Odpor jakéhokoli vodiče obecně závisí na teplotě. Odolnost kovů se zvyšuje teplem. Z hlediska fyziky se to vysvětluje zvýšením amplitudy tepelných vibrací prvků krystalové mřížky a zvýšením odporu proti pohybu usměrněného toku elektronů. Odpor elektrolytů a polovodičů se při zahřívání snižuje – to se vysvětluje jinými procesy.
Jak funguje termistor
V mnoha případech je fenomén teplotní závislosti odporu škodlivý. Nízký odpor vlákna žárovky ve studeném stavu tedy způsobuje vyhoření v okamžiku zapnutí. Změna hodnoty odporu pevných rezistorů při ohřevu nebo chlazení vede ke změně parametrů obvodu.
Vývojáři se s tímto jevem potýkají, vyrábí se rezistory se sníženým TCR – teplotním koeficientem odporu. Takové položky jsou dražší než obvykle. Existují však takové elektronické součástky, ve kterých je závislost odporu na teplotě výrazná a normalizovaná. Tyto prvky se nazývají termistory (tepelné odpory) nebo termistory.
Typy a zařízení termistorů
Termistory lze rozdělit do dvou velkých skupin podle jejich reakce na změny teploty:
- pokud odpor při zahřátí klesne, nazývají se takové termistory NTC termistory (se záporným teplotním koeficientem odporu);
- pokud se odpor při zahřátí zvýší, pak má termistor kladnou TCS (PTC charakteristiku) – takové prvky se také nazývají posistory.
Typ termistoru je určen vlastnostmi materiálů, ze kterých jsou termistory vyrobeny. Kovy při zahřívání zvyšují odpor, proto se na jejich základě (přesněji na bázi oxidů kovů) vyrábějí tepelné odpory s kladným TCR. Polovodiče mají inverzní vztah, takže se z nich vyrábějí NTC prvky. Tepelně závislé prvky se záporným TCR lze teoreticky vyrobit na bázi elektrolytů, ale tato možnost je v praxi krajně nepohodlná. Jeho specializací je laboratorní výzkum.
Konstrukce termistorů může být různá. Vyrábějí se ve formě válečků, perliček, podložek atd. se dvěma vodiči (jako běžný rezistor). Můžete si vybrat nejvhodnější formu pro instalaci na pracovišti.
Klíčové vlastnosti
Nejdůležitější charakteristikou každého termistoru je jeho teplotní koeficient odporu (TCR). Ukazuje, jak moc se odpor změní při zahřátí nebo ochlazení o 1 stupeň Kelvina.
Přestože se změna teploty vyjádřená ve stupních Kelvina rovná změně ve stupních Celsia, stále se v charakteristice tepelného odporu používá Kelvin. To je způsobeno rozšířeným používáním Steinhart-Hartovy rovnice ve výpočtech a zahrnuje teplotu v K.
TCR je negativní pro termistory NTC a kladné pro termistory PTC.
Další důležitou charakteristikou je jmenovitý odpor. Toto je hodnota odporu při 25°C. Se znalostí těchto parametrů je snadné určit použitelnost tepelného odporu pro konkrétní obvod.
Pro použití termistorů jsou také důležité charakteristiky jako jmenovité a maximální provozní napětí. První parametr určuje napětí, při kterém může prvek pracovat po dlouhou dobu, a druhý – napětí, nad kterým není zaručen výkon tepelného odporu.
U pozistorů je důležitým parametrem referenční teplota – bod na grafu závislosti odporu na ohřevu, při kterém se charakteristika mění. Definuje pracovní oblast odporu PTC.
Při výběru termistoru je třeba věnovat pozornost jeho teplotnímu rozsahu. Mimo oblast specifikovanou výrobcem není jeho charakteristika standardizována (to může vést k chybám v provozu zařízení) nebo je tam termistor obecně nefunkční.
Podmíněné grafické označení
Na schématech se UGO termistoru může mírně lišit, ale hlavním znakem tepelného odporu je symbol t 0 vedle obdélníku symbolizujícího rezistor. Bez tohoto symbolu nelze určit, na čem závisí odpor – například varistory (odpor je určen přiloženým napětím) a další prvky mají podobné UGO.
Někdy se na UGO používá další označení, které určuje kategorii termistoru:
Tato vlastnost je někdy označena šipkami:
- jednosměrný pro PTC;
- vícesměrný pro NTC.
Písmenné označení může být různé – R, RK, TH atd.
Jak zkontrolovat výkon termistoru
První kontrolou termistoru je změření jmenovitého odporu běžným multimetrem. Pokud se měření provádí při pokojové teplotě, která se příliš neliší od +25 °C, pak by se naměřený odpor neměl výrazně lišit od odporu uvedeného na pouzdru nebo v dokumentaci.
Pokud je okolní teplota vyšší nebo nižší než specifikovaná hodnota, je třeba provést malou korekci.
Můžete zkusit vzít teplotní charakteristiku termistoru – porovnat ji s tou uvedenou v dokumentaci nebo ji obnovit pro prvek neznámého původu.
K dispozici jsou tři teploty, které lze vytvořit s dostatečnou přesností bez měřicích přístrojů:
- tající led (lze vzít v lednici) – asi 0 ° C;
- lidské tělo – asi 36 ° C;
- vroucí voda – asi 100 ° C.
Z těchto bodů lze nakreslit přibližnou závislost odporu na teplotě, ale u pozistorů to nemusí fungovat – na grafu jejich TKS jsou oblasti, kde R není určeno teplotou (pod referenční teplotou). Pokud je k dispozici teploměr, můžete vzít charakteristiku v několika bodech – ponořením termistoru do vody a zahřátím. Každých 15 . 20 stupňů je nutné změřit odpor a vynést hodnotu do grafu. Pokud potřebujete vzít parametry nad 100 stupňů, můžete místo vody použít olej (například automobilový – motor nebo převodovka).
Na obrázku jsou typické závislosti odporu na teplotě – plná čára pro PTC, přerušovaná čára pro NTC.
Kde se uplatňují
Nejzřetelnější použití termistorů je jako teplotní senzory. Pro tento účel jsou vhodné termistory NTC i PTC. Je pouze nutné vybrat prvek podle pracovní oblasti a vzít v úvahu charakteristiku termistoru v měřicím zařízení.
Můžete sestavit tepelné relé – když se odpor (přesněji pokles napětí na něm) porovná s danou hodnotou a když je překročena prahová hodnota, výstup sepne. Takové zařízení může být použito jako termoregulační zařízení nebo požární hlásič. Tvorba teploměrů je založena na jevu nepřímého ohřevu – kdy je termistor ohříván z externího zdroje.
Také v oblasti využití tepelných odporů se používá přímý ohřev – termistor je ohříván proudem, který jím prochází. NTC rezistory lze takto využít k omezení proudu – např. při nabíjení velkých kondenzátorů při zapnutí, dále k omezení startovacího proudu elektromotorů atp. Ve studeném stavu mají tepelně závislé prvky velký odpor. Když je kondenzátor částečně nabitý (nebo motor dosáhne svých jmenovitých otáček), termistor se stihne zahřát protékajícím proudem, jeho odpor klesne a nebude to již ovlivňovat činnost obvodu.
Viz také: Jak funguje čip TL431, spínací schémata, popis charakteristik a test výkonu
Stejně tak můžete prodloužit životnost žárovky tím, že k ní zařadíte termistor. Omezí proud v nejobtížnějším okamžiku – když je napětí zapnuto (v tomto okamžiku většina lamp selhává). Po zahřátí přestane mít vliv na lampu.
Naopak termistory s kladnou charakteristikou se používají k ochraně elektromotorů při provozu. Pokud proud v obvodu vinutí stoupne kvůli zastavenému motoru nebo nadměrnému zatížení hřídele, PTC rezistor se zahřeje a omezí tento proud.
NTC termistory lze také použít jako tepelné kompenzátory pro jiné komponenty. Pokud je tedy NTC termistor instalován paralelně s rezistorem, který nastavuje režim tranzistoru a má kladné TKS, pak změna teploty ovlivní každý prvek opačným způsobem. V důsledku toho je vliv teploty kompenzován a pracovní bod tranzistoru se neposouvá.
Existují kombinovaná zařízení nazývaná termistory s nepřímým ohřevem. V jednom případě takového prvku je umístěn teplotně závislý prvek a ohřívač. Je mezi nimi tepelný kontakt, ale jsou galvanicky oddělené. Změnou proudu ohřívačem lze ovládat odpor.
Termistory s různými charakteristikami jsou široce používány ve strojírenství. Kromě standardních aplikací lze rozšířit jejich náplň práce. Vše je omezeno pouze představivostí a kvalifikací vývojáře.
Typy snímačů teploty: termistory, termočlánky, odporové teploměry, analogové a digitální snímače
