Palitra21.ru

Домашний уют — журнал
65 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Термистор и Arduino

Термистор и Arduino

Термистор (терморезистор) — это резистор, который меняет свое сопротивление с изменением температуры.

Технически все резисторы являются термисторами, так как их сопротивление меняется в зависимости от температуры. Но эти изменения очень незначительны и измерить их очень сложно. Термисторы изготавливаются таким образом, чтобы сопротивление изменялось на значительную величину в зависимости от температуры. Около 100 Ом и даже больше при изменении температуры на 1 градус по Цельсию!

Существуют два вида термисторов — с NTC (negative temperature coefficient — отрицательный температурный коэффициент) и с PTC (positive temperature coefficient — положительный температурный коэффициент). В большинстве случаев для измерения температуры используются NTC сенсоры. PTC часто используются в качестве предохранителей — с увеличением температуры растет сопротивление, это приводит к тому, что через них проходит большая сила тока, они нагреваются и срабатывают как предохранители. Достаточно удобно для предохранительных цепей!

Если сравнивать термисторы с аналоговыми датчиками температуры типа LM35, TMP36, цифровыми вроде DS18B20, или термопарами, основными преимуществами термисторов можно назвать:

  • Во первых, они гораздо дешевле чем все перечисленные выше датчики температуры!
  • Их гораздо проще использовать в условиях повышенной влажности, так как это просто резистор.
  • Термисторы работают с любым напряжением (цифровые датчики требуют 3 или 5 В питания логики).
  • Если сравнить термистор и термопару, то первым не нужен усилитель сигнала, чтобы считывать данные. Соответственно, вы можете использовать практически любой микроконтроллер.
  • Соотношение точность показаний/цена — потрясающие. Например, термистор 10 КОм 1% может производить измерения температуры с точностью ±0.25°C! (При условии, что у вас подходящий аналогово-цифровой преобразователь на микроконтроллере).
  • Их практически невозможно поломать или повредить.

С другой стороны, диапазон температур, который можно измерить с помощью термисторов не такой широкий как у термопар и их настройка для снятия показаний тоже немного сложнее. А если на вашем контроллере нет встроенного аналогово-цифрового преобразователя, то лучше вообще обойтись цифровыми датчиками температуры.

Тем не менее простота исполнения термисторов дает им огромный бонус и они безумно популярны для базовых задач контроля температуры. Например, вы хотите, чтобы автоматически включился кондиционер, если в помещении стало слишком жарко. Для этого вы можете использовать цифровой датчик температуры, Arduino, и реле. А можете использовать и термистор, который подключен к базе транзистора. В результате, с повышением температуры, сопротивление падает, на транзистор подается все больше тока, пока он не включится.

Технические характеристики

Ниже приведены технические характеристики термисторов, которые чаще всего используются в DIY проектах на Arduino:

  • Сопротивление при 25 °C: 10K ±1%.
  • B25/50: 3950 ±1%.
  • Диапазон измеряемых температур от -55°C до 125°C.
  • Диаметр: 3.5 мм / 0.13 дюйма.
  • Длина: 18 дюймов / 45 см.
  • Зависимость сопротивления от температуры.

Обратите внимание на то, что сам термистор может измерять температуру до 125° C, но сами контакты порой рассчитаны на меньшую температуру. То есть, термистор не стоит использовать для контроля температуры слишком горячих жидкостей.

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

При изменении температуры изменяется сопротивление терморезистора (термистора). Но в нашей схеме мы не будем измерять сопротивление термистора напрямую, вместо этого мы использовали делитель напряжения, одним из резисторов которого является известное сопротивление 10 кОм, а вторым – наш терморезистор. Средняя точка делителя напряжения подключена к аналоговому входу A0 платы Arduino, поэтому при помощи аналогово-цифрового преобразования (АЦП) на этом контакте мы можем определить падение напряжение на терморезисторе в любой момент времени и, следовательно, и его сопротивление. Благодаря этим данным мы по формулам, приведенным ниже в данной статье, можем определить значение температуры.

Узнайте о термисторах и о том, как запрограммировать Arduino для измерения его данных.

Вы когда-нибудь задумывались о том, как некоторые устройства, такие как термостаты, термопластиковые печатные машины, автомобильные двигатели или печи, измеряют температуру? «Src =» // www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/Corleto_thermistor3.jpg «/>

Терморезистор. Изображение предоставлено Thorlabs.

аппаратные средства

  • Arduino
    • MEGA или Uno или ваш любимый аромат Arduino
  • Некоторые перемычки
  • Припой и паяльник (возможно, если ваш термистор не подходит к заголовкам Arduino)

Программного обеспечения

теория

При типичном применении резистора вы не хотите, чтобы сопротивление менялось с температурой. Это действительно невозможно в реальной жизни, но можно обеспечить лишь небольшое изменение сопротивления при большой смене температуры. Если бы это было не так, резисторы заставили бы странные вещи произойти в схемах, таких как светодиод, который становится намного ярче и тусклее по мере изменения температуры окружающей среды.

