Termistor PTC-Wykrywanie i pomiar zmian temperatury ma kluczowe znaczenie w wielu zastosowaniach. Ochrona obwodów elektronicznych jest również niezbędna do zabezpieczenia elementów PCB. Co łączy te dwie funkcje? Urządzenie wykorzystywane do tych funkcji to zazwyczaj termistor PTC. To niewielkie urządzenie jest bardzo wszechstronne, a my szczegółowo omówiliśmy je poniżej. Rzuć okiem!
Termistor PTC-Czym są territory PTC?
W porównaniu do zwykłych rezystorów, termistory PTC są rezystorami wrażliwymi na temperaturę. Słowo termistor jest połączeniem dwóch słów: termiczny i rezystor.
Z drugiej strony, PTC jest skrótem od dodatniego współczynnika temperaturowego. Właściwość ta stanowi główną zasadę działania termistora PTC. Oznacza to, że opór termistora PTC wzrasta w wyższych temperaturach.
Symbol thermistor PTC
Jeśli studiujesz schematy obwodów zawierające termistor PTC, jego symbol zawiera znak +t° wskazujący na dodatni współczynnik temperaturowy. Ten znak odróżnia ten termistor od innych typów, takich jak termistor NTC (ujemny współczynnik temperatury).
Termistor PTC-Zasada działania termistora PTC
Podstawowa zasada działania termistora PTC zależy od zmian temperatury wpływających na opór. Obie właściwości (temperatura bezwzględna i opór wewnętrzny) są wprost proporcjonalne. Dlatego termistor nagrzewa się samoczynnie, gdy przepływa przez niego prąd, a wzrost temperatury powoduje wzrost rezystancji.
Polimerowe PTC zawierają plasterek tworzywa sztucznego z osadzonymi w nim ziarnami węgla. Jednak większość termistorów PTC posiada materiały ferroelektryczne, takie jak BaTiO3 (tytanian baru), których stała dielektryczna zmienia się wraz z temperaturą. Jednak w określonej temperaturze krytycznej rezystancja materiału nagle wzrasta.
Warto również wspomnieć o równaniu Steinharta-Harta dla dowolnego termistora PTC. Oblicza ono z większą precyzją rezystancję termistora w funkcji temperatury. Im węższy zakres temperatur, tym dokładniejsze obliczenie rezystancji. Większość producentów termistorów podaje współczynniki A, B i C Steinharta dla typowego zakresu temperatur pracy.
Kolorowe termistory na zielonej płytce drukowanej
Termistor PTC-Rodzaje termistorów PTC
Poniżej przedstawiono trzy rodzaje termistorów.
Siostrzany termistor krzemowy PTC
Ten czuły rezystor krzemowy wykazuje liniową zależność między rezystancją a temperaturą, wykazując znaczną odporność PTC. Jednak liniowość zmienia się po 150°C i wyżej, ponieważ termistor zaczyna wykazywać NTC (ujemny współczynnik temperaturowy). Dlatego w zastosowaniach termistora wykorzystuje się przede wszystkim czujniki temperatury i kompensację temperatury.
Termistor PTC z przełączaniem ceramicznym
Ten typ termistora ma wysoce nieliniową krzywą odpowiedzi. Podniesienie temperatury początkowo zmniejsza rezystancję, aż do osiągnięcia ustalonego poziomu temperatury. Powyżej tego poziomu rezystancja drastycznie wzrasta. Zastosowania termistorów o tych właściwościach obejmują grzałki samosterujące PTC, czujniki, kompensację temperatury itp.
Termistor PTC-Polimerowy termistor PTC (PPTC)
Bezpiecznik resetowalny
Znany również jako bezpiecznik resetowalny, termistor typu PPTC wykazuje nieliniową krzywą R-T. Urządzenie aktywowane termicznie reaguje na zmiany temperatury otoczenia, co wpływa na jego wydajność. Ale urządzenia PPTC mają niższą rezystancję w normalnych warunkach pracy niż inne elementy obwodu. Dlatego mają mniejszą kontrolę nad obwodem.
Jednakże, gdy w konfiguracji obwodu wystąpi błąd, element reaguje przechodząc w stan zadziałania. PPTC resetuje się do normalnej pracy dopiero wtedy, gdy błąd zostanie wyeliminowany. Dlatego omawiany termistor jest jednym z idealnych urządzeń do ochrony obwodu.
Charakterystyka termistorów PTC
Z krzywej R-T możemy wyprowadzić następujące charakterystyki termistorów PTC.
Termistor PTC-Temperatura przejścia (Tc)
Tc jest również znana jako temperatura przełączania lub temperatura Curie. Temperatura, w której rezystancja termistora PTC typu przełączanego zaczyna gwałtownie rosnąć.
Jednak przed osiągnięciem tego punktu termistory PTC wykazują ujemny współczynnik temperaturowy aż do punktu minimalnej rezystancji. Jednak po osiągnięciu minimalnej rezystancji, rezystancja wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.
Termistor PTC-Rezystancja minimalna (Rmin)
Rezystancja minimalna to punkt na krzywej zależności rezystancji od temperatury, w którym współczynnik temperaturowy staje się dodatni. Jest to również najniższa mierzalna rezystancja termistora PTC typu przełączanego.
Rezystancja znamionowa (R25)
Rezystancja znamionowa to metryka klasyfikacji używana do uszeregowania termistorów według ich wartości rezystancji. Mierzy się ją przepuszczając przez termistor wystarczająco niski prąd, który nie powoduje samonagrzewania, wpływając na pomiar. Zazwyczaj rezystancja znamionowa PTC to rezystancja w temperaturze 25°C.
