A resistência de qualquer condutor geralmente depende da temperatura. A resistência dos metais aumenta com o calor. Do ponto de vista da física, isso é explicado por um aumento na amplitude das vibrações térmicas dos elementos da rede cristalina e um aumento na resistência ao movimento de um fluxo de elétrons direcionado. A resistência de eletrólitos e semicondutores diminui quando aquecido - isso é explicado por outros processos.
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Como funciona o termistor
Em muitos casos, o fenômeno da dependência da temperatura da resistência é prejudicial. Assim, a baixa resistência do filamento de uma lâmpada incandescente em estado frio causa um esgotamento no momento de ligar. A alteração do valor da resistência dos resistores fixos durante o aquecimento ou resfriamento leva a uma alteração nos parâmetros do circuito.
Os desenvolvedores estão lutando com esse fenômeno, os resistores são produzidos com um TCR reduzido - o coeficiente de resistência da temperatura. Esses itens são mais caros do que o normal. Mas existem componentes eletrônicos nos quais a dependência da resistência à temperatura é pronunciada e normalizada. Esses elementos são chamados de termistores (resistências térmicas) ou termistores.
Tipos e dispositivos de termistores
Os termistores podem ser divididos em dois grandes grupos de acordo com sua resposta às mudanças de temperatura:
- se a resistência cair quando aquecida, esses termistores são chamados Termistores NTC (com coeficiente de resistência de temperatura negativo);
- se a resistência aumentar durante o aquecimento, o termistor terá um TCR positivo (característica PTC) - esses elementos também são chamados postes.
O tipo de termistor é determinado pelas propriedades dos materiais dos quais os termistores são feitos. Quando aquecidos, os metais aumentam a resistência, portanto, com base (mais precisamente, com base nos óxidos metálicos), são produzidas resistências térmicas com um TCR positivo. Os semicondutores têm uma relação inversa, então os elementos NTC são feitos a partir deles. Elementos termicamente dependentes com TCR negativo podem teoricamente ser feitos com base em eletrólitos, mas essa opção é extremamente inconveniente na prática. Seu nicho é a pesquisa de laboratório.
O design dos termistores pode ser diferente. Eles são produzidos na forma de cilindros, esferas, arruelas, etc. com duas saídas (como resistor convencional). Você pode escolher a forma mais conveniente para instalação no local de trabalho.
Características principais
A característica mais importante de qualquer termistor é o seu coeficiente de resistência à temperatura (TCR).Ele mostra o quanto a resistência muda quando aquecida ou resfriada em 1 grau Kelvin.
Embora a mudança de temperatura, expressa em graus Kelvin, seja igual à mudança em graus Celsius, Kelvin ainda é usado nas características de resistência térmica. Isso se deve ao uso generalizado da equação de Steinhart-Hart nos cálculos, e inclui a temperatura em K.
TCR é negativo para termistores NTC e positivo para termistores PTC.
Outra característica importante é a resistência nominal. Este é o valor da resistência a 25°C. Conhecendo esses parâmetros, é fácil determinar a aplicabilidade da resistência térmica para um determinado circuito.
Além disso, para o uso de termistores, características como tensão nominal e máxima de operação são importantes. O primeiro parâmetro determina a tensão na qual o elemento pode operar por um longo tempo e o segundo - a tensão acima da qual o desempenho da resistência térmica não é garantido.
Para os postes, um parâmetro importante é a temperatura de referência - o ponto no gráfico da dependência da resistência ao aquecimento, no qual a característica muda. Ele define a área de trabalho da resistência PTC.
Ao escolher um termistor, você precisa prestar atenção à sua faixa de temperatura. Fora da área especificada pelo fabricante, sua característica não é padronizada (isso pode levar a erros na operação do equipamento) ou o termistor geralmente não funciona lá.
Designação gráfica condicional
Nos diagramas, o UGO do termistor pode diferir ligeiramente, mas o principal sinal da resistência térmica é o símbolo t ao lado do retângulo que simboliza o resistor.Sem este símbolo, é impossível determinar do que depende a resistência - UGOs semelhantes têm, por exemplo, varistores (a resistência é determinada pela tensão aplicada) e outros elementos.
Às vezes, uma designação adicional é aplicada ao UGO, que determina a categoria do termistor:
- NTC para elementos com TCS negativo;
- PTC para postes.
Essa característica às vezes é indicada por setas:
- unidirecional para PTC;
- multidirecional para NTC.
A designação da letra pode ser diferente - R, RK, TH, etc.
Como verificar o desempenho do termistor
A primeira verificação do termistor é medir a resistência nominal com um multímetro convencional. Se a medição for realizada à temperatura ambiente, que não é muito diferente de +25 ° C, a resistência medida não deve diferir significativamente da indicada no caso ou na documentação.
Se a temperatura ambiente for superior ou inferior ao valor especificado, uma pequena correção deve ser feita.
Você pode tentar obter a temperatura característica do termistor - compará-la com a especificada na documentação ou restaurá-la para um elemento de origem desconhecida.
Existem três temperaturas disponíveis para criar com precisão suficiente sem instrumentos de medição:
- gelo derretido (pode ser levado na geladeira) - cerca de 0 ° C;
- corpo humano - cerca de 36 ° C;
- água fervente - cerca de 100 ° C.
A partir desses pontos, você pode traçar uma dependência aproximada da resistência à temperatura, mas para os postes isso pode não funcionar - no gráfico de seus TKS, existem áreas em que R não é determinado pela temperatura (abaixo da temperatura de referência).Se houver um termômetro, você pode obter uma característica em vários pontos - abaixando o termistor na água e aquecendo-o. A cada 15 ... 20 graus, é necessário medir a resistência e traçar o valor no gráfico. Se você precisar usar parâmetros acima de 100 graus, em vez de água, poderá usar óleo (por exemplo, automotivo - motor ou transmissão).
A figura mostra dependências típicas de resistência em temperatura - uma linha sólida para PTC, uma linha tracejada para NTC.
Onde aplicável
O uso mais óbvio de termistores é como sensores de temperatura. Ambos os termistores NTC e PTC são adequados para esta finalidade. Só é necessário selecionar um elemento de acordo com a área de trabalho e levar em consideração a característica do termistor no dispositivo de medição.
Você pode construir um relé térmico - quando a resistência (mais precisamente, a queda de tensão nele) é comparada com um determinado valor e, quando o limite é excedido, a saída muda. Tal dispositivo pode ser usado como dispositivo de controle térmico ou detector de incêndio. A criação de medidores de temperatura é baseada no fenômeno de aquecimento indireto - quando o termistor é aquecido por uma fonte externa.
Também no campo do uso de resistências térmicas, é usado o aquecimento direto - o termistor é aquecido pela corrente que passa por ele. Os resistores NTC podem ser usados dessa maneira para limitar a corrente - por exemplo, ao carregar grandes capacitores quando ligados, bem como para limitar a corrente de partida de motores elétricos, etc. No estado frio, os elementos termicamente dependentes têm uma grande resistência.Quando o capacitor estiver parcialmente carregado (ou o motor atingir sua velocidade nominal), o termistor terá tempo para aquecer com a corrente que flui, sua resistência cairá e não afetará mais a operação do circuito.
Da mesma forma, você pode estender a vida útil de uma lâmpada incandescente incluindo um termistor em série com ela. Limitará a corrente no momento mais difícil - quando a tensão for ligada (é nesse momento que a maioria das lâmpadas falha). Após o aquecimento, deixará de afetar a lâmpada.
Pelo contrário, termistores com característica positiva são usados para proteger motores elétricos durante a operação. Se a corrente no circuito do enrolamento aumentar devido a um motor parado ou carga excessiva no eixo, o resistor PTC aquecerá e limitará essa corrente.
Os termistores NTC também podem ser usados como compensadores térmicos para outros componentes. Portanto, se um termistor NTC for instalado em paralelo com o resistor que define o modo do transistor e tiver um TKS positivo, a mudança de temperatura afetará cada elemento da maneira oposta. Como resultado, o efeito da temperatura é compensado e o ponto de operação do transistor não muda.
Existem dispositivos combinados chamados termistores com aquecimento indireto. Um elemento dependente da temperatura e um aquecedor estão localizados em um alojamento de tal elemento. Há contato térmico entre eles, mas são isolados galvanicamente. Variando a corrente através do aquecedor, a resistência pode ser controlada.
Termistores com características diferentes são amplamente utilizados na engenharia. Além dos aplicativos padrão, seu escopo de trabalho pode ser expandido.Tudo é limitado apenas pela imaginação e qualificações do desenvolvedor.
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