Но что, если вы действительно хотите, чтобы яркость светодиода была функцией температуры? Это то место, где входит термистор. Как вы могли догадаться, термистор имеет большое изменение сопротивления при небольшой температуре. Чтобы проиллюстрировать эту концепцию, проверьте типичную кривую термистора:

Единицы отображаются, но не фактические значения, так как термистор может адаптироваться к различным диапазонам в зависимости от того, какую покупку вы покупаете. Как вы можете видеть, температура становится более горячей, сопротивление ниже. Это свойство резистора отрицательного температурного коэффициента (короткое замыкание NTC).

Существуют также термисторы с положительным температурным коэффициентом (короткое замыкание PTC), что означает, что при повышении температуры сопротивление увеличивается. Однако термисторы PTC имеют своего рода точку опрокидывания и сильно изменяют сопротивление при некоторой температуре. Это делает термистор PTC немного сложнее связать. По этой причине для большинства недорогих температурных измерений предпочтительны термисторы NTC.

В оставшейся части статьи вы можете предположить, что мы будем ссылаться на термисторы типа NTC.

Четыре подхода к поиску формулы соответствия кривой

Теперь, когда мы лучше понимаем общее поведение термисторов, вы можете начать задаваться вопросом, как мы могли бы использовать Arduino для измерения температуры. Кривая на графике выше нелинейна и, следовательно, простое линейное уравнение не представляется возможным. (На самом деле мы можем выработать уравнение, но об этом позже.)

Прежде чем читать, подумайте о том, как вы это сделаете в Arduino или даже в цепи без микропроцессорного компонента.

Есть несколько способов решения этой проблемы, перечисленных ниже. Это ни в коем случае не список всех методов там, но он покажет вам некоторые популярные подходы.

Подход:

Некоторые производители достаточно хороши, чтобы дать вам целую диаграмму, отображающую определенный целочисленный диапазон температуры и сопротивления (типичные значения). Один из таких термисторов можно найти в этом документе компании Vishay.

Но тогда вы думаете, как вы это сделаете в Arduino. Вам нужно будет жестко закодировать все эти значения в коде в огромной таблице поиска или в очень длинных структурах «switch … case» или «if … then».

И если производитель не достаточно хорош, чтобы дать таблицу поиска, вам нужно самостоятельно измерить каждую точку для генерации данных. Это очень плохой день, чтобы быть программистом. Но этот метод не так уж плох и имеет свое место. Если проект под рукой проверяет только несколько точек или даже небольшой диапазон, это может быть предпочтительным способом. Например, одна из таких ситуаций заключается в том, что вы хотите только измерить, попадают ли значения в определенные диапазоны температур и настраивают светодиод, чтобы загораться, чтобы указать на эту ситуацию.

Но для нашего проекта мы хотим измерить почти непрерывный диапазон и отправить его на последовательный монитор, поэтому этот метод не будет использоваться.

Подход два:

Вы можете попытаться «линеаризовать» ответ от термистора, добавив к нему внешние схемы.

Популярным способом сделать это является подключение резистора параллельно с термистором. Некоторые ИС предлагают сделать это за вас.

Определение того, как выбрать и линеаризовать регион, а также выбрать правильное значение, — это статья сама по себе. Этот подход замечателен, если микропроцессор не имеет точности с плавающей запятой (например, PICAXE), поскольку он упрощает диапазон температур до линейного отклика. Это также упрощает проектирование схемы без микропроцессора.

Но у нас есть микропроцессор в этой статье и мы хотим использовать весь диапазон.

Подход три:

Вы можете взять данные таблицы из таблицы данных или (если вам нравится наказать себя) создать свои собственные данные, которые вы сделали с независимыми измерениями и воссоздать сюжет в чем-то вроде Excel. Затем вы можете использовать функцию привязки кривой для создания формулы для кривой. Это неплохая идея, и вся выполненная работа даст хорошую формулу в вашей программе, но это займет некоторое время и предварительная обработка данных.

Хотя это законный подход, мы не хотим зацикливаться на анализе всех этих данных. Кроме того, каждый термистор немного отличается (но, конечно, это не проблема, если допуск довольно низкий).

Читать еще:  Как просверлить зеркало в домашних условиях обычным

Подход четыре:

Оказывается, существует общая формула подгонки кривой, предназначенная для таких устройств, как термисторы. Это называется уравнением Штейнхарта-Харта. Ниже приведена его версия (в других версиях используется квадрат, а также кубический термин):

$ гидроразрыва <1>= А + В п (R) + С ( п (R)) ^ 3 $

где R — сопротивление термистора при температуре T (в кельвинах).

Это общее уравнение подгонки кривой для размещения всех резисторов типа NTC. Для большинства применений аппроксимация соотношения температуры и сопротивления «достаточно хороша».

Заметим, что для уравнения требуются константы A, B и C. Они различны для каждого термистора и должны быть заданы или рассчитаны. Поскольку существует три неизвестных, вам нужно три измерения сопротивления при определенной температуре, которые затем могут быть использованы для создания трех уравнений для решения этих констант.

Даже для тех из нас, кто является алгебраическими волшебниками, это все еще слишком много.

Вместо этого существует более простое уравнение, которое является менее точным, но имеет только одну константу. Константу обозначим через β, и, таким образом, уравнение называется β-уравнением.

$ гидроразрыва <1>= гидроразрыва <1> + ( гидроразрыва <1>< бета>) CDOT пер влево ( гидроразрыва , справа) $ $

где R o — сопротивление при контрольной температуре T o (например, сопротивление при комнатной температуре). β обычно указывается в таблице данных, а если нет, вам нужно только одно измерение (одно уравнение) для вычисления для него. Это уравнение, которое я буду использовать для нашего интерфейса термистора, поскольку он довольно прост в кодировании и является самым простым, с которым я столкнулся, не требуя линеаризации реакции термистора.

Измерение сопротивления с помощью Arduino

Теперь, когда у нас есть наш подход, нам нужно выяснить, как реально измерить сопротивление с Arduino, прежде чем мы сможем передать эту информацию в уравнение β. Мы можем сделать это с помощью делителя напряжения:

Это будет наша схема интерфейса для нашего термистора. Когда термистор воспринимает изменение температуры, это будет отражено в выходном напряжении.

Теперь, как правило, мы используем делитель напряжения с приведенным ниже уравнением:

Но мы не хотим, чтобы Vout был ответом — мы хотим Rthermistor. Итак, давайте решим это, используя магию алгебры:

Это почти идеально, но нам нужно теперь измерить напряжение на выходе, а также напряжение питания. Именно здесь мы хорошо используем встроенный ADC Arduino. (Если вы не знакомы с этой концепцией, обратитесь к статье учебника ААС по АЦП для получения некоторой справочной информации.)

Мы можем представить напряжение в виде цифрового номера в определенном масштабе. Итак, наше уравнение, наконец, заканчивается, как показано ниже:

Это работает математически, потому что независимо от того, как мы представляем напряжение (в вольтах или в цифровых единицах), эти единицы сокращают верх и низ во фракции, оставляя безразмерное число. Затем умножьте на сопротивление, чтобы дать ответ в омах.

D max для нас будет 1023, так как это самое высокое число, генерируемое нашим 10-битным АЦП. D будет измеренное значение АЦП, которое может быть как ноль, так и выше 1023.

Уф! Вперед к его созданию!

Проводка

Я использовал термистор TH10K.

Я также использовал резистор 10 кОм для баланса R в нашем делителе напряжения. Не было задано значение β, поэтому мне нужно было это рассчитать.

Ниже приведена полная схема. На самом деле это довольно легко и просто!

Нажмите, чтобы увеличить.

И вот что моя настройка в итоге выглядела так:

Код Arduino

Код здесь был выложен с большой мыслью и содержит большое количество комментариев, которые помогут вам преодолеть логику.

В основном, он измеряет напряжение делителя, вычисляет температуру, а затем показывает это в последовательном терминале.

Для удовольствия есть также некоторые «если … тогда», чтобы показать, как вы можете воздействовать на диапазон температур и единую точку данных.

Как всегда, комментарий ниже для вопросов! Или пощелкайте это на форуме для подробных ответов — все там очень дружелюбны и помогут вам в любой проблеме (в рамках правил форума).

Возможные следующие шаги

Все в этой статье показывает довольно простой способ измерения температуры с помощью дешевого термистора. Есть несколько способов улучшить настройку:

  • Поместите небольшой конденсатор параллельно выходному напряжению. Это стабилизировало бы напряжение и могло бы даже исключить необходимость усреднения многих образцов (как в коде), или, по крайней мере, вы могли бы усреднить меньшее количество выборок.
  • Используйте прецизионные резисторы (более 1%) для более последовательного и предсказуемого измерения. Если вам необходимо абсолютное критическое измерение температуры, имейте в виду, что самонагрев термистора может влиять на измерения; этот проект не компенсирует самонагревание.

Конечно, термисторы — это всего лишь один датчик, используемый для измерения температуры. Еще один популярный выбор — использовать температурную ИС, подобную этой (PDF). Таким образом вам никогда не придется заниматься линеаризацией или сложными уравнениями. