Оглавление
Термистор PTC (позистор) — это электронный компонент, сопротивление которого резко возрастает при определенной температуре.
Вообще существует 2 типа термисторов: с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) и с положительным температурным коэффициентом (PTC). Эти два типа имеют различные температурные характеристики. Когда термистор нагревается, его сопротивление изменяется. Сопротивление термистора NTC уменьшается с повышением температуры, и наоборот, для термистора PTC.
PTC означает с английского «положительный температурный коэффициент», что означает, между температурой и сопротивлением существует положительная корреляция. Термистор происходит от термина «термочувствительный резистор».
Термистор — это компонент, который может измерять температуру по разнице электрического сопротивления, когда резистивный элемент приводится в контакт с измеряемым объектом. Он характеризуется использованием металлооксидного полупроводника в качестве резистивного элемента.
Устройство защиты от перегрузки по току, использующее термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC), еще называется самовосстанавливаемым предохранителем.
Когда в цепи протекает избыточный ток, восстанавливаемый предохранитель ограничивает значение тока, заставляя термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC) нагреваться и его сопротивление увеличиваться. Когда причина избыточного тока устраняется, сопротивление термистора PTC становится ниже. Поэтому он используется как автоматически восстанавливаемый предохранитель.
Использование термисторов PTC
Термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) используются в электронных устройствах и широком спектре приборов, от бытовых до промышленных. Далее приведены примеры применения термисторов с положительным температурным коэффициентом:
- Защита от перегрузки по току для смартфонов и т. д.
- Защита от перегрузки для небольших двигателей
- Защита от перегрузки силовых полупроводников
- Электроковры и обогреватели
Термисторы PTC имеют низкое значение сопротивления при низкой температуре, но при перегреве из-за чрезмерного тока значение сопротивления быстро увеличивается. Этот механизм позволяет использовать их для защиты от перегрузки по току в электрических цепях. Цепи, в которых используются термисторы PTC, включают в себя цепи нагревателей и электронные коммуникационные устройства.
Принцип действия термисторов PTC
Термисторы PTC имеют три основные характеристики:
1. Температурные характеристики сопротивления
Значение сопротивления практически постоянно от комнатной температуры до точки Кюри (температура, при которой значение сопротивления примерно вдвое больше комнатной температуры) и быстро увеличивается после точки Кюри. Это свойство позволяет устройству быстро определять перегрев электронной цепи и ограничивать ток в цепи, тем самым предотвращая выход из строя электронных компонентов.
2. Статические характеристики — вольт-амперные
До тех пор, пока точка Кюри не будет превышена, ток растет пропорционально росту напряжения. После превышения точки Кюри сопротивление самого термистора увеличивается, а значение тока уменьшается. Другими словами, поддерживается постоянная мощность. Вольт-амперная характеристика характеризуется горбоподобным графиком.
3. Динамические характеристики
Характеристика тока-времени термистора PTC характеризуется тем, что значение тока уменьшается с течением времени. Эта характеристика позволяет протекать большому току сразу после включения питания и используется для запуска двигателя и других применений.
Типы термисторов PTC
Термисторы PTC можно разделить на два типа: полимерные и керамические.
- Полимерные. Терморезисторы PTC на основе полимеров изготавливаются путем смешивания проводящих частиц с полимерными материалами, такими как полиэтилен. В качестве проводящих частиц используются технический углерод и никель. Они также известны под аббревиатурой PPTC. Термистор с положительным температурным коэффициентом используется только для защиты от перегрузки по току.
- Керамические. Такие термисторы PTC изготовлены из керамики с небольшим количеством редкоземельных элементов, добавленных к титанату бария. Температуру Кюри можно регулировать, изменяя количество и тип добавок. Они используются не только для защиты от перегрузки по току, но и для цепей размагничивания и саморегулирующихся нагревательных элементов.
Соотношение между температурой термистора и его сопротивлением в значительной степени зависит от материалов, из которых он состоит. Производители термисторов обычно определяют это свойство с высокой степенью точности, поскольку это основная характеристика, представляющая интерес для покупателей термисторов.
Термисторы состоят из металлических оксидов, связующих веществ и стабилизаторов, спрессованных в пластины, а затем нарезанных по размеру чипа, оставленных в форме диска или приданных другой форме. Точное соотношение композитных материалов определяет их «кривую» сопротивления/температуры. Производители обычно контролируют это соотношение с большой точностью, поскольку оно определяет, как будет функционировать термистор.
