Терморезистор: назначение, сопротивление и характеристики, маркировка, принцип работы, как проверить и подключить

Что такое терморезистор, общие положения

Термистор — это полупроводниковый элемент с изменяющимися свойствами (по сопротивлению) в зависимости от температуры. Продукт был изобретен в 1930 году, а его создателем считается известный ученый Сэмюэл Рубен.

С момента своего появления термистор получил широкое распространение в радиоэлектронике и успешно применяется во многих смежных областях.

Деталь изготовлена ​​из материалов с высоким температурным коэффициентом (TC). В его основе лежат специальные полупроводники, превосходящие по свойствам самые чистые металлы и их сплавы.

При получении основного резистивного элемента используют оксиды некоторых металлов, галогениды и халькогениды. Для производства используются медь, никель, марганец, кобальт, германий, кремний и другие вещества.

В процессе производства полупроводник будет иметь другую форму. В продаже можно найти термисторы в виде тонких трубок, больших дисков, тонких пластин или небольших круглых элементов. Некоторые детали имеют размеры в несколько микрон.

Основными типами терморезисторов являются термисторы и позиторы (с отрицательным и положительным ТКС (температурным коэффициентом сопротивления) соответственно). У термисторов с ростом температуры сопротивление уменьшается, а позиторы, наоборот, увеличиваются.

Где используется (сфера применения)

Термисторы активно используются в различных областях, тесно связанных с электроникой. Особое значение они имеют при осуществлении процессов, зависящих от правильной установки температурного режима.

Такой подход актуален для вычислительной техники, устройств передачи информации, высокоточного промышленного оборудования и т.д.

Распространенным способом использования термисторов является ограничение токов, возникающих при запуске устройств.

При подаче напряжения на блок питания конденсатор быстро набирает емкость, что приводит к протеканию повышенного тока. Если этот параметр не ограничивать, высок риск повреждения (поломки) диодного моста.

Для защиты дорогого узла используется терморезистор — элемент, ограничивающий ток при резком нагреве. После нормализации режима температура падает до безопасного уровня и сопротивление термистора возвращается к исходному уровню.

Основные характеристики

Важнейшей характеристикой любого термистора является его температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Он показывает, насколько изменится сопротивление при нагревании или охлаждении на 1 градус Кельвина.

Хотя изменение температуры, выраженное в градусах Кельвина, равно изменению в градусах Цельсия, в свойствах термического сопротивления все же используется Кельвин. Это связано с широким использованием в расчетах уравнения Стейнхарта-Харта, и оно включает температуру в К.

TCR является отрицательным для термисторов NTC и положительным для термисторов PTC.

Еще одной важной характеристикой является номинальное сопротивление. Это значение сопротивления при 25°C. Зная эти параметры, легко определить применимость термического сопротивления для той или иной цепи.

Такие свойства, как номинальное и максимальное рабочее напряжение, также важны для использования термисторов. Первый параметр определяет напряжение, при котором элемент может работать длительное время, а второй — напряжение, выше которого работоспособность термического сопротивления не гарантируется.

Для позиторов важным параметром является эталонная температура — точка на графике зависимости сопротивления от нагрева, где происходит изменение характеристики. Он определяет рабочий диапазон резистора PTC.

При выборе термистора обратите внимание на диапазон температур. Вне диапазона, указанного производителем, его характеристика не нормируется (это может привести к ошибкам в работе оборудования) или там вообще термистор выходит из строя.

Условно-графическое обозначение

На схемах УГО термистора может незначительно отклоняться, но основным признаком термического сопротивления является символ t рядом с прямоугольником, обозначающим сопротивление. Без этого обозначения невозможно определить, от чего зависит сопротивление — например, варисторы (сопротивление определяется приложенным напряжением) и другие элементы имеют аналогичные УГО.

Иногда для УГО используют дополнительное обозначение, определяющее категорию термистора:

• NTC для элементов NTC;
• PTC для термисторов.

Это свойство иногда указывается стрелками:

• выпрямитель для PTC;
• многоходовой для NTC.

Буквенное обозначение может быть разным — Р, РК, ТХ и т.д.