Termistor PTC-Stała rozpraszania
Stała ta jest zależnością pomiędzy przyłożoną mocą a wynikającym z niej wzrostem temperatury ciała spowodowanym samonagrzewaniem się. Ma ona istotny wpływ na właściwości samoregeneracyjne PTC. Czynniki takie jak mocowanie termistora, materiały na przewody kontaktowe, temperatura otoczenia i droga konwekcyjna/kondukcyjna wpływają na stałą dyssypacji.
Termistor PTC-Maksymalny prąd znamionowy
Maksymalny prąd znamionowy to najwyższy prąd, który może stale przepływać przez termistor PTC w określonych warunkach otoczenia. Dlatego przekroczenie tego prądu do punktu, w którym obniża się współczynnik temperatury, spowoduje sytuację runaway power. Taka sytuacja spowoduje zniszczenie termistora.
Maksymalne napięcie znamionowe
Maksymalne napięcie znamionowe to najwyższe napięcie, jakie termistor może wytrzymać w sposób ciągły w określonych warunkach otoczenia. Wartość tego napięcia zależy jednak od stałej rozpraszania i krzywej zależności rezystancji termistora od temperatury.
Termistor PTC-Try działania
Termistory PTC mają następujące tryby pracy, które zależą od zastosowania.
Tryb samonagrzewania
W tym trybie pracy, napięcie przyłożone do termistora pozwala na przepływ wystarczającego prądu. Ten przepływ energii podnosi temperaturę ciała termistora. Początkowo ferroelektryk zapobiega tworzeniu się bariery między ziarnami kryształu poniżej temperatury Curie. Zapobieganie to prowadzi do małej rezystancji.
Jednak opór szybko rośnie przy zbliżaniu się do temperatury krytycznej, ponieważ powoduje to łamanie barier na granicach ziaren. Ale związek między oporem a temperaturą jest nieliniowy. Zmiana rezystancji w temperaturze Curie może być o kilka rzędów wielkości w ciągu kilku stopni Celsjusza.
Jednakże, jeśli napięcie jest stałe, prąd płynący przez niego ustabilizuje się, gdy termistor osiągnie równowagę termiczną. Ta szczytowa temperatura urządzenia zależy od przyłożonego napięcia i współczynnika rozpraszania. Można ją obliczyć za pomocą poniższego równania równowagi.
Termistor PTC-Tryb Sensing (Zero-Power)
Tutaj pobór mocy przez termistor jest malutki i ma znikomy wpływ na temperaturę. W związku z tym ma niewielki wpływ na rezystancję.
Możliwe jest utrzymanie stałej temperatury wewnątrz urządzenia. Zrób to utrzymując niski prąd, aby zmniejszyć efekt nagrzewania rezystancyjnego termistora. Temperatura ciała pozostanie niska, a tylko temperatura otoczenia będzie miała wpływ na urządzenie.
Tryb ten jest idealny do zastosowań związanych z wykrywaniem temperatury otoczenia ze względu na niską temperaturę szczytową urządzenia. Ogrzewanie elektryczne może wprowadzać błędy i ograniczać zdolność urządzenia do dokładnych odczytów temperatury.
Termistor PTC a bezpiecznik PTC
Poniżej przedstawiono różnice pomiędzy termistorem PTC a bezpiecznikiem PTC.
Territory NTC vs. termistory PTC
Termistory NTC i PTC mają następujące różnice.
Zalety i wady termistorów PTC
Zalety
Mniejsza cena niż w przypadku innych czujników temperatury
Kompaktowy rozmiar (pozwala na ich pracę w miejscach o ograniczonej przestrzeni)
Szybka reakcja
Stabilny i mocny
Nie wymaga dalszej kalibracji, jeśli ma prawidłową krzywą temperatury (krzywa R-T)
Wady
Delikatne
Zakrzywione wyjście
Nieliniowa charakterystyka stwarza problemy przy określaniu prawidłowego pomiaru temperatury.
Nie jest idealny do zastosowań w szerokim zakresie temperatur (ograniczony zakres temperatur)
Nieliniowa przy maksymalnych temperaturach (zaleca się stosowanie ich poniżej 100°C lub użycie rezystora linearyzującego)
Typowe zastosowania termistorów PTC
Termistory PTC mają szeroki zakres zastosowań, do których należą:
Grzałki samoregulujące (czujnik temperatury)
Zabezpieczenie nadprądowe w uzwojeniach silników elektrycznych, solenoidach, itp.
Opóźnienie case.
Rozruch silników elektrycznych (czujnik silnika z termistorem PTC)
Termistory mocy ograniczające prąd rozruchowy
Kontrola temperatury sprzętu medycznego
Czujniki poziomu cieczy
Zamienniki bezpieczników (bezpieczniki resetowalne)
Wyłącznik termiczny w urządzeniach elektronicznych
Timery w obwodach rozmagnesowywania kineskopów
A CRT
Podsumowanie
Podsumowując, termistory PTC mają wiele zastosowań ze względu na ich tryb pracy z czujnikiem i samonagrzewaniem. Jednakże może zaistnieć potrzeba utrzymania rezystancji bazowej w obwodach elektronicznych lub ograniczenia prądu przepływającego przez nie w oparciu o określone ograniczenia odpowiedzi temperaturowej. Jeśli napotkasz jakiekolwiek problemy podczas włączania tego urządzenia do swojego projektu, skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej szczegółów.