, тесно связанных с электроникой. Они особенно важны в процессах, зависящих от температуры. На них основаны многие устройства с функцией измерения температуры. Это могут быть часы с датчиком температуры, или же компьютерный блок питания с функцией защиты от перегрева.
При использовании неизвестных терморезисторов и сборки каких-либо устройств, необходимо знать их характеристики. Они могут находится в документации от производителя терморезистора, но иногда не удаётся распознать название терморезистора и найти сведения о его параметрах. Программа, созданная в рамках авторского проекта, позволит рассчитать такие параметры, как коэффициент температурной чувствительности и сопротивление при определенных температурах, а также поможет в сборке различных электронных устройств.
Цель работы: создание программы для построения приблизительных графиков и таблиц зависимости электрического сопротивления от температуры для терморезисторов NTC-типа.
Задачи: изучить теоретические основы работы терморезисторов; создать программу для расчёта температурного коэффициента и электрического сопротивления терморезистора NTC-типа при определенных температурах; проверить точность расчётов программы через эксперимент с измерениями электрического сопротивления терморезисторов при различных температурах.
На первом шаге реализации проекта были изучены основные теоретические сведения о терморезисторах и найдена приблизительная формула зависимости сопротивления терморезистора от температуры. Эта формула выглядит следующим образом:
Второй шаг был посвящен созданию программы. Были описаны функции созданной программы и проведена проверка точности расчётов программы через эксперимент с измерениями. При запуске программы мы видим окно с тремя кнопками (рисунок 1).
|
|
|
Рис. 1. Дизайн главного окна и окна базы авторской программы
При нажатии на нижнюю кнопку, содержимое окна меняется на таблицу и кнопки взаимодействия с ней. В таблице можно наблюдать уже добавленные три элемента под названиями A, B, C. После всех изменений, содержимое в таблице сохраняется нажатием на кнопку «Сохранить».
Следующее окно – это окно калькулятора коэффициента бета терморезистора. Оно открывается по нажатию средней кнопки. Появляются четыре поля для ввода, кнопка, и поле вывода. После введения всех данных по нажатию кнопки «Рассчитать», выводится значение коэффициента бета.
|
|
|
Рис. 2. Дизайн окна калькулятора бета коэффициента и окно графика электрического сопротивления терморезистора
Самая верхняя кнопка меняет содержимое окна на пустые график, таблицу. Для того чтобы построить график и заполнить таблицу, необходимо кликнуть на кнопку «Выбрать» и появится таблица с базой терморезисторов, которая ранее была показана. Кликнув два раза на необходимый нам терморезистор, таблица пропадёт и перед нами появятся таблица и график.
Для проверки результатов работы программы был проведен эксперимент. Приборы и материалы: часы для измерения температуры окружающей среды, нагревательная установка с возможностью настройки температуры воздуха из фена, мультиметр для измерения сопротивления, три терморезистора.
Сопротивление каждого терморезистора измерялось при температурах 25/100/125/150/175 градусов Цельсия, данные вносились в таблицу, с помощью программы получал расчётные значения сопротивления и тоже вносились их в таблицу.
Таблица 1
Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12510 |
1079 |
500.6 |
169.6 |
78.6 |
|
|
61.2 |
10.6 |
5.3 |
2.4 |
1.4 |
|
|
98.5 |
29.7 |
20.3 |
12.6 |
8.1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12510 |
1079 |
613.98 |
373.50 |
240.09 |
|
|
61.2 |
10.6 |
7.08 |
4.96 |
3.61 |
|
|
98.5 |
29.7 |
22.5 |
17.67 |
14.23 |
Сравнивая значения в таблицах, можно сделать вывод, что погрешность программы достаточно большая.
Возможные причины большой погрешности: неточность использованных формул для расчёта; неточность измерений мультиметра в режиме омметра; погрешность в измерениях температуры воздуха часами с функцией измерения температуры воздуха; неидеальная нагревательная установка и несоответствие уставленной температуры и действительной выходящей из фена; расстояние терморезистора от фена нагревательной установки никак не учитывалось.
Тем не менее, расчетные данные можно использовать на практике для измерения сопротивления в диапазоне температур от 0
0
С до 125
0
С.
Для дальнейшего развития проекта, необходима более идеальная нагревательная установка, чтобы проверить точность использованных формул в программе.
Если после проверки точность формул будет удовлетворительная, данные исследования можно использовать в конструировании различных устройств, где используется терморезистор NTC-типа, для приблизительного расчёта его сопротивления при различных температурах.
Литература:
- Шефтель, И.T. Терморезисторы (Электропроводность 3d-окислов. Параметры, характеристики и области применения) / И. T. Шефтель. – Москва: Наука, 1973. – 416 с.
- Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. / В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин. – СПб.: Лань. – 2006. – 479 с.
- Электротехника и электроника: учебник / М.В. Немцов. – М.: КНОРУС, 2016. – 560 с.
- Elektrikexpert [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://elektrikexpert.ru/termorezistor.html.
Основные термины (генерируются автоматически): таблица, температура, терморезистор, данные, измерение сопротивления, нагревательная установка, содержимое окно, создание программы, терморезистор NTC-типа, электрическое сопротивление.
терморезистор, программа расчета, электрическое сопротивление
Похожие статьи
Ключевые слова: терморезистор, термистор, температурный…
Температурный коэффициент сопротивления показывает зависимость электрического сопротивления от температуры вещества, измеряется в 1/К (кельвин в степени -1). Коэффициент с обратным знаком называют ТКП (температурный коэффициент проводимости).
Микроконтроллерный измеритель высоких температур
Карякин, А. Т. Микроконтроллерный измеритель высоких температур / А. Т. Карякин, А. В. Иттиев.
В дальнейшем, при построении схемы и алгоритма работы программы для измерения температуры, мы будем исходить из того, что выполняется измерение одного…
Разработка системы измерения сопротивления | Молодой ученый
Мубаракшин, А. Р. Разработка системы измерения сопротивления / А. Р. Мубаракшин, Д. А. Ахметдинов, В. С. Моисеев.
В данной статье рассматривается МП-система измерения сопротивления. Данная система способна проводить измерение сопротивлений в диапазоне…
Методы измерения удельного сопротивления…
Измерение удельного сопротивления осуществляется не только для установления его значения, но также и для определения
Многие методы основаны на измерении разницы потенциалов на некотором участке образца, через который пропускают электрический ток.
Разработка 3D-моделей в Blender для интеграции в Unity
Blender — бесплатное программное обеспечение для создания трехмерной компьютерной графики, включающее в себя средства моделирования, скульптинга, анимации, симуляции, рендеринга, постобработки и монтажа видео со звуком, а также создания 2D-анимаций.
Исследование и разработка устройства для измерения больших…
Тераомметры позволяют измерять на постоянном токе сопротивления изоляции, объемное и поверхностное сопротивления материалов, сопротивления высокоомных резисторов, а также малые постоянные токи и напряжения. Также с помощью приборов для измерения больших…
Построение температурного графика при качественном…
Температурный график устанавливает зависимость температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе от температуры наружного воздуха. Его построение имеет ряд особенностей. Наиболее распространёнными являются графики 150/70, 130/70 и 110/70…
Разработка технических средств автоматизированной системы…
В данной статье приводится процесс разработки технических средств автоматизации контроля температуры в помещении.
Поскольку управлять нагревателем будет микроконтроллер, то не принципиален выбор типа терморезистора в датчике температуры.
Как студенту написать первую научную статью. Инструкция
Привет, студент! Этот текст для тебя. Любимая кафедра требует от тебя опубликовать научную статью, а ты не знаешь даже, с чего начать? «Молодой ученый» сделал для тебя простую и понятную инструкцию.
Расчет принципиальной электрической схемы трекерной системы
Таким образом, примем сопротивление резистора , тип резистора RV16. На резисторах R1 и R2 падает напряжение.
Далее произведем расчет и выбор элементов Н-моста. Основным решением, которое необходимо принять при создании Н-моста, является выбор ключей.
Похожие статьи
Ключевые слова: терморезистор, термистор, температурный…
Температурный коэффициент сопротивления показывает зависимость электрического сопротивления от температуры вещества, измеряется в 1/К (кельвин в степени -1). Коэффициент с обратным знаком называют ТКП (температурный коэффициент проводимости).
Микроконтроллерный измеритель высоких температур
Карякин, А. Т. Микроконтроллерный измеритель высоких температур / А. Т. Карякин, А. В. Иттиев.
В дальнейшем, при построении схемы и алгоритма работы программы для измерения температуры, мы будем исходить из того, что выполняется измерение одного…
Разработка системы измерения сопротивления | Молодой ученый
Мубаракшин, А. Р. Разработка системы измерения сопротивления / А. Р. Мубаракшин, Д. А. Ахметдинов, В. С. Моисеев.
В данной статье рассматривается МП-система измерения сопротивления. Данная система способна проводить измерение сопротивлений в диапазоне…
Методы измерения удельного сопротивления…
Измерение удельного сопротивления осуществляется не только для установления его значения, но также и для определения
Многие методы основаны на измерении разницы потенциалов на некотором участке образца, через который пропускают электрический ток.
Разработка 3D-моделей в Blender для интеграции в Unity
Blender — бесплатное программное обеспечение для создания трехмерной компьютерной графики, включающее в себя средства моделирования, скульптинга, анимации, симуляции, рендеринга, постобработки и монтажа видео со звуком, а также создания 2D-анимаций.
Исследование и разработка устройства для измерения больших…
Тераомметры позволяют измерять на постоянном токе сопротивления изоляции, объемное и поверхностное сопротивления материалов, сопротивления высокоомных резисторов, а также малые постоянные токи и напряжения. Также с помощью приборов для измерения больших…
Построение температурного графика при качественном…
Температурный график устанавливает зависимость температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе от температуры наружного воздуха. Его построение имеет ряд особенностей. Наиболее распространёнными являются графики 150/70, 130/70 и 110/70…
Разработка технических средств автоматизированной системы…
В данной статье приводится процесс разработки технических средств автоматизации контроля температуры в помещении.
Поскольку управлять нагревателем будет микроконтроллер, то не принципиален выбор типа терморезистора в датчике температуры.
Как студенту написать первую научную статью. Инструкция
Привет, студент! Этот текст для тебя. Любимая кафедра требует от тебя опубликовать научную статью, а ты не знаешь даже, с чего начать? «Молодой ученый» сделал для тебя простую и понятную инструкцию.
Расчет принципиальной электрической схемы трекерной системы
Таким образом, примем сопротивление резистора , тип резистора RV16. На резисторах R1 и R2 падает напряжение.
Далее произведем расчет и выбор элементов Н-моста. Основным решением, которое необходимо принять при создании Н-моста, является выбор ключей.
Сопротивление любого проводника в общем случае зависит от температуры. Сопротивление металлов с нагревом увеличивается. С точки зрения физики это объясняется увеличением амплитуды тепловых колебаний элементов кристаллической решетки и возрастанием сопротивления движения направленному потоку электронов. Сопротивление электролитов и полупроводников при нагреве уменьшается – это объясняют другими процессами.
