Термисторная защита электродвигателей и реле термисторной защиты двигателя

Поделись знанием: Материал из Википедии — свободной энциклопедии Перейти к: навигация, поиск

Терморези́стор (термистор) — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры^[1].

Терморезистор был изобретён Самюэлем Рубеном (Samuel Ruben) в 1930 году^[2].

Терморезисторы изготавливаются из материалов с высоким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), который обычно на порядки выше, чем ТКС металлов и металлических сплавов.

Конструкция и разновидности терморезисторов

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 оксидовпереходных металлов (например, MnO, СoOx, NiO и CuO), полупроводников типа A^III B^V, 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 с гальванически изолированным нагревательным элементом, задающего температуру терморезистора, и, соответственно, его сопротивление. Такие приборы могут использоваться в качестве переменного резистора, управляемого напряжением, приложенным к нагревательному элементу такого терморезистора.

Температура рассчитывается при помощи уравнения Стейнхарта — Харта:

{1 over T} = A + B ln(R) + C [ln(R)]^3

Одним из существенных недостатков бусинковых термисторов, как температурных датчиков, является то, что они не взаимозаменяемы и требуют индивидуальной градуировки^[3]. 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 имеет коэффициенты в диапазоне 0-100 °С близкие к следующим значениям: 

a = 1,03 10^-3

b = 2,93 10^-4

c = 1,57 10^-7

Режим работы терморезисторов и их применение

Режим работы терморезисторов зависит от выбранной рабочей точки на вольт-амперной характеристике (или ВАХ) такого прибора. В свою очередь ВАХ зависит от приложенной к прибору температуры и конструктивных особенностей терморезистора.

Терморезисторы с рабочей точкой выставленной на линейном участке ВАХ используются для контроля за изменением температуры и компенсации параметров (электрическое напряжение или электрический ток) электрических цепей, возникших вследствие изменения температуры. Терморезисторы с рабочей точкой выставленной на нисходящем участке ВАХ (с «отрицательным сопротивлением») применяются в качестве пусковых реле, реле времени, в системах измерения и контроля мощности электро­магнит­ного излучения на сверхвысоких частотах (или СВЧ), системах теплового контроля и пожарной сигнализации, в установках регулирования расхода жидких и сыпучих сред.

Наиболее широко используются среднетемпературные терморезисторы (с температурным ТКС от −2,4 до −8,4 %/К), работающие в широком диапазоне сопротивлений (от 1 до 10⁶Ом).

Так же существуют терморезисторы с небольшим положительным температурным коэффициентом сопротивления (или ТКС) (от 0,5 до 0,7 %/К) выполненные на основе кремния, сопротивление которых изменяется по закону близкому к линейному. Такие терморезисторы находят применение в системах охлаждения и температурной стабилизации режимов работы транзисторов в различных радиоэлектронных системах.

См. также

• Цена: US$1.83 (за 50 штук)

Я частенько обращал внимание на «хлопки» в выключателях при включении лампочек (особенно светодиодных). Если в роли драйвера у них конденсаторы, то «хлопки» бывают просто пугающие. Эти терморезисторы помогли решить проблему. Всем ещё со школы известно, что в нашей сети течёт переменный ток. А переменный ток — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению (изменяется по синусоидальному закону). Именно поэтому «хлопки» происходят на каждый раз. Зависит от того, в какой момент вы попали. В момент перехода через ноль хлопка не будет вовсе. Но я так включать не умею:) Чтобы сгладить пусковой ток, но при этом не оказывать влияние на работу схемы, заказал NTC-термисторы. У них есть очень хорошее свойство, с увеличением температуры их сопротивление уменьшается. То есть в начальный момент они ведут себя как обычное сопротивление, уменьшая своё значение с прогревом.В мою задачу входило увеличение срока службы лампочек (не только светодиодных), но и защита от порчи (обгорания) выключателей. Не так давно делал обзор про многооборотное сопротивление. Когда его заказывал, обратил внимание на товар продавца. Там и увидел эти сопротивления. Сразу всё у прода и заказал. Заказал в конце мая. Посылка дошла за 5 недель. С таким треком добиралась.track24.ru/?code=MS04416957XSG Сразу так и не скажешь, что тут 50 штук. Пересчитал, ровно пятьдесят. Когда подбирал терморезисторы под свои задачи, у одного продавца выудил вот такую табличку. Думаю, многим она пригодится. 10D-9 расшифровывается просто: сопротивление (при н.у.) 10 Ом, диаметр 9мм. Ну а я составил свою таблицу на основе тех экспериментов, что провёл. Всё просто. С установки П321, при помощи которой калибрую мультиметры, подавал калиброванный ток. Падение напряжения на терморезисторе снимал обычным мультиметром. Есть особенности: 1. При токе 1,8А появляется запах лакокрасочного покрытия терморезистора. 2. Терморезистор спокойно выдерживает и 3А. 3. Напряжение устанавливается не сразу, а плавно приближается к табличному значению по мере прогрева или остывания. 4. Сопротивление терморезисторов при температуре 24˚С в пределах 10-11 Ом. Красным я выделил тот диапазон, который наиболее применим в моей квартире. Табличку перенёс на график. Самая эффективная работа – на крутом спуске. Изначально предполагал каждый терморезистор вживлять в лампочку. Но поле тестирования полученного товара и снятия характеристик понял, что для них (термисторов) нужна более серьёзная нагрузка. Именно поэтому решил вживить в выключатели, чтобы работали на несколько лампочек сразу. Выводы у резисторов тонковаты, пришлось выходить из ситуации вот таким способом. Специальной обжимки у меня нет, поэтому работал пассатижами. Для одинарного выключателя приготовил одинарный клеммник. Для сдвоенного приготовил другой комплект. С клеммником будет удобнее монтировать. Основное всё сделано. Встало без проблем. Работают уже полгода. После установки на место страшных «хлопков» я больше не слышал. Прошло достаточно времени, чтобы сделать вывод – годятся. И годятся не только для светодиодных лампочек. А вот такой термистор я нашёл непосредственно в схеме светодиодного драйвера (ITead Sonoff LED- WiFi Dimming LED) Больших сопротивлений китайцы не ставят, чтобы не мешать правильной работе схемы. Что ещё хотел сказать в конце. Номинал сопротивления каждый должен подобрать сам в соответствии с решаемыми задачами. Технически грамотному человеку это вовсе не сложно. Когда я заказывал терморезисторы, инфы про них совсем не было. У вас она теперь есть. Смотрите на график зависимости и заказывайте то, что считаете более подходящим под ваши задачи. На этом ВСЁ! Удачи!

Развитие электроники с каждым годом набирает обороты. Но, несмотря на новые изобретения, в электрических схемах надёжно работают устройства, сконструированные ещё в начале XX века. Один из таких приборов — термистор. Форма и назначение этого элемента настолько разнообразны, что быстро отыскать его в схеме удаётся только опытным работникам сферы электротехники. Понять, что такое термистор, можно лишь владея знаниями о строении и свойствах проводников, диэлектриков и полупроводников.

Содержание

Описание прибора

Датчики температуры широко используются в электротехнике. Почти во всех механизмах применяются аналоговые и цифровые микросхемы термометров, термопары, резистивные датчики и термисторы. Приставка в названии прибора говорит о том, что термистор — это такое устройство, которое зависит от влияния температуры. Количество тепла в окружающей среде — главенствующий показатель в его работе. Благодаря нагреванию или охлаждению, меняются параметры элемента, появляется сигнал, доступный для передачи на механизмы контроля или измерения.

Термистор — это прибор электроники, у которого значения температуры и сопротивления связаны обратной пропорциональностью.

Существуют и другое его название — терморезистор. Но это не вполне правильно, так как на самом деле термистор является одним из подвидов терморезистора. Изменение теплоты может влиять на сопротивление резистивного элемента двумя способами: либо увеличивая его, либо уменьшая.

Поэтому термосопротивления по температурному коэффициенту подразделяются на РТС (положительные) и NTC (отрицательные). РТС — резисторы получили название позисторов, а NTC — термисторов.

Отличие РТС и NTC приборов состоит в изменении их свойств при воздействии климатических условий. Сопротивление позисторов прямо пропорционально количеству тепла в окружающей среде. При нагреве NTC — приборов его значение уменьшается.

Таким образом, повышение температуры позистора приведёт к росту его сопротивления, а у термистора — к падению.

Вид терморезистора на электрических принципиальных схемах похож на обыкновенный резистор. Отличительной чертой является прямая под наклоном, которая перечёркивает элемент. Тем самым показывая, что сопротивление не постоянно, а может изменяться в зависимости от увеличения или уменьшения температуры в окружающей среде.

Основное вещество для создания позисторов — титанат бария. Технология изготовления NTC — приборов более сложная из-за смешивания различных веществ: полупроводников с примесями и стеклообразных оксидов переходных металлов.

Классификация термисторов

Габариты и конструкция терморезисторов различны и зависят от области их применения.

Форма термисторов может напоминать:

• плоскую пластину;
• диск;
• стержень;
• шайбу;
• трубку;
• бусинку;
• цилиндр.

Самые маленькие терморезисторы в виде бусинок. Их размеры меньше 1 миллиметра, а характеристики элементов отличаются стабильностью. Недостатком является невозможность взаимной подмены в электрических схемах.

Классификация терморезисторов по числу градусов в Кельвинах:

• сверх высокотемпературные — от 900 до 1300;
• высокотемпературные — от 570 до 899;
• среднетемпературные — от 170 до 510;
• низкотемпературные — до 170.

Максимальный нагрев хоть и допустим для термоэлементов, но сказывается на их работе ухудшением качества и появлением значительной погрешности в показателях.

Технические характеристики и принцип действия

Выбор терморезистора для контролирующего или измерительного механизма проводят по номинальным паспортным или справочным данным. Принцип действия, основные характеристики и параметры термисторов и позисторов похожи. Но некоторые отличия все же существуют.

РТС — элементы оцениваются тремя определяющими показателями: температурной и статической вольт — амперной характеристикой, термическим коэффициентом сопротивления (ТКС).

У термистора список более широкий.

Помимо параметров, аналогичных позистору, показатели следующие:

• номинальное сопротивление;
• коэффициенты рассеяния, энергетической чувствительности и температуры;
• постоянная времени;
• температура и мощность по максимуму.

Из этих показателей основными, которые влияют на выбор и оценивание термистора, являются:

• номинальное сопротивление;
• термический коэффициент сопротивления;
• мощность рассеяния;
• интервал рабочей температуры.

Номинальное сопротивление определяется при конкретной температуре (чаще всего двадцать градусов Цельсия). Его значение у современных терморезисторов колеблется в пределах от нескольких десятков до сотен тысяч ом.

Допустима некоторая погрешность значения номинального сопротивления. Она может составлять не более 20% и должна быть указана в паспортных данных прибора.

ТКС зависит от теплоты. Он устанавливает величину изменения сопротивления при колебании температуры на одно деление. Индекс в его обозначении указывает на количество градусов Цельсия либо Кельвина в момент измерений.

Выделение теплоты на детали появляется из-за протекания по ней тока при включении в электрическую цепь. Мощность рассеяния — величина, при которой резистивный элемент разогревается от 20 градусов Цельсия до максимально допустимой температуры.

Интервал рабочей температуры показывает такое её значение, при котором прибор работает длительное время без погрешностей и повреждений.

Принцип действия термосопротивлений основан на изменении их сопротивления под влиянием теплоты.

Происходит это по нескольким причинам:

• из-за фазового превращения;
• ионы с непостоянной валентностью более энергично обмениваются электронами;
• сосредоточенность заряженных частиц в полупроводнике распределяется другим образом.

Термисторы используются в сложных устройствах, которые применяются в промышленности, сельском хозяйстве, схемах электроники автомобилей. А также встречаются в приборах, которые окружают человека в быту — стиральных, посудомоечных машинах, холодильниках и другом оборудовании с контролем температуры.

СОДЕРЖАНИЕ

Терморезистор (термометр сопротивления, thermistor) – элемент, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры.

Важное замечание: существуют еще так называемые термометры сопротивления – датчики температуры, выполнены из металла (медь или платина), изменяющие свое сопротивление при изменении температуры. В отличие от терморезисторов у них линейная характеристика. В данном материалы они не рассматриваются.

Условно графическое обозначение (УГО)

Внешний вид терморезисторов определяется согласно ГОСТ 2.728-74 “ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы”. Размеры прямоугольника такие же как и у постоянного резистора.

Классификация

По характеру изменения сопротивления при изменении температуры терморезисторы делятся на две группы:

• Термистор (Thermistor NTC), терморезистор с отрицательным ТКС – сопротивление уменьшается при нагреве;
• Позистор (Thermistor PTC), терморезистор с положительным ТКС – сопротивление увеличивается при нагреве.

По способу подогрева терморезисторы делятся на две группы:

• прямого подогрева – сопротивление которого изменяется при прохождении непосредственно через ЧЭ;
• косвенного подогрева – сопротивление изменяется при прохождении тока через специальный подогреватель, расположенный в непосредственной близости от ЧЭ.

Принципиальное отличие терморезистора косвенного подогрева от прямого – гальваническая изоляция цепи нагрева от измерительной цепи.

Конструкция и принцип действия

Принцип действия терморезисторов основан на изменении сопротивления в зависимости от температуры.

Для создания темрорезисторов применяются полупроводниковые материалы с высокой зависимостью сопротивления от температуры.

Термисторы в основном выполняют из смеси окислов переходных металлов, способных изменять в соединениях свою валентность. Для термисторов применяются оксиды металлов:

• оксид кобальта (Co₃O₄)
• оксид никеля (NiO);
• оксид магния (MgO);
• диоксид титана (TiO₂),
• оксид марганца (Mn₃O₄);
• оксид меди (CuO);
• оксид ванадия (V₂O₅);
• оксид железа (Fe₂O₃).

Например, советские терморезисторы ММТ-1, ММТ-4 созданы на основе окислов CuO – Mn₃O₄.

Для позисторов применяются оксиды бария и стронция. Например, советсвие позисторы СТ6 созданы на основе титаната бария (BaTiO₃).

Электрические свойства терморезисторов определяются множеством параметров: соотношение исходных материалов, структура материала, расположение и валентность катионов в кристаллической решетке и других. Производство терморезисторов происходит в следующей последовательности:

• смесь окислов металлов смешивают и прессуют для придания формы (диска, цилиндра и т.д.);
• заготовки подвергают обжигу в печи (время нахождения в печи – несколько часов при температуре около 1400 °C);
• прикрепляют контактные выводы к заготовкам;
• термочувствительный элемент терморезисторов покрывают лаком или помещают в герметичную оболочку.

У терморезисторов зависимость выходного сопротивления от температуры нелинейная. Реальный график зависимости сопротивления от температуры показан на рисунке.

Для применения терморезисторов производители приводят таблицу значений «отношение сопротивлений – температура». Под отношением сопротивлений принимается отношение текущего сопротивления к номинальному (при температуре 25 °С), так как номенклатура номинальных сопротивлений большая и не стандартизирована.

Для термисторов производители так же приводят коэффициенты для уравнения Стейнхарта — Харта (Steinhart-Hart):

, где:R- сопротивление при текущей температуре T;T- текущая температура, К;A, B, C, D- коэффициенты.

В формуле используется четыре коэффициента A, B, C, D. Обычно в расчетах коэффициент C равен нулю и производители указывают только три коэффициента.

Практически можно пользоваться упрощенной формулой:

Rt=A exp(B/T)

Вольт амперная характеристика (ВАХ) термистора и позистора показана на рисунке. Вид ВАХ зависит от многих параметров, таких как: материал резистора, конструкции, габаритов, температуры и т.д. Нелинейность ВАХ объясняется нагревом терморезистора за счет проходящего через него тока.

Основные параметры терморезисторов

Номинальное сопротивление – сопротивление терморезистора при температуре 25 °C (редко при 20 °C). В отличие от постоянных резисторов номинальное значения не берется из стандартизованного ряда.

Точность (tolerance) – допустимое отклонение он номинального сопротивления при температуре 25 °C.Допустимое отклонение современных терморезисторов составляет ±1%…±20 % (типовые значения ±10 % и ±20 %).

Максимальная мощность рассеяния – максимальная мощность, которую может непрерывно рассеивать терморезистор без изменения эксплуатационных характеристик. Единица измерения – Вт.

Коэффициент рассеяния (Dissipation factor) – мощность, рассеиваемая на терморезисторе, при которой температура элемента повышается на 1 °C по отношению к температуре окружающей среды. Единица измерения – мВт/К.

Постоянная времени τ (Thermal time constant) – время, за которое собственная температура терморезистора изменится на 63,2% от разницы между начальной и конечной температурой при скачкообразном измерении температуры (например, при переносе терморезистора в помещение с другой температурой). Единица измерения с.

Коэффициенты A, B, C, D – коэффициенты зависимости сопротивления от температуры (более подробно про зависимость указано ранее).

Маркировка терморезисторов

Стандартов на маркировку терморезисторов не существует. Каждый производитель самостоятельно определяет каким образом маркировать терморезисторы.

Серии терморезисторов

Отечественной промышленностью выпускались следующие серии терморезисторов прямого подогрева.

• СТ1 – термисторы медно-марганцевые (ранее – ММТ);
• СТ2 – термисторы кобальто-марганцевые (ранее – КМТ);
• СТ3 – термисторы медно-кобальто-марганцевые;
• СТ4 – термисторы никель-кобальто-марганцевые;
• СТ5 – позисторы на основе титана бария, легированного германием;
• СТ6 – позисторы на основе титаната бария (BaTiO₃);
• СТ8 – термисторы на основе полутораокиси ванадия и ряда поликрсталлических твердых растворов в системах V₂O₃-Me₂O₃ (Me=Ti; Al, Cr);
• СТ9 – термисторы на основе двуокиси ванадия VO₂;
• СТ10 – Позисторы на основе системы (Ba, Sr)TiO₃;
• СТ11 – Позисторы на основе системы (Ba, Sr)(Ti, Sn)O₃ легированной цернем.

Типоразмеры терморезисторов

Терморезисторы выпускаются различного исполнения:

• цилиндрические и дисковые с выводами для установки в отверстия платы;
• поверхностного монтажа на плату(типоразмера SMD, MILF);
• резьбового крепления;
• дисковые.

Применение терморезисторов

Назначение терморезисторов в схемах можно условно поделить на два типа: измерение температуры и использование в качестве нелинейного элемента.

Благодаря малым размерам и низкой стоимости терморезисторы применяются повсеместно в сложных устройствах для контроля температуры: мобильные телефоны, компьютерная техника и т.д.

Широкое применение позисторы нашли в промышленности для защиты асинхронных электродвигателей от перегрева обмоток. В аварийных режимах работы (недостаточное охлаждение, заклинивание ротора и прочие) обмотка может сильно нагреваться, в результате чего происходит разрушение изоляционного слоя обмотки с последующим замыканием обмотки.

Для защиты от перегорания в каждую обмотку укладывают позистор. Позисторы соединяют последовательно между собой.

Для измерения температуры и отключения электродвигателя применяют специализированные приборы термисторные реле. Принцип действия этих реле основан на постоянном измерении сопротивления позисторов. При превышении заданного порога контакты реле переключаются и отключают электродвигатель. На рисунке показано подключение электродвигателя: силовые выводы U, V, W; вывод термосопротивления: T1, T2.

Большое распространение термисторы нашли во входной цепи импульсных блоков питания. При включении блока питания в сеть начинается заряд конденсаторов. В этот момент может протекать значительный ток на входе. Для ограничения тока во входную цепь устанавливают термистор TR1. При прохождении тока термистор постепенно нагревается, его сопротивление падает и соответственно снижается потеря напряжения на нем.

Для мощных устройств (например, 2 кВт) параллельно термистору устанавливают контакт реле. После запуска на катушку реле поступает питание и его контакты шунтируют термистор для снижения потерь при работе устройства.

Позисторы применяются в телевизорах с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). Со временем кинескоп начинает намагничиваться, из-за этого на экране кинескопа появляются цветные пятна. Для размагничивания кинескопа сзади него проложена петля размагничивания. Петля включается в цепь питания телевизора после позистора. По мере нагрева позистора его сопротивление увеличивается и ток по петле уменьшается до приемлемых значений. Для поддержания позистора в нагретом состоянии применяют сдвоенные позисторы в одном корпусе. Позистор, включенный последовательно с петлей снижает ток после размагничивания, позистор включенный параллельно петле поддерживает нагрев, когда телевизор работает. Стоит отметить особенность данной схемы: размагничивание происходит только в момент включения телевизора кнопкой на телевизоре. Если все время выключатель телевизор с пульта, то размагничивание происходить не будет.

Позисторы применяются в цепи запуска бытовых компрессоров холодильников. В момент пуска необходимо подать питание на рабочую и пусковую обмотку. После запуска компрессора питание с пусковой обмотки нужно снять. Для этого пусковую обмотку подключают через позистор к рабочей. После подачи питания ток проходит к рабочей и пусковой обмотке, по мере работы компрессора позистор нагревается и его сопротивление повышается, снижая ток через пусковую обмотку. Для таких схем применяются дисковые позисторы, которые имеют большой максимальный ток.

Термисторы – это по сути термометры сопротивления, выполненные на основе смешанных оксидов переходных металлов. Два основные типа термисторов – NTC (с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления) и PTC ( с положительным коэффициентом). Наиболее распространенный тип – NTC. РТС термисторы используются только в очень узких диапазонах температур, в несколько градусов, в основном в системах сигнализации и контроля. 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 (Ni_0.2Mn_0.8)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. 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. 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. Зависимость сопротивления термистора от температуры Сопротивление идеальных полупроводников (количество дырок и носителей заряда одинаково) в зависимости от температуры может быть представлено следующей формулой R(T) = A exp(b/T) где A, b – постоянные, зависящие от свойств материала и геометрических размеров. Однако, сложная композиция и неидеальное распределение зарядов в термисторном полупроводнике не позволяет напрямую использовать теоретическую зависимость и требует эмпирического подхода. Для NTC термисторов используется аппроксимационная зависимость Стейнхарта и Харта 1/T = a+b(lnR)+c(lnR)³ где T – температура в К; R – сопротивление в Ом; a,b,c – константы термистора, определенные при градуировке в трех температурных точках, отстоящих друг от друга не менее, чем на 10 °С. Типичный 10 кОм-ый термистор имеет коэффициенты в диапазоне 0-100 °С близкие к следующим значениям: a = 1,03 10^-3 b = 2,93 10^-4 c = 1,57 10^-7 Дисковые термисторы могут быть взаимозаменяемыми, т.е. все датчики определенного типа будут иметь одну и ту же характеристику в пределах установленного производителем допуска. Лучший возможный допуск, как правило, ±0,05 °С в диапазоне от 0 до 70 °С. Бусинковые термисторы не взаимозаменяемы и требуют индивидуальной градуировки. Градуировка термисторов может осуществляться в жидкостных термостатах. Необходимо герметизировать термисторы, погрузив их в стеклянные пробирки. Обычно для градуировки и вычисления констант проводится сличение термистора с образцовым платиновым термометром. В диапазоне от 0 до 100 °С сличение проводится в точках с интервалом 20 °С. Погрешность интерполяции обычно не превышает 1 –5 мК при использовании модифицированного уравнения Стейнхарта и Харта: 1/T = a+b(lnR)+c(lnR)² + d(lnR)³ Могут также использоваться реперные точки: тройная точка воды (0,01 °С), точка плавления галлия (29,7646 °С), точки фазовых переходов эвтектик и органических материалов. Для градуировки нескольких термисторов они могут быть соединены последовательно, так чтобы через них проходил одинаковый ток. При градуировке и использовании термисторов важно учитывать эффект нагрева измерительным током. Для 10 кОм – ого термистора рекомендуется выбирать токи от 10 мкА (погрешность 0,1 мК), до 100 мкА (погрешность 10 мК). 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. Для получения стабильного состояния термисторы подвергают старению (до 500-700 дней). Как правило, во время старения наблюдается рост сопротивления. При длительном использовании термисторов, они уходят за пределы допуска, в большинстве случаев, термисторный термометр показывает температуру несколько ниже, чем значение, определенное по номинальной характеристике. Исследования показывают, что бусинковые термисторы могут проявлять очень высокую стабильность (дрейф до 3 мК за 100 дней при 60 °С). 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.

Thermistor Thermometry 

Прочитайте на нашем сайте также о других типах датчиков температуры:

Термометры сопротивленияТермопарыРадиационные термометры (пирометры)Волоконно-оптические датчики температурыКварцевые датчики температурыИнтегральные датчики температуры (IC temperature sensors)