Терморезисторы. Виды и устройство. Работа и параметры

Терморезистором называется полупроводниковый компонент с температурозависимым электрическим сопротивлением. Изобретенный в далеком 1930 году ученым Самюэлем Рубеном, по сей день данный компонент находит самое широкое применение в технике.

Изготавливают терморезисторы из различных материалов, температурный коэффициент сопротивления (ТКС) которых достаточно высок, – значительно превосходит металлические сплавы и чистые металлы, то есть именно из особых, специфичных полупроводников.

image

Непосредственно основной резистивный элемент получают посредством порошковой металлургии, обрабатывая халькогениды, галогениды и оксиды определенных металлов, придавая им различные формы, например форму дисков или стержней различных размеров, больших шайб, средних трубок, тонких пластинок, маленьких бусинок, размерами от единиц микрон до десятков миллиметров.

image

По характеру корреляции сопротивления элемента и его температуры, разделяют терморезисторы на две большие группы – на позисторы и термисторы. Позисторы обладают положительным ТКС (по этой причине позисторы еще называют PTC-термисторами), а термисторы — отрицательным (их называют поэтому NTC-термисторами).

Термистор – температурно-зависимый резистор, изготавливается из полупроводникового материала, имеющего отрицательный температурный коэффициент и высокую чувствительность, позистор – температурно-зависимый резистор, имеющий положительный коэффициент. Так, с возрастанием температуры корпуса позистора растет и его сопротивление, а с ростом температуры термистора — его сопротивление соответственно уменьшается.

Материалами для терморезисторов сегодня служат: смеси поликристаллических оксидов переходных металлов, таких как кобальт, марганец, медь и никель, соединений AIIIBV-типа, а также легированных, стеклообразных полупроводников, таких как кремний и германий, и некоторых других веществ. Примечательны позисторы из твердых растворов на базе титаната бария.

Терморезисторы в целом можно классифицировать на:

  • Низкотемпературного класса (рабочая температура ниже 170 К);

  • Среднетемпературного класса (рабочая температура от 170 К до 510 К);

  • Высокотемпературного класса (рабочая температура от 570 К и выше);

  • Отдельный класс высокотемпературных (рабочая температура от 900 К до 1300 К).

Все эти элементы, как термисторы, так и позисторы, могут работать при разнообразных климатических внешних условиях и при существенных физических внешних и токовых нагрузках. Однако в жестких термоцикличных режимах, со временем меняются их исходные термоэлектрические характеристики, как то номинальное сопротивление при комнатной температуре и температурный коэффициент сопротивления.

Встречаются и комбинированные компоненты, например терморезисторы с косвенным нагревом. В корпусах таких приборов размещены сам и терморезистор и гальванически изолированный нагревательный элемент, задающий исходную температуру терморезистора, и, соответствующим образом, его начальное электрическое сопротивление.

Данные приборы применяются в качестве переменных резисторов, управляемых напряжением, приложенным к нагревательному элементу терморезистора.

В зависимости от того, как выбрана рабочая точка на ВАХ конкретного компонента, определяется и режим работы терморезистора в схеме. А сама ВАХ связана с конструктивными особенностями и с приложенной к корпусу компонента температурой.

Для контроля за вариациями температур и с целью компенсации динамически меняющихся параметров, таких как протекающий ток и приложенное напряжение в электрических цепях, изменяющихся вслед за изменениями температурных условий, применяют терморезисторы с выставлением рабочей точки на линейном участке ВАХ.

Но рабочая точка выставляется традиционно на спадающем участке ВАХ (NTC-термисторы), если термистор применяется, например, в качестве пускового устройства, реле времени, в системе отслеживания и измерения интенсивности СВЧ-излучения, в системах пожарной сигнализации, термического контроля, в установках управления расходом сыпучих веществ и жидкостей.

Наиболее популярны сегодня среднетемпературные термисторы и позисторы с ТКС от -2,4 до -8,4 % на 1 К. Они работают в широком диапазоне сопротивлений от единиц Ом до единиц мегаом.