Устройство и виды

Термистор представляет собой полупроводниковый элемент, который в зависимости от типа изменяет сопротивление при повышении/понижении температуры. На сегодняшний день существует два вида продукции:

1. Термисторы — это детали с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Их особенностью является падение сопротивления при повышении температуры.
2. Термисторы — это элементы, которые имеют «плюсовой» температурный коэффициент (PTC). В отличие от предыдущего вида, с увеличением Т устойчивость, наоборот, возрастает.

В зависимости от типа полупроводника в его производстве используются разные элементы. Как уже упоминалось, при изготовлении резистивных элементов используются оксиды, халькогениды и галогениды различных металлов, и конструкция может варьироваться в зависимости от предполагаемого использования.

Типы по принципу действия

Термисторы различаются по принципу действия. Есть два типа:

1. КОНСУЛЬТИРУЙТЕСЬ. В эту категорию входят термопары, датчики температуры, наполненные термометры и термометры биметаллического типа.
2. БЕСКОНТАКТНЫЙ. К этой группе относятся термисторы, построенные по инфракрасному принципу действия. Их активно используют в оборонной сфере, благодаря способности обнаруживать тепловое излучение инфракрасных и оптических лучей (выделяемых газами и жидкостями).

Классификация по температурному срабатыванию

Термисторы различаются по температуре, на которую они реагируют при срабатывании. В данной товарной позиции выделяются следующие типы деталей:

1. НИЗКАЯ ТЕМПЕРАТУРА. Такие элементы работают при температуре ниже 170 Кельвинов (минус 1020С). 1 Кельвин = минус 272,150С.
2. СРЕДНЯЯ ТЕМПЕРАТУРА. Здесь рабочий диапазон выше и лежит между 170 и 510 Кельвинами.
3. ВЫСОКАЯ ТЕМПЕРАТУРА. Термисторы этого класса работают при температурах от 570 Кельвинов.
4. ОТДЕЛЬНЫЙ КЛАСС. Также будет выделяться отдельная группа высокотемпературных терморезисторов, работающих в диапазоне от 900 до 1300 К.

Независимо от типа (позисторы, термисторы) термисторы могут работать в различных температурных режимах и условиях окружающей среды. При эксплуатации в условиях частых перепадов температур исходные параметры детали могут измениться.

Речь идет о двух параметрах — сопротивлении детали при комнатной температуре и коэффициенте сопротивления.

По виду нагрева

По способу нагрева термисторы делятся на два типа:

1. ПРЯМОЕ ОТОПЛЕНИЕ. Он заключается в изменении температуры детали под воздействием окружающего воздуха или тока, протекающего через деталь. Приборы с прямым нагревом чаще всего используются для решения двух задач – изменить температуру или восстановить нормальную работу. Такие термисторы используются в термометрах, зарядных устройствах, термостатах и ​​других устройствах.
2. НЕПРЯМОЙ НАГРЕВ. В отличие от предыдущего типа, здесь нагрев происходит за счет элементов, находящихся в непосредственной близости от резистора. Узлы никак не связаны. При таком подходе сопротивление полупроводника определяется изменением тока, проходящего через соседние элементы. Термисторы, работающие по косвенному принципу, нашли применение в мультиметрах (комбинированных приборах).

Главные параметры терморезисторов

При выборе детали важно ориентироваться на ее эксплуатационные характеристики и характеристики, которые варьируются в зависимости от типа, производителя, исходного материала и других показателей.

При выборе товара необходимо выяснить основные параметры и выяснить, подходят они для решения поставленной задачи или нет.

Параметры термистора:

1. РАЗМЕРЫ. При покупке убедитесь, что деталь подходит по размеру и помещается на плате (в схеме).
2. СОПРОТИВЛЕНИЕ RT и RT. Параметры измеряются в Омах и указываются по отношению к текущей температуре в градусах Цельсия или Кельвина. Если деталь предназначена для работы при температурах от -100 до +200 градусов Цельсия, температурный режим для окружающей среды принимается на уровне 20-25 градусов Цельсия.
3. ПОСТОЯННАЯ ВРЕМЕНИ Τ (СЕК). Параметр отражает тепловую инерцию. В расчете учтено время, необходимое для изменения температуры термического сопротивления на 63 % от разницы t между деталью и окружающим воздухом. В большинстве случаев этот параметр принимается равным 100 градусам Цельсия.
4. ТКС (в % на градус Цельсия). Как правило, этот показатель назначают для той же температуры t, что и хладостойкость. В такой ситуации в обозначении используются другие цифры — у
5. Мощность рассеяния Pmax (предельно допустимый параметр), Вт. По этому показателю можно судить о пределе, до которого в полупроводнике не происходят необратимые изменения (параметры остаются прежними). При этом исключается температура, превышающая tmax при достижении Pmax.
6. Температура tmax — максимально допустимый параметр, при котором свойства термистора остаются неизменными в течение длительного времени (на уровне, указанном изготовителем).
7. Коэффициент энергетической чувствительности (измеряется в Вт/процентах*R). Обозначение — G. Показатель отражает усилие, которое необходимо распределить на детали, чтобы уменьшить параметр R на один процент.
8. Коэффициент рассеяния (измеряется в ваттах на градус Цельсия). Обозначается символом Н. Параметр отражает мощность, рассеиваемую тепловым сопротивлением при разнице температурных условий детали и окружающего воздуха на один градус.

