Термисторы что это такое

Термистор NTC и особенности его применения

Сталкиваясь с задачей проведения ремонта бытовой техники, мастер имеет дело с разными компонентами и деталями. Если за дело берется новичок, у него могут быть проблемы с пониманием, что такое термисторы.

Что такое термистор NTC

Под термистором NTC стоит понимать компоненты, показатель сопротивления которых варьируется под воздействием температурного режима. Сфера применения данного радиоэлемента зависит от его свойств. В основном термисторы нужны, чтобы проводить измерения и контролировать показатели температуры. Также применяются для обнаружения жидкости или фиксации ее отсутствия. Встречаются термисторы NTC и в устройствах по ограничению тока. Спектр их использования широк, начиная от радиолюбителей и заканчивая солидными масштабными производствами.

Из задач, возлагаемых на термисторы NTC, важной считается контроль температуры. Поэтому без этих элементов сложно обойтись разработчикам и сложного промышленного оборудования, и простых приборов бытового назначения.

На современном рынке представлен большой выбор термисторов NTC от производителей, представляющих разные страны мира. Впервые этот элемент был изобретен в далеком 1930 году. Его представил ученый Самюэль Рубен.

Ассортимент термисторов NTC

Основная классификация по видам связана с производственным процессом, который был использован при изготовлении радиоэлемента:

Бисерный термистор специально запекается в корпусную часть, сделанную из керамического материала. Сам же компонент — это сплав платины в свинцовом проводе. Отличается данный вид быстрым откликом. Термистор способен бесперебойно функционировать при температурном режиме с высокими показателями.

Чиповые и дисковые терморезисторы, как правило, изготавливаются из металлизированных контактов. Они имеют способность выдерживать воздействие больших токов.

Термисторы, оборудованные стеклянной оболочкой, могут функционировать при температурном режиме +150 градусов и выше. Это герметизированные радиоэлементы, которые запечатаны в стеклянный пузырек, не пропускающий поток воздуха. Они не подвержены воздействию климатических условий, поэтому могут устанавливаться на открытых поверхностях плат.

Все вышеуказанные виды имеют хорошие показатели механической прочности корпуса, высокую чувствительность и надежны на практике, что делает возможным их использование в моторах, флуоресцентных лампах, трансформаторах, электродвигателях с постоянным током не выше 20 А, бытовой, промышленной и автоэлектронике, мобильных устройствах, современных мониторах с характеристиками LCD и HDD.

Группы терморезисторов, их характеристики

Все терморезисторы NTC делятся на группы в зависимости от показателей температуры, которую они способны выдерживать. Этот параметр объясняет, в каком режиме способно работать устройство, а где оно попросту не сможет справляться со своими функциональными обязанностями.

Терморезисторы разделяют также на термисторы и позисторы. У первых отрицательный температурный коэффициент (ТКС), у вторых — положительный. Известна еще одна разновидность — комбинированный компонент. Например, терморезистор NTC, который имеет косвенный нагрев. В корпусе устройства есть датчик, оснащенный нагревательным элементом. Он задает температуру терморезистору и начальное сопротивление тока. Эти радиоэлементы на практике встречаются в виде переменных резисторов, контролирующих напряжение, приложенное к датчику нагрева.

Классификация в зависимости от принципа действия

Исходя из принципа действия, терморезисторы делят на:

К первой категории принято относить элементы биметаллического типа, разные термодатчики, а также термопары. Если речь идет о бесконтактном принципе действия, значит это датчики с инфракрасной опцией. Они способны определять ИК-излучение и оптические лучи, которые выделяются жидкостью и газами.

Обозначения и расшифровка маркировки

Бывает несколько типов маркировки. Например, из букв или разных цветов, нанесенных полосок или других изображений на поверхность термистора. Все зависит от производителя, конкретного вида элементов. Примерная система обозначений представлена на картинке ниже. Вариантов настолько много, что расшифровать их даже опытному мастеру не всегда удается правильно. В таком случае лучше полагаться на технические данные, которые есть на сайте производителя термистора в описании конкретного элемента.

Разберем пример — термистор NTC с маркировкой 10 D-9. Первая цифра «10» говорит о том, что 10 Ом при 25 градусах Цельсия составляет сопротивление датчика. Его диаметр равен 9 мм. Чем больше будет это значение, тем выше мощность, которую он рассеивает. Чтобы лучше разобраться с маркировкой цветом, следует пользоваться таблицей или смотреть описание характеристик в справочнике. Все производители уточняют эту информацию для линейки своей продукции.

Форма полупроводника может быть разной: тонкие трубы, крупные шайбы, пластины разной толщины и небольшие элементы разных видов. Есть даже детали, габариты которых исчисляются несколькими микронами. На картинке ниже представлен ассортимент полупроводников, встречающихся чаще других на современном рынке.

Основные характеристики терморезисторов

Важно обращать внимание на характеристики термисторов NTC. Они могут меняться по ряду причин: производитель, тип и применяемый материал. В первую очередь покупатель должен изучить размер. Нужно, чтобы элемент подошел по габаритам, то есть, поместился на плате во время монтажа.

Следующие важные пункты:

Это основные моменты, которые нужно учитывать при покупке детали.

Характеристики нагрева

Есть 2 типа терморезисторов, если полагаться на способ нагревания, положенный в основу их принципа действия:

При косвенном нагреве будет изменяться температура термистора под воздействием элементов, размещенных рядом с ним.

При прямом она также меняется, но только под влиянием окружающего воздуха или тока, который проходит через элемент. В этом и заключается основное отличие.

Проверка исправности детали

Для начала нужно перевести мультиметр в режим, который позволит провести замер сопротивления. После этого подключить щупы к ножкам радиоэлемента. Зафиксировать сопротивление и поднести паяльник к элементу. Записывать показатели сопротивления лучше на бумаге. Паяльник нужно заранее разогреть. Провести контрольные измерения. Если сопротивление будет падать, значит, термистор работает правильно. Если это позистор, то сопротивление должно расти.

Например, при проверке термистора NTC MF 72 сопротивление равно 6.9 Ом, но при изменении температуры с помощью паяльника снижается до 2 Ом. Результат тестирования — исправен.

Когда сопротивление остается прежним или резко меняется, можно полагать, что термистор NTC вышел из строя. Хотелось бы дополнительно заметить, что подобные проверки крайне не рекомендованы, поскольку являются грубыми. Если стоит цель точно проконтролировать термистор, нужно проверить его температуру, затем — сопротивление. Данные нужно сравнить с параметрами, которые указывает производитель в характеристиках.

Преимущества NTC

Термисторы пользуются гораздо большим спросом, нежели позисторы. Есть у них ряд преимуществ. Это элементы, которые можно стабильно использовать долгий срок, не волнуясь за их выход из строя, даже несмотря на экстремальные условия среды. Еще один плюс — компактные габариты.

Упаковка настолько удобна, что применение радиоэлементов возможно на небольшой территории или в ограниченном пространстве, для них не нужно много места на плате. Еще одно достоинство — быстрое время отклика. Они реагируют на изменения температурного режима, если есть необходимость в обратной связи. Показатели экономичности не менее важны.

Мастер может рассчитывать на недорогую цену, а еще простую установку. Но даже столь выгодный элемент не лишен недостатка. Он заключается в том, что в условиях современного производства отсутствует возможность производить его в массовом тираже, соблюдая идентичность характеристик. Параметры сильно отличаются. Это касается случаев, когда элементы выпускаются одной партией. По этой причине нужно повторно проводить настройку оборудования.

Популярные термисторы

Как уже упоминалось выше, сегодня известно много форм и видов термисторов. Часто встречаются детали в феноле со специальным окрашиванием. Какой вид или форма являются самыми популярными, утверждать однозначно и точно не получится. Форма зависит от того, какая задача возложена на термистор, значение имеют и его характеристики.

Бисерные термисторы считаются оптимальным решением для монтажа в устройство. Дисковый вариант более уместен для поверхности с оптическими свойствами. Если говорить о чиповой форме, монтаж рекомендован на печатной плате. Определяясь с этой характеристикой, мастеру стоит учитывать, насколько плотным должен быть контакт поверхности и устройства. Каким бы ни был тип термистора, важно, чтобы для его соединения с поверхностью использовались теплопроводяшая паста или эпоксидный клей, не имеющие свойств электропроводности.

Если стоит задача заменить терморезистор, следует использовать аналогичный элемент, изучив его характеристики в справочнике или техдокументации. Мастер может заменить термистор на обычный проволочный резистор, но только при условии подобного опыта в прошлом, если в предыдущий раз не было проблем с функционированием прибора. Обязательно следует проверить условия опциональности элемента как по времени, так и по напряжению. Также важно понимать, выполняет ли новый резистор функции термистора в полной мере.

Больше о сфере применения

Все терморезисторы могут быть задействованы в достаточно широкой сфере применения. Если речь идет о более дорогом устройстве, это позволяет сделать его частью сложного производственного оборудования или применять как предохранитель. Специалисты подключают термисторы к реле. Это позволяет отключить систему автоматически, как только она фиксирует перегрев. По цене термисторы стоят гораздо дешевле, чем другие компоненты. Это и объясняет большой спрос на них на рынке. Применяют их как в быту, так и на производстве.

При правильной настройке и монтаже термистора, он может стать элементом для проверки температурного режима на улице или в помещении. С его помощью можно отслеживать любые его изменения. Конечно, речь не идет о настолько верных измерениях, как это требуется на производственных площадях. Шага в один градус будет вполне достаточно. Также деталь часто используется в защитной системе двигателя от перегрева. В таком случае специалист соединяет ее с реле. Если случается угроза нагревания, нарушающая все допустимые меры безопасного режима, двигатель отключается. При наличии опыта можно включить термистор в систему бортового ПК. Это позволяет отслеживать показатели на мониторе, что является весьма удобным решением на практике.

Все терморезисторы выпускаются в корпусах с защитными свойствами, что позволяет исключить влияние влаги на них. Это положительно отражается на сроках службы элемента. Если специалист правильно подберет терморезистор, он может рассчитывать на длительное использование элемента и оборудования, в котором он будет установлен.

Видео по теме

Источник

Подробно о PTC-термисторах

Есть два основных вида терморезисторов: PTC, у которых сопротивление растет при повышении t°, и NTC с негативной тенденцией, у которых при этом оно падает. Второе название элементов с Positive Temperature Coefficient — позисторы. PTC защищают электроустановки, электронику от перегруза, перегрева, обслуживают реле пускателей, нагревательных узлов. Рассмотрим, где находятся PTC термические резисторы, какие их функции, как выглядят, отличия от NTC (термисторов с Negative Temperature Coefficient), как проверить.

Позисторы (PTC резисторы) как вид терморезисторов

Для электроники температура является одним из факторов, требующих постоянного контроля, так как ненормальный нагрев свидетельствует об изменении параметров тока, о небезопасных явлениях (перегрев вплоть до выгорания).

На платах приборов самыми элементарными стандартными элементами, радиодеталями, которые измеряют t°, контролируя ее значения и предохраняя схему, являются терморезисторы. Детали реагируют особым образом: их сопротивление (R) при различной температуре меняется, соответственно, происходит пропускание или непропускание токов определенной мощности, так реализуется защита микросхемы, устройств.

Термические резисторы (ТР) — это полупроводниковые электронные детали из сплавов с высоким термокоэффициентом трансформации.

Типоразмеры

Форма ТР: тонкие пластинки (реже трубочки), шайбочки, таблетки, каплевидные формы, размером в несколько мм. Некоторые типоразмеры микроскопические (микроны).

Есть также типоразмер SMD, напоминающий такого же типа плавкие предохранители, конденсаторы, иные детали. Изделия таких форм похожие (находятся в стандартных диапазонах 1206, 0805, 0603 и так далее), их почти невозможно различить «на глаз», надо читать спецификацию схемы.

Другой особый тип — встроенные изделия, они более узнаваемые: термопара, таблетка, капля с выводами или более габаритный корпус-цилиндр с двумя проводками.

По количеству отпаек (ножек) есть 2 типа позисторов: с 2 или 3 указанными элементами. Трехвыводные состоят из 2 позитронов-таблеток, объединенных одним корпусом. Одна из пластинок меньшая. Отличается и R, например, 1.3…3.6 кОм и 18…24 Ом. ТР с 2 ножками чаще всего кремниевые (Si), это более узнаваемые пластинки.