Встречаются позисторы с относительно малым ТКС от 0,5% до 0,7% на 1 К, изготовленные на базе кремния. Их сопротивление изменяется практически линейно. Подобные позисторы широко применяются в системах температурной стабилизации и в системах активного охлаждения силовых полупроводниковых ключей в разнообразных современных электронных приборах, особенно — в мощных. Эти компоненты легко вписываются в схемы и не занимают много места на платах.

Типичный позистор имеет форму керамического диска, иногда в одном корпусе устанавливаются последовательно несколько элементов, но чаще – в одиночном исполнении в защитном покрытии из эмали. Позисторы часто применяют в качестве предохранителей для защиты электрических схем от перегрузок по напряжению и току, а также в качестве термодатчиков и автостабилизирующих элементов, в силу их неприхотливости и физической устойчивости.

Термисторы широко применяются в многочисленных областях электроники, особенно там, где важен точный контроль за температурным процессом. Это актуально для аппаратуры передачи данных, компьютерной техники, высокопроизводительных ЦПУ и промышленного оборудования высокой точности.

Один из простейших и весьма популярных примеров применения термистора – эффективное ограничение пускового тока. В момент подачи напряжения к блоку питания от сети, происходит чрезвычайно резкий заряд конденсатора значительной емкости, и в первичной цепи протекает большой зарядный ток, способный сжечь диодный мост.

Этот ток здесь и ограничивается термистором, то есть данный компонент схемы изменяет свое сопротивление в зависимости от проходящего по нему тока, поскольку в соответствии с законом Ома происходит его нагрев. Термистор после этого восстанавливает свое исходное сопротивление, через несколько минут, как только остынет до комнатной температуры.

При ремонте бытовой техники приходится сталкиваться с большим разнообразием деталей и компонентов. Часто новички не знают, что такое терморезистор и какими они бывают. Это полупроводниковые компоненты, сопротивление которых изменяется под воздействием температуры. Благодаря этим свойствам они нашли широкий диапазон применений. Начиная от термометров, заканчивая ограничителями пускового тока. В этой статье мы ответим на все интересующие вас вопросы простыми словами. Содержание:

Устройство и виды

Терморезистор – это полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от его температуры. В зависимости от типа элемента сопротивление может повышаться или падать при нагреве. Различают два вида терморезисторов:

  • NTC (Negative Temperature Coefficient) – с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Часто их называют «Термисторы».
  • PTC (Positive Temperature Coefficient) – с положительным ТКС. Их также называют «Позисторы».

Важно! Температурный коэффициент электрического сопротивления – это зависимость сопротивления от температуры. Описывает, на сколько Ом или процентов от номинальной величины изменяется сопротивление элемента при повышении его температуры на 1 градус Цельсия. Например, у обычных резисторов положительный ТКС (при нагреве сопротивление проводников повышается).

Терморезисторы бывают низкотемпературными (до 170К), среднетемпературными (170-510К) и высокотемпературными (900-1300К). Корпус элемента может быть выполнен из пластика, стекла, металла или керамики.

Условное графическое обозначение терморезисторов на схеме напоминает обычные резисторы, а отличием является лишь то, что они перечеркнуты полосой и рядом указывается буква t.

Кстати, так обозначаются любые резисторы, сопротивление которых изменяется под воздействием окружающей среды, а род воздействующих величин и указывается буквой, t – температура.

Основные характеристики:

  • Номинальное сопротивление при 25 градусах Цельсия.
  • Максимальный ток или мощность рассеяния.
  • Интервал рабочих температур.
  • ТКС.

Интересный факт: Терморезистор изобретен в 1930 году ученым Самюэлем Рубеном.

Давайте подробнее рассмотрим, как устроен и для чего нужен каждый из них.

NTC

Основные сведения

Сопротивление NTC-терморезисторов уменьшается при нагреве, их ТКС отрицательный. Зависимость сопротивления от температуры изображена на графике ниже.

Здесь вы можете убедиться, что при нагреве сопротивление NTC-терморезистора уменьшается.

Такие термисторы изготавливают из полупроводников. Принцип действия заключается в том, что с ростом температуры увеличивается концентрация носителей зарядов, электроны переходят в зону проводимости. Кроме полупроводников используются оксиды переходных металлов.

Обратите внимание на такой параметр как бета-коэффициент. Учитывается при использовании терморезистора для измерения температуры, для усреднения графика сопротивления от температуры и проведения расчетов с помощью микроконтроллеров. Бета-уравнение для приближения кривой изменения сопротивления термистора вы видите ниже.

Интересно: в большинстве случаев термисторы используют в диапазоне температур 25-200 градусов Цельсия. Соответственно могут использоваться для измерений в этих диапазонах, в то время как термопары работают и при 600 градусах Цельсия.

Где используется

Терморезисторы с отрицательным ТКС часто используют для ограничения пусковых токов электродвигателей, пусковых реле, для защиты от перегрева литиевых аккумуляторов и в блоках питания для уменьшения зарядных токов входного фильтра (емкостного).

На схеме выше приведен пример использования термистора в блоке питания. Такое применение называется прямым нагревом (когда элемент сам разогревается при протекании тока через него). На плате блока питания NTC-резистор выглядит следующим образом.

На рисунке ниже вы видите, как выглядит NTC-терморезистор. Он может отличаться размерам, формой, а реже и цветом, самый распространенный – это зелёный, синий и черный.

Ограничение пускового тока электродвигателей с помощью NTC-термистора получило широкое распространение в бытовой технике благодаря простоте реализации. Известно, что при пуске двигателя он может потреблять ток в разы и десятки раз превышающий его номинальное потребление, особенно если двигатель пускается не в холостую, а под нагрузкой.

Принцип работы такой схемы:

Когда термистор холодный его сопротивление велико, мы включаем двигатель и ток в цепи ограничивается активным сопротивлением термистора. Постепенно происходит разогрев этого элемента и его сопротивление падает, а двигатель выходит на рабочий режим. Термистор подбирается таким образом, чтобы в горячем состоянии сопротивление было приближено к нулю. На фото ниже вы видите сгоревший терморезистор на плате мясорубки Zelmer, где и используется такое решение.

Недостаток этой конструкции состоит в том, что при повторном пуске, когда термистор еще не остыл – ограничения тока не происходит.

Есть не совсем привычное любительское применение терморезистора для защиты ламп накаливания. На схеме ниже изображен вариант ограничения всплеска тока при включении таких лампочек.

Если терморезистор используется для измерения температуры – такой режим работы называют косвенным нагревом, т.е. он нагревается от внешнего источника тепла.

Интересно: у терморезисторов нет полярности, так что их можно использовать как в цепях постоянного, так и переменного тока не опасаясь переполюсовки.

Маркировка

Терморезисторы могут маркироваться как буквенным способом, так и содержать цветовую маркировку в виде кругов, колец или полос. При этом различают множество способов буквенной маркировки – это зависит от производителя и типа конкретного элемента. Один из вариантов:

На практике, если он применяется для ограничения пускового тока чаще всего встречаются дисковые термисторы, которые маркируются так:

5D-20

Где первая цифра обозначает сопротивление при 25 градусах Цельсия – 5 Ом, а «20» – диаметр, чем он больше – тем большую мощность он может рассеять. Пример такого вы видите на рисунке ниже:

Для расшифровки цветовой маркировки можно воспользоваться таблицей, изображенной ниже.

Из-за обилия вариантов маркировки можно ошибиться в расшифровке, поэтому для точности расшифровки лучше искать техническую документацию к конкретному компоненту на сайте производителя.

PTC

Основные сведения

Позисторы, как было сказано, имеют положительный ТКС, то есть их сопротивление повышается при нагреве. Их изготавливают на основе титаната бария (BaTiO3). У позистора такой график температуры и сопротивления:

Кроме этого нужно обратить внимание на его вольтамперную характеристику:

Рабочий режим зависит от выбора рабочей точки позистора на ВАХ, например:

  • Линейный участок используется для измерения температуры;
  • Нисходящий участок используется в пусковых реле, реле времени, измерения мощности ЭМИ на СВЧ, противопожарной сигнализации и прочего.

