Терморезистор

Терморезисторы NTC с инкапсулированным покрытием

Стекловолокно с термистором NTC

Это датчики температуры NTC, запечатанные в воздухонепроницаемом стеклянном пузыре. Они предназначены для использования при температурах выше 150 ° C или для монтажа на печатной плате, где требуется прочность. Инкапсуляция термистора в стекле повышает стабильность датчика, а также защиту датчика от окружающей среды. Они изготавливаются герметично уплотняющими резисторами типа NTC в стеклянный контейнер. Типичные размеры колеблются от 0,4 до 10 мм в диаметре.

Терморезисторы NTC с инкапсулированным покрытием

Типичные области применения

Термисторы NTC используются в широком спектре применений. Они используются для измерения температуры, температуры управления и температурной компенсации. Они также могут использоваться для обнаружения отсутствия или наличия жидкости, в качестве устройств ограничения тока в цепях питания, мониторинга температуры в автомобильных агрегатах и многих других. Датчики NTC можно разделить на три группы, в зависимости от электрической характеристики, используемой в агрегатах и устройствах.

Типичные области применения

Характеристика сопротивления-температуры

Приложения, основанные на характеристике сопротивления-времени, включают измерение температуры, контроль и компенсацию. К ним также относятся ситуации, в которых используется термистор NTC, так что температура датчика температуры NTC связана с некоторыми другими физическими явлениями. Эта группа агрегатов требует, чтобы термистор работал в условиях нулевой мощности, что означает, что ток проходящий через него поддерживается как можно на более низком уровне, чтобы избежать нагрева зонда.

Текущая временная характеристика

Устройствами, основанными на характеристике текущего времени, являются: временная задержка, ограничение пускового тока, подавление перенапряжений и многое другое. Эти характеристики связаны с теплоемкостью и постоянной диссипации используемого термистора NTC. Схема обычно полагается на термистор NTC, нагреваясь из-за проходящего через него тока. В какой-то момент это вызовет какое-то изменение в схеме, в зависимости от устройства, в котором оно используется.

Устройства, основанные на характеристике напряжения и тока термистора, обычно включают изменения условий окружающей среды или изменения схемы, которые приводят к изменениям рабочей точки на заданной кривой в цепи. В зависимости от применения это может использоваться для ограничения тока, температурной компенсации или измерения температуры.

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

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.

Советуем изучить — Схема АПВ однократного действия на воздушных и кабельных ЛЭП 6 — 10 кВ

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.

Резюме

Устройства, называемые резисторами, предназначены для обеспечения точного значения сопротивления в электрических цепях. Резисторы оцениваются как по их сопротивлению (Ом), так и по их способности рассеивать тепловую энергию (Вт).
Номинальное сопротивление резистора не может быть определено по его физическому размеру, хотя судя по размеру можно сказать о приблизительном значении номинальной мощности. Чем больше резистор, тем большую мощность он может рассеять без повреждений.
Любое устройство, которое выполняет с помощью электроэнергии какую-либо полезную задачу, обычно называют нагрузкой. Иногда символ резисторов используется в схемах для обозначения неконкретизированной нагрузки, а не для реального резистора.

Оригинал статьи:

Resistors

Простой электронный термометр на однопереходном транзисторе

категория

Радиосхемы для дома

И. Нечаев. г. КурскРадио, 1992 год, № 8, стр 17- 18

В этой статье разговор пойдет о возможности конструировать приборы для измерения температуры на расстоянии- за переделами дома или, скажем, в балконном «овощехранилище».Схем, позволяющих выполнять данную функцию, достаточно много, но есть определенные особенности при выборе термочувствительного датчика.

Как правило в большинстве случаев при конструировании подобных устройств чаще всего радиолюбителями применяются терморезисторы. Они обладают достаточно широким тепловым коэффициентом сопротивления (далее ТКС)- до 8% на градус. Однако он сильно изменяется в зоне измеряемых температур. Если для домашних термометров на этот факт можно и закрыть глаза, то если речь идет о широком диапазоне температур (например как в нашем случае- от — 40 град. С, до +40 град.С.) то возникают определенные проблемы с градуировкой измерительной шкалы прибора- она просто потеряет свою линейность.

Мы знаем также что и самый обычных p-n переход любого полупроводникового прибора может служить в качестве термодатчика, однако ТКН простого перехода очень мал- не более 0,3% на градус, и это требует введение дополнительных усилительных цепей, значительно что усложняет конструкцию.