Рассмотренные выше коэффициенты (G и H) зависят от характеристик используемого полупроводника и характеристик теплообмена между продуктом и окружающей средой. Параметры связаны между собой специальной формулой — G=H/100a.

1. Теплоемкость (измеряется в джоулях на градус Цельсия). Символ C. Индикатор отражает количество тепла (энергии), необходимое для нагрева термистора на один градус.

Некоторые оцениваемые параметры связаны друг с другом. В частности, постоянная времени τ равна отношению теплоемкости к коэффициенту рассеяния.

При покупке позитрона, помимо вышеперечисленных параметров, необходимо учитывать диапазон положительной термостойкости и разнообразие изменения R в положительном секторе ТКО.

Базовые характеристики терморезисторов

При оценке термисторов необходимо учитывать и анализировать их характеристики:

1. Вольт-амперная характеристика представляет собой кривую на графике, показывающую зависимость напряжения на образце от тока, проходящего через терморезистор. График построен с учетом теплового равновесия с окружающей природой. Для позисторов и термисторов графики разные.
2. Температурная характеристика. При построении графика снимается зависимость сопротивления от температуры в том или ином режиме. По оси R параметр задается по десятикратному принципу (10X), а по оси времени пропускается участок в диапазоне от нуля до 223 Кельвинов.
3. Тепловая характеристика. С помощью графика можно увидеть параметры терморезисторов, работающих по косвенному принципу. Другими словами, кривая отражает зависимость сопротивления части подводимого к ней тока. При указании графика сопротивление масштабируется относительно 10X.

Общий принцип действия

Термисторы делаются максимально чувствительными к изменениям температуры, ведь они работают по такому принципу. В отсутствие тепла атомы, из которых состоит деталь, располагаются в правильном порядке и образуют длинные ряды.

При нагревании количество активных носителей заряда увеличивается. Чем больше таких единиц, тем выше электропроводность материала.

При изучении зависимости сопротивления от температуры можно увидеть характеристику нелинейного типа. При этом наилучшие свойства термистор показывает в диапазоне от -90 до +130 градусов.

Важно учитывать, что принцип работы таких деталей основан на соотношении температурного режима и металлов в составе детали.

Сам терморезистор изготовлен с использованием полупроводниковых соединений (оксидов, марганца, меди, никеля, силикатов, железа и др.). Такие компоненты способны реагировать на малейшее изменение температуры.

Генерируемое электрическое поле толкает электрон, который движется, пока не столкнется с атомом. По этой причине движение электрона замедляется.

С повышением температуры атомы движутся более активно. В таких обстоятельствах исходное действие будет быстрее сталкиваться с другим элементом. Результат – дополнительное сопротивление.

После снижения рабочей температуры электроны «попадают» на нижние валентные уровни и переходят в невозбужденное состояние. Другими словами, они меньше двигаются и не создают такого большого сопротивления.

С повышением температуры увеличивается и показатель R. Но здесь необходимо учитывать тип термистора, так как принцип повышения и увеличения сопротивления зависит от изменения температурного режима.

Область применения

Применение приборов зависит от стоимости и точности измерений. Более дорогие позиторы используются в сложных производствах, а также в качестве предохранителей. Например, они подключены к исполнительному реле; в случае нагрева цепь отключается. Термисторы намного дешевле, а значит, их можно много использовать в быту.