На видео ниже рассказывается, что такое позисторы:

Где применяется

Сфера применения позисторов достаточно широка. В основном они используются в схемах защиты оборудования и устройств от перегрева или перегрузки, реже для измерения температуры, а также в качестве автостабилизирующих нагревательного элемента. Кратко перечислим примеры использования:

  1. Защиты электродвигателей. Устанавливаются в лобовой части каждой обмотки электродвигателя (для односкоростных трёхфазных 3, для двухскоростных 6 и т.д.), PTC-терморезистор предотвращает перегорание обмотки в случае заклинивания ротора или при выходе из строя системы принудительного охлаждения. Как работает эта схема? Позистор используется в качестве датчика, подключенного к управляющему устройству с исполнительными реле, пускателями и контакторами. В случае нештатной ситуации его сопротивление повышается и этот сигнал передаётся на управляющий орган, двигатель отключается.
  2. Защиты обмоток трансформатора от перегрева и (или) перегрузки, тогда позистор устанавливается последовательно с первичной обмоткой.
  3. Система размагничивания кинескопов ЭЛТ-телевизоров и мониторов. Кстати эта деталь часто выходит из строя и с этим случаем приходится сталкиваться при ремонте, характерен при этом выход из строя предохранителя.
  4. Нагревательный элемент в клеевых пистолетах. В автомобилях для прогрева впускного тракта, на пример на фото ниже изображен подогреватель канала ХХ карбюратора Pierburg.

Терморезисторы – это группа устройств, способных преобразовать температуру в электрический сигнал, который считывают посредством измерения падения напряжения или силы тока в цепи, где он установлен. Или же они сами по себе могут являться регулирующим органом, если это позволяют сделать его параметры. Простота и доступность этих устройств позволяет их широко использовать как для профессионального конструирования приборов, так и для радиолюбительской практики.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором подробно рассказывается, что такое терморезистор, как он работает и где применяется:

Наверняка вы не знаете:

–>

Похожие мастер-классы

Отличие терморезистора от термопары Как сделать простейший преобразователь высокого напряжения из Индикатор наличия тока Простой детектор радиации Защищаем рассаду от улиток с помощью электрического тока Простой источник питания с регулируемым напряжением

Особо интересное

Какие проблемы возникают в частном доме без фановой трубы Новый способ быстрого получения саженцев с любого дерева Любопытный способ укоренения саженцев с веток в воде Как варить металл толщиной 1 мм без прожога 3 удачные идеи самоделок для дома Как просто и вкусно пожарить карасей Комментарии (1)

Комментарии для сайта Cackle

Самостоятельный ремонт кондиционеров

Замена и проверка варистора + видео

Самая распространённая неисправность при скачках напряжения-перегорание предохранителя и варистора. Статья рассказывает как практически заменить варистор.

Сдвоенный пусковой конденсатор

Как поменять сдвоенный конденсатор кондиционера и где его приобрести?

Соединение силовых проводов

Для соединения проводов существует масса способов и средств, рассмотрим их с точки зрения удобства и надёжности.

Климатические новости

Использование пропана в качестве хладагента Альтернативная энергетика , что дальше? Увлажнитель воздуха от Electrolux

  • ABB

  • AEG

  • Akai

  • Amana

  • ARDO

  • Ariston

  • Asko

  • Aspen

  • Ballu

  • Bauknecht

  • BEKO

  • BORK

  • Bosch

  • Brandt

  • Buderus

  • Candy

  • Carrier

  • Carrier

  • Chigo

  • Daewoo

  • Daikin

  • Danfos

  • Dantex

  • Delonghi

  • Demir Dokum

  • Electra

  • Electrolux

  • Eliwell

  • Emerson

  • Frico

  • Fujitsu

  • Funai

  • General Climate

  • GREE

  • Grundfos

  • Haier

  • Hansa

  • Hitachi

  • Honeywell

  • Hyundai

  • Indesit

  • Kentatsu

  • Kuppersbusch

  • Lessar

  • LG

  • Liebherr

  • Makita

  • McQuay

  • Midea

  • Miele

  • Mitsubishi

  • NEFF

  • NORD

  • Palair

  • Panasonic

  • POZIS

  • Regin

  • RIDGID

  • Rotenberger

  • Samsung

  • Sanyo

  • Sauermann

  • Sharp

  • Shuft

  • Siccom

  • Siccom

  • Siemens

  • Snaigė

  • Stinol

  • Systemair

  • Tadiran

  • Testo

  • Toshiba

  • Uponor

  • Vaillant

  • VESTEL

  • Vestfrost

  • Wesper

  • Whirlpool

  • Wilo

  • Xylem

  • York

  • Zanussi

  • Арктос

  • Атлант

image

  • Цена: US$1.83 (за 50 штук)