Обозначения разных электродеталей на схемах:

Что такое терморезисторы PTC (позисторы), чем отличаются от термисторов (NTC)

Есть 2 вида теплорезисторов, принцип функционирования аналогичный, отличается лишь направление темп. коэф. (ТКС):

Часто PTC (позисторы) и термисторы (NTC) внешне похожи, поэтому надо читать спецификацию, надписи на корпусах:

Обозначение на схемах:

Схематические рисунки для разных запчастей могут быть похожими, поэтому надо внимательно их читать:

Значки ТР могут несколько отличаться, но t° в них присутствует обязательно, у позисторов почти всегда есть буквенно-цифровые обозначения R1, TH1 или RK1 Таким образом, безошибочно можно узнать данные элементы на чертежах.

У PTC две стрелки смотрят вверх, «−» около t° ставят для NTC, так как у него негативный коэффициент.

Наглядное объяснение работы

Принцип работы основывается на взаимосвязанном изменении 2 параметров: температуры внешней среды или самого элемента и его сопротивления (число Ом).

Если взять любой термический резистор, мультиметром замерить сопротивление на нем при обычной комнатной температуре и при его охлаждении/нагревании, то количество Ом будет отличаться. В PTC с ростом температуры значение R будет увеличиваться.

Объяснение работы и отличий PTC/NTC на схеме

На температурных тепловых расцепителях (реле) могут применяться как позисторы, так и термисторы с учетом особенностей их срабатывания и того, какой алгоритм потребуется в конкретной ситуации. На чертеже ниже кривая 1 — это PTC, 2 — NTC. ТР ставят с обычными электромагнитными реле («б»). На рисунке «б» — принципиалка защиты электромотора, «в» — схема подсоединения контактора КМ при термисторе, а «г» при позисторе.

Объяснение работы схемы:

Где применяются

Рассматриваемые детали можно найти на большинстве печатных плат электроники — в самом стандартном виде, это пластинки и таблетки на ножках, могут также выполняться как цилиндрики и в прочих типоразмерах. Характерный вид позисторов на пускателях, подобных устройствах — пластиковая коробочка (внутри клеммами зажата металлическая таблетка). Сфера применения — электроника, цепи электроустановок, электроприборов, сигнализаций.

PTC, как и NTC, применяются для электроцепей приборов, оборудования, для процессов, зависящих от корректности настроек режима t°. Особо актуальные для компьютеров, телевизоров, электроустановок, оборудования связи, для сигнализаций, автомобильных узлов, реле бытовых приборов, блоков питания, высокоточного производственного оборудования. Часто используются в роли температурных датчиков.

PTC (с положительным коэффициентом) термисторы при нагреве повышают свое число Ом. Поэтому позисторы чаще всего используют с целью защиты силовых электроустановок от перегруза, перегрева, а также для поддержания безопасной t°.

Если кратко, то позисторы чаще применяют для защиты устройств в процессе их работы от скачков, перегрева, перегрузки, для регулировки нагревания. Термисторы — для уменьшения токов именно при активации приборов, для плавного включения силовых узлов, БП. Общая сфера применения: датчики, вместе с реле, расцепителями, температурный контроль оборудования. Как видим сферы применения в общем схожие, но учитываются нюансы алгоритма сработки ТР. Некоторые иные области применения позисторов рассмотрим ниже в разделе со схемами.

Задачи позисторов

Основная цель терморезисторов состоит в изменении параметров токов при пуске и работе приборов, электроустановок. PTC ставят для ограничения таковых, а также как термодатчики, переключатели в схемах пусковых конструкций.

Опишем как образцовый пример стандартный процесс: аппарат включается в сеть, напряжение подается на БП, конденсаторы быстро набирают свои емкости (заряжаются), что провоцирует повышенные токи на цепи. Если нет ограничения, то создается высокая вероятность перегрева, перегорания, пробоя элементов, диодных мостов.

Высокие токи провоцируют повышение температуры, но PTC терморезистор не дает им провоцировать перегрев: его сопротивление растет, не пропуская чрезмерные значения напряжения. Сами по себе терморезисторы при небезопасных факторах не расцепляют контакты, а только служат преградами, ограничителями. Причем их действие уже заложено в них, то есть без механических движений — блокировать будет само сопротивление. Такие элементы (термопары) особенно контактные также часто работают как датчики с реле, расцепителями: отслеживают и сообщают исполнительному узлу о небезопасном факторе.

