за что отвечает терморезистор

Термистор и его принцип действия

Для начинающих радиолюбителей этот тип радиодеталей практически не знаком. Хотя они появились еще 1930-х годах, благодаря ученому Самуэлю Рубену. Так что такое терморезистор? Если коротко, то это этот элемент, по сути, одна из разновидностей резистора. Другие названия: термистор, термосопротивление.

Какая его конструкция, какие задачи он выполняет и как он устроен — об этом в этой статье.

Назначение

Если есть в названии этой радиодетали термин «термо» логично предположить, что его назначение необходимо в тех сферах электроники, которые зависимы от температурных режимов:

Это основные области применения, где очень нужны такие детали.

Наибольшее применение типовых терморезисторов нашлось для лимитирования пусковых токов, при запуске различного оборудования.

Как один из примеров можно привести процесс при запуске разного рода аппаратов. Когда подается напряжение к блоку питания, конденсатор моментально начинает набирать емкость, что ведет за собой повышению токовых нагрузок. Если этот процесс не контролировать, возрастает риск повреждения диодного моста.

Терморезистор в блоке питания компьютера

Термисторы из-за своей доступности чаще находят свое использование для таких бытовых устройств, как блок питания (БП). Он защищает электрическую цепь в случае резкого нагрева, контролируя температуру до безопасного уровня.

Как блоки питания, так и выпрямители, у которых есть конденсаторные фильтры, обладают существенным недостатком. При включении устройства конденсатору требуется незначительный промежуток времени на его зарядку. Этого времени хватает на кратковременный бросок тока, превышающий рабочие параметры БП в несколько раз.

Естественно, любое превышение токовых нагрузок нежелательно для электронных схем.

Приведенная выше схема актуальна для БП мощностью не выше 800 Вт.

В режиме ожидания (при выключенном питании) терморезисторы с естественной температурой, которая есть в помещении.

Когда БП включается, всплеск тока гасится сопротивлением NTC-термистора. В дальнейшем эта деталь нагреется и выйдет на рабочий режим, который не влияет на работу схемы питания.

Как такие полупроводники работают

Производители таких деталей допускают их максимальную чувствительность к перемене в температурном режиме. При нагреве число активно заряженных частиц возрастает. От количества таких частиц зависит проводимость элемента.

Важно понимать, что аналогичный полупроводниковый элемент работает по типу подчиненности к температурным режимам металла в составе компонента. В них применяются элементы с содержанием:

Но надо учитывать принцип действия терморезистора. От этого будет зависеть, как он будет работать — на повышение или понижение сопротивления, когда меняется рабочая температура элемента.

Терморезисторы разделяются на такие основные разновидности как — NTC или PTC.

Изделия такого типа обладают отрицательными ТКХ. Их отличие в том, что внутреннее сопротивление термистора способно уменьшаться при увеличении t0, и наоборот. Если температурная нагрузка t0 уменьшается, то сопротивление R увеличивается.

Такие характеристики важны в тех случаях, когда необходимо ограничить пусковой ток при:

Также термистор нужен в блоке питания для понижения зарядных токов.

Терморезисторы NTC-типа находят применение и в автомобильной промышленности, как датчик для автоматического управления системой климат-контроль. Или как датчик контроля перегрева двигателя. Если допустимо безопасный режим превышается, уходит управляющая команда на реле управления и двигатель автоматически глушится.

Элементы NTC-типа — могут быть применены в системах пожаротушения, как датчик пожара, который обнаруживает быстрый рост температуры и включающий пожарную сигнализацию.

На этих миниустройствах может быть нанесена буквенная маркировка или цветовая в виде полосок или колец. Вид рисунка зависит от того где сделан компонент, его типа и ряда других параметров.

Для примера расшифруем маркировку 4D-21.

4D — показывает, что его номинал рассчитан для температур до 24 градусов Цельсия. Цифра 21 — диаметр элемента.

Чтобы правильно подобрать этот элемент существуют специальные таблицы, с рассчитанными параметрами работы. Например, такая как для термисторов SCN-серии:

Аналогичные таблицы помогают выбрать элемент в нужном рабочем диапазоне под свои задачи.

Существуют и PTC — термисторы, у которых ТКС положительный.

При нагреве детали ее внутренне сопротивление растёт. Такие изделия часто можно было встретить в старых цветных телевизионных приемниках с кинескопами.

На сегодняшний день можно выделить два типа деталек РТС — с двумя или тремя выводами.

У изделий с тремя контактами основное отличие в том, что у них два позитрона в виде «таблеток», заключенных в один корпус.

Внешне эти два элемента выглядят практически идентично. Но это обманчивое впечатление.

Они отличаются как размером, так и сопротивлением.

В первом случае рабочий диапазон от 1.4 до 3.7 кОм, а во втором варианте — 17–25 Ом.

Двухвыводные детали чаще всего производятся с добавлением кремния (Si). Выглядят как небольшая таблетка с парой выводов.

РТС элементы чаще всего употребляются для защиты от перегрузок силового оборудования и его перегрева. И для поддержания корректной температуры в безопасно устойчивых диапазонах.

Сфера применения

Более дорогой элемент защиты применяется в сложных производственных процессах, как своего рода предохранитель. К примеру, их могут вмонтировать на исполнительное реле, которое при нагреве этой радиодетали отключает всю электрическую цепь.

Также они нужны для:

Классификация по уровням температур:

Разновидности

Перечислим основные виды типовых терморезисторов:

Основные характеристики

Применяя такие электронные элементы и чтобы знать, что такое терморезистор, надо понимать и учитывать такие характеристики как:

Преимущества

Основные достоинства этих электронных деталей:

Как проверить

Перед тем как проверить термистор необходимо подготовиться:

Дальше все просто. Принцип проверки общий. Для всех элементов такого типа. Щупы прибора подсоединяем к нашей детали и измеряем сопротивление, но:

Для наглядности, как происходит процесс проверки на работоспособность, посмотрим на картинку снизу.

Здесь хорошо видно как при нагревании паяльником сопротивление радиоэлемента уменьшается от значения в 5.1 Ом до величины в 2.7 Ом. Очевидно, что этот элемент работает.

Если все у вас произошло, как написано выше — ваша радиодеталь исправна.

Если вы видите, что сопротивление терморезистора меняется не плавно или вообще ничего не меняется, (чего быть недолжно) этот элемент неисправен.

Важно! Вышеописанный способ довольно грубый. Правильно будет если при испытании замерять и сопротивление элемента, и температуру нагрева.

Схематичное отображение

Схематичное отображение имеет тоже свои особенности.

Отображаться терморезистор на принципиальной схеме может по-разному.

В Европе он отображается как обычное сопротивление, но по диагонали с «полочкой» рядом с которой стоит бука t.

Также могут быть буквенные обозначения:

Но терморезистор имеет другое обозначение на схеме в США или Японии:

SMD-тип

Присутствуют в электронном мире также еще типы таких терморезисторов, как:

SMD — детали. Обладают главной особенностью — своим типом установки (внешним креплением) откуда его сложно выпаять.

Формы

Эти детальки могут быть в разнообразном исполнении, к примеру, как:

Самые миниатюрные — в виде бусинок размером менее 1 миллиметра. Не смотря на это, параметры довольно стабильные. Но есть и недостаток — не взаимозаменяемость в электрических схемах.

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