Термодатчик воздуха

При правильной калибровке резистор NTC можно использовать для проверки нагрева окружающего воздуха. При этом точность измерения, как на производстве, не требуется – достаточно регулировки с шагом в 1 градус Цельсия.

Читайте также: Что такое люмены в светодиодных лампах

Автомобильный термодатчик

Популярный метод нанесения – защита двигателя автомобиля от перегрева. ТП подключен к реле, отключающему двигатель при угрозе перегрева. Обладая достаточными знаниями, можно подключить устройство к бортовому компьютеру для вывода температуры на экран.

Датчик пожара

Из терморезистора и биметаллических элементов пускателя можно создать конструкцию, аналогичную пожарной сигнализации. Для этого подходят одинарные ТР. Датчик также может сработать, если необходимо исключить реакции на дым, например сигаретный дым.

Термистор как регулятор пускового тока

Есть ряд приборов, которые при запуске подвержены чрезмерному току: лампы, двигатели и трансформаторы. Для их ограничения в схему встроен термистор. Вместо резких скачков ток подстраивается под нагрузку, так как термистор нагревается и сопротивление уменьшается.

Алмаз и родственные материалы – особые терморезисторы

На рынке термисторов существует особый класс устройств – на основе монокристаллов алмаза, композитов и углеродных пленок. Они обладают рядом преимуществ одновременно:

• работоспособность при температурах до 1000 градусов;
• чрезвычайно высокая устойчивость к агрессивным воздействиям;
• высокая твердость при низкой инерции.

Такие устройства имеют специальную маркировку – ТРА. Выпускаются без футляра или в стеклянном футляре.

NTC

Термисторы NTC являются продуктами с отрицательным температурным коэффициентом. Их отличительной особенностью является повышенная чувствительность, высокий температурный коэффициент (на один-два порядка выше, чем у металлических), малые габариты и широкий температурный диапазон.

Полупроводники NTC просты в использовании, стабильны в работе и способны выдерживать большие перегрузки.

Особенность НТК в том, что их сопротивление увеличивается с понижением температуры. Наоборот, если t уменьшается, увеличивается R. При изготовлении таких деталей используются полупроводники.

Принцип работы прост. С повышением температуры число носителей заряда резко возрастает, и электроны направляются в зону проводимости. При изготовлении деталей помимо полупроводников могут использоваться и переходные металлы.

При анализе NTC нужно учитывать коэффициент бета. Это важно, если продукт используется для измерения температуры, усреднения графика и вычислений микроконтроллера.

Как правило, термисторы NTC используются в диапазоне температур от 25 до 200 градусов. Поэтому их можно использовать для измерений в заданных пределах.

Отдельно нужно учитывать степень их использования. Такие детали имеют низкую цену и полезны для ограничения пусковых токов при пуске электродвигателей, для защиты литиевых аккумуляторов и снижения зарядного тока блока питания.

В автомобиле также используется термистор NTC, датчик, используемый для определения точки отключения и включения климат-контроля в автомобиле.

Другое применение — контроль температуры двигателя. Если предел безопасности превышен, на реле подается команда, после чего двигатель выключается.

Не менее важным элементом является пожарный датчик, который регистрирует повышение температуры и включает тревогу.

Термисторы NTC обозначаются буквами или имеют цветовую маркировку с полосами, кольцами или другой маркировкой. Варианты маркировки зависят от производителя, вида товара и других параметров.

Пример обозначения – 5Д-20, где первая цифра указывает сопротивление термистора при 25 градусах Цельсия, а цифра рядом с (20) – диаметр.

Чем выше этот параметр, тем больше укрывистость продукта. Чтобы не ошибиться в маркировке, рекомендуется пользоваться официальной документацией.

PTC

В отличие от термисторов, рассмотренных выше, PTC — это термисторы с положительным коэффициентом сопротивления. Это означает, что по мере нагрева детали сопротивление также увеличивается. Такие изделия активно использовались в старых телевизорах, оснащенных цветными телескопами.

На сегодняшний день выделяют два типа термисторов PTC (по количеству проводов) — с двумя и тремя отводами. Отличие трехвыводных изделий в том, что они включают в себя два позитрона в виде «таблеток», установленных в одном корпусе.

Внешне может показаться, что эти элементы идентичны, но на деле это не так. Одна из «таблеток» меньше. Сопротивление тоже разное — от 1,3 до 3,6 кОм в первом случае и от 18 до 24 Ом у второго такого планшета.

Двухвыводные термисторы изготавливаются с использованием полупроводникового материала (чаще всего Si-кремния). Внешне изделие выглядит как небольшая пластина с двумя проводами на разных концах.

Термисторы PTC используются в различных приложениях. Чаще всего их используют для защиты электрооборудования от перегрузок или перегрева, а также для поддержания температуры в безопасном режиме.

Основные области использования:

1. Защита электродвигателей. Задача изделия защитить обмотку от перегорания в случае заклинивания на роторе или при поломке системы охлаждения. Позитор играет роль датчика, подключенного к блоку управления с исполнительным реле, контакторами и пускателями. При возникновении форс-мажорной ситуации сопротивление увеличивается, и на управляющий элемент поступает сигнал, который дает команду на выключение двигателя.
2. Защита обмоток трансформатора от перегрева или перегрузки. В такой схеме в цепи первичной обмотки установлен позистор.
3. Блок нагрева в клеевых пистолетах.
4. В машинах для обогрева впускного тракта.
5. Размагничивание кинескопов ЭЛТ и так далее

Как проверить с помощью мультиметра

Важным вопросом при эксплуатации термисторов является знание принципов их проверки. При рассмотрении здоровья нужно понимать, что термисторы бывают двух типов — с положительным и отрицательным температурным коэффициентом (об этом было сказано выше). Поэтому при повышении температуры сопротивление детали уменьшается или уменьшается.

Учитывая этот факт, для проверки термистора требуется всего два предмета – паяльник для нагрева и мультиметр.

Алгоритм действий:

1. Переключите прибор в режим измерения сопротивления.
2. Подсоедините щупы к клеммам термистора (расположение не имеет значения).
3. Закрепите резистор на бумаге и поднесите к детали нагретый паяльник.
4. Контроль сопротивления (оно повышается или понижается в зависимости от типа термистора).
5. Если сопротивление уменьшается или увеличивается, полупроводник работает нормально.

В качестве примера можно использовать термистор NTC типа MF 72. В нормальном режиме он показывает сопротивление 6,9 Ом при нормальной температуре.

После поднесения паяльника к изделию ситуация изменилась — сопротивление уменьшилось и остановилось на уровне двух Ом. Из этого теста мы можем сделать вывод, что термистор работает.

Если сопротивление резко меняется или вообще не двигается, можно говорить о выходе детали из строя.

Следует отметить, что такая проверка очень грубая. Для точного контроля проверьте температуру и сопротивление терморезистора, а затем сравните данные с официальными параметрами.

Как подключить

Принцип подключения термисторов прост (на примере Arduino). Для этого потребуется печатная плата, деталь и резистор на 10 кОм. Поскольку изделие имеет высокое сопротивление, этот параметр для проводников не влияет на конечный результат.

Один вывод резистора подключен к выводу 5V, а другой к выводу термистора.

Другой вывод термистора должен быть соединен с землей. Центр двух резисторов подключен к аналоговому выводу 0).

<

Где находится на схеме

Отображение термистора на схеме может отличаться. Произведение легко найти по обозначениям t и t0. Внешне это отражается как сопротивление, что полоса проходит по диагонали со «стойкой» под t0 снизу. Основные обозначения R1, TH1 или RK1.

Если есть какие-либо сомнения относительно применения, термистор можно нагреть и понаблюдать за его поведением. Если сопротивление будет меняться, это и есть нужный элемент.

Термисторы используются практически везде — в плате зарядки, в автомобильных усилителях, блоках питания ПК, в литий-ионных аккумуляторах и других устройствах. Найти их на карте не сложно.

SMD и встроенные терморезисторы

Есть также еще два типа термисторов, о которых вам следует знать:

1. SMD — детали с особым типом крепления (для наружного монтажа). Внешне они мало чем отличаются от SMD-конденсаторов из керамики. Габариты соответствуют стандартному диапазону – 1206, 0805, 0603 и так далее. По внешнему виду такие изделия практически невозможно отличить от термисторов SMD.
2. Часть. Применяются в паяльных станциях (для контроля температуры жала), в том числе термовоздушного типа.

Кроме того, следует сказать, что в электронике наряду с термисторами используются тепловые реле и термопредохранители, работающие по аналогичному принципу и также устанавливаемые в электронных устройствах.