Thermistor הוא מכשיר המיועד למדידת טמפרטורה, ומורכב מחומר מוליך למחצה, אשר משנה מאוד את ההתנגדות שלו עם שינוי קטן בטמפרטורה. בדרך כלל, לתרמיסטורים יש מקדמי טמפרטורה שליליים, כלומר ההתנגדות שלהם יורדת עם עליית הטמפרטורה.
מאפיין כללי של תרמיסטור
המילה "תרמיסטור" היא קיצור של המונח המלא שלה: נגד רגיש תרמית. מכשיר זה הוא חיישן מדויק וקל לשימוש לכל שינויי טמפרטורה. באופן כללי, ישנם שני סוגים של תרמיסטורים: מקדם טמפרטורה שלילי ומקדם טמפרטורה חיובי. לרוב, הסוג הראשון משמש למדידת טמפרטורה.
ייעוד הטרמיסטור במעגל החשמלי מוצג בתמונה.
חומר התרמיסטורים הם תחמוצות מתכת בעלות תכונות מוליכים למחצה. במהלך הייצור, המכשירים האלה מקבלים את הטופס הבא:
- disc;
- rod;
- כדורי כמו פנינה.
התרמיסטור מבוסס על העיקרון של חזקשינוי בהתנגדות עם שינוי קטן בטמפרטורה. במקביל, בעוצמת זרם נתונה במעגל ובטמפרטורה קבועה, נשמר מתח קבוע.
כדי להשתמש במכשיר, הוא מחובר למעגל חשמלי, למשל, לגשר Wheatstone, ונמדדים הזרם והמתח במכשיר. לפי החוק הפשוט של אוהם R=U/I קובעים את ההתנגדות. לאחר מכן, הם בוחנים את עקומת התלות של ההתנגדות בטמפרטורה, לפיה ניתן לומר בדיוק לאיזו טמפרטורה מתאימה ההתנגדות המתקבלת. כאשר הטמפרטורה משתנה, ערך ההתנגדות משתנה באופן דרמטי, מה שמאפשר לקבוע את הטמפרטורה בדיוק גבוה.
חומר תרמיסטור
החומר של הרוב המכריע של התרמיסטורים הוא קרמיקה מוליכים למחצה. תהליך ייצורו מורכב מאבקות סינטר של ניטרידים ותחמוצות מתכת בטמפרטורות גבוהות. התוצאה היא חומר שלהרכב התחמוצת שלו יש את הנוסחה הכללית (AB)3O4 או (ABC)3O4, כאשר A, B, C הם יסודות כימיים מתכתיים. הנפוצים ביותר בשימוש הם מנגן וניקל.
אם התרמיסטור צפוי לפעול בטמפרטורות הנמוכות מ-250 מעלות צלזיוס, אז מגנזיום, קובלט וניקל כלולים בהרכב הקרמי. קרמיקה של הרכב זה מראה את היציבות של תכונות פיזיקליות בטווח הטמפרטורות שצוין.
מאפיין חשוב של תרמיסטורים הוא המוליכות הספציפית שלהם (ההדדיות של ההתנגדות). מוליכות נשלטת על ידי הוספת קטןריכוזי ליתיום ונתרן.
תהליך ייצור מכשיר
תרמיסטורים כדוריים מיוצרים על ידי הדבקתם על שני חוטי פלטינה בטמפרטורה גבוהה (1100°C). לאחר מכן חותכים את החוט כדי לעצב את מגעי התרמיסטור. ציפוי זכוכית מוחל על המכשיר הכדורי לאיטום.
במקרה של תרמיסטור דיסק, תהליך יצירת המגעים הוא הפקדת סגסוגת מתכת של פלטינה, פלדיום וכסף, ולאחר מכן הלחמה לציפוי הטרמיסטור.
הבדל מגלאי פלטינה
מלבד תרמיסטורים מוליכים למחצה, יש עוד סוג של גלאי טמפרטורה, שחומר העבודה שלהם הוא פלטינה. גלאים אלה משנים את ההתנגדות שלהם כאשר הטמפרטורה משתנה באופן ליניארי. עבור תרמיסטורים, לתלות זו של כמויות פיזיקליות יש אופי שונה לחלוטין.
