Jednym z najczęstszych typów czujników temperatury na rynku jest termistor, skrócona wersja "opornika termicznego". Termistory są tanimi czujnikami, które są bardzo wytrzymałe i wytrzymałe. Termistor jest czujnikiem temperatury wybranym do zastosowań wymagających wysokiej czułości i dobrej dokładności. Termistory są ograniczone do zastosowania w niewielkich zakresach temperatur roboczych ze względu na ich nieliniową reakcję na temperaturę.
Budowa
Termistory to dwa elementy z drutu wykonane ze spiekanych tlenków metali, które są dostępne w kilku rodzajach opakowań, aby wspierać różnorodne zastosowania. Najczęściej stosowanym opakowaniem termistora jest mały szklany koralik o średnicy 0,5 do 5 mm z dwoma przewodami. Termistory są również dostępne w pakietach do montażu powierzchniowego, dyskach i osadzonych w sondach rurowych z metalu. Termistory szklanych paciorków są dość wytrzymałe i wytrzymałe, a najczęstszym rodzajem uszkodzenia są uszkodzenia dwóch przewodów doprowadzających. Jednak w przypadku zastosowań, które wymagają większego stopnia odporności na obciążenia, termistory z sondą metalową zapewniają lepszą ochronę.
Korzyści
Termistory mają wiele zalet, takich jak dokładność, czułość, stabilność, krótki czas reakcji, prosta elektronika i niski koszt. Obwód do połączenia z termistorem może być tak prosty jak rezystor podciągający i mierzący napięcie na termistorze. Jednak reakcja termistora na temperaturę jest bardzo nieliniowa i często dostraja się do małego zakresu temperatur, który ogranicza ich dokładność do małego okna, chyba że zastosowano obwody linearyzacyjne lub inne techniki kompensacji. Odpowiedź nieliniowa czyni termistory bardzo wrażliwymi na zmiany temperatury. Również mały rozmiar i masa termistora daje im małą masę termiczną, która pozwala termistorowi szybko reagować na zmiany temperatury.
Zachowanie
Termistory są dostępne z ujemnym lub dodatnim współczynnikiem temperaturowym (NTC lub PTC). Termistor o ujemnym współczynniku temperaturowym staje się mniej rezystywny w miarę wzrostu temperatury, podczas gdy termistor o dodatnim współczynniku temperaturowym zwiększa opór w miarę wzrostu temperatury. Termistory PTC są często używane szeregowo z komponentami, w których przepięcia prądu mogą powodować uszkodzenia. Jako składniki rezystancyjne, gdy prąd przepływa przez nie, termistory generują ciepło, które powoduje zmianę rezystancji. Ponieważ termistory potrzebują do pracy źródła prądu lub źródła napięcia, indukowana zmiana oporu cieplnego jest nieuniknioną rzeczywistością z termistorami. W większości przypadków efekty samozagrzewania są minimalne, a kompensacja wymagana jest tylko wtedy, gdy wymagana jest wysoka dokładność.
Tryby operacyjne
Termistory są używane w dwóch trybach pracy poza typowym trybem pracy w zależności od rezystancji i temperatury. Tryb napięciowy w funkcji prądu wykorzystuje termistor w stanie samoczynnego nagrzewania w stanie ustalonym. Ten tryb jest często używany w przypadku przepływomierzy, w których zmiana przepływu płynu przez termistor spowoduje zmianę mocy rozpraszanej przez termistor, jego rezystancję oraz prąd lub napięcie w zależności od sposobu napędzania. Termistor może również działać w trybie prądu w czasie, w którym termistor jest poddawany działaniu prądu. Prąd spowoduje, że termistor sam się rozgrzeje, zwiększając rezystancję w przypadku termistora NTC i chroniąc obwód przed skokiem wysokiego napięcia. Alternatywnie, termistor PTC w tym samym zastosowaniu może być stosowany do ochrony przed wysokimi skokami prądu.
Aplikacje
Termistory mają szeroką gamę zastosowań, z których najbardziej powszechne to bezpośrednie wykrywanie temperatury i tłumienie przepięć. Charakterystyki termistorów NTC i PTC nadają się do zastosowań, w tym:
- Wskaźniki poziomu cieczy
- kompensacja temperatury
- Pomiar przepływu
- Próżniowe Gages
- Ochrona termiczna
- Kontrola wzmocnienia wzmacniacza
- Obwody opóźnienia czasowego
- Przełączniki termiczne
Linearyzacja
Ze względu na nieliniową odpowiedź termistorów, często wymagane są obwody linearyzacyjne, aby zapewnić dobrą dokładność w zakresie temperatur. Nieliniową odpowiedź oporności na temperaturę termistora określa równanie Steinharta-Harta, które zapewnia dobrą odporność na dopasowanie krzywej temperatury. Jednak nieliniowy charakter powoduje słabą dokładność w praktyce, chyba że zastosuje się konwersję analogowo-cyfrową o wysokiej rozdzielczości. Implementacja prostego linearyzowania sprzętowego rezystancji równoległej, szeregowej lub równoległej i szeregowej z termistorem drastycznie poprawia liniowość reakcji termistorów i rozszerza okno temperatury roboczej termistora kosztem pewnej dokładności. Wartości rezystancji stosowane w obwodach linearyzacyjnych powinny być wybrane tak, aby centralnie ustawiać okno temperatury w celu uzyskania maksymalnej skuteczności.