Содержание
- 1 Принцип работы термистора
- 2 Виды и устройство терморезисторов
- 3 Основные характеристики
- 4 Условно-графическое обозначение
- 5 Как проверить термистор на работоспособность
- 6 Где применяются
Принцип работы термистора
Во многих случаях явление зависимости сопротивления от температуры вредное. Так, низкое сопротивление нити лампы накаливания в холодном состоянии служит причиной перегорания в момент включения. Изменение значения сопротивления постоянных резисторов при нагреве или охлаждении ведет к изменению параметров схемы.
С этим явлением борются разработчики, выпускаются резисторы с уменьшенным ТКС — температурным коэффициентом сопротивления. Стоят такие элементы дороже обычных. Но существуют такие электронные компоненты, у которых зависимость сопротивления от температуры ярко выражена и нормирована. Эти элементы называются терморезисторами (термосопротивлениями) или термисторами.
Виды и устройство терморезисторов
Терморезисторы можно разделить на две большие группы по реакции на изменение температуры:
- если при нагреве сопротивление падает, такие терморезисторы называются NTC-термисторами (с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления);
- если при нагреве сопротивление увеличивается, то термистор имеет положительный ТКС (PTC-характеристику) – такие элементы называют ещё позисторами.
Тип термистора определяется свойствами материалов, из которых изготовлены терморезисторы. Металлы при нагреве увеличивают сопротивление, поэтому на их основе (точнее, на базе оксидов металлов) выпускают термосопротивления с положительным ТКС. У полупроводников зависимость обратная, поэтому из них делают NTC-элементы. Термозависимые элементы с отрицательным ТКС теоретически можно делать и на основе электролитов, но этот вариант на практике крайне неудобен. Его ниша – лабораторные исследования.
Конструктив термисторов может быть различным. Их выпускают в виде цилиндров, бусин, шайб и т.п. с двумя выводами (как у обычного резистора). Можно подобрать наиболее удобную форму для установки на рабочем месте.
Основные характеристики
Самая главная характеристика любого терморезистора – его температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Он показывает, насколько меняется сопротивление при нагреве или охлаждении на 1 градус Кельвина.
Хотя изменение температуры, выраженное в градусах Кельвина, равно изменению в градусах Цельсия, в характеристиках термосопротивлений пользуются все же Кельвинами. Это связано с широким применением в расчетах уравнения Стейнхарта-Харта, а в него входит температура в К.
ТКС отрицателен у термисторов типа NTC и положителен у позисторов.
Другая важная характеристика – номинальное сопротивление. Это значение сопротивления при 25 °С. Зная эти параметры, легко определить применимость термосопротивления для конкретной схемы.
Также для использования термисторов важны такие характеристики, как номинальное и максимальное рабочее напряжение. Первый параметр определяет напряжение, при котором элемент может работать длительное время, а второй – напряжение, выше которого работоспособность термосопротивления не гарантируется.
Для позисторов важным параметром является опорная температура – точка на графике зависимости сопротивления от нагрева, при которой происходит перелом характеристики. Она определяет рабочий участок PTC-сопротивления.
При выборе терморезистора надо обратить внимание и на его температурный диапазон. Вне заданного производителем участка, его характеристика не нормируется (это может привести к ошибкам в работе оборудования) или термистор там вообще неработоспособен.
Условно-графическое обозначение
На схемах УГО термистора могут незначительно отличаться, но главный признак термосопротивления – символ t0 рядом с прямоугольником, символизирующим резистор. Без этого символа не определить, от чего зависит сопротивление – схожее УГО имеют, например, варисторы (сопротивление определяется приложенным напряжением) и другие элементы.
Иногда на УГО наносят дополнительное обозначение, определяющее категорию терморезистора:
- NTC для элементов с отрицательным ТКС;
- PTC для позисторов.
Эту характеристику иногда обозначают стрелками:
- однонаправленными для PTC;
- разнонаправленными для NTC.
Литерное обозначение может быть различным – R, RK, TH и т.п.
Как проверить термистор на работоспособность
Первая проверка исправности термистора – измерение номинального сопротивления обычным мультиметром. Если замер ведется при комнатной температуре, которая не очень отличается от +25 °С, то и измеренное сопротивление не должно существенно отличаться от указанного на корпусе или в документации.
Если температура окружающего воздуха выше или ниже указанного значения, надо взять небольшую поправку.
Можно попытаться снять температурную характеристику термистора – чтобы сравнить её с заданной в документации или чтобы восстановить её для элемента неизвестного происхождения.
Есть три температуры, доступные для создания с достаточной точностью без измерительных приборов:
- тающий лед (можно взять в холодильнике) – около 0 °С;
- человеческое тело – около 36 °С;
- кипящая вода – около 100 °С.
По этим точкам можно нарисовать приблизительную зависимость сопротивления от температуры, но для позисторов это может не сработать – на графике их ТКС, есть участки, где R температурой не определяется (ниже опорной температуры). Если термометр имеется, можно снять характеристику по нескольким точкам – опустив терморезистор в воду и нагревая её. Через каждые 15…20 градусов надо замерять сопротивление и наносить значение на график. Если надо снять параметры выше 100 градусов, вместо воды можно использовать масло (например, автомобильное – моторное или трансмиссионное).
На рисунке изображены типовые зависимости сопротивлений от температуры – сплошной линией для PTC, штриховой – для NTC.
Где применяются
Самое очевидное применение терморезисторов – в качестве датчиков для измерения температуры. Для этой цели пригодны как термисторы с характеристикой NTC, так и PTC. Надо лишь выбрать элемент по рабочему участку и учесть характеристику термистора в измерительном приборе.
Можно построить термореле – когда сопротивление (точнее, падение напряжения на нём) сравнивается с заданным значением, и при превышении порога происходит переключение выхода. Такой прибор можно применять в качестве устройства теплового контроля или пожарного датчика. Создание измерителей температуры основано на явлении косвенного нагрева – когда терморезистор нагревается от внешнего источника.
Также в сфере использования термосопротивлений используется прямой нагрев – термистор нагревается током, проходящим через него. NTC-резисторы таким способом можно применить для ограничения тока – например, при зарядке конденсаторов большой ёмкости при включении, а также для ограничения тока пуска электродвигателей и т.п. В холодном состоянии термозависимые элементы имеют большое сопротивление. Когда конденсатор частично зарядится (или электродвигатель выйдет на номинальные обороты), термистор успеет нагреться протекающим током, его сопротивление упадет, и он перестанет оказывать влияние на работу схемы.
Таким же способом можно продлить срок службы лампы накаливания, включив последовательно с ней терморезистор. Он ограничит ток в самый сложный момент – при включении напряжения (именно в это время большинство ламп выходит из строя). После прогрева он перестанет оказывать влияние на лампу.
Для защиты электродвигателей во время работы служат, наоборот, термисторы с положительной характеристикой. Если ток в цепи обмотки будет повышаться из-за заклинивания двигателя или превышения нагрузки на валу, PTC-резистор нагреется и ограничит этот ток.
Термисторы с отрицательным ТКС, также можно использовать в качестве компенсаторов нагрева других компонентов. Так, если параллельно резистору, задающему режим транзистора и имеющему положительный ТКС, установить NTC-термистор, то изменение температуры подействует на каждый элемент противоположным образом. В результате действие температуры компенсируется, и рабочая точка транзистора не сместится.
Существуют комбинированные приборы, называемые терморезисторами с косвенным нагревом. В одном корпусе такого элемента расположены термозависимый элемент и нагреватель. Между ними существует тепловой контакт, но гальванически они развязаны. Изменяя ток через нагреватель, можно управлять сопротивлением.
Терморезисторы с различными характеристиками широко используются в технике. Наряду со стандартными применениями, их сферу работы можно расширять. Все ограничивается только фантазией и квалификацией разработчика.
Соблюдение теплового режима в современных электронных устройствах не менее важно, чем обеспечение параметров электрического тока. Перегрев для полупроводниковых приборов так же губителен, как и резкое увеличение напряжения. Поэтому для контроля температуры термочувствительных электронных приборов применяются электрические схемы с использованием температурных датчиков, таких как терморезистор. Другие названия: термистор, термосопротивление.
Что такое терморезистор?
Обычный резистор обладает относительно стабильным сопротивлением. Разумеется, электрическое сопротивление обычного резистора может меняться при значительном его нагревании (в пределах допусков). Но в штатном режиме показания этих устройств стабильны, чего, собственно, добиваются разработчики.
При изготовлении терморезисторов умышленно подбирают такие материалы, сопротивление которых зависит от температуры. То есть, терморезистор – это полупроводниковый прибор, обладающий зависимостью его сопротивления от температуры. Можно сказать, что путем нагревания или охлаждения таких полупроводниковых устройств можно управлять их сопротивлениями.
Температурные зависимости полупроводниковых резисторов широко применяются на практике, о чем речь пойдёт ниже. Заметим только, что термисторы являются, по сути, переменными резисторами, сопротивление которых изменяется не механическим способом, а зависит от степени нагрева и температурных характеристик применяемых полупроводниковых материалов. Причем не важно, прямым или косвенным нагревом произошло изменение температурных показателей.
Конструкция
Самый простой термистор состоит из термочувствительного элемента, платиновых электродов и никелевых выводов. Вся эта конструкция заключена в герметичный корпус (Схема строения показана на рисунке 2).
В качестве термочувствительного материала используют оксиды металлов. Для защиты конструкции используют стеклянный, пластиковый или металлический корпус.
В некоторых случаях в качестве резистивного материала используют медь или платину. Эти материалы обладают высокими показателями ТКС металлов в рабочем диапазоне температур. Однако их применение ограничено по причине дороговизны платины и ее нелинейности преобразования.
Использование медных терморезисторов ограничивается низкой коррозионной сопротивляемостью меди. Благодаря высокой теплопроводности этого металла резистивные элементы на основе меди встречаются в моделях с косвенным нагревом. Применяются для температур не выше 180 ºC.
Еще одним недостатком металлических термосопротивлений является их инерционность, достигающая нескольких минут. Такие конструкции мало пригодны для поддержания теплового режима электроприборов, но они идеально подходят в качестве датчиков для измерения температуры.
С целью уменьшения тепловой инерционности терморезисторы изготавливают из микропроводов, которые заключают в стеклянную колбочку (см. рис. 3). Такие датчики хорошо герметизированы, отличаются стабильностью, а их инерционность не превышает долей секунд.
Широкое распространение получили типы датчиков на базе полупроводниковых материалов. При нагревании полупроводников происходит насыщение этих материалов электронами и дырками, что приводит к уменьшению сопротивления.
Существуют конструкции плоских терморезисторов (рис. 4), а также полупроводниковые термисторы со сложной структурой резистивного элемента.
Сегодня все чаще можно встретить платы, на которых применен способ SMT монтажа. Для этих целей промышленность выпускает SMD-терморезисторы разных номиналов (см. рис. 5).
В большинстве конструкций терморезистивный элемент изготовляют методом порошковой металлургии. В этих целях используют материалы:
- халькогениды;
- оксиды металлов;
- галогениды и
другие.
Очертание резистивных элементов может иметь форму бусинок, стержней, трубочек, пластинок и т. п.
Какую конструкцию вы бы не выбрали, принцип работы остается неизменным – зависимость сопротивления от температуры. Отличаются изделия только параметрами.
Режим работы терморезисторов
В зависимости от конструкторских замыслов, термисторы могут работать в системах с разными температурными режимами. Однако для каждой модели существует своя номинальная шкала температур.
По этому признаку их можно классифицировать следующим образом:
- терморезисторы низкотемпературного класса (до 170 К);
- изделия среднетемпературного класса (применяются в диапазоне температур 170 – 510 К);
- модели высокотемпературного класса (в пределах от 570 К и выше).
В отдельный класс выделены терморезисторы, способные работать при нагревах от 900 до 1300 К. Эти модели используют в качестве датчиков температуры различных нагревательных элементов.
Все термисторы выдерживают существенные токовые нагрузки. Правда, при работе в жестких термоцикличных режимах, их термоэлектрические характеристики, могут изменяться. Со временем изменения коснутся номинального сопротивления и коэффициента сопротивления.
Разновидности
Все терморезисторы классифицируют по типу нагрева: прямой и косвенный. Для прямого подогрева используется ток цепи, в которую включен терморезистор. Косвенный подогрев создают сторонние участки схемы или тепловые элементы.
Пример терморезистора прямого подогрева показан на рис. 6.
Также, в зависимости от того – повышается или понижается сопротивление при нагревании резистивного элемента, различают термисторы двух видов:с отрицательным ТКС и терморезисторы с положительным коэффициентом сопротивления.
NTC.
Полупроводниковые модели (термисторы) обладают отрицательным коэффициентом температурного сопротивления. Это значит, что они уменьшают номинальное сопротивление (показания при 25 ºC), в результате нагрева. Температурный коэффициент показывает, на сколько процентов уменьшается сопротивление резистивного элемента при повышении температуры нагрева на 1 ºC.
Термисторы NTC с отрицательным коэффициентом обычно применяются в диапазоне рабочих температур от 25 ºC до 200 ºC. Для температур свыше 600 ºC применяют термопары.
PTC.
Терморезисторы типа PTC обладают положительными температурными коэффициентами. Эти PTC-термисторы часто именуют позисторами, чтобы подчеркнуть положительность температурного коэффициента. Под этим термином мы понимаем терморезистор, сопротивление которого возрастает с ростом температуры.
Технические параметры
Большое разнообразие моделей термосопротивлений продиктовано потребностями современной электронной промышленности. Технические параметры изделий полупроводникового типа позволяют полностью удовлетворить спрос производителей радиоэлектронных и электротехнических устройств.
К основным параметрам относятся:
- номинальное сопротивление терморезистора, измеренное при температуре 25 ºC;
- мощность рассеяния (то есть максимальный ток, при котором обеспечиваются стабильность параметров терморезистора);
- диапазон рабочих температур, для которых предназначен терморезистор;
- ТКС.
Полупроводниковые термисторы обладают высокой чувствительностью в сочетании с отрицательными значениями ТКС. Они просты в изготовлении, имеют крохотные размеры, легко встраиваются в микросхемы. Все эти свойства делают термисторы незаменимыми в микроэлектронике.
Полупроводниковые термисторы подключаются через мостовую схему. Такое подключение позволяет в автоматическом режиме регулировать требуемые параметры электрических цепей. Иногда для этих целей приходится применять довольно сложные схемы автоматики.
Параметры металлических терморезисторов больше подходят для электротехнических устройств, в частности, они используются в качестве датчиков температуры. Их можно увидеть в водонагревательных установках, или в термометрах сопротивления. Такие типы датчиков (рис. 7) очень надежны в работе, имеют довольно широкий диапазон измерения.
Датчики этого типа подключаются по простой схеме. Если требуется провести калибровку или выставить температуру, это обычно делается вручную, с помощью потенциометра. Простая схема подключения датчика температуры показана на рис. 8. Изменяя потенциометром напряжение можно влиять на величину ТКС. Визуально контролировать температуру можно с помощью амперметра, шкала которого проградуирована в градусах.
Обозначение на схемах
На принципиальной схеме значки терморезисторов почти такие же, как и символы обычных 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. Например, +tº или –tº.
Иногда проставляется номинал
терморезистора и его температурный диапазон.
Маркировка
Существует
два способа маркировки – буквенно-цифровая и цветовая, в виде колец и полосок.
Единых требований для буквенной маркировки не существует – разные производители
применяют свои варианты обозначений. Например, на дисковом термисторе могут
стоять символы «15D-30», что расшифровывается так:
номинальное сопротивление 15 Ом, диаметр изделия 30 мм. Здесь значение
диаметра прямо связано с рассеиваемой мощностью – чем больше диаметр, тем
больше рассеиваемая мощность термистора.
Заметим,
что у другого производителя эти же параметры могут маркироваться совсем другим
способом. Поэтому лучше пользоваться технической документацией изготовителя
изделия.
Применение
В основном терморезисторы используют для защиты оборудования и различных устройств от перегрева и от возможных перегрузок. Реже зависимостью сопротивления стабилизируют работу нагревательного элемента.
Примеры использования:
- защита электромоторов от перегрева;
- тепловая защита обмоток трансформаторов;
- в системах размагничивания кинескопов и старых моделей мониторов;
- в электронных схемах современных автомобилей.
В большинстве схем используется способность термисторов преобразовывать внутреннюю энергию в электрический сигнал, который считывается автоматикой.
В нагревательных приборах терморезистор довольно часто используется в качестве самовосстанавливающегося предохранителя. Его сопротивление возрастает при достижении критической температуры и в результате этого электрическая цепь размыкается.
После остывания прибор восстанавливает работоспособность.
Сферы применения можно перечислять очень долго, но и эти примеры показывают, насколько востребованными оказались термисторы и термисторы.
Видео по теме
Классификация по температурному срабатыванию
Терморезисторы отличаются по температуре, на которую они реагируют при срабатывании. С этой позиции выделяются следующие типы деталей:
- НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ. Такие элементы срабатывают при температуре ниже 170 Кельвинов (минус 1020С). 1 Кельвин = минус 272,150С.