PTC встречаются почти во всех современных приборах, например, на импульсных блоках питания. Эти детали служат не только лишь для нормализации температурного режима, но и в устройствах защиты, реле, расцепителях, узлах, основывающихся на измерениях t° (термопары, сенсоры холодильников, стиралок).

Виды термических резисторов с положительным ТКС

Рассмотрим виды термических резисторов, для PTC и NTC они одинаковые.

Разновидности по особенностям действия

По типу действия (сработки) есть такие типы ТР:

Номинал, разновидности по температурным параметрам

Детали чаще рассматриваются в международной системе измерений СИ, в Кельвинах. Переводить К в градусы Цельсия нужно особым образом — сравнивая две шкалы.

Один градус К равен 1° C, но точки на шкалах разнятся: нулю по Цельсию отвечает 273.150 на линейке, градуированной Кельвинами. Также тут есть такая отметка как абсолютный ноль, но это не «0° C» — он равен отметке «−273.150 °C».

Терморезисторы различаются по степени реагирования на определенную температуру так:

Первоначальные характеристики терморезисторов — термисторов, позисторов — могут изменяться при функционировании с частыми колебаниями t°.

Виды по типу нагрева

Нагрев может быть таких типов (ему соответствует 2 типа термических резисторов):

Какие параметры влияют на подбор терморезисторов

Рассмотрим, какие параметры надо определить и учесть при выборе PTC, позистор, терморезистор с положительным коэффициентом.

Габариты. Деталь должна поместиться на плате, не мешать иным деталям.

Сопротивление, оно же номинал, RT, в Омах. Указывается на элементе на его маркировке вместе с температурой в Цельсиях или Кельвинах. Надо также читать таблицы данных и спецификацию детали. Например, если ТР рассчитан на функционирование при −100…+200° C, режим для окружающих условий использования принимают как +20…+25° C;

Временная переменная температуры в сек. Отражает тепловую инерционность: период, необходимый для изменения t° теплового резистора на 63% от разницы t° на нем и окружающей среды. Обычно принимается равным +100° C;

ТКС он же TCR (в % на 1 градус С°), αR или αRT. Это основная характеристика — тепловой (термический) коэффициент сопротивления. Прописывается для той же t°, что и «холодное» R. Цифры значения могут быть с «+», «–» или «±», что показывает, в какую сторону учитывают изменения температуры (это не отклонения точности). По данной характеристике выделяют определенные группы терморезисторов (А, Б, В и так далее).

Предельная интенсивность рассеивания Pmax, Вт. Порог, до которого нет необратимых трансформаций в детали. По этой характеристике главное исключить ситуации, когда tmax превышает предел, Pmax.

Tmax — наибольшее значение, при котором свойства детали определенное время остаются неизменными (эти две составляющие устанавливаются изготовителем).

Коэффициенты G и H. Данные характеристики зависимы от свойств используемого сплава, нюансов теплообмена между ТР и средой. Характеристики взаимосвязанные, что отображает уравнение G=H/100а:

Теплоемкость (Дж на 1° C), «C» — количество тепла для нагрева терморезистора на 1°.

Временная постоянная τ = отношению между C и H. Подбирая изделие, надо учесть промежуток температурного сопротивления и кратность колебаний R на участке положительного ТКС.

Для правильного выбора позисторов надо изучить все варианты терминологии: другие и некоторые вышеуказанные позиции трактуются также следующим образом:

Температура и т. Кюри:

Базовые свойства позисторов

При расчете терморезисторов потребуется оценить следующее составляющие:

Как работает PTC с физико-химической точки зрения

Терморезистор типа PTC повышает свое сопротивление (на схемах обозначается R, в Омах), при увеличении t°; у термистора NTC алгоритм тот же, но наоборот: при росте первой, вторая величина падает.

Главная особенность терморезистора — максимальная чувствительность R материала к изменениям t°. Если нагрева нет, то атомы расположены ровно, выстроенные длинными линиями. При росте тепла число транспортировщиков заряда становится большим, и чем больше, тем лучше проводимость.

Кривая t°/R нелинейная, наиболее ярко свойства проявляются при −90…+130° C.

Свойства ТР создаются путем сравнения режима t° с характеристиками используемых в детали сплавов, являющихся полупроводниками. Применяют составы чрезвычайно чувствительные к температуре.