היתרונות של תרמיסטורים על פני עמיתים פלטינה הם כדלקמן:
- רגישות התנגדות גבוהה יותר לשינויי טמפרטורה בכל טווח הפעולה.
- רמה גבוהה של יציבות המכשיר וחזרה על קריאות.
- קטן בגודל כדי להגיב במהירות לשינויי טמפרטורה.
התנגדות לתרמיסטור
כמות פיזית זו יורדת עם עליית הטמפרטורה, וחשוב לקחת בחשבון את טווח טמפרטורת הפעולה.עבור מגבלות טמפרטורה מ-55 מעלות צלזיוס עד +70 מעלות צלזיוס, נעשה שימוש בתרמיסטורים עם התנגדות של 2200 - 10000 אוהם. לטמפרטורות גבוהות יותר, השתמש במכשירים עם התנגדות גדולה מ-10 קילו אוהם.
בניגוד לגלאי פלטינה ולצמדים תרמיים, לתרמיסטורים אין סטנדרטים ספציפיים לעקומות התנגדות מול טמפרטורה, ויש מגוון רחב של עקומות התנגדות לבחירה. הסיבה לכך היא שלכל חומר תרמיסטור, כמו חיישן טמפרטורה, יש עקומת התנגדות משלו.
יציבות ודיוק
מכשירים אלה יציבים מבחינה כימית ואינם מתכלים לאורך זמן. חיישני תרמיסטור הם בין מכשירי מדידת הטמפרטורה המדויקים ביותר. הדיוק של המדידות שלהם על כל טווח הפעולה הוא 0.1 - 0.2 מעלות צלזיוס. שימו לב שרוב המכשירים פועלים בטווח טמפרטורות של 0°C עד 100°C.
פרמטרים בסיסיים של תרמיסטורים
הפרמטרים הפיזיים הבאים הם בסיסיים עבור כל סוג של תרמיסטור (ניתן פענוח של שמות באנגלית):
- R25 - התנגדות המכשיר באוהם בטמפרטורת החדר (25 מעלות צלזיוס). בדיקת מאפיין תרמיסטור זה היא פשוטה באמצעות מולטימטר.
- Tolerance of R25 - הערך של סובלנות סטיית ההתנגדות במכשיר מהערך המוגדר שלו בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס. ככלל, ערך זה אינו עולה על 20% מ-R25.
- מקסימום זרם יציב - מקסימוםערך הזרם באמפר שיכול לזרום במכשיר לאורך זמן. חריגה מערך זה מאיימת בירידה מהירה בהתנגדות וכתוצאה מכך כשל בתרמיסטור.
- בערך. R של מקס. זרם - ערך זה מציג את ערך ההתנגדות באוהם, שהמכשיר רוכש כאשר הזרם המרבי עובר דרכו. ערך זה צריך להיות 1-2 סדרי גודל פחות מההתנגדות של התרמיסטור בטמפרטורת החדר.
- Disip. Coef. - מקדם המראה את רגישות הטמפרטורה של המכשיר להספק הנקלט בו. גורם זה מציין את כמות ההספק ב-mW שהתרמיסטור צריך לספוג כדי להעלות את הטמפרטורה שלו ב-1 מעלות צלזיוס. ערך זה חשוב מכיוון שהוא מראה כמה כוח אתה צריך להשקיע כדי לחמם את המכשיר לטמפרטורת הפעולה שלו.
- תרמי זמן קבוע. אם התרמיסטור משמש כמגביל זרם פריצה, חשוב לדעת כמה זמן ייקח להתקרר לאחר כיבוי החשמל על מנת להיות מוכן להפעילו מחדש. מאחר והטמפרטורה של התרמיסטור לאחר כיבויו יורדת על פי חוק אקספוננציאלי, מובא המושג "קבוע זמן תרמי" - הזמן שבו טמפרטורת המכשיר יורדת ב-63.2% מההפרש בין טמפרטורת הפעולה של המכשיר וטמפרטורת הסביבה.
- מקסימום קיבול עומס ב-ΜF - כמות הקיבול במיקרו-פאראד שניתן לפרוק דרך התקן זה מבלי לפגוע בו. ערך זה מצוין עבור מתח מסוים,למשל 220 V.
איך לבדוק את פעולת התרמיסטור?
לבדיקה גסה של התרמיסטור לגבי יכולת השירות שלו, ניתן להשתמש במולטימטר ובמלחם רגיל.
קודם כל, הפעל את מצב מדידת ההתנגדות במולטימטר וחבר את מגעי המוצא של הטרמיסטור למסופי המולטימטר. במקרה זה, הקוטביות לא משנה. המולטימטר יציג התנגדות מסוימת באוהם, יש לרשום אותה.
אז אתה צריך לחבר את המלחם ולהביא אותו לאחד מיציאות התרמיסטור. היזהר לא לשרוף את המכשיר. במהלך תהליך זה, אתה צריך להתבונן בקריאות של המולטימטר, הוא צריך להראות התנגדות הולכת ופוחתת בצורה חלקה, שתתייצב במהירות לערך מינימלי כלשהו. הערך המינימלי תלוי בסוג התרמיסטור ובטמפרטורת המלחם, לרוב הוא נמוך פי כמה מהערך שנמדד בהתחלה. במקרה זה, אתה יכול להיות בטוח שהטרמיסטור פועל.
אם ההתנגדות במולטימטר לא השתנתה או להיפך, ירדה בחדות, אז המכשיר אינו מתאים לשימושו.
שים לב שהמחאה הזו היא גסה. לבדיקה מדויקת של המכשיר, יש צורך למדוד שני אינדיקטורים: הטמפרטורה שלו וההתנגדות המתאימה, ולאחר מכן להשוות ערכים אלו לאלו שצוינו על ידי היצרן.
Applications
תרמיסטורים משמשים בכל תחומי האלקטרוניקה שבהם חשוב לנטר את תנאי הטמפרטורה. אזורים אלו כולליםמחשבים, ציוד בעל דיוק גבוה למתקנים תעשייתיים והתקנים להעברת נתונים שונים. לכן, תרמיסטור מדפסת התלת מימד משמש כחיישן השולט בטמפרטורה של מיטת החימום או ראש ההדפסה.
אחד השימושים הנפוצים ביותר עבור תרמיסטור הוא הגבלת זרם הפריצה, כגון בעת הפעלת מחשב. העובדה היא שברגע שהכוח מופעל, קבל ההתחלה, בעל קיבולת גדולה, משוחרר, ויוצר זרם עצום בכל המעגל. זרם זה מסוגל לשרוף את כל השבב, ולכן תרמיסטור כלול במעגל.
למכשיר הזה בזמן ההפעלה היה טמפרטורת החדר והתנגדות עצומה. התנגדות כזו יכולה להפחית ביעילות את הזינוק הנוכחי בזמן ההתחלה. יתר על כן, המכשיר מתחמם בגלל הזרם העובר דרכו ושחרור חום, וההתנגדות שלו יורדת בחדות. כיול התרמיסטור הוא כזה שטמפרטורת הפעולה של שבב המחשב גורמת להתנגדות התרמיסטור כמעט לאפס, ואין נפילת מתח על פניו. לאחר כיבוי המחשב, התרמיסטור מתקרר במהירות ומשחזר את ההתנגדות שלו.
אז השימוש בטרמיסטור כדי להגביל את זרם הכניסה הוא גם חסכוני וגם פשוט למדי.
דוגמאות לתרמיסטורים
כרגע, מגוון רחב של מוצרים במבצע, להלן המאפיינים ותחומי השימוש של חלקם:
- Thermistor B57045-K עם הידוק אום, בעל התנגדות נומינלית של 1kOhm עם סובלנות של 10%. משמש כחיישן מדידת טמפרטורה באלקטרוניקה לצרכן ולרכב.
- B57153-S מכשיר דיסק, בעל דירוג זרם מרבי של 1.8 A ב-15 אוהם בטמפרטורת החדר. משמש כמגביל זרם כניסה.
