Thermistor is ความหมาย หลักการทำงาน และสัญกรณ์

2024 ผู้เขียน: Trinity Chesterton | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 00:37

เทอร์มิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อวัดอุณหภูมิ และประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งเปลี่ยนแปลงความต้านทานอย่างมากโดยมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย โดยทั่วไป เทอร์มิสเตอร์มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ ซึ่งหมายความว่าความต้านทานจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

ลักษณะทั่วไปของเทอร์มิสเตอร์

คำว่า "เทอร์มิสเตอร์" ย่อมาจากคำว่า "ตัวต้านทานความร้อน" อุปกรณ์นี้เป็นเซ็นเซอร์ที่แม่นยำและใช้งานง่ายสำหรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิใดๆ โดยทั่วไป เทอร์มิสเตอร์มีสองประเภท: ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก ส่วนใหญ่มักใช้ประเภทแรกวัดอุณหภูมิ

การกำหนดเทอร์มิสเตอร์ในวงจรไฟฟ้าดังในรูป

วัสดุของเทอร์มิสเตอร์คือเมทัลออกไซด์ที่มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ ในระหว่างการผลิต อุปกรณ์เหล่านี้จะมีรูปแบบดังนี้:

1. แผ่น;
2. คัน;
3. ทรงกลมเหมือนไข่มุก

เทอร์มิสเตอร์อยู่บนหลักการของความแรงเปลี่ยนความต้านทานด้วยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเล็กน้อย ในเวลาเดียวกัน ที่ความแรงกระแสที่กำหนดในวงจรและอุณหภูมิคงที่ แรงดันไฟคงที่จะคงอยู่

หากต้องการใช้อุปกรณ์ อุปกรณ์จะเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า เช่น กับสะพานวีตสโตน แล้ววัดกระแสและแรงดันบนอุปกรณ์ ตามกฎง่าย ๆ ของโอห์ม R=U/I กำหนดความต้านทาน ต่อไปพวกเขาจะดูที่เส้นโค้งของการพึ่งพาความต้านทานต่ออุณหภูมิตามที่เป็นไปได้ที่จะบอกได้ชัดเจนว่าความต้านทานที่เกิดขึ้นนั้นสอดคล้องกับอุณหภูมิเท่าใด เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ค่าความต้านทานจะเปลี่ยนไปอย่างมาก ซึ่งทำให้สามารถระบุอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำสูง

วัสดุเทอร์มิสเตอร์

วัสดุของเทอร์มิสเตอร์ส่วนใหญ่เป็นเซมิคอนดักเตอร์เซรามิก กระบวนการผลิตประกอบด้วยการเผาผงของไนไตรด์และโลหะออกไซด์ที่อุณหภูมิสูง ผลลัพธ์ที่ได้คือวัสดุที่มีองค์ประกอบออกไซด์มีสูตรทั่วไป (AB)₃O₄ หรือ (ABC)_3O4 _{โดยที่ A, B, C เป็นองค์ประกอบทางเคมีของโลหะ ที่ใช้กันมากที่สุดคือแมงกานีสและนิกเกิล}

หากคาดว่าเทอร์มิสเตอร์จะทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 250 °C แมกนีเซียม โคบอลต์และนิกเกิลจะรวมอยู่ในองค์ประกอบเซรามิก เซรามิกส์ขององค์ประกอบนี้แสดงความเสถียรของคุณสมบัติทางกายภาพในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด

ลักษณะสำคัญของเทอร์มิสเตอร์คือค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ (ส่วนกลับของความต้านทาน) การนำไฟฟ้าถูกควบคุมโดยการเพิ่มขนาดเล็กความเข้มข้นของลิเธียมและโซเดียม

กระบวนการผลิตเครื่องมือ

เทอร์มิสเตอร์ทรงกลมทำขึ้นโดยใช้ลวดแพลตตินั่มสองเส้นที่อุณหภูมิสูง (11000°C) จากนั้นจึงตัดลวดเพื่อสร้างหน้าสัมผัสเทอร์มิสเตอร์ การเคลือบแก้วถูกนำไปใช้กับเครื่องมือทรงกลมสำหรับการปิดผนึก

