Termistori

Aiheet:

Termistori
PTC vastus
NTC vastus
NTC-ominaisuuden määrittäminen

Termistori:
Termistori on nimi komponentille, jonka resistanssiarvo riippuu lämpötilasta. Englanninkielinen sana on yhdistelmä sanoista thermo ja resistor. Termistoreja käytetään muun muassa autotekniikassa lämpötila-anturit en ylikuormitussuojat.
Termistorit voidaan jakaa 2 ryhmään; eli että vastusarvo kasvaa lämpötilan noustessa (PTC) tai että vastusarvo pienenee lämpötilan noustessa (NTC). Termit NTC ja PTC selitetään tarkemmin alla.

PTC-vastus:
PTC-vastus on vastus, jolla on positiivinen lämpötilakerroin. Niitä käytetään pääasiassa sähkölaitteiden lämpötilasuojana. Lämpötilan noustessa myös vastus kasvaa. Resistanssin ja lämpötilan välinen suhde on lineaarinen PTC-vastuksen kanssa. Eli vastus kasvaa suhteessa lämpötilan nousuun. Tämä näkyy alla olevassa kuvassa tarkalleen suoralla viivalla.

PTC-vastuksia käytetään muun muassa peilien lämmitykseen. Ilman tätä suojavastusta 12 voltin vakio (maksimi) jännite ja 1,25 ampeerin virta jäävät päällekytkemisen jälkeen lämmityselementteihin. Nämä palaisivat lopulta loppuun, koska syötetty virta jatkaa kuumenemista. Ylikuormitus voidaan estää lisäämällä PTC-vastus plusjohtimeen. Tämä vastus valvoo lämmityselementin lämpötilaa. Jos peilin tyhjennys kytketään päälle talvikaudella, PTC-vastus ei toimi aluksi. Silloin lämpötila on liian alhainen. Täysi 12v / 1,25A virtaa nyt lämmityselementtien läpi, jolloin peililasi kuumenee aluksi nopeasti. (Silloin kosteus katoaa peililasista mahdollisimman nopeasti).
Lämpötilan noustessa vastus kasvaa (katso alla oleva kuva). Kun peililasi on saavuttanut 20 asteen lämpötilan, PTC:n vastusarvo on 20 ohmia. Virta on nyt pudonnut 1,25A:sta 0,6A:iin. Tämä voidaan laskea käyttämällä Ohmin laki:

I = U/R
I = 12/20
I = 0,6A

Virta on nyt puolitettu, mikä varmistaa, että peilin lasi lämpenee hitaammin. Jos lasin lämpötila nousee 40 asteeseen, PTC:n vastusarvo on 40 ohmia. Virta on nyt pudonnut 0,3A:iin.

Maksimilämpötilassa 60 celsiusastetta PTC-vastuksen resistanssi on 60 ohmia. Virta on nyt vain 0,18A. Lämmitysteho on nyt vakio, eikä se enää kasva alhaisen virran vuoksi. Peililasin lämpötila pysyy nyt vakiona, eikä se voi ylikuumentua. Yllä olevat arvot on keksitty ja ne toimivat puhtaasti esimerkkinä, jotta se olisi mahdollisimman selkeä. Jokainen valmistaja käyttää omia ampeerimääriään (ja siten vastusarvojaan) peilien lämmittämiseen.
Autossa on myös muita komponentteja, joissa on PTC-vastus, kuten ikkunamoottori. Jos ikkunamekanismi on erittäin raskas (suuren mekaanisen kuormituksen vuoksi) tai ikkunaa avataan ja suljetaan monta kertaa peräkkäin, ikkunan käyttömoottorin lämpötila nousee. Tätä sähkömoottoria valvoo myös PTC-vastus. Kun lämpötila nousee liian korkeaksi, tämä signaali lähetetään PTC-vastuksen kautta ohjausyksikköön. Tämä katkaisee tilapäisesti moottorin virransyötön, kunnes lämpötila on laskenut. Tämä on puhtaasti turvallisuussyistä ylikuumenemisen estämiseksi

NTC-vastus:
NTC-vastus on vastus, jolla on negatiivinen lämpötilakerroin. Näitä vastuksia käytetään kuten lämpötila-anturit muun muassa jäähdytysnesteestä ja imuilmasta. Lämpötilan noustessa vastus pienenee (katso kuva). Usein anturiin syötetään vakiojännite välillä 1 - 5 volttia. Alhaisessa lämpötilassa resistanssiarvo on korkea, joten jännite on alhainen. Lämpötilan noustessa vastus pienenee ja jännite kasvaa.

Jännitteen nousua ohjaa ominaiskenttien ohjauslaite, joka muun muassa määrittää injektorien ruiskutusmäärän. Arvo voidaan välittää myös kojelaudan jäähdytysnesteen lämpötilamittariin tai ilmastointilaitteen näytössä olevaan ulkoilman lämpötilaan.

Resistanssin ja lämpötilan välisellä suhteella ei ole lineaarista yhteyttä NTC-vastukseen. Tämä tarkoittaa, että vastus ei pienene suhteessa lämpötilan nousuun. Tämä näkyy kuvassa kaarevasta viivasta. Tätä riviä kutsutaan "ominaisuus" ja se on logaritminen.

NTC-ominaisuuden määrittäminen:
NTC-ominaisuus voidaan hahmotella osittain määrittämällä vastaava resistanssiarvo kolmessa lämpötilassa. Tätä tarkoitusta varten lämpötila-anturia voidaan mitata ohmimittarilla sen ollessa lämmitetyssä vedenkeittimessä.
Pisteitä voidaan piirtää eri lämpötiloissa ja vastusarvoissa. Näiden pisteiden väliin voidaan vetää viivoja (katso kuva alla). Periaatteessa tämä mahdollistaa reilun arvion, kuinka ominaisuus kehittyy alle 20 ja yli 100 celsiusasteessa.

Tähän on mielenkiintoista perehtyä syvemmälle. Kolmella mitatulla resistanssiarvolla tarkka resistanssi voidaan määrittää käyttämällä Steinhart-Hart yhtälöä äärettömän suurella lämpötila-alueella. Ominaisuus voidaan myös määrittää tarkasti. Tämän sivun alalaidasta voi ladata Excel-tiedoston, jolla ominaisuus voidaan muodostaa.

Steinhart-Hart yhtälö on:

T on lämpötila kelvineinä;
R on resistanssi kohdassa T ohmeina;
A, B ja C ovat Steinhart-Hart-kertoimia, jotka riippuvat resistanssiarvoista tietyssä lämpötilassa.

Puolijohteen resistanssin määrittämiseksi tietyssä lämpötilassa on käytettävä Steinhart-Hart-yhtälön käänteistä (R). Tämä yhtälö on seuraava:

missä x ja y määritetään seuraavilla kaavoilla:

Steinhart-Hartin A-, B- ja C-kertoimien löytämiseksi on määritettävä kolme resistanssiarvoa (R1, R2 ja R3) lämpötilassa (T1, T2 ja T3). Nämä kannattaa etsiä puolijohteen tiedoista tai mitata lämpö- ja ohmimittarilla. L1, L2 ja R3 lasketaan määrittämällä vastusarvojen käänteisarvo. Y1, Y2 ja Y3 määritetään laskemalla lämpötila kelvineinä potenssiin -1.