Долговременная стабильность термисторов очень высока по сравнению с другими устройствами и уступает только стабильности датчиков RTD. Эти компоненты также лучше всего подходят для измерения окружающей температуры, хотя их можно использовать с корпусом датчика для сбора точечных измерений в некоторых схемах. Сами компоненты очень устойчивы к помехам, хотя измерительная схема все еще может быть подвержена сильным ЭМП.
Возможно, самым важным аспектом термисторов, делающим их идеальными для компактных устройств, таких как продукты IoT, является их малый размер. Эти компоненты имеют такие же размеры, как конденсаторы или резисторы, и доступны в виде элементов для монтажа сквозь отверстие или планарным типом.
Сопротивление этих компонентов необходимо измерять, поскольку температура определяется измерением падения напряжения на термисторе или тока через термистор. Затем это измерение преобразуется в изменение температуры. Это требует некоторой калибровки при проектировании устройства, и чувствительность к измеренным изменениям напряжения будет зависеть от схемы, используемой для измерения. Типичная методика измерения заключается в использовании схемы моста Уитстона или схемы делителя напряжения. Преобразование в значение температуры затем может быть выполнено с использованием микроконтроллера.
Термисторы доступны с различными базовыми сопротивлениями и кривыми зависимости сопротивления от температуры . При низкотемпературных применениях (от -55 до примерно 70 °C) обычно используются термисторы с более низким сопротивлением (от 2252 до 10 000 Ом).
При более высоких температурах обычно используются термисторы с более высоким сопротивлением (выше 10 000 Ом). Некоторые материалы обеспечивают лучшую стабильность, чем другие. Сопротивления обычно указываются при 25 °C (77 °F). Термисторы имеют точность приблизительно ± 0,2 °C в пределах указанного температурного диапазона. Они, как правило, прочны, долговечны и недороги.
Термисторы с эпоксидным покрытием доступны для использования при более низких температурах [обычно от -50 до 150 °C (от -58 до 316 °F)]; термисторы также доступны со стеклянным покрытием для использования при более высоких температурах [обычно от -50 до 300 °C (от -58 до 572 °F)]. Эти покрытия защищают термистор и его соединительные провода от влажности, коррозии и механических напряжений.
Доступные конфигурации термисторов
Термисторы доступны в нескольких распространенных конфигурациях. Три наиболее часто используемых — герметичный гибкий термистор (серия HSTH), болтовой/шайбовый тип и самоклеящийся стиль поверхностного монтажа.
Термисторы HSTH полностью запечатаны в оболочки из PFA (пластиковый полимер) для защиты чувствительного элемента от влаги и коррозии. Их можно использовать для измерения температуры жидкостей.
Термисторы с датчиками, устанавливаемыми на болтах или шайбах, можно устанавливать в резьбовые отверстия или проемы стандартного размера. Их небольшая тепловая масса позволяет им быстро реагировать на изменения температуры. Они используются во многих устройствах, включая бытовые приборы, резервуары для воды, трубы и корпуса оборудования.
Поверхностные термисторы поставляются с клейкими внешними поверхностями, которые можно легко приклеить на место на плоских или изогнутых поверхностях. Их можно снимать и повторно наносить, и они имеют несколько коммерческих и промышленных применений.
Диапазон температур, точность и стабильность
Термисторы обладают высокой точностью (от ± 0,05 °C до ± 1,5 °C), но только в ограниченном диапазоне температур, который находится в пределах примерно 50 °C от базовой температуры. Рабочий диапазон температур для большинства термисторов составляет от 0 °C до 100 °C. Термисторы класса A обеспечивают наибольшую точность, в то время как термисторы класса B могут использоваться в сценариях, где нет необходимости в точном измерении. После завершения процесса изготовления термисторы химически стабильны, и их точность не меняется существенно со временем.
Области применения термисторов
Термисторы часто выбирают там, где важны прочность, надежность и стабильность. Они хорошо подходят для использования в средах с экстремальными условиями или где присутствует электронный шум. Они доступны в различных формах: идеальная форма для конкретного случая зависит от того, будет ли термистор монтироваться на поверхности или встраиваться в систему, а также от типа измеряемого материала.
Термисторы очень просты в подключении. Большинство из них поставляются с двухпроводными контактами. Два провода, которые соединяют термистор с его источником питания, можно использовать для измерения напряжения на термисторе.
