ترمیستور چیست | انواع و کاربردهای آن چیست؟

ترمیستور چیست ؟

به مقاومت های حساس به دما که از مواد نیمه هادی ساخته می شود، ترمیستور (thermistor) می گویند که این کلمه مخفف عبارت temperature sensitive resistors است. در ترمیستور مقاومت الکتریکی با دما به طور غیر خطی تغییر می کند. رنج دمای آن 70- تا 150 و نهایتا 316 درجه سانتیگراد می باشد. در اکثر کاربردها مقاومت آن در دمای 25 درجه سانتیگراد بین 100 تا 100 کیلو اهم می باشد. نماد الکتریکی ترمیستور در شکل روبرو آورده شده است.

دسته بندی ترمیستورها : 

ترمیستورها به دو دسته ضریب دمایی منفی NTC (Negative Temperature Coefficient) و ضریب دمایی مثبت PTC (Positive Temperature Coefficient) تقسیم می شوند. در NTC با افزایش دما مقاومت ترمیستور کاهش می یابد و در PTC با افزایش دما مقاومت آن افزایش می یابد. اغلب ترمیستورهای موجود و کاربردی NTC هستند. ترمیستورها در اشکال مختلفی ساخته می¬شوند که رایجترین آن ها، دیسکی، مهره ای و میله ای است که در شکل زیر نمونه ای از آنها آورده شده است:

مزایا :

اندازه کوچک، پاسخ سریع, حساسیت بسیار بالا

معایب :

غیر خطی، محدوده دمایی کم، شکننده، مقاومت بالا و مشکلات نویز، ناپایداری و کالیبره نبودن
شکل زیر غیر خطی بودن یک NTC نشان می دهد :

کاربرد ها :

با توجه به هزینه کم و حساسیت بالای ترمیستورها، اغلب برای تشخیص وضعیت های آلارم فرایند از ترمیستورها استفاده می شود؛ مانند دمای سیم پیچ موتورها، دمای یاتاقان ها و….

پارامتر های مهم برای انتخاب ترمیستور :

• نوع ترمیستور : NTC یا PTC
• مقاومت به طور مثال 1 کیلو اهم
• شکل ظاهری : دیسکی، مهره ای یا میله ای
• رنج دمایی که بیشترین رنج -73 to 316°C می باشد
• خطا بطور مثال : R25=100KΩ ±5%

“ترمیستور” به چه معنی است؟
ترمیستورها که از اصطلاح مقاومت حساس thermaIly گرفته می شوند ، یک سنسور بسیار دقیق و مقرون به صرفه برای اندازه گیری دما هستند. در 2 نوع ، NTC (ضریب دمای منفی) و PTC (ضریب دمای مثبت) موجود است ، ترمیستور NTC است که معمولاً برای اندازه گیری دما استفاده می شود.

ترمیستورها در دو نوع موجود است:

کسانی که دارای ضرایب دمای منفی (ترمیستورهای NTC) و آنهایی که دارای ضرایب دمای مثبت هستند (ترمیستورهای PTC). مقاومت ترمیستورهای NTC با افزایش دمای آنها کاهش می یابد ، در حالی که مقاومت ترمیستورهای PTC با افزایش دما آنها افزایش می یابد. فقط ترمیستورهای NTC معمولاً در اندازه گیری دما مورد استفاده قرار می گیرند.

ترمیستورها از مواد با مقاومت شناخته شده تشکیل شده اند. با افزایش دما ، مقاومت ترمیستور NTC به دنبال “منحنی” خاص ، به صورت غیرخطی افزایش می یابد. شکل این منحنی مقاومت در برابر دما منحصر به فرد با توجه به خواص مواد تشکیل دهنده ترمیستور تعیین می شود.

ترمیستورها با انواع مقاومت پایه و مقاومت در برابر منحنی دما در دسترس هستند. کاربردهای درجه حرارت پایین (-55 تا تقریبا 70 درجه سانتیگراد) معمولاً از ترمیستورهای مقاومت کم 2252 تا 10،000Ω استفاده می کنند). کاربردهای درجه حرارت بالاتر معمولاً از ترمیستورهای مقاومت بالاتر (بالاتر از 10،000Ω) استفاده می کنند. بعضی از مواد پایداری بهتری نسبت به سایرین دارند. مقاومتها معمولاً در 25 درجه سانتیگراد (77 درجه فارنهایت) مشخص می شوند. دماسنجها در حدود 2/0 درجه سانتی گراد در محدوده دمای مشخص شده خود دقیق هستند. آنها معمولاً با دوام ، ماندگار و ارزان هستند.

