Μαθήματα:
- Θερμίστορ
- Αντίσταση PTC
- Αντίσταση NTC
- Προσδιορισμός του χαρακτηριστικού NTC
Θερμίστορ:
Ένα θερμίστορ είναι ένα όνομα για ένα στοιχείο που έχει τιμή αντίστασης που εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Η αγγλική λέξη είναι ένας συνδυασμός των λέξεων thermal και resistor. Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται μεταξύ άλλων στην τεχνολογία αυτοκινήτων αισθητήρες θερμοκρασίας en προστασία υπερφόρτωσης.
Τα θερμίστορ μπορούν να χωριστούν σε 2 ομάδες. Δηλαδή ότι η τιμή αντίστασης αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας (PTC) ή ότι η τιμή αντίστασης μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας (NTC). Οι όροι NTC και PTC επεξηγούνται περαιτέρω παρακάτω.
Αντίσταση PTC:
Μια αντίσταση PTC είναι μια αντίσταση με θετικό συντελεστή θερμοκρασίας. Χρησιμοποιούνται κυρίως ως προστασία θερμοκρασίας σε ηλεκτρικές συσκευές. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται και η αντίσταση. Η σχέση μεταξύ αντίστασης και θερμοκρασίας έχει μια γραμμική σχέση με μια αντίσταση PTC. Δηλαδή η αντίσταση αυξάνεται αναλογικά με την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό φαίνεται στην παρακάτω εικόνα από την ακριβώς ευθεία γραμμή.
Οι αντιστάσεις PTC χρησιμοποιούνται, μεταξύ άλλων, για θέρμανση καθρέφτη. Χωρίς αυτήν την προστατευτική αντίσταση, μια σταθερή (μέγιστη) τάση 12 βολτ και ρεύμα 1,25 αμπέρ θα παρέμενε στα θερμαντικά στοιχεία μετά την ενεργοποίηση. Αυτά τελικά θα καούν, επειδή το παρεχόμενο ρεύμα συνεχίζει να προκαλεί θέρμανση. Η υπερφόρτωση μπορεί να αποφευχθεί με την προσθήκη μιας αντίστασης PTC στο θετικό καλώδιο. Αυτή η αντίσταση παρακολουθεί τη θερμοκρασία του θερμαντικού στοιχείου. Εάν η εξάντληση του καθρέφτη είναι ενεργοποιημένη κατά τη χειμερινή περίοδο, η αντίσταση PTC δεν θα λειτουργήσει αρχικά. Τότε η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή. Το πλήρες 12v / 1,25A ρέει τώρα μέσα από τα στοιχεία θέρμανσης, με αποτέλεσμα το γυαλί του καθρέφτη να θερμαίνεται γρήγορα αρχικά. (Η υγρασία θα εξαφανιστεί στη συνέχεια από το γυαλί του καθρέφτη το συντομότερο δυνατό).
Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται η αντίσταση (δείτε την παρακάτω εικόνα). Όταν το γυαλί καθρέφτη φτάσει σε θερμοκρασία 20 βαθμών, το PTC θα έχει τιμή αντίστασης 20 ohms. Το ρεύμα έχει πλέον μειωθεί από 1,25Α σε 0,6Α. Αυτό μπορεί να υπολογιστεί με το Νόμος του Ohm:
I=U/R
I = 12/20
I = 0,6Α
Το ρεύμα έχει πλέον μειωθεί στο μισό, γεγονός που διασφαλίζει ότι το γυαλί του καθρέφτη θερμαίνεται λιγότερο γρήγορα. Εάν η θερμοκρασία του γυαλιού ανέβει στους 40 βαθμούς, το PTC έχει τιμή αντίστασης 40 ohms. Το ρεύμα έχει πλέον πέσει στα 0,3Α.
Σε μέγιστη θερμοκρασία 60 βαθμών Κελσίου, η αντίσταση της αντίστασης PTC θα είναι 60 Ohm. Το ρεύμα είναι τώρα μόνο 0,18Α. Η ισχύς θέρμανσης είναι πλέον σταθερή και δεν θα αυξηθεί περαιτέρω λόγω του χαμηλού ρεύματος. Η θερμοκρασία του γυαλιού του καθρέφτη παραμένει πλέον σταθερή και δεν μπορεί να υπερθερμανθεί. Οι παραπάνω τιμές συνθέτονται και χρησιμεύουν απλώς ως παράδειγμα για να γίνει όσο το δυνατόν πιο σαφές. Κάθε κατασκευαστής θα χρησιμοποιήσει τα δικά του ρεύματα ρεύματος (και επομένως τιμές αντίστασης) για τη θέρμανση των καθρεπτών του.
Υπάρχουν επίσης άλλα εξαρτήματα στο αυτοκίνητο που διαθέτουν αντίσταση PTC, όπως ένα μοτέρ παραθύρου. Εάν ο μηχανισμός του παραθύρου είναι πολύ βαρύς (λόγω υψηλού μηχανικού φορτίου) ή το παράθυρο ανοίγει και κλείνει πολλές φορές διαδοχικά, η θερμοκρασία του κινητήρα λειτουργίας του παραθύρου αυξάνεται. Αυτός ο ηλεκτροκινητήρας παρακολουθείται επίσης από μια αντίσταση PTC. Όταν η θερμοκρασία γίνει πολύ υψηλή, αυτό το σήμα αποστέλλεται μέσω της αντίστασης PTC σε μια μονάδα ελέγχου. Αυτό διακόπτει προσωρινά την παροχή ρεύματος στον κινητήρα μέχρι να πέσει η θερμοκρασία. Αυτό είναι καθαρά για λόγους ασφαλείας για την αποφυγή υπερθέρμανσης
Αντίσταση NTC:
Μια αντίσταση NTC είναι μια αντίσταση με αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας. Αυτές οι αντιστάσεις εφαρμόζονται ως αισθητήρες θερμοκρασίας μεταξύ άλλων, του ψυκτικού και του αέρα εισαγωγής. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η αντίσταση μειώνεται (βλ. εικόνα). Συχνά στον αισθητήρα εφαρμόζεται σταθερή τάση μεταξύ 1 και 5 Volt. Σε χαμηλή θερμοκρασία η τιμή αντίστασης θα είναι υψηλή, άρα η τάση θα είναι χαμηλή. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η αντίσταση μειώνεται και η τάση αυξάνεται.
Η αύξηση της τάσης ελέγχεται από τη συσκευή ελέγχου για τα χαρακτηριστικά πεδία, η οποία, μεταξύ άλλων, καθορίζει την ποσότητα ψεκασμού των μπεκ. Η τιμή μπορεί επίσης να μεταφερθεί στο μετρητή θερμοκρασίας ψυκτικού υγρού στο ταμπλό ή στη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα στην οθόνη ελέγχου κλιματισμού.
Η σχέση μεταξύ αντίστασης και θερμοκρασίας δεν έχει γραμμική σχέση με μια αντίσταση NTC. Αυτό σημαίνει ότι η αντίσταση δεν μειώνεται ανάλογα με την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό φαίνεται στην εικόνα από την καμπύλη γραμμή. Αυτή η γραμμή ονομάζεται «χαρακτηριστικό» και είναι λογαριθμική.
Προσδιορισμός του χαρακτηριστικού NTC:
Το χαρακτηριστικό NTC μπορεί να περιγραφεί εν μέρει με τον προσδιορισμό της αντίστοιχης τιμής αντίστασης σε τρεις θερμοκρασίες. Για το σκοπό αυτό, ο αισθητήρας θερμοκρασίας μπορεί να μετρηθεί με ένα ωμόμετρο ενώ κρέμεται σε θερμαινόμενο βραστήρα.
Τα σημεία μπορούν να σχεδιαστούν σε διαφορετικές θερμοκρασίες και τιμές αντίστασης. Μεταξύ αυτών των σημείων μπορούν να σχεδιαστούν γραμμές (δείτε την παρακάτω εικόνα). Κατ' αρχήν, αυτό καθιστά δυνατή την ορθή εκτίμηση του τρόπου με τον οποίο θα αναπτυχθεί το χαρακτηριστικό κάτω από 20 και πάνω από 100 βαθμούς Κελσίου.
Είναι ενδιαφέρον να εμβαθύνουμε σε αυτό. Με τις τρεις μετρούμενες τιμές αντίστασης, η ακριβής αντίσταση μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση Steinhart-Hart σε ένα απείρως μεγάλο εύρος θερμοκρασίας. Το χαρακτηριστικό μπορεί επίσης να προσδιοριστεί με ακρίβεια. Μπορείτε να κατεβάσετε ένα αρχείο Excel στο κάτω μέρος αυτής της σελίδας με το οποίο μπορεί να σχηματιστεί το χαρακτηριστικό.
Η εξίσωση Steinhart-Hart είναι:
- T είναι η θερμοκρασία σε Kelvin.
- R είναι η αντίσταση στο T σε Ohms.
- Τα A, B και C είναι οι συντελεστές Steinhart-Hart που εξαρτώνται από τις τιμές αντίστασης σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.
Για να βρεθεί η αντίσταση ενός ημιαγωγού σε μια δεδομένη θερμοκρασία, πρέπει να χρησιμοποιηθεί το αντίστροφο (R) της εξίσωσης Steinhart-Hart. Αυτή η εξίσωση έχει ως εξής:
όπου τα x και y προσδιορίζονται χρησιμοποιώντας τους ακόλουθους τύπους:
Για να βρείτε τους συντελεστές A, B και C του Steinhart-Hart, πρέπει να προσδιοριστούν τρεις τιμές αντίστασης (R1, R2 και R3) σε θερμοκρασία (T1, T2 και T3). Αυτά πρέπει να αναζητηθούν στις προδιαγραφές του ημιαγωγού ή να μετρηθούν με ένα θερμόμετρο και ένα ωμόμετρο. Τα L1, L2 και R3 υπολογίζονται προσδιορίζοντας το αντίστροφο των τιμών αντίστασης. Τα Υ1, Υ2 και Υ3 προσδιορίζονται με τον υπολογισμό της θερμοκρασίας σε Kelvin στην ισχύ -1.
Στη συνέχεια, οι συντελεστές Steinhart-Hart (A, B και C) μπορούν να υπολογιστούν:
Εισάγοντας αυτούς τους συντελεστές και το ln (R) δίνεται η σωστή θερμοκρασία. Όταν συμπληρωθούν οι παραπάνω τύποι, αυτό δίνει:
Συμπληρώνοντας όλα τα δεδομένα στην εξίσωση Steinhart-Hart:
δίνει:
Η μεταβλητή "T" σας επιτρέπει να αλλάξετε την επιθυμητή θερμοκρασία. Ο υπολογισμός θα δείξει ότι σε T 120 βαθμών Κελσίου η αντίσταση είναι 122 Ohm.
Ο τύπος μπορεί να συμπληρωθεί με τις τρεις προηγουμένως μετρημένες θερμοκρασίες με τις οποίες μπορεί να σχεδιαστεί το χαρακτηριστικό:
- 2500 Ohm στους 20°C.
- 626 Ohm στους 60°C.
- 200 Ohm στους 100°C.
Σχετική σελίδα:
