Hitastig

Viðfangsefni:

Hitastig
PTC viðnám
NTC viðnám
Ákvörðun NTC eiginleika

Hitamælir:
Hitamælir er heiti á íhlut sem hefur viðnámsgildi sem fer eftir hitastigi. Enska orðið er samsetning orðanna varma og viðnám. Hitastórar eru meðal annars notaðir í bílatækni hitaskynjara en ofhleðsluvarnir.
Hitastórum má skipta í 2 hópa; nefnilega að viðnámsgildið eykst með hækkandi hitastigi (PTC) eða að viðnámsgildið lækkar með hækkandi hitastigi (NTC). Hugtökin NTC og PTC eru nánar útskýrð hér að neðan.

PTC viðnám:
PTC viðnám er viðnám með jákvæðum hitastuðli. Þau eru aðallega notuð sem hitavörn í rafmagnstækjum. Þegar hitastigið hækkar eykst viðnámið líka. Sambandið milli viðnáms og hitastigs hefur línulegt samband við PTC viðnám. Það er, viðnámið eykst hlutfallslega við hækkun hitastigsins. Þetta sést á myndinni hér að neðan með nákvæmlega beinni línu.

PTC viðnám eru meðal annars notuð til speglahitunar. Án þessarar hlífðarviðnáms væri stöðug (hámarks)spenna 12 volt og 1,25 amper straumur eftir á hitaeiningum eftir að kveikt er á þeim. Þetta myndi að lokum brenna út vegna þess að straumurinn sem fylgir heldur áfram að valda upphitun. Hægt er að koma í veg fyrir ofhleðslu með því að bæta PTC viðnám í jákvæða vírinn. Þessi viðnám fylgist með hitastigi hitaeiningarinnar. Ef kveikt er á spegileyðingu yfir vetrartímann mun PTC viðnámið ekki virka í fyrstu. Hitastigið er þá of lágt. Allt 12v / 1,25A streymir nú í gegnum hitaeiningarnar, sem veldur því að spegilglerið hitnar hratt í upphafi. (Rakinn hverfur þá úr spegilglerinu eins fljótt og hægt er).
Þegar hitastigið eykst eykst viðnámið (sjá myndina hér að neðan). Þegar spegilglerið hefur náð 20 gráðu hita mun PTC hafa viðnámsgildið 20 ohm. Straumurinn hefur nú minnkað úr 1,25A í 0,6A. Þetta er hægt að reikna með Lögmál Ohms:

I = U/R
I = 12/20
Ég = 0,6A

Nú hefur straumurinn verið helmingaður sem tryggir að speglaglerið hitnar minna. Ef hitastig glersins hækkar í 40 gráður hefur PTC viðnámsgildið 40 ohm. Straumurinn er nú kominn niður í 0,3A.

Við hámarkshitastig 60 gráður á Celsíus verður viðnám PTC viðnámsins 60 Ohm. Straumurinn er nú aðeins 0,18A. Hitunaraflið er nú stöðugt og mun ekki aukast frekar vegna lítillar straums. Hitastig spegilglersins helst nú stöðugt og getur ekki ofhitnað. Ofangreind gildi eru samin og þjóna eingöngu sem dæmi til að gera það eins skýrt og mögulegt er. Hver framleiðandi mun nota sinn eigin straumstyrk (og þar af leiðandi viðnámsgildi) fyrir upphitun spegilsins.
Það eru líka aðrir íhlutir í bílnum sem eru með PTC viðnám eins og gluggamótor. Ef gluggabúnaðurinn er mjög þungur (vegna mikils vélræns álags) eða glugginn er opnaður og lokaður mörgum sinnum í röð, hækkar hitastig gluggastýrimótorsins. Þessum rafmótor er einnig fylgst með PTC viðnámi. Þegar hitastigið verður of hátt er þetta merki sent í gegnum PTC viðnám til stjórnunareininga. Þetta slekkur tímabundið á aflgjafa til mótorsins þar til hitastigið hefur lækkað. Þetta er eingöngu í öryggisskyni til að koma í veg fyrir ofhitnun

NTC viðnám:
NTC viðnám er viðnám með neikvæðum hitastuðli. Þessum viðnámum er beitt sem hitaskynjara af meðal annars kælivökva og inntakslofti. Þegar hitastigið hækkar minnkar viðnámið (sjá mynd). Oft er stöðug spenna á milli 1 og 5 volt sett á skynjarann. Við lágt hitastig verður viðnámsgildið hátt, þannig að spennan verður lág. Þegar hitastigið hækkar minnkar viðnámið og spennan eykst.

Spennuhækkuninni er stjórnað af stýribúnaði fyrir einkennandi svið, sem meðal annars ákvarðar innspýtingarmagn inndælinganna. Gildið er einnig hægt að skila yfir á hitamæli kælivökva á mælaborðinu, eða hitastig úti í lofti á loftslagsskjánum.

Sambandið milli viðnáms og hitastigs hefur engin línuleg tengsl við NTC viðnám. Þetta þýðir að viðnámið minnkar ekki í réttu hlutfalli við hækkun hitastigsins. Þetta sést á myndinni með bogadregnu línunni. Þessi lína er kölluð „einkenni“ og er lógaritmísk.

Ákvörðun NTC eiginleika:
Hægt er að lýsa NTC-eiginleikum að hluta með því að ákvarða samsvarandi viðnámsgildi við þrjú hitastig. Í þessu skyni er hægt að mæla hitaskynjarann með Ohm-mæli á meðan hann hangir í upphituðum katli.
Hægt er að draga punkta við mismunandi hitastig og viðnámsgildi. Hægt er að draga línur á milli þessara punkta (sjá mynd hér að neðan). Í grundvallaratriðum gerir þetta það mögulegt að áætla á sanngjarnan hátt hvernig einkennin þróast undir 20 og yfir 100 gráður á Celsíus.

Það er áhugavert að kafa dýpra í þetta. Með þremur mældum viðnámsgildum er hægt að ákvarða nákvæma viðnám með því að nota „Steinhart-Hart jöfnuna á óendanlega stóru hitastigi. Einnig er hægt að ákvarða eiginleika nákvæmlega. Hægt er að hlaða niður Excel skjal neðst á þessari síðu sem hægt er að mynda einkennin með.

Steinhart-Hart jafnan er:

T er hitastigið í Kelvin;
R er viðnámið við T í Ohm;
A, B og C eru Steinhart-Hart-stuðlarnir sem eru háðir viðnámsgildum við ákveðið hitastig.

Til að finna viðnám hálfleiðara við tiltekið hitastig þarf að nota andhverfu (R) Steinhart-Hart jöfnunnar. Þessi jafna er sem hér segir:

þar sem x og y eru ákvörðuð með eftirfarandi formúlum:

Til að finna A, B og C stuðla Steinhart-Hart þarf að ákvarða þrjú viðnámsgildi (R1, R2 og R3) við hitastig (T1, T2 og T3). Þetta ætti að fletta upp í forskriftum hálfleiðara eða mæla með hitamæli og ohm-mæli. L1, L2 og R3 eru reiknuð út með því að ákvarða andhverfu viðnámsgildanna. Y1, Y2 og Y3 eru ákvörðuð með því að reikna hitastigið í Kelvin í -1 veldi.