termistor

Przedmioty:

termistor
Rezystor PTC
Oporność NTC
Wyznaczanie charakterystyki NTC

Termistor:
Termistor to nazwa elementu, którego wartość rezystancji zależy od temperatury. Angielskie słowo jest kombinacją słów termiczny i rezystor. Termistory stosowane są między innymi w technice motoryzacyjnej czujniki temperatury en zabezpieczenia przed przeciążeniem.
Termistory można podzielić na 2 grupy; mianowicie, że wartość rezystancji rośnie wraz ze wzrostem temperatury (PTC) lub że wartość rezystancji maleje wraz ze wzrostem temperatury (NTC). Terminy NTC i PTC wyjaśniono szczegółowo poniżej.

Oporność PTC:
Rezystor PTC to rezystor o dodatnim współczynniku temperaturowym. Stosowane są głównie jako ochrona temperaturowa w urządzeniach elektrycznych. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta również rezystancja. Zależność między rezystancją a temperaturą ma liniową zależność w przypadku rezystora PTC. Oznacza to, że opór wzrasta proporcjonalnie do wzrostu temperatury. Można to zobaczyć na poniższym obrazku po dokładnie prostej linii.

Rezystory PTC służą między innymi do ogrzewania lusterek. Bez tego rezystora ochronnego po włączeniu na elementach grzejnych utrzymywałoby się stałe (maksymalne) napięcie 12 woltów i prąd 1,25 ampera. W końcu uległyby one spaleniu, ponieważ dostarczany prąd nadal powoduje ogrzewanie. Przeciążeniu można zapobiec, dodając rezystor PTC do przewodu dodatniego. Rezystor ten monitoruje temperaturę elementu grzejnego. Jeżeli w okresie zimowym zostanie włączone wygaszanie lusterek, rezystor PTC początkowo nie będzie działał. Temperatura jest wtedy za niska. Pełne napięcie 12 V / 1,25 A przepływa teraz przez elementy grzejne, powodując początkowo szybkie nagrzewanie się szkła lusterka. (Wilgoć zniknie wtedy ze szkła lustrzanego tak szybko, jak to możliwe).
Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta rezystancja (patrz rysunek poniżej). Gdy szkło lustrzane osiągnie temperaturę 20 stopni, rezystancja PTC będzie wynosić 20 omów. Prąd spadł teraz z 1,25A do 0,6A. Można to obliczyć za pomocą Prawo Ohma:

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

Prąd został teraz zmniejszony o połowę, co zapewnia wolniejsze nagrzewanie się szkła lustrzanego. Jeśli temperatura szkła wzrośnie do 40 stopni, PTC ma wartość rezystancji 40 omów. Prąd spadł do 0,3A.

Przy maksymalnej temperaturze 60 stopni Celsjusza rezystancja rezystora PTC wyniesie 60 omów. Prąd wynosi teraz tylko 0,18A. Moc grzewcza jest teraz stała i nie będzie już wzrastać ze względu na niski prąd. Temperatura szkła lustrzanego pozostaje teraz stała i nie może się przegrzać. Powyższe wartości są wymyślone i służą wyłącznie jako przykład, aby było jak najbardziej jasne. Każdy producent użyje własnego natężenia prądu (a tym samym wartości rezystancji) do ogrzewania lusterek.
W samochodzie znajdują się również inne elementy, które mają rezystor PTC, takie jak silnik szyby. Jeżeli mechanizm okna jest bardzo ciężki (ze względu na duże obciążenie mechaniczne) lub okno jest wielokrotnie otwierane i zamykane, wzrasta temperatura silnika sterującego oknem. Ten silnik elektryczny jest również monitorowany przez rezystor PTC. Gdy temperatura staje się zbyt wysoka, sygnał ten jest wysyłany przez rezystor PTC do jednostki sterującej. Spowoduje to tymczasowe wyłączenie zasilania silnika do czasu spadku temperatury. Ma to wyłącznie na celu bezpieczeństwo, aby zapobiec przegrzaniu

Rezystancja NTC:
Rezystor NTC to rezystor o ujemnym współczynniku temperaturowym. Rezystory te są stosowane jako czujniki temperatury między innymi płynu chłodzącego i powietrza dolotowego. Wraz ze wzrostem temperatury opór maleje (patrz zdjęcie). Często do czujnika przykładane jest stałe napięcie od 1 do 5 woltów. W niskiej temperaturze wartość rezystancji będzie wysoka, więc napięcie będzie niskie. Wraz ze wzrostem temperatury rezystancja maleje, a napięcie rośnie.

Wzrostem napięcia steruje regulator pól charakterystycznych, który m.in. określa wielkość wtrysku wtryskiwaczy. Wartość można również przekazać do miernika temperatury płynu chłodzącego na desce rozdzielczej lub do temperatury powietrza zewnętrznego na wyświetlaczu klimatyzacji.

Zależność między rezystancją a temperaturą nie ma liniowej zależności w przypadku rezystora NTC. Oznacza to, że rezystancja nie zmniejsza się proporcjonalnie do wzrostu temperatury. Można to zobaczyć na obrazku po zakrzywionej linii. Linia ta nazywana jest „charakterystyczną” i jest logarytmiczna.

Określanie charakterystyki NTC:
Charakterystykę NTC można częściowo określić, wyznaczając odpowiednią wartość rezystancji w trzech temperaturach. W tym celu czujnik temperatury można zmierzyć omomierzem, gdy jest on zawieszony w podgrzewanym czajniku.
Punkty można rysować przy różnych temperaturach i wartościach rezystancji. Pomiędzy tymi punktami można narysować linie (patrz ilustracja poniżej). W zasadzie pozwala to rzetelnie oszacować, jak charakterystyka będzie się rozwijać w temperaturach poniżej 20 i powyżej 100 stopni Celsjusza.

Warto zagłębić się w ten temat. Dzięki trzem zmierzonym wartościom rezystancji można określić dokładną rezystancję za pomocą „równania Steinharta-Harta w nieskończenie dużym zakresie temperatur. Charakterystykę można również dokładnie określić. Na dole tej strony można pobrać plik Excel, za pomocą którego można utworzyć charakterystykę.

Równanie Steinharta-Harta to:

T to temperatura w Kelvinach;
R to rezystancja w T w omach;
A, B i C to współczynniki Steinharta-Harta, które zależą od wartości rezystancji w określonej temperaturze.

Aby znaleźć rezystancję półprzewodnika w danej temperaturze, należy zastosować odwrotność (R) równania Steinharta-Harta. To równanie jest następujące:

gdzie x i y wyznacza się za pomocą następujących wzorów:

Aby znaleźć współczynniki A, B i C Steinharta-Harta, należy wyznaczyć trzy wartości rezystancji (R1, R2 i R3) w temperaturze (T1, T2 i T3). Należy je sprawdzić w specyfikacjach półprzewodnika lub zmierzyć za pomocą termometru i omomierza. L1, L2 i R3 oblicza się poprzez określenie odwrotności wartości rezystancji. Y1, Y2 i Y3 wyznacza się poprzez obliczenie temperatury w Kelvinach do potęgi -1.