Термистор: подробно простым языком
Термистор — это чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала. Он ведет себя как резистор, чувствительный к изменениям температуры. Термин «термистор» — это сокращение от термочувствительного резистора. Полупроводниковый материал — это материал, который проводит электрический ток лучше, чем диэлектрик, но не так хорошо, как проводник.
Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.
Принцип работы термистора
Подобно термометрам сопротивления термисторы используют изменения величины сопротивления в качестве основы измерений. Однако сопротивление термистора обратно пропорционально изменениям температуры, а не прямо пропорционально. По мере увеличения температуры вокруг термистора, его сопротивление понижается, а по мере понижения температуры его сопротивление увеличивается.
Хотя термисторы выдают такие же точные показания, как и термометры сопротивления, однако, термисторы чаще конструируются для измерений в более узком диапазоне. Например, диапазон измерений термометра сопротивления может быть в пределах от -32°F до 600°F, а термистор будет измерять от -10°F до 200°F. Диапазон измерений для конкретного термистора зависит от размера и типа полупроводникового материала, который в нем используется.
Как термометры, термисторы реагируют на изменения температуры пропорциональным изменением сопротивления, они оба часто используются в мостовых схемах.
В данной цепи изменение температуры и обратно пропорциональная зависимость между температурой и сопротивлением термистора будет определять направление протекания тока. Иначе цепь будет функционировать таким же образом как в случае с термометром сопротивления. По мере изменения температуры термистора, изменяется его сопротивление и мост становится неуравновешенным. Теперь через прибор будет протекать ток, который можно будет измерить. Измеряемый ток можно преобразовать в единицы измерения температуры с помощью переводной таблицы, или откалибровав соответствующим образом шкалу.
Читайте также
Пирометр это продвинутый прибор для определения температуры любого объекта на основе инфракрасного датчика, который считывает невидимое инфракрасное излучение
Термопары наиболее распространенное устройство для измерения температуры
Ртутный термометр технический это прибор для измерения температуры, в котором в качестве жидкости используется ртуть, единственный жидкий метал
Биметаллический термометр это прибор для измерения температуры, принцип работы которого основан на расширении и сжатии твердых тел
Термистор чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала
ТЕРМОРЕЗИСТОР
— полупроводниковый резистор, электрич. сопротивление к-рого изменяется в зависимости от изменения темп-ры. Для Т. характерны большой температурный коэф. сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий ТКС металлов), простота устройства, способность работать в разл. климатич. условиях при значит. механич. нагрузках, стабильность характеристик во времени. Т. изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преим. методами порошковой металлургии; их размеры могут варьировать в пределах от 1 -10 мкм до 1-2 см. Осн. параметры Т.: номинальное сопротивление, ТКС, интервал рабочих темп-р, максимально допустимая мощность рассеяния.
Вольт-амперная характеристика терморезистора с отри цательным температурным коэффициентом сопротивления (сопротивление 830 кОм при 293 К) при различной темпе ратуре окружающей среды (на воздухе без принудительного обдува терморезистора): 1— при 293 К; 2 -при 313 К; 3- при 333 К; 4- при 353 К; 5-при 373 К; 6- при 393 К.
Различают Т. с отрицательным и положительным ТКС. Т. с отрицательным ТКС изготовляют из смеси поли-кристаллич. оксидов переходных металлов (напр., МnО, СоО, NiO, CuO), легированных Ge и Si, полупроводников типа A III B V , стеклообразных полупроводников и др. материалов (см. также Полупроводниковые материалы). Различают Т.низкотемпературные (рассчитанные на работу при темп-pax ниже 170 К), среднетемпературные (170- 510 К) и высокотемпературные (св. 570 К). Кроме того, существуют Т., предназначенные для работы при 4,2 К и ниже и при 900-1300 К. Наиб. широко используются среднетемпературные Т. с ТКС от -2,4 до -8,4% К -1 и с номинальным сопротивлением 1 -10 6 Ом.
Режим работы Т. зависит от того, на каком участке статистической вольт-амперной характеристики (ВАX) выбрана рабочая точка (рис.). В свою очередь ВАX зависит как от конструкции, размеров и осн. параметров Т., так и от темп-ры, теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между Т. и средой. Т. с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАX используются для измерения и контроля темп-ры и компенсации температурных изменений параметров электрич. цепей и электронных приборов. Т. с рабочей точкой на нисходящем участке ВAX (с отрицат. сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности эл.-магн. излучения на СВЧ, стабилизаторов темп-ры, напряжения и др. Режим работы Т., при к-ром рабочая точка находится также на ниспадающем участке BAX (при этом используется зависимость сопротивления T. от темп-ры и теплопроводности окружающей среды), характерен для Т., применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких T. основано на возникновении релейного эффекта в цепи с T. при изменении темп-ры окружающей среды или условий теплообмена T. со средой. Изготовляются также T. спец. конструкции — с косвенным подогревом. В таких T. имеется подогревная обмотка, изолированная от полупроводникового резистивного элемента (если при этом мощность, выделяющаяся в резистивном элементе, мала, то тепловой режим T. определяется темп-рой подогревателя, т. е. током в нём). T. о. появляется возможность изменять состояние Т., не меняя ток через него. Такой T. используется в качестве перем. резистора, управляемого электрически на расстоянии.
Из T. с положительным TKC наиб. интерес представляют Т., изготовленные из твёрдых растворов на основе BaTiO3. Такие Т. обычно наз. позисторами. Известны T. с небольшим положительным TKC (0,5-0,7% К -1 ), выполненные на основе Si с электронной проводимостью; их сопротивление изменяется с темп-рой примерно по линейному закону. Такие T. используются, напр., для температурной стабилизации электронных устройств на транзисторах.
Лит.: Шефтель И. Т., Терморезисторы, M., 1973; Кривоносов А. И., Кауфман В. Я., Статистические характеристики поликристаллических терморезисторов, M., 1976; Мэклин Э. Д., Терморезисторы, пер. с англ., M., 1983. И. T. Шефтель.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .
Терморезисторы
Здесь приведены характеристики малогабаритных терморезисторов которые могут применяться в устройствах контроля температуры ПК и разрабатываемых Вами конструкциях.
Терморезисторы или термисторы (ТР) — полупроводниковые резисторы с нелинейной Вольт Амперной Характеристикой (ВАХ), которые имеют явно выраженную зависимость электро сопротивления от температуры. Производятся терморезисторы с отрицательным и положительным Температурным Коэффициентом Сопротивления (ТКС).
Номинальное сопротивление R н — электрическое сопротивление, значение которого обозначено на корпусе или указано в нормативной документации, измеренное при определенной температуре окружающей среды (обычно 20 º С). Значения устанавливаются по ряду Е6 либо Е12.
Температурный коэффициент сопротивления ТКС — характеризует, как и обычно, изменение (обратимое) сопротивления на один градус Кельвина или Цельсия.
Максимально допустимая мощность рассеяния P max — наибольшая мощность, которую длительное время может рассеивать ТР, не вызывая необратимых изменений характеристик. При этом его температура не должна превышать максимальную рабочую температуру.
Коэффициент температурной чувствительности В — определяет характер температурной зависимости данного типа ТР. Известен как постоянная В, зависящая от физических свойств полупроводникового материала, из которого выполнен термочувствительный элемент.
Постоянная времени t — характеризует тепловую инерционность.
Она равна времени, в течении которого сопротивление ТР изменяется на 63% при перенесении его из воздушной среды температурой 0 º С в воздушную среду с температурой 100 º С.
Терморезисторы с отрицательным ТКС
| Тип | Диапазон номинальных сопротивлений при 20 º С, кОм |
Допуск % | Максимальная мощность 20 º С, мВт |
Диапазон рабочих температур, º С |
ТКС при 20 º С, %/ º С |
Постоянная В, К |
Постоянная времени t , сек |
Вид и область применения |
| КМТ-1 | 22 -:- 1000 | ±20 | 1000 | -60-:-180 | 4,2-:-8,4 | 3600 -:-7200 | 85 | С, Измерения Т |
| КМТ-4 | 22-:-1000 | ±20 | 650 | -60 -:- 125 | 4,2-:-8,4 | 3600 -:-7200 | 115 | С, Измерения Т |
| КМТ-8 | 0,1-:-10 | ± 10,±20 | 600 | -60-:-+70 | 4,2-:-8,4 | 3600-:-7200 | 909 | Термо компенсация |
| КМТ-10 | 100-:-3300 | ± 20 | 250 в теч. 2сек | 0-:-125 | > 4,2 | > 3600 | 75 | C, Контроль Т |
| KMT-11 | 100 -:-3300 | ± 20 | 250 в теч. 2сек | 0-:-125 | > 4,2 | > 3600 | 10 | C, Контроль Т |
| КМТ-12 | 100Ом-:-10 | ± 30 | 700 | -60 -:-125 | 4,2 -:-8,4 | 3600-:-7200 | — | Д, Изм — Т Комп. |
| КМЕ-14 | 510,680, 910 Ом 160, 200, 330 КОм 4,3, 75 МОм при 150°С |
± 20 | 100 | -10-:-300 | 2,1-:-2,5 3,4-:-4,2 3,5-:-4,3 |
3690-:-4510 6120-:-7480 6300-:-7700 |
10-:-60 | Б, Измерения Т |
| КМТ-17в | 0,33-:-22 | ± 10,±20 | 300 | -60-:-155 | 4,2-:-7 | 3600-:-6000 | 30 | Д, Измерение Т |
| ММТ-1 | 12 — :- 220 | ±20 | 500 | -60 -:- 125 | 2,4 -:- 5 | 2060 -:- 4300 | 85 | С, Измерения Т |
| ММТ-4 | 1-:-220 | ±20 | 560 | -60 -:- 125 | 2,4 -:- 5 | 2060 -:- 4300 | 115 | С, Измерения Т |
| ММТ-6 | 10-:-100 | ± 20 | 50 | -60 -:- 125 | 2,4-:-5 | 2060-:-4300 | 35 | С, Измерение Т |
| ММТ-8 | 1 Ом -:- 1 | ± 10,±20 | 600 | -60 -:- 70 | 2,4 -:- 4 | 2060-:-3430 | 900 | Термо компенсация |
| ММТ-9 | 10 Ом -:-4,7 | ± 10,±20 | 900 | -60 -:- 125 | 2,4-:-5 | 2060-:-4300 | — | Д |
| ММТ-12 | 0,0047 — 1 | ± 30 | 700 | -60 -:- 125 | 2,4-:-4 | 2060-3430 | — | Д, Термо компенсация |
| ММТ-15 | 750Ом-:-1,21 | — | — | -60 -:- 125 | 2,6-:-4 | 2230-:-3430 | Д | |
| ММЕ-13 | 0,01 — 2,2 | ± 20 | 600 | -60 -:- 125 | 2,4-:-5 | 2060-4300 | — | Д, Термо компенсация |
| ПТ-1 | 400 Ом-:-900 Ом | — | — | -60 -:- 150 | 4,1-:-5,1 | 3500-:-4400 | — | Д, Измерение Т |
| ПТ-2 | 80 Ом-:- 400 Ом | ± 20 | — | -60 -:- 150 | 4,4-:-4,8 | 3800-:-4100 | — | Д, Измерение Т |
| ПТ-3 | 400 Ом-:- 900 Ом | ± 20 | — | -60 -:- 150 | 4,3-:-4,8 | 3700-:-4700 | — | Д, Измерение Т |
| ПТ-4 | 0,6-:-0,8 | — | — | -60-:-150 | 4,1-:4,9 | 3500-:-4200 | — | Д, Измерение Т |
| СТ3-14 | 1,5; 2,2 | ±20 | 30 | -60-:-125 | 3,2-:-4,2 | 2600-:-3600 | 4 | Б, Измерение Т |
