Der Widerstand eines jeden Leiters hängt im Allgemeinen von der Temperatur ab. Der Widerstand von Metallen steigt mit Wärme. Aus physikalischer Sicht erklärt sich dies durch eine Erhöhung der Amplitude der thermischen Schwingungen der Elemente des Kristallgitters und eine Erhöhung des Widerstands gegen die Bewegung eines gerichteten Elektronenflusses. Der Widerstand von Elektrolyten und Halbleitern nimmt beim Erhitzen ab - dies wird durch andere Prozesse erklärt.
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Wie der Thermistor funktioniert
In vielen Fällen ist das Phänomen der Temperaturabhängigkeit des Widerstands schädlich. Der niedrige Widerstand des Glühfadens einer Glühlampe im kalten Zustand führt also zum Durchbrennen im Moment des Einschaltens. Eine Änderung des Widerstandswerts von Festwiderständen während des Heizens oder Kühlens führt zu einer Änderung der Parameter der Schaltung.
Entwickler kämpfen mit diesem Phänomen, Widerstände werden mit einem reduzierten TCR - dem Temperaturkoeffizienten des Widerstands - hergestellt. Solche Artikel sind teurer als üblich. Es gibt jedoch solche elektronischen Komponenten, bei denen die Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur ausgeprägt und normalisiert ist. Diese Elemente werden Thermistoren (thermische Widerstände) oder Thermistoren genannt.
Arten und Geräte von Thermistoren
Thermistoren können entsprechend ihrer Reaktion auf Temperaturänderungen in zwei große Gruppen eingeteilt werden:
- wenn der Widerstand beim Erhitzen abfällt, werden solche Thermistoren genannt NTC-Thermistoren (mit negativem Temperaturkoeffizienten des Widerstands);
- Wenn der Widerstand beim Erhitzen zunimmt, hat der Thermistor einen positiven TCR (PTC-Charakteristik) - solche Elemente werden auch genannt Positoren.
Die Art des Thermistors wird durch die Eigenschaften der Materialien bestimmt, aus denen die Thermistoren bestehen. Beim Erhitzen erhöhen Metalle den Widerstand, daher werden auf ihrer Basis (genauer auf der Basis von Metalloxiden) thermische Widerstände mit einem positiven TCR erzeugt. Halbleiter haben eine umgekehrte Beziehung, daher werden NTC-Elemente aus ihnen hergestellt. Thermisch abhängige Elemente mit negativem TCR können theoretisch auf der Basis von Elektrolyten hergestellt werden, aber diese Option ist in der Praxis äußerst umständlich. Seine Nische ist die Laborforschung.
Das Design von Thermistoren kann unterschiedlich sein. Sie werden in Form von Zylindern, Perlen, Unterlegscheiben usw. hergestellt. mit zwei Ausgängen (z herkömmlicher Widerstand). Sie können die bequemste Form für die Installation am Arbeitsplatz wählen.
Hauptmerkmale
Die wichtigste Eigenschaft eines Thermistors ist sein Temperaturkoeffizient des Widerstands (TCR).Sie zeigt an, wie stark sich der Widerstand bei Erwärmung oder Abkühlung um 1 Grad Kelvin ändert.
Obwohl die Temperaturänderung, ausgedrückt in Grad Kelvin, gleich der Änderung in Grad Celsius ist, wird Kelvin immer noch in den Eigenschaften des Wärmewiderstands verwendet. Dies ist auf die weit verbreitete Verwendung der Steinhart-Hart-Gleichung in Berechnungen zurückzuführen, die die Temperatur in K enthält.
TCR ist negativ für NTC-Thermistoren und positiv für PTC-Thermistoren.
Ein weiteres wichtiges Merkmal ist der Nennwiderstand. Dies ist der Widerstandswert bei 25°C. Wenn Sie diese Parameter kennen, ist es einfach, die Anwendbarkeit des Wärmewiderstands für eine bestimmte Schaltung zu bestimmen.
Auch für den Einsatz von Thermistoren sind Eigenschaften wie Nenn- und maximale Betriebsspannung wichtig. Der erste Parameter bestimmt die Spannung, bei der das Element lange arbeiten kann, und der zweite - die Spannung, über der die Leistung des Wärmewiderstands nicht garantiert ist.
Ein wichtiger Parameter für Posistoren ist die Referenztemperatur - der Punkt in der Grafik der Abhängigkeit des Widerstands von der Erwärmung, an dem sich die Charakteristik ändert. Er definiert den Arbeitsbereich des PTC-Widerstands.
Bei der Auswahl eines Thermistors müssen Sie auf seinen Temperaturbereich achten. Außerhalb des vom Hersteller angegebenen Bereichs ist seine Kennlinie nicht genormt (dies kann zu Fehlern im Betrieb des Geräts führen) oder der Thermistor ist dort generell funktionsunfähig.
Bedingte grafische Bezeichnung
In den Diagrammen kann der UGO des Thermistors geringfügig abweichen, aber das Hauptzeichen des Wärmewiderstands ist das Symbol t neben dem Rechteck, das den Widerstand symbolisiert.Ohne dieses Symbol ist es unmöglich festzustellen, wovon der Widerstand abhängt - ähnliche UGOs haben beispielsweise Varistoren (Widerstand wird durch die angelegte Spannung bestimmt) und andere Elemente.
Manchmal wird dem UGO eine zusätzliche Bezeichnung zugewiesen, die die Kategorie des Thermistors bestimmt:
- NTC für Elemente mit negativem TCS;
- PTC für Posistoren.
Diese Eigenschaft wird manchmal durch Pfeile angezeigt:
- unidirektional für PTC;
- multidirektional für NTC.
Die Buchstabenbezeichnung kann unterschiedlich sein - R, RK, TH usw.
So überprüfen Sie den Thermistor auf Leistung
Die erste Überprüfung des Thermistors besteht darin, den Nennwiderstand mit einem herkömmlichen Multimeter zu messen. Wenn die Messung bei Raumtemperatur durchgeführt wird, die sich nicht sehr von +25 ° C unterscheidet, sollte der gemessene Widerstand nicht wesentlich von dem abweichen, der auf dem Gehäuse oder in der Dokumentation angegeben ist.
Wenn die Umgebungstemperatur höher oder niedriger als der angegebene Wert ist, muss eine kleine Korrektur vorgenommen werden.
Sie können versuchen, die Temperaturcharakteristik des Thermistors zu nehmen - um sie mit der in der Dokumentation angegebenen zu vergleichen oder um sie für ein Element unbekannter Herkunft wiederherzustellen.
Es stehen drei Temperaturen zur Verfügung, die ohne Messgeräte mit ausreichender Genauigkeit erstellt werden können:
- schmelzendes Eis (kann in den Kühlschrank genommen werden) - etwa 0 ° C;
- menschlicher Körper - etwa 36 ° C;
- kochendes Wasser - etwa 100 ° C.
Aus diesen Punkten können Sie eine ungefähre Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur ziehen, aber bei Posistoren funktioniert dies möglicherweise nicht - in der Grafik ihres TKS gibt es Bereiche, in denen R nicht durch die Temperatur bestimmt wird (unterhalb der Referenztemperatur).Wenn ein Thermometer vorhanden ist, können Sie an mehreren Stellen eine Kennlinie nehmen - indem Sie den Thermistor in Wasser absenken und erhitzen. Alle 15 ... 20 Grad muss der Widerstand gemessen und der Wert in das Diagramm eingetragen werden. Wenn Sie Parameter über 100 Grad nehmen müssen, können Sie anstelle von Wasser Öl verwenden (z. B. Automobil - Motor oder Getriebe).
Die Abbildung zeigt typische Abhängigkeiten des Widerstands von der Temperatur – eine durchgezogene Linie für PTC, eine gestrichelte Linie für NTC.
Wo anwendbar
Die offensichtlichste Verwendung von Thermistoren ist als Temperatursensoren. Hierfür eignen sich sowohl NTC- als auch PTC-Thermistoren. Es ist nur erforderlich, ein Element entsprechend dem Arbeitsbereich auszuwählen und die Charakteristik des Thermistors im Messgerät zu berücksichtigen.
Sie können ein thermisches Relais bauen - wenn der Widerstand (genauer gesagt der Spannungsabfall darüber) mit einem bestimmten Wert verglichen wird und wenn der Schwellenwert überschritten wird, schaltet der Ausgang. Eine solche Vorrichtung kann als thermische Kontrollvorrichtung oder als Brandmelder verwendet werden. Die Herstellung von Temperaturmessern basiert auf dem Phänomen der indirekten Erwärmung - wenn der Thermistor von einer externen Quelle erwärmt wird.
Auch im Bereich der Verwendung von Wärmewiderständen wird eine direkte Erwärmung verwendet - der Thermistor wird durch den durch ihn fließenden Strom erwärmt. NTC-Widerstände können auf diese Weise zur Strombegrenzung verwendet werden - beispielsweise beim Laden großer Kondensatoren im eingeschalteten Zustand, sowie zur Begrenzung des Anlaufstroms von Elektromotoren usw. Thermisch abhängige Elemente haben im kalten Zustand einen großen Widerstand.Wenn der Kondensator teilweise aufgeladen ist (oder der Motor seine Nenndrehzahl erreicht), hat der Thermistor Zeit, sich mit dem fließenden Strom aufzuheizen, sein Widerstand fällt ab und er beeinträchtigt den Betrieb des Stromkreises nicht mehr.
Auf die gleiche Weise können Sie die Lebensdauer einer Glühlampe verlängern, indem Sie einen Thermistor in Reihe schalten. Es begrenzt den Strom im schwierigsten Moment - wenn die Spannung eingeschaltet wird (zu diesem Zeitpunkt fallen die meisten Lampen aus). Nach dem Aufwärmen wird die Lampe nicht mehr beeinflusst.
Im Gegensatz dazu werden Thermistoren mit positiver Charakteristik zum Schutz von Elektromotoren während des Betriebs verwendet. Steigt der Strom im Wicklungskreis aufgrund eines blockierten Motors oder einer zu hohen Wellenbelastung an, erwärmt sich der PTC-Widerstand und begrenzt diesen Strom.
NTC-Thermistoren können auch als thermische Kompensatoren für andere Komponenten verwendet werden. Wenn also ein NTC-Thermistor parallel zu dem Widerstand installiert ist, der den Transistormodus einstellt und einen positiven TKS hat, wirkt sich die Temperaturänderung auf jedes Element auf die entgegengesetzte Weise aus. Dadurch wird der Temperatureinfluss kompensiert und der Arbeitspunkt des Transistors verschiebt sich nicht.
Es gibt kombinierte Geräte, sogenannte Thermistoren mit indirekter Erwärmung. In einem Gehäuse eines solchen Elements befinden sich ein temperaturabhängiges Element und eine Heizung. Zwischen ihnen besteht thermischer Kontakt, sie sind jedoch galvanisch getrennt. Durch Variieren des Stroms durch die Heizung kann der Widerstand gesteuert werden.
Thermistoren mit unterschiedlichen Eigenschaften sind in der Technik weit verbreitet. Neben Standardanwendungen kann ihr Arbeitsspektrum erweitert werden.Alles wird nur durch die Vorstellungskraft und Qualifikation des Entwicklers begrenzt.
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