Movatterモバイル変換

[0]ホーム

Preskočiť na obsah

Termistor

Upraviť odkazy

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie

Typická teplotná charakteristika NTC termistoru

Typická teplotná charakteristika PTC termistoru

Zničený NTC termistor, ktorý plnil funkciu obmedzovača štartovacieho prúdu vspínanom zdroji. Najpravdepodobnejší dôvod zlyhania (prehriatia) bolo preťaženie spôsobené konštrukčnou chybou (súčiastka bola poddimenzovaná voči očakávanému výkonu zdroja).

Termistor je pasívnaelektronická súčiastka (špecializovaný typrezistoru), ktorejelektrický odpor je závislý odteploty. Názov pochádza z angl.thermistor, ktorý má pôvod v kombinácii slovthermal aresistor

Podľa povahy teplotnej závislosti sa termistory delia na dva druhy:

PTC termistor (z angl.Positive Temperature Coefficient – pozitívny teplotný koeficient) alebopozistor, ktorého odpor pri zahrievaní rastie
NTC termistor (z angl.Negative Temperature Coefficient – negatívny teplotný koeficient) alebonegastor, ktorého odpor pri zahrievaní klesá.

Termistory sa konštrukčne líšia ododporových snímačov teploty (skr.RTD z angl.Resistance Temperature Detector), typickým reprezentantom ktorých je napr.platinový senzorPT100. Zatiaľ čo odporové snímače sú z čistéhokovu, termistory sú vyrobené zkeramických alebopolymérových materiálov na bázepolovodičov. Sú použiteľné v užšom rozsahu teplôt než odporové snímače, v tomto rozsahu sa však vyznačujú rádovo vyššou citlivosťou na zmenu teploty, čo umožňuje ich využitie v špecifických typoch obvodov, kde nemajú priamu náhradu (pozri nižšie).

Vlastnosti

[upraviť |upraviť zdroj]

Výhody (v porovnaní s inými typmi teplotných snímačov):

vysoká citlivosť (pri 25° až 400 Ω/°C, odporový snímač len 0,4 Ω/°C, termočlánok 40 µV/°C^[1])
rýchla odozva na zmenu teploty
vďaka vysokému odporu a citlivosti stačí dvojvodičové meranie (odporový snímač vyžaduje pre presné meranie 4-vodičové pripojenie, aby bolo meranie napäťového úbytku na snímači nezávislé od prívodu meracieho prúdu. Vylúči sa tak vplyv odporu prívodných vodičov.)

Nevýhody:

výrazne nelineárna charakteristika
obmedzený teplotný rozsah (−80 °C až 150 °C podľa typu^[1])
zahrievanie vplyvom priechodu meracieho prúdu

Využitie

[upraviť |upraviť zdroj]

meranie teploty. Po vhodnejlinearizácii teplotnej charakteristiky termistoru je možné jeho teplotnú závislosť využiť na relatívne presné meranie teploty pri konštrukciiteplomerov,termostatov, indikátorov určitej prahovej teploty a pod.
stabilizácia alebo obmedzenie prúdu, tečúceho obvodom (nadprúdová ochrana). Využíva sanegatívna spätná väzba, pôsobiaca pri vlastnom ohreve PTC termistoru v dôsledku prechádzajúceho prúdu. Prúd, tečúci obvodom ohrieva termistor, ktorého odpor následne stúpa, čo pôsobí proti ďalšiemu nárastu prúdu.
zabezpečenie plynulého nárastu prúdu obvodom po zapnutí (tzv.plynulý štart aleboplynulý nábeh, angl.soft start). Využíva sapozitívna spätná väzba, pôsobiaca pri vlastnom ohreve NTC termistoru v dôsledku prechádzajúceho prúdu. Prúd, tečúci obvodom postupne ohrieva termistor, ktorého odpor následne klesá, čo podporuje nárast prúdu. Toto zapojenie sa v minulosti používalo napr. v žeraviacom obvodeelektrónkových spotrebičov.
priamy ohrev malého uzavretého priestoru PTC termistorom. Využíva sa negatívna spätná väzba, pôsobiaca pri vlastnom ohreve PTC termistoru v dôsledku prechádzajúceho prúdu. Pri náraste teploty termistoru vzrastie jeho odpor. Pri napájaní zo zdroja konštantného napätia to spôsobí pokles výkonu, zmareného na termistore, čo pôsobí proti ďalšiemu rastu teploty. Výsledkom je jednoduché vyhrievanie so stabilizáciou teploty vyhrievaného priestoru. Toto riešenie sa využíva na stabilizáciu pracovnej teploty obvodov (napr.kryštálové oscilátory s vyššími nárokmi na stabilitu frekvencie a pod.)

Matematický model teplotnej charakteristiky

[upraviť |upraviť zdroj]

Steinhart-Hartova rovnica

[upraviť |upraviť zdroj]

Steinhart-Hartova rovnica jeaproximáciou teplotnej charakteristiky termistorupolynómom 3. rádu:

{\frac {1}{T}}=a+b\,\ln(R)+c\,\ln ^{3}(R)

kdeT je teplota vkelvinoch,R je odpor vohmoch,a,b,c sú Steinhart-Hartove parametre – konštanty, špecifické pre konkrétny termistor (príklad výpočtu konštánt z troch nameraných hodnôt teplota-odpor, pozri^[1]).

Po vyjadrení odporu ako funkcie teploty dostaneme:

R=e^{{\left(\beta -{\alpha  \over 2}\right)}^{1 \over 3}-{\left(\beta +{\alpha  \over 2}\right)}^{1 \over 3}}

kde

\alpha ={{a-{1 \over T}} \over c}

and

\beta ={\sqrt {{{\left({b \over {3c}}\right)}^{3}}+{{\alpha ^{2}} \over 4}}}

Chyba aproximácie Steinhart-Hartovou rovnicou môže byť menej ako 0,02 °C pri meraní teploty v pracovnom rozsahu termistoru a po dôkladnej kalibrácii konštánt.^{[chýba zdroj]}

Príklad typických hodnôt konštánt pre NTC termistor s odporom 3 000 Ω priizbovej teplote (25 °C = 298,15 K):

a=1.40\times 10^{-3}

b=2.37\times 10^{-4}

c=9.90\times 10^{-8}

Integrované senzory teploty

[upraviť |upraviť zdroj]

Na pohodlné, spoľahlivé a presné elektronické meranie teploty v širokom rozsahu dnes už existujú špecializované senzory vo formeintegrovaných obvodov. Na meranie teploty sú často oveľa vhodnejšie než klasické diskrétne senzory (termistor, odporový snímač, termočlánok), nakoľko nevyžadujúkalibráciu ani linearizáciu charakteristiky, sú odolné, netrpia starnutím a zapojenie s nimi je v konečnom dôsledku jednoduchšie, opakovateľnejšie a často aj lacnejšie.

analógové integrované senzory s výstupom, priamo úmerným teplote (napr. LM35 – prevodník teplota/napätie, SMT160 – prevodník teplota/strieda)
digitálne integrované senzory, zvlášť vhodné pre priame meranie teplotypočítačom alebomikrokontrolérom (napr. DS18B20 – 12-bitový teplotný senzor s jedinečným sériovým číslom pre paralelné pripojenie na 1-vodičovú zbernicu)