Termistore

Soggetti:

Termistore
Resistenza PTC
Resistenza NTC
Determinazione della caratteristica NTC

Termistore:
Un termistore è il nome di un componente che ha un valore di resistenza che dipende dalla temperatura. La parola inglese è una combinazione delle parole termico e resistore. I termistori vengono utilizzati tra l'altro nella tecnologia automobilistica sensori di temperatura en protezioni da sovraccarico.
I termistori possono essere divisi in 2 gruppi; vale a dire che il valore di resistenza aumenta con l'aumentare della temperatura (PTC) oppure che il valore di resistenza diminuisce con l'aumentare della temperatura (NTC). I termini NTC e PTC vengono spiegati ulteriormente di seguito.

Resistenza PTC:
Un resistore PTC è un resistore con un coefficiente di temperatura positivo. Sono utilizzati principalmente come protezione termica negli apparecchi elettrici. All’aumentare della temperatura aumenta anche la resistenza. La relazione tra resistenza e temperatura ha una relazione lineare con un resistore PTC. Cioè la resistenza aumenta proporzionalmente all'aumento della temperatura. Questo può essere visto nell'immagine qui sotto dalla linea esattamente retta.

Le resistenze PTC vengono utilizzate, tra le altre cose, per il riscaldamento degli specchi. Senza questa resistenza di protezione, sugli elementi riscaldanti dopo l'accensione rimarrebbe una tensione costante (massima) di 12 Volt e una corrente di 1,25 A. Questi prima o poi si brucerebbero, perché la corrente fornita continua a provocare riscaldamento. Il sovraccarico può essere prevenuto aggiungendo un resistore PTC nel filo positivo. Questo resistore monitora la temperatura dell'elemento riscaldante. Se l'esaurimento dello specchio viene attivato durante il periodo invernale, la resistenza PTC inizialmente non funzionerà. Allora la temperatura è troppo bassa. L'intera tensione di 12 V/1,25 A ora scorre attraverso gli elementi riscaldanti, provocando inizialmente un rapido riscaldamento del vetro dello specchio. (L'umidità scomparirà quindi dal vetro dello specchio il più rapidamente possibile).
All'aumentare della temperatura aumenta la resistenza (vedi immagine sotto). Quando il vetro dello specchio avrà raggiunto la temperatura di 20 gradi, il PTC avrà un valore di resistenza di 20 ohm. La corrente è ora diminuita da 1,25 A a 0,6 A. Questo può essere calcolato con il Legge di Ohm:

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

La corrente è stata ora dimezzata, il che garantisce che il vetro dello specchio si riscaldi meno rapidamente. Se la temperatura del vetro sale a 40 gradi, il PTC ha un valore di resistenza di 40 ohm. La corrente è ora scesa a 0,3 A.

Ad una temperatura massima di 60 gradi Celsius, la resistenza del resistore PTC sarà di 60 Ohm. La corrente è ora solo 0,18 A. La potenza di riscaldamento ora è costante e non aumenterà ulteriormente a causa della bassa corrente. La temperatura del vetro dello specchio ora rimane costante e non può surriscaldarsi. I valori sopra indicati sono inventati e servono puramente come esempio per renderlo il più chiaro possibile. Ogni produttore utilizzerà i propri amperaggi (e quindi valori di resistenza) per il riscaldamento dello specchio.
Nell'auto ci sono anche altri componenti dotati di resistenza PTC, come il motorino del finestrino. Se il meccanismo della finestra è molto pesante (a causa di un elevato carico meccanico) o la finestra viene aperta e chiusa più volte di seguito, la temperatura del motorino di azionamento della finestra aumenta. Questo motore elettrico è inoltre monitorato da una resistenza PTC. Quando la temperatura diventa troppo alta, questo segnale viene inviato tramite la resistenza PTC ad un'unità di controllo. Ciò interrompe temporaneamente l'alimentazione elettrica al motore fino a quando la temperatura non è scesa. Questo è puramente per motivi di sicurezza per prevenire il surriscaldamento

Resistenza NTC:
Un resistore NTC è un resistore con un coefficiente di temperatura negativo. Questi resistori vengono applicati come sensori di temperatura tra l'altro del liquido di raffreddamento e dell'aria aspirata. All'aumentare della temperatura la resistenza diminuisce (vedi immagine). Spesso al sensore viene applicata una tensione costante compresa tra 1 e 5 Volt. A bassa temperatura il valore della resistenza sarà alto, quindi la tensione sarà bassa. All’aumentare della temperatura, la resistenza diminuisce e la tensione aumenta.

L'aumento di tensione è controllato dal dispositivo di controllo dei campi caratteristici, che, tra l'altro, determina la quantità di iniezione degli iniettori. Il valore può anche essere trasmesso all'indicatore della temperatura del liquido di raffreddamento sul cruscotto o alla temperatura dell'aria esterna sul display del climatizzatore.

La relazione tra resistenza e temperatura non ha una relazione lineare con un resistore NTC. Ciò significa che la resistenza non diminuisce proporzionalmente all'aumento della temperatura. Questo può essere visto nell'immagine dalla linea curva. Questa linea è chiamata “caratteristica” ed è logaritmica.

Determinazione della caratteristica NTC:
La caratteristica NTC può essere parzialmente delineata determinando il corrispondente valore di resistenza a tre temperature. A questo scopo il sensore di temperatura può essere misurato con un ohmmetro mentre è sospeso in un bollitore riscaldato.
I punti possono essere disegnati a diverse temperature e valori di resistenza. È possibile tracciare delle linee tra questi punti (vedere l'immagine sotto). In linea di principio, ciò consente di stimare con precisione come si svilupperà la caratteristica al di sotto dei 20 e al di sopra dei 100 gradi Celsius.

È interessante approfondire questo aspetto. Con i tre valori di resistenza misurati è possibile determinare la resistenza esatta utilizzando l'equazione di Steinhart-Hart in un intervallo di temperatura infinitamente ampio. La caratteristica può anche essere determinata con precisione. In fondo a questa pagina è possibile scaricare un file Excel con il quale è possibile formare la caratteristica.

L'equazione di Steinhart-Hart è:

T è la temperatura in Kelvin;
R è la resistenza a T in Ohm;
A, B e C sono i coefficienti di Steinhart-Hart che dipendono dai valori di resistenza ad una determinata temperatura.

Per trovare la resistenza di un semiconduttore ad una data temperatura, è necessario utilizzare l'inverso (R) dell'equazione di Steinhart-Hart. Questa equazione è la seguente:

dove x e y sono determinati utilizzando le seguenti formule:

Per trovare i coefficienti A, B e C dello Steinhart-Hart, è necessario determinare tre valori di resistenza (R1, R2 e R3) ad una temperatura (T1, T2 e T3). Questi dovrebbero essere cercati nelle specifiche del semiconduttore o misurati con un termometro e un ohmmetro. L1, L2 e R3 si calcolano determinando l'inverso dei valori di resistenza. Y1, Y2 e Y3 vengono determinati calcolando la temperatura in Kelvin alla potenza -1.