При прохождении тока появляется электрополе, подталкивающее электроны, ударяющиеся об атомы, так они затормаживаются. При высоких температурах движение атомов интенсивнее, исходная частичка быстрее взаимодействует, создавая дополнительное сопротивление. После охлаждения валентные уровни электронов станут низкими, перейдут в спокойное состояние, частички будут меньше перемещаться, перестанут повышать число Ом.

Проверка мультиметром

Работоспособность позистора покажет мультиметр. Проверка основывается на замерах сопротивления при изменении температуры. Алгоритм:

Проверка терморезистора опусканием в теплую воду и замерами тестером, показывающим сопротивление:

Как подключить, схемы

Рассмотрим основные схемы подключения PTC резистора в зависимости, для каких целей он применяется. Чаще элементы подключаются последовательно, но также иногда могут включаться и параллельно, например, к пусковому реле.

Схема для тепловых пожарных извещателей:

PTC как плавкий предохранитель:

Примеры других схем для позисторов:

Как сенсор температуры, термокомпенсации

Ниже принципиалка температурной компенсации: при смещении транзистора используется R позистора. При перегреве первого, на втором также повышается t°, и когда значение преодолеет точку Кюри ТР перейдет на режим мощного сопротивления, цепь сместится, транзистор отключится.

Если PTC в роли детектора перегрева, когда затребована температурная компенсация, прибор не меняет сопротивление на входе наподобие термистора NTC, учитывая последовательное подсоединение на входную цепь. Это отлично подходит для вариантов последней, требующих описанного нюанса: для импульсных линий, региональных усилителей, измерительных устройств.

Несколько позисторов в схеме

Два и больше PTC могут обслуживать несколько активных сегментов работы с компаратором. Ниже — схема последовательно включения увеличенного числа ТР: при обнаружении одним хотя бы перегрева микросхемой компаратором демонстрируется резкое значение температурного сопротивления. Такая схема позволит легко менять количество PTC или замерять t° на целой базовой схеме.

Защита перегрева двигателя

PTC применяют для мониторинга перегрева электромоторов, трансформаторных обмоток, подшипниковых конструкций, силовых транзисторов. Ниже пример PTC, определяющего чрезмерный нагрев мотора, что тянет за собой сработку реле на его отключение.

Непосредственно позистором может осуществляться блокировка цепей с малыми регулярными токами, если же они большие и постоянные в линию включают реле, тиристор.

Компонент контроля

PTC, как электронная составляющая текущего контроля, показан на простейшем решении ниже:

При превышении заданной температуры загорается диод. Если нарушено предельное значение тока, терморезистор среагирует и моментально реализует защиту.

Опцию задержки можно воплотить посредством динамических свойств ТР, есть два метода: подсоединение параллельно или последовательно с реле. Позволительно также контролировать пусковые токи позистором, например, на импульсных источниках питания, которые, как правило, имеют значительную эту величину при первом старте.

PTC можно применить вместо NTC или простого резистора как ограничитель пусковых токов. Деталь нагревается токовыми перегрузками при отказе реле или тиристора и происходит его сработка при высоком сопротивлении, течение тока блокируется моментально.

Помимо указанного, практично использовать PTC для схемы старта моторов как бесконтактный стартер, например, для компрессора холодильников, кондиционеров и подобного.

На Arduino

Программируемая база в виде контроллера Arduino применяется для различных самоделок, мини-роботов.

В данном случае необходимо подсоединить PTC к указанной платформе для считывания показателей, туда также будет включен ЖК дисплей, показывающий их.

Описание примера (при номинале терморезистора, когда на нем в горячем состоянии 10 кОм):

Ниже то же самое немного иными словами. Для элементарной сборки возьмем монтажную плату, 3 проводка, PTC, резистор (это основное сопротивление схемы) на 10 кОм. Вывод последнего подключается к той ножке PTC, к которой идет также жила, подключаемая на, в нашем случае, аналоговый пин A0 Ардуино. То есть один контакт PTC — к 5V, а второй, соединенный с ножкой резистора 10 кОм, — к А0. Оставшаяся ножка последнего — к пину «земли». На схеме ниже порядок виден четко.

Более детально ознакомиться с работой с различными компонентами можно на каком-нибудь симуляторе в сети.

Видео по теме

Источник