ترمیستورها اغلب برای کاربردهایی انتخاب می شوند که ناهمواری ، قابلیت اطمینان و پایداری در آن مهم باشد. آنها برای استفاده در محیط هایی با شرایط شدید و یا در جایی که صدای الکترونیکی وجود دارد ، مناسب هستند. شکل های مختلفی در دسترس هستند: شکل ایده آل برای یک کاربرد خاص به این بستگی دارد که آیا ترمیستور در یک سیستم نصب شده یا در سیستم نصب خواهد شد و به نوع مواد اندازه گیری شده بستگی دارد.

ترمیستورهای دارای پوشش اپوکسی برای استفاده در دماهای پایین تر (معمولاً -50 تا 150 درجه سانتیگراد (-58 تا 316 درجه فارنهایت)) در دسترس هستند. ترمیستورها همچنین با روکش های شیشه ای برای استفاده در دماهای بالاتر [به طور معمول -50 تا 300 درجه سانتیگراد (-58 تا 572 درجه فارنهایت)] در دسترس هستند. این پوشش ها از ترمیستور و سیم های اتصال آن در برابر رطوبت ، خوردگی و فشار مکانیکی محافظت می کنند.

تنظیمات ترمیستور :

ترمیستورها در چندین تنظیمات متداول در دسترس هستند. سه مورد که اغلب مورد استفاده قرار می گیرند ترمیستور انعطاف پذیر فاقد مهر و موم شده (سری HSTH) ، نوع پیچ / واشر و نوع چسبنده سطح هستند.

ترمیستورهای HSTH کاملاً درون محفظه های PFA (پلیمری پلاستیکی) محکم شده اند تا عنصر سنجش را در برابر رطوبت و خوردگی محافظت کنند. آن ها می توانند برای اندازه گیری درجه حرارت مایعات از روغن ها و مواد شیمیایی صنعتی گرفته تا مواد غذایی استفاده شوند.

ترمیستورهایی که دارای سنسور پیچ و مهره ای هستند ، می توانند در سوراخ ها یا دهانه های دارای اندازه استاندارد نصب شوند. جرم حرارتی كوچك آنها را قادر می سازد به سرعت در برابر تغییرات دما پاسخ دهند. آنها در بسیاری از برنامه ها از جمله لوازم خانگی ، مخازن آب ، لوله ها و ظروف تجهیزات استفاده می شوند.

ترمیستورهای سطح نصب شده دارای قسمت های خارجی چسب هستند که به راحتی در سطوح صاف یا منحنی می توانند در جای خود قرار گیرند. آنها را می توان حذف و دوباره استفاده کرد و چندین کاربرد تجاری و صنعتی دارد.

دامنه دما ، دقت و پایداری ترمیستور :

ترمیستورها بسیار دقیق هستند (از 5 0.05 درجه سانتی گراد تا 1.5 درجه سانتیگراد) ، اما تنها در یک محدوده دمای محدود که در حدود 50 درجه سانتیگراد درجه حرارت پایه است. دامنه دمای کار برای بیشتر ترمیستورها بین 0 تا 100 درجه سانتی گراد است. ترمیستورهای کلاس A بیشترین دقت را ارائه می دهند ، در حالی که ترمیستورهای کلاس B می توانند در سناریوهایی که نیاز به اندازه گیری دقیق کمتری دارند مورد استفاده قرار گیرند. پس از اتمام مراحل تولید ، ترمیستورها از نظر شیمیایی پایدار هستند و دقت آنها با افزایش سن تغییر نمی کند.

کاربرد ترمیستورها :

ترمیستورها برای اندازه گیری دمای سطوح ، مایعات و گازهای محیطی در طیف گسترده ای از کاربردهای تجاری و صنعتی به کار می روند. هنگامی که در کاوش های محافظتی که قابل اطمینان باشد از بین می رود ، آنها در صنایع غذایی و آشامیدنی ، آزمایشگاه های علمی و تحقیق و توسعه استفاده می شوند. ترمیستورهای سوار شده با پروب سنگین برای غوطه وری در مایعات خورنده مناسب هستند و می توانند در فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار بگیرند ، در حالی که از مونتاژهای ترمیستور با وینیل با استفاده از محیط بیرون یا برای کاربردهای بیولوژیکی استفاده می شود. ترمیستورها همچنین برای اندازه گیری دمای هوا با روکش فلزی یا پلاستیکی از جنس قفس در دسترس هستند.

ترمیستور چگونه دما را می خواند ؟

یک ترمیستور در واقع چیزی را نمی خواند ، در عوض مقاومت ترمیستور با دما تغییر می کند. چه مقدار مقاومت در آن تغییر می کند بستگی به نوع ماده استفاده شده در ترمیستور دارد.
برخلاف سنسورهای دیگر ، ترمیستورها غیرخطی هستند ، به این معنی که نقاط موجود در نمودار نشانگر رابطه بین مقاومت و دما خط مستقیمی نخواهد بود. محل ساخت خط و میزان تغییر آن با ساخت ترمیستور مشخص می شود. نمودار ترمیستور معمولی به این شکل است.

چگونه یک THERMISTOR در یک سیستم کنترل شده کار می کند؟

کاربرد اصلی ترمیستور برای اندازه گیری دمای یک دستگاه است. در یک سیستم کنترل دما ، ترمیستور یک قطعه کوچک ، اما مهم از یک سیستم بزرگتر است. یک کنترل کننده دما دمای ترمیستور را کنترل می کند. سپس به یک بخاری یا کولر می گوید چه موقع روشن یا خاموش شود تا دمای سنسور حفظ شود.
در نمودار زیر ، برای نشان دادن یک سیستم نمونه ، سه مؤلفه اصلی برای تنظیم درجه حرارت یک دستگاه مورد استفاده قرار گرفته است: سنسور دما ، کنترل کننده دما و دستگاه Peltier (که در اینجا با عنوان TEC یا کولر ترموالکتریک شناخته شده است). سر سنسور به صفحه خنک کننده متصل شده است که برای خنک کردن دستگاه باید دمای خاصی را حفظ کند و سیم ها به کنترلر دما وصل می شوند. کنترل کننده دما نیز بصورت الکترونیکی به دستگاه Peltier متصل شده است که دستگاه مورد نظر را گرم و سرد می کند. هیت سینک برای کمک به اتلاف گرما به دستگاه Peltier وصل شده است.

سیستم کنترل شده ترمیستور : 

کار سنسور دما ارسال بازخورد دما به کنترل دما است. این سنسور مقدار کمی جریان دارد که از طریق آن جریان دارد به نام جریان بایاس (جریان تعصب) که توسط کنترل دما ارسال می شود. کنترلر نمی تواند مقاومت را بخواند ، بنابراین باید با استفاده از یک منبع جریان ، تغییرات مقاومت را به تغییرات ولتاژ تبدیل کند تا یک جریان تعصب را در سراسر ترمیستور اعمال کند تا یک ولتاژ کنترل تولید کند.

کنترل کننده دما اپراتور این عمل است. اطلاعات سنسور را می گیرد ، آن را با آنچه واحد مورد نیاز برای خنک شدن است (به نام setpoint) مقایسه می کند و جریان را از طریق دستگاه Peltier تنظیم می کند تا دما را تغییر دهد تا مطابق با نقطه تنظیم باشد.

محل قرارگیری ترمیستور در سیستم هم بر پایداری و هم در دقت سیستم کنترل تأثیر می گذارد. برای رسیدن به بهترین ثبات ، ترمیستور باید تا حد امکان در نزدیکی بخاری ترموالکتریک یا مقاومت قرار گیرد. برای بهترین دقت ، ترمیستور باید نزدیک دستگاهی باشد که نیاز به کنترل دما داشته باشد. در حالت ایده آل ، ترمیستور در دستگاه تعبیه شده است ، اما می تواند با استفاده از خمیر یا چسب حرارتی رسانا نیز به آن وصل شود. حتی اگر دستگاه تعبیه شده باشد ، باید شکاف های هوا را با استفاده از خمیر حرارتی یا چسب از بین برد.

شکل زیر دو ترمیستور را نشان می دهد ، یکی به طور مستقیم به دستگاه وصل می شود و دیگری از راه دور یا از دستگاه فاصله دارد. اگر سنسور خیلی دور از دستگاه باشد ، مدت زمان تاخیر حرارتی دقت اندازه گیری دما را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد ، در حالی که قرار دادن ترمیستور بیش از حد از دستگاه Peltier باعث کاهش پایداری می شود.

در شکل زیر ، نمودار تفاوت در میزان قرائت دما را توسط هر دو ترمیستور نشان می دهد. ترمیستور متصل به دستگاه به سرعت نسبت به تغییر بار حرارتی واکنش نشان داد و دمای دقیق را ثبت کرد. ترمیستور از راه دور نیز واکنش نشان داد اما نه به همان سرعت. مهمتر از همه ، قرائت ها کمی بیشتر از نیم درجه خاموش است. در صورت نیاز به دمای دقیق ، این تفاوت می تواند بسیار مهم باشد.