ในกรณีของเทอร์มิสเตอร์แบบดิสก์ ขั้นตอนของการทำคอนแทคคือการวางโลหะผสมของแพลตตินั่ม แพลเลเดียม และเงิน จากนั้นบัดกรีให้เคลือบเทอร์มิสเตอร์

ความแตกต่างจากเครื่องตรวจจับทองคำขาว

นอกจากเทอร์มิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์แล้ว ยังมีเครื่องตรวจจับอุณหภูมิอีกประเภทหนึ่ง ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้ทำงานเป็นแพลตตินั่ม เครื่องตรวจจับเหล่านี้เปลี่ยนความต้านทานเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงในลักษณะเชิงเส้น สำหรับเทอร์มิสเตอร์ การขึ้นต่อกันของปริมาณทางกายภาพนี้มีอักขระที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

ข้อดีของเทอร์มิสเตอร์เหนือคู่แพลตตินั่มมีดังนี้:

• ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตลอดช่วงการทำงานที่สูงขึ้น
• ความเสถียรของเครื่องมือในระดับสูงและการอ่านซ้ำได้
• ขนาดเล็กเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว

ต้านทานเทอร์มิสเตอร์

ปริมาณทางกายภาพนี้จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และควรพิจารณาช่วงอุณหภูมิในการทำงานด้วยสำหรับขีดจำกัดอุณหภูมิตั้งแต่ -55 °C ถึง +70 °C จะใช้เทอร์มิสเตอร์ที่มีความต้านทาน 2200 - 10,000 โอห์ม สำหรับอุณหภูมิที่สูงขึ้น ให้ใช้อุปกรณ์ที่มีความต้านทานมากกว่า 10 kOhm

เทอร์โมคัปเปิลซึ่งแตกต่างจากเครื่องตรวจจับแพลตตินั่มและเทอร์โมคัปเปิล เทอร์มิสเตอร์ไม่มีมาตรฐานเฉพาะสำหรับกราฟความต้านทานเทียบกับกราฟอุณหภูมิ และมีกราฟความต้านทานให้เลือกหลากหลาย เนื่องจากวัสดุเทอร์มิสเตอร์แต่ละชนิด เช่น เซ็นเซอร์อุณหภูมิ มีเส้นความต้านทานเป็นของตัวเอง

ความเสถียรและความแม่นยำ

เครื่องมือเหล่านี้มีความคงตัวทางเคมีและไม่เสื่อมสลายเมื่อเวลาผ่านไป เซ็นเซอร์เทอร์มิสเตอร์เป็นหนึ่งในเครื่องมือวัดอุณหภูมิที่แม่นยำที่สุด ความแม่นยำในการวัดตลอดช่วงการทำงานทั้งหมดคือ 0.1 - 0.2 °C โปรดทราบว่าเครื่องใช้ไฟฟ้าส่วนใหญ่ทำงานในช่วงอุณหภูมิ 0 °C ถึง 100 °C

พารามิเตอร์พื้นฐานของเทอร์มิสเตอร์

พารามิเตอร์ทางกายภาพต่อไปนี้เป็นพื้นฐานสำหรับเทอร์มิสเตอร์แต่ละประเภท (ให้ถอดรหัสชื่อเป็นภาษาอังกฤษ):