Как показал опыт, для использования в качестве термодатчика лучше всего подходят однопереходные транзисторы типа КТ117 (они применялись в блоках питания телевизоров 2\3УСЦТ и найти их особого труда не составит) если его соединить как показано на картинке

В результате такого включения получим терморезистор сопротивлением 5… 10 кОм с КТС примерно 0,7…0,9% на градус С. При этом во всем диапазоне температур шкала прибора будет линейной. Это свойство однопереходного транзистора и позволило использовать его в качестве термодатчика в приборе, схема которого показана на рисунке

Основой рассматриваемого электронного термометра служит измерительный мост на резисторах R2- R5 в одно плечо которого включен однопереходный транзистор VT1. В диагональ моста установлен микроамперметр PA1 с нулем посередине. Источником питания может служить двухполупериодный выпрямитель- для этой цели в схему введен параметрический стабилизатор на транзисторе VT2 и стабилитроне VD1. Если прибор будет эксплуатироваться короткое время (включил, посмотрел, выключил) то тогда можно использовать и 9- ти Вольтовую батарею типа «Крона», в этом случае цепи стабилизации можно из схемы исключить.

Суть прибора заключается в следующем: все резисторы в схеме установлены постоянные, изменяемым является только лишь сопротивление термодатчика роль которого играет транзистор. При изменении температуры окружающей среды ток через термодатчик будет меняться. Причем меняться ток будет как в сторону увеличения при повышении температуры, так и в сторону уменьшения при уменьшении температуры.Получается что остается только лишь при помощи подбора резисторов измерительного моста и регулировкой подстроечного резистора R1 установить показания стрелки прибора в нулевое положение при 0 градусов С.

При настройке прибора можно воспользоваться следующими рекомендациями- в качестве эталона «нулевой» температуры можно использовать тающий лед из холодильника. Получить температуру в 40… 50 градусов С. также труда не составит- можно просто нагреть духовку до нужной температуры. Таким образом можно установить нулевое положение прибора и максимальное положительное сделав соответствующие отметки на шкале. «Минусовую» отметку можно сделать на таком-же расстоянии как и «плюсовую» потому что шкала измерений будет линейна.

Все детали термометра монтируются на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита, эскиз которой показан на рисунке

Примерный внешний вид устройства показан ни следующем рисунке

Для данного термометра лучше всего подойдет микроамперметр типа М4206 на ток 50 мкА с нулем посередине шкалы. Если вдруг данного прибора в наличие не оказалось, то можно использовать любой другой микроамперметр на указанный ток (желательно с большой измерительной шкалой), но тогда в схему необходимо будет ввести дополнительную кнопку чтобы была возможность контролировать положительные и отрицательные температуры раздельно как показано на рисунке

Ну и под конец: при необходимости прибор можно снабдить несколькими термодатчиками, включив из по следующей схеме

Таким образом мы получим возможность контролировать температуру на нескольких объектах- например дома и на улице.

Конструкция и разновидности терморезисторов

Термисторы с аксиальными выводами

SMD-термисторы

Резистивный элемент терморезистора изготавливают методом порошковой металлургии из оксидов, галогенидов, халькогенидов некоторых металлов, в различном конструктивном исполнении, например в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок, тонких пластинок, и размерами от 1—10 микрометров до нескольких сантиметров.

По типу зависимости сопротивления от температуры различают терморезисторы с отрицательным (NTC-термисторы, от слов «Negative Temperature Coefficient») и положительным (PTC-термисторы, от слов «Positive Temperature Coefficient» или позисторы) температурным коэффициентом сопротивления (или ТКС). Для позисторов — с ростом температуры растёт их сопротивление; для NTC-термисторов увеличение температуры приводит к падению их сопротивления.

Терморезисторы с отрицательным ТКС (NTC-термисторы) изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoOx, NiO и CuO), полупроводников типа AIII BV, стеклообразных, легированных полупроводников (Ge и Si), и других материалов. PTC-термисторы изготовляют из твёрдых растворов на основе BaTiO₃, что даёт положительный ТКС.

Условно терморезисторы классифицируют как низкотемпературные (предназначенные для работы при температуpax ниже 170 К), среднетемпературные (от 170 до 510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Выпускаются терморезисторы, предназначенные для работы при температурах от 900 до 1300 К.

Терморезисторы способны работать в различных климатических условиях и при значительных механических нагрузках. Однако, с течением времени, при жёстких условиях его эксплуатации, например, термоциклировании, происходит изменение его исходных термоэлектрических характеристик, таких как:

номинального (при 25 °C) электрического сопротивления;
температурного коэффициента сопротивления.

Также существуют комбинированные приборы, такие как терморезисторы с косвенным нагревом. В этих приборах в одном корпусе совмещены терморезистор и гальванически развязанный от него нагревательный элемент, задающий температуру терморезистора, и, соответственно, его электросопротивление. Такие приборы могут использоваться в качестве переменного резистора, управляемого напряжением, приложенным к нагревательному элементу такого комбинированного прибора.

Температура рассчитывается по уравнению Стейнхарта — Харта:

1T=A+Bln⁡(R)+Cln⁡(R)3{\displaystyle {1 \over T}=A+B\ln(R)+C^{3}}

где T — температура, К;
R — сопротивление, Ом;
A,B,C — константы термистора, определённые при градуировке в трёх температурных точках, отстоящих друг от друга не менее, чем на 10 °С.

Одним из существенных недостатков «бусинковых» термисторов, как температурных датчиков, является то, что они не взаимозаменяемы и требуют индивидуальной градуировки. Не существует стандартов, регламентирующих их номинальную характеристику сопротивление — температура. «Дисковые» термисторы могут быть взаимозаменяемыми, однако при этом лучшая допускаемая погрешность не менее 0,05 °С в диапазоне от 0 до 70 °С. Типичный 10-килоомный термистор в диапазоне 0—100 °С имеет коэффициенты, близкие к следующим значениям:

A=1,03∗10−3{\displaystyle A=1,03*10^{-3}};
B=2,93∗10−4{\displaystyle B=2,93*10^{-4}};
C=1,57∗10−7{\displaystyle C=1,57*10^{-7}}.

Терморезисторы NTC с инкапсулированным покрытием

Стекловолокно с термистором NTC

Терморезисторы NTC с инкапсулированным покрытием

Типичные области применения

Характеристика сопротивления-температуры

Текущая временная характеристика

Temperature coefficient of reactivity

In nuclear engineering, the temperature coefficient of reactivity is a measure of the change in reactivity (resulting in a change in power), brought about by a change in temperature of the reactor components or the reactor coolant. This may be defined as

Where is reactivity and T is temperature. The relationship shows that is the value of the partial differential of reactivity with respect to temperature and is referred to as the «temperature coefficient of reactivity». As a result, the temperature feedback provided by has an intuitive application to passive nuclear safety. A negative is broadly cited as important for reactor safety, but wide temperature variations across real reactors (as opposed to a theoretical homogeneous reactor) limit the usability of a single metric as a marker of reactor safety.

In water moderated nuclear reactors, the bulk of reactivity changes with respect to temperature are brought about by changes in the temperature of the water. However each element of the core has a specific temperature coefficient of reactivity (e.g. the fuel or cladding). The mechanisms which drive fuel temperature coefficients of reactivity are different than water temperature coefficients. While water expands as temperature increases, causing longer neutron travel times during moderation, fuel material will not expand appreciably. Changes in reactivity in fuel due to temperature stem from a phenomenon known as doppler broadening, where resonance absorption of fast neutrons in fuel filler material prevents those neutrons from thermalizing (slowing down).

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.

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 V_выход, нас интересует сопротивление термистора R_{термистор}. 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.

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

Всё! Теперь можно приступить к сборке!

Конструкция и материалы

Большим преимуществом термисторов является разнообразие форм и миниатюрность. Основные конструктивные типы: бусинковые (0,1-1 мм), дисковые (2,5-18 мм), цилиндрические (3-40 мм), пленочное покрытие (толщина 0,2-1 мм). Выпускаются бусинковые термисторы диаметром до 0,07 мм с выводами толщиной 0,01 мм. Такие миниатюрные датчики позволяют измерять температуру внутри кровеносных сосудов или растительных клеток. Большинство термисторов – керамические полупроводники, изготовленные из гранулированных оксидов и нитридов металлов путем формирования сложной многофазной структуры с последующим спеканием (синтерация) на воздухе при 1100-1300 С.

Сложные двойные и тройные структуры оксидов переходных металлов, такие как (AB)3O4, (ABC)3O4 лежат в основе термисторов. Распространенной формулой является (Ni0.2Mn0.8)3O4. Наиболее стабильными термисторами при температурах ниже 250 С являются термисторы на основе смешанных оксидов мания и никеля или магния, никеля и кобальта, имеющие отрицательный ТКС. Удельная проводимость термистора r (25 C) зависит от химического состава и степени окисления. Дополнительное управление проводимостью осуществляется добавлением очень малых концентраций таких металлов как Li и Na.

Устройство терморезистора.

При изготовлении бусинковых термисторов бусинки наносятся на две параллельные платиновые проволоки при температуре 1100 С, проволоки разрезаются на куски для получения необходимой конфигурации выводов. На бусинки наносится стеклянное покрытие, спекаемое при 300 С, либо бусинки герметизируются внутри миниатюрных стеклянных трубок.

Советуем изучить — Война токов — Тесла против Эдисона

Для получения металлических контактов в дисковых термисторах, на диск наносится металлическое покрытие Pt-Pd-Ag и выводные проводники соединяются с покрытием пайкой или прессованием. Номинальное сопротивление термисторов значительно выше, чем у металлических термометров сопротивления, оно обычно составляет 1, 2, 5, 10, 15 и 30 кОм. Поэтому может применяться двухпроводная схема включения.

Терморезистор

Терморезисторы NTC с инкапсулированным покрытием

Типичные области применения

Характеристика сопротивления-температуры

Текущая временная характеристика

Общий принцип действия

Резюме

Простой электронный термометр на однопереходном транзисторе

Радиосхемы для дома

Популярные термисторы

Конструкция и разновидности терморезисторов

Терморезисторы NTC с инкапсулированным покрытием

Типичные области применения

Характеристика сопротивления-температуры

Текущая временная характеристика

Temperature coefficient of reactivity

Виды и устройство терморезисторов

Измерение сопротивления с помощью Arduino

Конструкция и материалы

Похожие записи: