Глоссарий терминов и профессионального сленга

NTC

Основные сведения

Сопротивление NTC-терморезисторов уменьшается при нагреве, их ТКС отрицательный. Зависимость сопротивления от температуры изображена на графике ниже.

Здесь вы можете убедиться, что при нагреве сопротивление NTC-терморезистора уменьшается.

Такие термисторы изготавливают из полупроводников. Принцип действия заключается в том, что с ростом температуры увеличивается концентрация носителей зарядов, электроны переходят в зону проводимости. Кроме полупроводников используются оксиды переходных металлов.

Обратите внимание на такой параметр как бета-коэффициент. Учитывается при использовании терморезистора для измерения температуры, для усреднения графика сопротивления от температуры и проведения расчетов с помощью микроконтроллеров

Бета-уравнение для приближения кривой изменения сопротивления термистора вы видите ниже.

Интересно: в большинстве случаев термисторы используют в диапазоне температур 25-200 градусов Цельсия. Соответственно могут использоваться для измерений в этих диапазонах, в то время как термопары работают и при 600 градусах Цельсия.

Где используется

Терморезисторы с отрицательным ТКС часто используют для ограничения пусковых токов электродвигателей, пусковых реле, для защиты от перегрева литиевых аккумуляторов и в блоках питания для уменьшения зарядных токов входного фильтра (емкостного).

На схеме выше приведен пример использования термистора в блоке питания. Такое применение называется прямым нагревом (когда элемент сам разогревается при протекании тока через него). На плате блока питания NTC-резистор выглядит следующим образом.

На рисунке ниже вы видите, как выглядит NTC-терморезистор. Он может отличаться размерам, формой, а реже и цветом, самый распространенный – это зелёный, синий и черный.

Ограничение пускового тока электродвигателей с помощью NTC-термистора получило широкое распространение в бытовой технике благодаря простоте реализации. Известно, что при пуске двигателя он может потреблять ток в разы и десятки раз превышающий его номинальное потребление, особенно если двигатель пускается не в холостую, а под нагрузкой.

Принцип работы такой схемы:

Когда термистор холодный его сопротивление велико, мы включаем двигатель и ток в цепи ограничивается активным сопротивлением термистора. Постепенно происходит разогрев этого элемента и его сопротивление падает, а двигатель выходит на рабочий режим. Термистор подбирается таким образом, чтобы в горячем состоянии сопротивление было приближено к нулю. На фото ниже вы видите сгоревший терморезистор на плате мясорубки Zelmer, где и используется такое решение.

Недостаток этой конструкции состоит в том, что при повторном пуске, когда термистор еще не остыл – ограничения тока не происходит.

Есть не совсем привычное любительское применение терморезистора для защиты ламп накаливания. На схеме ниже изображен вариант ограничения всплеска тока при включении таких лампочек.

Если терморезистор используется для измерения температуры – такой режим работы называют косвенным нагревом, т.е. он нагревается от внешнего источника тепла.

Интересно: у терморезисторов нет полярности, так что их можно использовать как в цепях постоянного, так и переменного тока не опасаясь переполюсовки.

Маркировка

Терморезисторы могут маркироваться как буквенным способом, так и содержать цветовую маркировку в виде кругов, колец или полос. При этом различают множество способов буквенной маркировки – это зависит от производителя и типа конкретного элемента. Один из вариантов:

На практике, если он применяется для ограничения пускового тока чаще всего встречаются дисковые термисторы, которые маркируются так:

5D-20

Где первая цифра обозначает сопротивление при 25 градусах Цельсия – 5 Ом, а «20» — диаметр, чем он больше – тем большую мощность он может рассеять. Пример такого вы видите на рисунке ниже:

Для расшифровки цветовой маркировки можно воспользоваться таблицей, изображенной ниже.

Из-за обилия вариантов маркировки можно ошибиться в расшифровке, поэтому для точности расшифровки лучше искать техническую документацию к конкретному компоненту на сайте производителя.

Позистор

Параметры позисторов аналогичны параметрам терморезисторов с отрицательным температурным коэффициентом. Важнейшими из них являются: величина сопротивления при 20 С, температурный коэффициент сопротивления, диапазон рабочих температур, кратность изменения сопротивления в области положительного ТКС, максимально допустимая мощность рассеивания, постоянная времени.
 

Параметры позисторов аналогичны параметрам термисторов с отрицательным ТКЯ.
 

Свойства позисторов оцениваются характеристиками и параметрами, аналогичными характеристикам и параметрам терми-сторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.
 

На позисторах ( терморезисторы с положительным ТКС в определенном диапазоне температур) номинальные сопротивления не маркируют. При одной и той же температуре сопротивления позисторов одного и того же типо-номинала могут значительно различаться.
 

Чем отличаются позисторы от термисторов.
 

Практическое применение позисторов — керамических элементов с низким ( холодным) сопротивлением и высоким ( горячим) сопротивлением — являйся весьма широким. Они применяются в системах теплового контроля и в измерительной технике. Их, например, используют в устройствах предохранения о г тепловых и токовых перегрузок, в пусковых системах двигателей и других устройств, а также для авторегулировки в системах управления.
 

При создании позисторов иногда используют эффект уменьшения подвижности носителей заряда с ростом температуры в результате их рассеяния на ионах примесей и фононах. В этом случае исходным материалом служат монокристаллы германия, кремния и других полупроводниковых материалов. Так, позисторы, изготовленные из монокристаллического кремния с малой концентрацией примесей ( 1021 — 1023 м — 3), могут иметь температурный коэффициент сопротивления ( 0 7 — 1) 10 — 2 град 1 с положительным знаком при температурах от комнатной и до нескольких сотен градусов Цельсия.
 

Основные параметры позисторов, выпускаемых отечественной промышленностью, приведены в табл. 8.4. Величины сопротивлений позисторов при 20 С строго не нормализованы и могут принимать любые значения в пределах, приведенных в таблице.
 

Для получения позисторов с плавным увеличением р используют твердые растворы с размытым фазовым переходом: ВаТЮ3 — BaSnO3, ВаТЮ3 — BaZrOg и др., а также тройные и четверные твердые растворы.
 

Конструктивно элементы позистора выполнены в виде дисков ( рис. 4.38), помещенных в пластмассовый корпус. Выводы позистора имеют наименьшую площадь соприкосновения с дисками так, чтобы отвод тепла от него был минимальным. На корпусе позистора имеется метка обозначения управляемого резистора. Ом обоих элементов), а в горячем состоянии увеличивается более чем в 100 раз. Так как общее сопротивление катушек LI, L2 ( примерно 30 Ом) значительно меньше сопротивления резистора R16 ( 270 Ом), то практически весь ток протекает через эти катушки. Дальнейшее поддержание управляемого элемента R14 — 2 в горячем состоянии осуществляется за счет его подогрева со стороны нагружаемого элемента.
 

Основными характеристиками позистора являются температурная и вольт-амперная. Сочетание позисторов с линейными резисторами позволяет срезать нижнюю или верхнюю часть характеристики в зависимости от способа их соединения. Такой прием рекомендуется при использовании позисторов в цепях термокомпенсации.
 

Какое сопротивление термистора и ток смещения следует использовать

ЗЕЕБЕК

Термисторы классифицируются по величине сопротивления, измеренной при комнатной температуре окружающей среды, которая считается 25° C. Устройство, температуру которого необходимо поддерживать, имеет определенные технические характеристики для оптимального использования, как определено производителем. Они должны быть определены до выбора датчика. Поэтому важно знать следующее

Каковы максимальные и минимальные температуры для устройства

Термисторы идеально подходят для измерения температуры в одной точке, которая находится в пределах 50 ° C от температуры окружающей среды. Если температура слишком высокая или низкая, термистор не будет работать. Хотя есть исключения, большинство термисторов работают лучше всего в диапазоне от -55 ° C до + 114 ° C.

Поскольку термисторы являются нелинейными, то есть
значения температуры и сопротивления изображены на графике в виде кривой, а не
прямой линии, очень высокие или очень низкие температуры регистрируются
неправильно. Например, очень небольшие изменения при очень высоких
температурах будут регистрировать незначительные изменения сопротивления,
которые не приведут к точным изменениям напряжения.

Каков оптимальный диапазон термисторов

В зависимости от тока смещения от контроллера каждый термистор имеет оптимальный полезный диапазон, то есть диапазон температур, в котором небольшие изменения температуры точно регистрируются.

В таблице ниже приведены наиболее эффективные диапазоны температур для термисторов с длиной волны при двух наиболее распространенных токах смещения.

Лучше всего выбрать термистор, где заданная температура находится в середине диапазона. Чувствительность термистора зависит от температуры. Например, термистор может быть более чувствительным при более низких температурах, чем при более высоких температурах, как в случае с термистором TCS10K5 10 кОм длины волны. В TCS10K5 чувствительность составляет 162 мВ на градус Цельсия в диапазоне от 0 до 1° C, и 43 мВ / °C в диапазоне от 25 до 26 ° C, и 14 мВ ° C в диапазоне от 49 до 50 ° C. C.

Каковы верхний и нижний пределы напряжения на входе датчика регулятора температуры

Пределы напряжения обратной связи датчика к регулятору температуры устанавливаются производителем. В идеале следует выбрать комбинацию термистора и тока смещения, которая создает напряжение в пределах диапазона, разрешенного регулятором температуры.

Напряжение связано с сопротивлением по закону Ома. Это уравнение используется для определения того, какой ток смещения необходим. Закон Ома гласит, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между двумя точками и для этого тока смещения записывается как:

V = I _BIAS x R

Где: V — напряжение, в вольтах (В) I _BIAS — ток, в амперах или амперах (A) I _BIAS — постоянный ток, R — сопротивление, в Ом (Ом)

Контроллер генерирует ток смещения для преобразования сопротивления термистора в измеряемое напряжение. Контроллер принимает только определенный диапазон напряжения. Например, если диапазон контроллера составляет от 0 до 5 В, напряжение термистора должно быть не ниже 0,25 В, чтобы электрические помехи на нижнем конце не мешали считыванию, и не должно превышать 5 В для считывания.

Предположим, что используется вышеуказанный контроллер и термистор 100 кОм, такой как TCS651 длины волны, и температура, которую необходимо поддерживать устройству, составляет 20° C. Согласно спецификации TCS651, сопротивление составляет 126700 Ом при 20 ° C. Чтобы определить, может ли термистор работать с контроллером, нам нужно знать полезный диапазон токов смещения. Используя закон Ома, чтобы решить для I _BIAS , мы знаем следующее:

V / R = I _BIAS

0,25 / 126700 = 2 мкА — нижний предел диапазона 5,0 / 126700 = 39,5 мкА — верхний предел

Да, этот термистор будет работать, если ток смещения регулятора температуры можно установить в диапазоне от 2 мкА до 39,5 мкА.

При выборе термистора и тока смещения лучше всего выбрать тот, в котором развиваемое напряжение находится в середине диапазона. Входной сигнал обратной связи контроллера должен быть под напряжением, которое выводится из сопротивления термистора.

Поскольку люди наиболее легко относятся к температуре, сопротивление часто нужно менять на температуру. Наиболее точная модель, используемая для преобразования сопротивления термистора в температуру, называется уравнением Стейнхарта-Харта.

Какие типы и формы термистора доступны на рынке

Термисторы бывают разных форм — дисковые, микросхемы, шариковые или стержневые и могут монтироваться на поверхности или встраиваться в систему. Они могут быть заключены в эпоксидную смолу, стекло, обожжены в феноле или окрашены. Наилучшая форма часто зависит от того, какой материал контролируется, например, от твердого вещества, жидкости или газа.

Например, терморезистор с бусинками идеально подходит для встраивания в устройство, а стержень, диск или цилиндрическая головка лучше всего подходят для оптических поверхностей. Термисторный чип обычно монтируется на печатной плате (PCB). Существует много, много разных форм термисторов, и некоторые примеры:

Выберите форму, которая обеспечивает максимальный контакт поверхности с устройством, температура которого контролируется. Независимо от типа термистора, соединение с контролируемым устройством должно быть выполнено с использованием теплопроводящей пасты или эпоксидного клея. Обычно важно, чтобы эта паста или клей не были электропроводящими