- СРЕДНЕТЕМПЕРАТУРНЫЕ. Здесь диапазоне работы выше и находится между 170 и 510 Кельвинами.
- ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ. Терморезисторы такого класса работают при температурах от 570 Кельвинов.
- ОТДЕЛЬНЫЙ КЛАСС. Выделятся также индивидуальная группа высокотемпературных термических резисторов, работающих в диапазоне от 900 до 1300 К.
Вне зависимости от вида (позисторы, термисторы) терморезисторы могут работать в разных температурных режимах и внешних условиях. При эксплуатации в условиях частых изменений температур первоначальные параметры детали могут меняться.
Речь идет о двух параметрах — сопротивлении детали в условиях комнатной температуры и коэффициенте сопротивления.
Где находится на схеме
Отображение терморезистора на схеме может различаться. Изделие легко найти по обозначениям t и t0. Внешне оно отражается как сопротивление, через которое проходит полоска по диагонали с «подставкой» под t0 снизу. Главные обозначения — R1, TH1 или RK1.
Если возникают сомнения в сфере применения, терморезистор можно нагреть и посмотреть на его поведение. Если сопротивление будет меняться, это нужный элемент.
Терморезисторы используются почти везде — в плате зарядного устройства, в автомобильных усилителях, блоках питания ПК, в Li-Ion аккумуляторах и других устройства. Найти их на схеме не трудно.
Стабильность
Причины нестабильности термисторов следующие:
- напряжения, возникающие в материале при термоциклировании и образование микротрещин;
- структурные изменения в полупроводнике;
- внешнее загрязнение (водой и др. веществами) и в результате химические реакции в порах и на поверхности полупроводника;
- нарушение адгезии металлической пленки;
- миграция примесей из металлических контактов в материал термистора.
Будет интересно➡ Что такое фоторезистор?
Дисковые термисторы менее стабильны (дрейф до 50 мК за 100 дней при 60 С). Термисторы представляют особый интерес для измерения низких температур благодаря своей относительной нечувствительности к магнитным полям. Некоторые типы термисторов могут применяться до температуры минус 100 С. Диапазон наилучшей стабильности термисторов – от 0 до 100 С. Основными преимуществами термисторов являются вибропрочность, малый размер, малая инерционность и невысокая цена.
Материал по теме: Как проверить варистор мультиметром.
Где используется (сфера применения)
Терморезисторы активно применяются в разных сферах, тесно связанных с электроникой. Они особенно важных при реализации процессов, зависящих от правильности настройки температурного режима.
Такой подход актуален для компьютерных технологий, устройств передачи информации, высокоточного промышленного оборудования и т. д.
Распространенный способ применения терморезисторов — ограничение токов, возникающих в процессе пуска аппаратов.
При подаче напряжения к БП конденсатор быстро набирает емкость, что приводит к протеканию повышенного тока. Если не ограничить этот параметр, высок риск повреждения (пробоя) диодного моста.
Для защиты дорогостоящего узла применяется термистор — элемент, ограничивающий ток в случае резкого нагрева. После нормализации режима температура снижается до безопасного уровня, и сопротивление термистора возвращается до первоначального уровня.
Главные параметры
При покупке нужно быть уверенным, что деталь подходит по размеру и поместится на плате (в схеме). Параметры измеряются в Омах и указываются применительно к текущей температуре в градусах Цельсия или Кельвинах. Если деталь рассчитана на работу при температурах от -100 до +200 градусов Цельсия, температурный режим для окружающей среды принимается на уровне 20-25 градусов Цельсия.
Параметр отражает тепловую инерционность. При расчете учитывается время, которое необходимо для изменения температуры термического резистора на 63% от разницы t детали и окружающего воздуха. В большинстве случаев этот параметр принимается равным 100 градусов Цельсия. ТКС (в % на один градус Цельсия).
Будет интересно➡ Как отличается параллельное и последовательное соединение резисторов?
Как правило, этот показатель прописывается для той же температуры t, что и холодное сопротивление. В такой ситуации при обозначении используются другие цифры — at. Мощность рассеивания Pmax (предельно допустимый параметр), Вт. По этому показателю можно судить о пределе, до достижения которого в полупроводнике не происходит необратимых изменений (параметры остаются прежними). При этом превышение температуры tmax при достижении Pmax исключено.
Температура tmax — максимально допустимый параметр, при котором характеристики терморезистора длительное время остаются без изменений (на установленном производителем уровне). Коэффициент энергетической чувствительности (измеряется в Вт/проценты*R). Обозначение — G. Показатель отражает мощность, которую необходимо рассеять на детали для снижения параметра R на один процент.
Коэффициент рассевания (измеряется в Вт на один градус Цельсия). Условное обозначение — H. Параметр отражает мощность, которая рассеивается на термическом резисторе при разнице в температурных режимах детали и окружающего воздуха на один градус. Рассмотренные выше коэффициенты (G и H) зависят от характеристик применяемого полупроводника и особенностей обмена тепла между изделием и окружающей его средой. Параметры связаны друг с другом через специальную формулу — G=H/100а.
Расшифровка спецификации конкретной модели
Это были основные параметры серии, теперь рассмотрим спецификацию для С831 (см. рис. 5).
Краткая расшифровка:
- Величина тока для штатного режима работы, для нашей детали это почти половина ампера, а именно 470 мА (0,47 А).
- Этот параметр указывает ток, при котором величина сопротивления начинает существенно меняться в большую сторону. То есть, когда через С831 протекает ток с силой 970 мА, срабатывает «защита» устройства. Следует заметить, что этот параметр связан с точкой температурного перехода, поскольку проходящий ток приводит к разогреву элемента.
- Максимально допустимая величина тока для перехода в «защитный» режим, для С831 это 7 А. Обратите внимание, что в графе указано максимальное напряжение, следовательно, можно рассчитать допустимую величину мощности рассеивания, превышение которой с большой вероятностью приведет к разрушению детали.
- Время срабатывания, для С831 при напряжении 265 вольт и токе 7 ампер оно составит менее 8 секунд.
- Величина остаточного тока, необходимого для поддерживания защитного режима рассматриваемой радиодетали, она 0,02 А. Из этого следует, что на удержание сработавшего состояния требуется мощность 5,3 Вт (Ir x Vmax).
- Сопротивление устройства при температуре 25°С (3,7 Ом для нашей модели). Отметим, с измерения мультиметром этого параметра начинается проверка позистора на исправность.
- Величина минимального сопротивления, у модели С831 это 2,6 Ом. Для полноты картины, еще раз приведем график температурной зависимости, где будут отмечены номинальное и минимальное значение R (см. рис. 6).
Читать также: Самый лучший видеорегистратор 2021 года
Обратите внимание, что на начальном этапе нагрева радиодетали ее параметр R незначительно уменьшается, то есть в определенном диапазоне температур у нашей модели начинают проявляться NTS свойства. Эта особенность, в той или иной мере, характерна для всех позисторов.
- Полное наименование модели (у нас B59831-C135-A70), данная информация может быть полезной для поиска аналогов.
Теперь, зная спецификацию, можно переходить к проверке на работоспособность.
Как подключить
Принцип подключения термисторов прост (на примере Arduino). Для этого потребуется монтажная плата, деталь и резистор на 10 кОм. Так как изделие имеет высокое сопротивление, этот параметр для проводников не влияет на конечный результат.
Один контакт сопротивления подключается к контакту 5В, а второй — к контакту термистора.
Вторую отпайку терморезистора необходимо посадить на «землю». Центр двух резисторов подключается к контакту «Аналог 0).
<
Проверка электронным мультиметром
Следует отметить, что резисторы довольно надёжны, поэтому их проверку следует проводить после того, как вы убедились в исправности остальных элементов. В первую очередь обратите внимание на сопротивления в цепях, где ранее были обнаружены неисправные элементы.
Сама по себе процедура проверки довольно проста, но требует выполнения определённых действий.
Для проверки будем использовать электронный мультиметр. Щупы прибора должны быть подключены к разъёмам COM и VΩmA. Полярность подключения щупов к выводам проверяемого элемента не имеет значения. Переключатель тестера необходимо установить в положение омметра (сектор помечен знаком Ω). Цифры обозначают максимальный предел измеряемой величины.
Перед началом проверки соедините щупы вместе, при этом показания прибора должны быть равны нулю, что говорит об исправности прибора и проводов щупов. Если переключатель установлен на самом малом пределе измерения, то прибор может показывать величину равную единицам ома. Эту неточность нужно будет учесть при измерении малых величин. Кроме того, у резисторов есть допустимое отклонение от номинала, если точных данных найти не удалось, то погрешность в 10 процентов можно считать нормальной.
Для начала необходимо определить номинальное сопротивление у элемента, который вы собираетесь проверять. Сделать это можно несколькими способами:
- На элементах старого образца величина номинального сопротивления указана на корпусе резистора.
- На современных элементах применяется цветовая маркировка. Это набор цветных колец, нанесённых на корпус. С их помощью зашифровано сопротивление. Нужно взять таблицу цветовой маркировки и определить искомую величину.
- Если вы проверяете элемент с электронной платы, то возле элемента стоит его обозначение в виде буквы R и порядкового номера. Можно взять схему электронного устройства и по обозначению определить номинал. Иногда эта величина указана прямо на печатной плате.
Читать также: Мутлу аккумулятор дата изготовления
Постоянный резистор
Проверку выполняем в такой последовательности:
- зачищаем выводы резистора от окислов и загрязнений;
- выставляем на мультиметре предел измерения, который несколько больше номинальной величины;
- кладём элемент на диэлектрическую поверхность;
- прижимаем щупы прибора к выводам резистора, при этом нельзя прикасаться к щупам пальцами.
На экране мы можем увидеть три варианта показаний:
- Единица на экране прибора говорит о том, что сопротивление резистора больше установленного предела измерения. Проверьте правильно ли выбран предел измерения, если ошибки нет, то присутствует обрыв между выводами элемента. Такой элемент неисправен и подлежит замене.
- Ноль обозначает, что выводы соединены накоротко. Элемент неисправен.
- Если на экране другое число, сравните его с величиной номинального сопротивления резистора. Измеренная величина не должна отличаться от номинальной больше чем на 10%. Чтобы было понятно, при проверке резистора в 1 тыс. Ом прибор может показать величину от 900 Ом до 1100 Ом, в обоих случаях элемент можно считать исправным. Когда вы измеряете величины менее ста Ом, не забудьте от полученного значения отнять сопротивление щупов.
Тестирование подстроечного резистора
У переменного резистора на корпусе три вывода. Для проверки необходимо определить, к какому выводу подключён подвижный (средний) контакт. Для этих целей можно воспользоваться справочными данными, если это невозможно, то определим его в процессе измерений:
- Перемещаем ручку резистора в среднее положение.
- Выполняем все действия, указанные для постоянных резисторов, но измерения проводим попарно между первым и вторым, вторым и третьим, третьим и первым выводами. Пара между которыми сопротивление будет максимальным — это крайние выводы. Сравниваем это значение с номинальной величиной по аналогии с постоянными резисторами. Если всё в норме, продолжаем проверку.
- Перемещаем ползунок в одно из крайних положений. Производим измерение между центральным и крайними выводами, должны получить ноль и номинальное значение. Если данные другие (допускается небольшая погрешность), то элемент неисправен.
- Повторяем измерение во втором крайнем положении ползунка, теперь показания должны поменяться местами (там, где был ноль, будет номинальное значение, и наоборот).
- Подключаем щупы к центральному выводу и к любому крайнему. Плавно перемещаем ручку и следим за показаниями прибора. Сопротивление должно изменяться без скачков, если прибор показывает единицу, это говорит о том, что в этом положении ползунка контакт плохой или пропадает вовсе, а следовательно, нормально работать такой резистор не будет, и его нужно менять.
Проверка элемента на плате
Иногда демонтаж элементов с платы сопряжён с рядом трудностей, поэтому будет полезно знать, как проверить резистор мультиметром, не выпаивая его. Это уже более сложная задача. Чтобы правильно выполнить проверку, необходимо изучить схему, в которой он установлен.
Дело в том, что различные компоненты и способы их подключения, относительно проверяемого резистора, влияют на показания тестера по-разному. Например, параллельно подключённый диод покажет нулевое сопротивление резистора, а параллельно подключённые сопротивления или катушки индуктивности сильно исказят показание прибора. Так как в мультиметре для измерений используется постоянное напряжение, то конденсатор на схеме можно приравнять к разрыву цепи.
В сложной схеме учесть все эти влияния трудно, поэтому измерить точную величину сопротивления не получится, но если вы подробно изучите схему, то сможете проверить резистор на наличие обрыва или короткого замыкания. Если у вас возникли сомнения в исправности элемента, для полной проверки придётся выпаять хотя бы один вывод.
У многих мультиметров есть режим прозвонки. В этом режиме прибор позволяет проверять электрические цепи с сопротивлением не больше сотни ом, при превышении этой величины цепь прозваниваться не будет и звукового сигнала не последует. Применение этого режима для проверки резисторов нецелесообразно, так как прозвонка показывает только наличие или отсутствие контакта между щупами, но никак не характеризует состояние радиодетали.
Что такое терморезистор, где применяется? Как проверить на работоспособность?
Терморезистор, имеющий разновидности под названиями термистор или позистор — это радиоэлектронная деталь, сопротивление, принцип работы которого состоит в изменении его электрического сопротивления в зависимости от температуры.
Терморезистор изготавливается на основе полупроводниковых материалов, реагирующих на изменения температуры и данный материал должен обладать высоким ТКС (температурным коэффициентом сопротивления).
Температурный коэффициент электрического сопротивления — величина, равная относительному изменению электрического сопротивления участка электрической цепи или удельного сопротивления вещества при изменении температуры на единицу.
В принципиальных схемах терморезистор обозначается так:
Конструктивно терморезисторы выглядят по разному.
Терморезистор изготавливают в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии. Их размеры могут варьироваться в пределах от 1–10 мкм до 1–2 см.
Разновидность терморезистора — термистор (NTC — термистор) имеет отрицательный ТКС и с увеличением температуры его электрическое сопротивление уменьшается.
Другая разновидность терморезистора — позистор (PTC — термистор) имеет положительный ТКС и с увеличением температуры его электрическое сопротивление соответственно увеличивается.
Терморезисторы применяются в схемах разнообразных электронных устройств, где есть необходимость контролировать температурный режим работы и регулировать его с помощью изменения электрического сопротивления.
Терморезисторы c «отрицательным сопротивлением» применяются в качестве пусковых реле, реле времени, в системах измерения и контроля мощности, системах теплового контроля и пожарной сигнализации.
Терморезисторы с «положительным сопротивлением» используются в схемах контроля за изменением температуры и компенсации параметров электрического тока или напряжения электрических цепей, возникших вследствие изменения температуры.
Для проверки работоспособности терморезистора нам понадобится ампервольтомметр или мультиметр. Подсоединяемся щупами прибора к проверяемому терморезистору, измеряем сопротивление.
В нормальном состоянии терморезистор имеет номинальное сопротивление, однако при нагревании его сопротивление будет либо уменьшаться, либо увеличиваться. На картинке представлена проверка термистора, при увеличении температуры его сопротивление уменьшается от 5,1 Ома до 2,7 Ома.
Успехов Вам! Да прибудет с Вами умение!
Базовые характеристики терморезисторов
При оценке терморезисторов нужно учесть и проанализировать их характеристики:
- 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.
- 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.
- 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.
NTC
Терморезисторы NTC — изделия, имеющие отрицательный температурный коэффициент. Их особенность — повышенная чувствительность, высокий температурный коэффициент (на один или два порядка выше, чем у металла), небольшие габариты и широкий температурный диапазон.
Полупроводники NTC удобны в применении, стабильны в работе и способны выдерживать большую перегрузку.
Особенность NTC в том, что их сопротивление увеличивается при снижении температуры. И наоборот, если t снижается, параметр R растет. При изготовлении таких деталей применяются полупроводники.
Принцип действия прост. При повышении температуры число носителей заряда резко растет, и электроны направляются в зону проводимости. При изготовлении детали, кроме полупроводников, могут применяться и переходные металлы.
При анализе NTC нужно учесть бета-коэффициент. Он важен в случае, если изделие применяется при измерении температуры, для усреднения графика и вычислений с помощью микроконтроллеров.
Как правило, термисторы NTC применяются в температурном диапазоне от 25 до 200 градусов. Следовательно, их можно использовать для измерений в указанном пределе.
Отдельного нужно рассмотреть сфера их использования. Такие детали имеют небольшую цену и полезны для ограничения пусковых токов при старте электрических двигателей, для защиты Li аккумуляторов, снижения зарядных токов блока питания.
Терморезистор NTC также используется в автомобиле — датчик, применяемый для определения точки отключения и включения климат-контроля в машине.
Еще один способ применения — контроль температуры двигателя. В случае превышения безопасного предела, подается команда на реле, а дальше двигатель глушится.