• R_{25 - ความต้านทานของอุปกรณ์เป็นโอห์มที่อุณหภูมิห้อง (25 °С) การตรวจสอบคุณลักษณะเทอร์มิสเตอร์นี้ทำได้ง่ายโดยใช้มัลติมิเตอร์}
• ความคลาดเคลื่อนของ R₂₅ - ค่าความทนทานต่อการเบี่ยงเบนความต้านทานบนอุปกรณ์จากค่าที่ตั้งไว้ที่อุณหภูมิ 25 °С ตามกฎแล้ว ค่านี้จะต้องไม่เกิน 20% ของ R_25.
• สูงสุด คงสถานะปัจจุบัน - สูงสุดค่าของกระแสเป็นแอมแปร์ที่สามารถไหลผ่านตัวเครื่องได้เป็นเวลานาน การเกินค่านี้คุกคามด้วยความต้านทานที่ลดลงอย่างรวดเร็วและเป็นผลให้เทอร์มิสเตอร์ล้มเหลว
• ประมาณ R ของแม็กซ์ ปัจจุบัน - ค่านี้แสดงค่าความต้านทานในโอห์มซึ่งอุปกรณ์ได้มาเมื่อกระแสสูงสุดไหลผ่าน ค่านี้ควรเป็น 1-2 ลำดับของขนาดที่น้อยกว่าความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ที่อุณหภูมิห้อง
• ดิสซิบ. โคฟ. - ค่าสัมประสิทธิ์ที่แสดงความไวต่ออุณหภูมิของอุปกรณ์ต่อพลังงานที่ดูดกลืนเข้าไป ปัจจัยนี้ระบุปริมาณพลังงานในหน่วย mW ที่เทอร์มิสเตอร์ต้องการดูดซับเพื่อเพิ่มอุณหภูมิขึ้น 1 °C ค่านี้มีความสำคัญเนื่องจากจะแสดงปริมาณพลังงานที่คุณต้องใช้ในการทำให้อุปกรณ์ร้อนจนถึงอุณหภูมิในการทำงาน
• ค่าคงที่เวลาความร้อน. หากใช้เทอร์มิสเตอร์เป็นตัวจำกัดกระแสไหลเข้า สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าจะต้องใช้เวลานานเท่าใดในการทำให้เย็นลงหลังจากปิดเครื่อง เพื่อให้พร้อมสำหรับการเปิดเครื่องอีกครั้ง เนื่องจากอุณหภูมิของเทอร์มิสเตอร์หลังจากปิดเครื่องลดลงตามกฎหมายเอ็กซ์โปเนนเชียล แนวคิดของ "ค่าคงที่เวลาความร้อน" จึงถูกนำมาใช้ - เวลาที่อุณหภูมิของอุปกรณ์ลดลง 63.2% ของความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิในการทำงาน อุปกรณ์และอุณหภูมิแวดล้อม
• สูงสุด โหลดความจุใน ΜF - ปริมาณความจุในไมโครฟารัดที่สามารถปล่อยผ่านอุปกรณ์นี้โดยไม่ทำให้เสียหาย ค่านี้ระบุสำหรับแรงดันไฟฟ้าเฉพาะเช่น 220 V.

วิธีทดสอบเทอร์มิสเตอร์สำหรับการทำงาน

สำหรับการตรวจสอบอย่างคร่าวๆ ของเทอร์มิสเตอร์สำหรับความสามารถในการซ่อมบำรุง คุณสามารถใช้มัลติมิเตอร์และหัวแร้งธรรมดาได้

ก่อนอื่น เปิดโหมดการวัดความต้านทานบนมัลติมิเตอร์และเชื่อมต่อหน้าสัมผัสเอาท์พุตของเทอร์มิสเตอร์กับขั้วต่อมัลติมิเตอร์ ในกรณีนี้ขั้วไม่สำคัญ มัลติมิเตอร์จะแสดงความต้านทานเป็นโอห์ม ควรจะบันทึก

จากนั้นคุณต้องเสียบหัวแร้งแล้วนำไปที่เอาต์พุตเทอร์มิสเตอร์ตัวใดตัวหนึ่ง ระวังอย่าให้เครื่องไหม้ ในระหว่างกระบวนการนี้ คุณควรสังเกตการอ่านค่าของมัลติมิเตอร์ ซึ่งควรแสดงความต้านทานที่ลดลงอย่างราบรื่น ซึ่งจะปรับเป็นค่าต่ำสุดได้อย่างรวดเร็ว ค่าต่ำสุดขึ้นอยู่กับชนิดของเทอร์มิสเตอร์และอุณหภูมิของหัวแร้ง ซึ่งมักจะน้อยกว่าค่าที่วัดได้ในตอนเริ่มต้นหลายเท่า ในกรณีนี้ คุณสามารถมั่นใจได้ว่าเทอร์มิสเตอร์กำลังทำงาน

หากความต้านทานของมัลติมิเตอร์ไม่เปลี่ยนแปลงหรือลดลงอย่างแรง แสดงว่าอุปกรณ์ไม่เหมาะสำหรับการใช้งาน

หมายเหตุ เช็คนี้คร่าวๆ สำหรับการทดสอบที่แม่นยำของอุปกรณ์ จำเป็นต้องวัดตัวบ่งชี้สองตัว: อุณหภูมิและความต้านทานที่สอดคล้องกัน จากนั้นเปรียบเทียบค่าเหล่านี้กับค่าที่ผู้ผลิตระบุไว้

แอพพลิเคชั่น

เทอร์มิสเตอร์ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกประเภท ซึ่งการตรวจสอบสภาพอุณหภูมิเป็นสิ่งสำคัญ พื้นที่เหล่านี้รวมถึงคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์ความแม่นยำสูงสำหรับการติดตั้งทางอุตสาหกรรม และอุปกรณ์สำหรับส่งข้อมูลต่างๆ ดังนั้นเทอร์มิสเตอร์เครื่องพิมพ์ 3 มิติจึงถูกใช้เป็นเซ็นเซอร์ที่ควบคุมอุณหภูมิของเตียงทำความร้อนหรือหัวพิมพ์

การใช้เทอร์มิสเตอร์ทั่วไปอย่างหนึ่งคือการจำกัดกระแสไหลเข้า เช่น เมื่อเปิดคอมพิวเตอร์ ความจริงก็คือในขณะที่เปิดเครื่องตัวเก็บประจุเริ่มต้นซึ่งมีความจุขนาดใหญ่จะถูกปล่อยออกทำให้เกิดกระแสไฟขนาดใหญ่ในวงจรทั้งหมด กระแสนี้สามารถเผาทั้งชิปได้ ดังนั้นเทอร์มิสเตอร์จึงรวมอยู่ในวงจร

อุปกรณ์นี้ตอนเปิดเครื่องมีอุณหภูมิห้องและความต้านทานสูง ความต้านทานดังกล่าวสามารถลดกระแสไฟกระชากได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่เริ่มต้น นอกจากนี้อุปกรณ์ยังร้อนขึ้นเนื่องจากกระแสไหลผ่านและปล่อยความร้อนและความต้านทานจะลดลงอย่างรวดเร็ว การปรับเทียบเทอร์มิสเตอร์ทำให้อุณหภูมิในการทำงานของชิปคอมพิวเตอร์ทำให้ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์เหลือศูนย์ และไม่มีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม หลังจากปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ เทอร์มิสเตอร์จะเย็นลงอย่างรวดเร็วและฟื้นความต้านทานได้

ดังนั้น การใช้เทอร์มิสเตอร์เพื่อจำกัดกระแสไหลเข้าจึงคุ้มค่าและค่อนข้างง่าย

ตัวอย่างเทอร์มิสเตอร์

ปัจจุบันมีสินค้าลดราคามากมาย นี่คือลักษณะและขอบเขตการใช้งานบางส่วน:

• เทอร์มิสเตอร์ B57045-K พร้อมน็อตยึด มีความต้านทานเล็กน้อย 1kOhm มีค่าความคลาดเคลื่อน 10% ใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคและยานยนต์
• เครื่องดนตรีดิสก์ B57153-S มีพิกัดกระแสไฟสูงสุด 1.8 A ที่ 15 โอห์มที่อุณหภูมิห้อง ใช้เป็นตัวจำกัดกระแสไหลเข้า