| МКМТ-16 | 2,7; 5,1 | ± 30 | 40 | -60-:-125 | 3,8-:-4,2 | 3250-:-3600 | 10 | Б, Измерение Т |
| СТ1-18 | 1,5; 2,2; 22; 33; 1500; 2200 при 150 º С | ±20 | 45 | -60-:-300 | 2,25-:-5 при 150 º С |
4050-:-9000 | 1 | Б, Измерение Т |
| СТ3-1 | 0,68 -:- 2,2 | ± 10, ±20 | 600 | -60 -:- 125 | 3,35 -:- 3,95 | 2870-:-3395 | 85 | С, Измерения Т |
| СТ3-14 | 1,5; 2,2 | ±20 | 30 | -60 -:- 125 | 3,2-:-4,2 | 2600-:-3600 | 4 | Б, Измерение Т |
| СТ3-17 | 33Ом-:-330 Ом | ± 10, ±20 | 300 | -60 -:- 100 | 3-:-4,5 | 2580-:-3850 | 30 | Д, Изм — Т Комп. |
| СТ3-18 | 0,68-:-3,3 | ±20 | 15 | -90-:-125 | 2,6-:-4,1 | 2250-:-3250 | 1 | Б, Измерение Т |
| СТ3-3 | 6,8; 8,2 | ± 10 | 150 | -90-:-125 | 2,8 -:- 3,2 | 1200 -:- 2400 | 35 | С, Измерения Т |
| СТ1-2 | 82, 91,100, 110 ом | ± 5 | 700 | -60-:-+85 | 4,4-:-4,9 | 3800-:-4200 | 60-:-100 | Д, Измерение Т |
| СТ1-17 | 330Ом-:-22 | ± 10, ±20 | 300 | -60-:-155 | 4,2-:-7 | 3600-:-6000 | 30 | Д, Изм — Т Комп. |
| СТ1-19 | 3,3-:-10 | ±20 | 60 | -60-:-300 | 2,35-:-4 при 150 º С |
4230-:-7200 | 3 | Б, Измерение Т |
| СТ1-30 | 33 | — | < 120 ма ток подогрева | -60-:-85 | 4,2-:-5,1 | 3600-:-4400 | 6-:-12 | Измерение скоростей газов и жидкостей |
| СТ3-19 | 2,2; 10; 15 | ± 20 | 45 | -90-:-125 | 3,4-:-4,5 | 2900-:-3850 | 3 | Б, Измерение Т |
| СТ3-22 | 1 при 25°С | ± 30 | 8 | -60-:-85 | 3,1-:-4,2 | 2700-:-3700 | 15 | Б, Измерение Т |
| СТ3-23 | 2,2 Ом-:-4,7 Ом | ± 10, ±20 | — | 0-:-125 | 3,1-:-3,8 | 2600-:-3200 | — | Д, Термо компенсация |
| СТ3-25 | 1,5-:-6,8 | ± 20 | 8 | -100-:-125 | 3,05-:-4,3 | 2500-:-3700 | 0,4 | Б, Измерение Т |
| СТ3-28 | 150Ом-:-3,3 | ± 20 | — | -60 -:- 125 | 3-:-4,6 | 2580-:-3970 | — | Д, Термо компенсация |
| СТ4-2 | 2,1-:-3,0 | — | — | -60 -:- 125 | 4,2-:-4,8 | 3170-:-4120 | — | Д, Изм.Т, авто-трактон двигателей |
| CT4-15 | 880 Ом -1,12 | — | — | -60 -:- 125 | 3,4 -:-3,8 | 2350- 3250 | — | Д, Изм.Т, авто-трактон двигателей |
| СТ4-16 | 10-:-27 | ± 5; ± 10 | 150 | -60-:-155 | 3,45-:-4,45 | 2720-:-3960 | 30 | Б, Измерение Т |
| СТ4-16А | 6,8; 10; 15 | ± 1; ± 2; ± 5 | 180 | -60-:-+200 | 4,05-:-4,45 | 3250-:-4100 | Б, Измерение Т | |
| СТ4-17 | 1,5-:-2,2 | ± 10 | 500 | -80-:-+100 | 3,8-:-4,2 | 3260-:-3600 | 30 | Д, Измерение Т |
| СТ9-1А | 0,15-:-450 | — | 800 | -60-:-+100 | — | 1600-:-2000 | 110 | С, Термостаты |
| ТР-1 | 15; 33 | ± 10; ± 20 | 20; 50 | -60-:-+155 | 3,8-:-4,4 | 3200-:-3900 | 5-:-10 | Б, Измерение Т |
| ТР-2 | 15; 33 | ± 10; ± 20 | 20; 50 | -60-:-+155 | 3,8-:-4,4 | 3200-:-3900 | 5-:-10 | Б, Измерение Т |
| ТР-3 | 1,2; 12 | ± 10 | 1000 | -60 -:- 125 | 3,9-:-4,8 | 3470-:-4270 | — | Д, Датчик рег. Т |
| ТР-4 | 1 | ± 20 | 70 | -60-:-+200 | 1,8-:-2,2 | 1500-:-1960 | 3 | Б, Измерение Т |
ТР имеют разную конструкцию:
| Конструкция | Обозначение | Внешний вид |
| стержневые | С | |
| дисковые | Д | |
| бусинковые | Б |
New!
Терморезисторы на основе монокристаллов полупроводникового алмаза
типа ТРА-1, ТРА-2.
Это новые полупроводниковые приборы имеющие существенные преимущества по сравнению с ранее выпускавшимися терморезисторами.
Использование полупроводниковых монокристаллов алмаза в качестве термо чувствительных элементов (ТЧЭ) имеет существенные преимущества, которые определяются следующими его уникальными свойствами:
- полное отсутствие диффузионных эффектов (работоспособность) до температуры около 1000°С;
- исключительная стойкость к агрессивным средам и радиации;
- абсолютная твердость,
- малая инерционность.
| параметр | при | размерность | величина | Примечание | |
| TPA-1 | TPA-2 | ||||
| Номинальное сопротивление | 25 ° С | кОм | 0,01 — 10000 | Выпускаются по: ДИЛС.434121.001 ТУ, ОЖ0468051ТУ |
|
| Коэффициент температурной чувствительности | -200. +300 ° С | К | 300. 2500 | 600. 6000 | |
| Температурный коэффициент сопротивления | 25 ° C | %/град | -0,2. -2,3 | -0,5. -0,6 | |
| Максимальная рассеиваемая мощность | — | мВт | 500 | ||
| Диапазон рабочих температур | — | С | -200. +330 | ||
| Постоянная времени | — | сек | 1. 5 | ||
| Пиковое ускорение многократного механического удара | — | g | 150 | ||
| Повышенное атмосферное давление | — | Па/кг*см 2 | 297200/3 | ||
| Атмосферные конденсированные осадки | — | иней, роса | |||
| Специальные факторы | — | группа | 4У | ||
Терморезисторы типа ТРА-1 и ТРА-2 могут применяться в следующих электронных устройствах:
- аналоговые и цифровые термометры с пределом измерения от — 60°С до 300°С (причем эксплуатация при максимальных значениях температуры в течение 500 часов не приводила к заметному изменению градуировки);
- термокомпенсированные генераторы частоты;
- терморегуляторы с различной мощностью нагревателей;
- расходомеры жидкости и газа термоанемометрического типа;
- сигнализаторы минимального уровня жидкостей,
- и другие где применяются ТР с отрицательным ТКС.
Стеклянный корпус и массивные по сравнению с алмазным кристаллом (~0,2…0,3 мм) существенно ограничивают максимальную рабочую температуру ТРА ( < 400°С) и тепловую инерционность ( >1 с). При этом использование в качестве выводов медной проволоки диаметром 0,1 мм позволяет уменьшить постоянную времени примерно в 2 раза.
Разрабатываются опытные конструкции алмазных терморезисторов в бескорпусном исполнении, в которых размер кристалла составляет 0,5…0,6 мм, а диаметр серебряных выводов 0,05 — 0,1 мм. Для таких терморезисторов максимальная рабочая температура повышается до 600°С, и одновременно на порядок снижается тепловая инерционность.
ООО «Диамант», 601655, Владимирская обл., г. Александров, ул. Институтская 24, Полянский Е. В.
Терморезисторы прямого подогрева — стабилизаторы напряжения.
| Тип | Ном. напряжение, В |
Диапазон стабилизации, В |
Макс. изменения напряжения, В |
Средний раб. ток, ма |
Рабочая область по току , ма |
Предельный ток (2с), ма |
| ТП 2/0,5 | 2 | 1,6-:-3 | 0,4 | 0,5 | 0,2-:-2 | 4 |
| ТП 2/2 | 2 | 1,6-:-3 | 0,4 | 2 | 0,4-:-6 | 12 |
| ТП 6/2 | 6 | 4,2-:-7,8 | 1,2 | 2 | 0,4-:-6 | 12 |
Терморезисторы с положительным ТКС, позисторы.
| Тип | Диапазон номинальных сопротивлений при 20 º С, кОм |
Макс. мощность, Вт |
Диапазон рабочих температур, º С |
Диапазон температур положит. ТКС, º С |
Макс. ТКС при 20 º С, %/ º С |
Кратность изм. сопротивления в обл. положительного ТКС. |
Постоянная времени, сек |
Назначение |
| СТ5-1 | 0,02-:-0,15 | 0,7 | -20-:-+200 | 100-200 | 20 | 1000 | 20 | ПП сигнализация |
| СТ6-1А | 0,04-:-0,4 | 1,1 | -60-:-+155 | 40-:-155 | 10 | 1000 (при 25-140°С) | 20 | -«- |
| СТ6-1Б | 0,18; 0,27 | 0,8 | -60-:-+125 | 20-:-125 | 15 | 1000 (при 25-100°С) | 20 | -«- |
| СТ6-4Г | 5-:-25 | 0,8 | -60-:-+125 | -20-:-+125 | 2-:-6 | 5-:-15 | 40 | Д, Измерение Т |
| СТ6-6Б | 5-:-25 | 2,5 | -60-:-+125 | 20-:-125 | 15 | 1000 | 180 | — |
| СТ10-1 | 30-:-300 | 0,5 | -60-:-+175 | 100-:-175 | — | — | — | Термокомпенсация |
| СТ5-2-127В | 15-:-35 Ом | 3 | -60-:-+60 | 60-:-150 | 15 | 10000 (при 25-160°С) | — | Системы размагничивания масок кинескопов. |
| СТ5-2-220В | 20-:-50 Ом | 3 | -60-:-+85 | 60-:-150 | 15 | 10000 (при 25-160°С) | — |
Если Вам нужны параметры терморезисторы специального назначения — пишите.
Справочную таблицу в полном виде (формат pdf ) из приведенного ниже справочника можно скачать здесь.
Справочную таблицу «Терморезисторы на основе монокристаллов полупроводникового алмаза» в формате pdf можно скачать отсюда.
1. Справочник разработчика и конструктора РЭА, Элементная база, Книга II , Москва, изд ТОО «Прибор», 2000?
По материалам справочника и др. источникам
подготовил А. Сорокин
2008 г.
Что такое терморезисторы, их конструкция, виды, технические параметры
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.