Я частенько обращал внимание на «хлопки» в выключателях при включении лампочек (особенно светодиодных). Если в роли драйвера у них конденсаторы, то «хлопки» бывают просто пугающие. Эти терморезисторы помогли решить проблему. Всем ещё со школы известно, что в нашей сети течёт переменный ток. А переменный ток — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению (изменяется по синусоидальному закону). Именно поэтому «хлопки» происходят на каждый раз. Зависит от того, в какой момент вы попали. В момент перехода через ноль хлопка не будет вовсе. Но я так включать не умею:) Чтобы сгладить пусковой ток, но при этом не оказывать влияние на работу схемы, заказал NTC-термисторы. У них есть очень хорошее свойство, с увеличением температуры их сопротивление уменьшается. То есть в начальный момент они ведут себя как обычное сопротивление, уменьшая своё значение с прогревом. В мою задачу входило увеличение срока службы лампочек (не только светодиодных), но и защита от порчи (обгорания) выключателей. Не так давно делал обзор про многооборотное сопротивление. Когда его заказывал, обратил внимание на товар продавца. Там и увидел эти сопротивления. Сразу всё у прода и заказал. image Заказал в конце мая. Посылка дошла за 5 недель. С таким треком добиралась. track24.ru/?code=MS04416957XSG image Сразу так и не скажешь, что тут 50 штук. image Пересчитал, ровно пятьдесят. Когда подбирал терморезисторы под свои задачи, у одного продавца выудил вот такую табличку. Думаю, многим она пригодится. 10D-9 расшифровывается просто: сопротивление (при н.у.) 10 Ом, диаметр 9мм. image Ну а я составил свою таблицу на основе тех экспериментов, что провёл. Всё просто. С установки П321, при помощи которой калибрую мультиметры, подавал калиброванный ток. Падение напряжения на терморезисторе снимал обычным мультиметром. Есть особенности: 1. При токе 1,8А появляется запах лакокрасочного покрытия терморезистора. 2. Терморезистор спокойно выдерживает и 3А. 3. Напряжение устанавливается не сразу, а плавно приближается к табличному значению по мере прогрева или остывания. 4. Сопротивление терморезисторов при температуре 24˚С в пределах 10-11 Ом. Красным я выделил тот диапазон, который наиболее применим в моей квартире. Табличку перенёс на график. Самая эффективная работа – на крутом спуске. Изначально предполагал каждый терморезистор вживлять в лампочку. Но поле тестирования полученного товара и снятия характеристик понял, что для них (термисторов) нужна более серьёзная нагрузка. Именно поэтому решил вживить в выключатели, чтобы работали на несколько лампочек сразу. Выводы у резисторов тонковаты, пришлось выходить из ситуации вот таким способом. image Специальной обжимки у меня нет, поэтому работал пассатижами. image Для одинарного выключателя приготовил одинарный клеммник. image Для сдвоенного приготовил другой комплект. С клеммником будет удобнее монтировать. Основное всё сделано. Встало без проблем. Работают уже полгода. После установки на место страшных «хлопков» я больше не слышал. Прошло достаточно времени, чтобы сделать вывод – годятся. И годятся не только для светодиодных лампочек. А вот такой термистор я нашёл непосредственно в схеме светодиодного драйвера (ITead Sonoff LED- WiFi Dimming LED) Больших сопротивлений китайцы не ставят, чтобы не мешать правильной работе схемы. Что ещё хотел сказать в конце. Номинал сопротивления каждый должен подобрать сам в соответствии с решаемыми задачами. Технически грамотному человеку это вовсе не сложно. Когда я заказывал терморезисторы, инфы про них совсем не было. У вас она теперь есть. Смотрите на график зависимости и заказывайте то, что считаете более подходящим под ваши задачи. На этом ВСЁ! Удачи!

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий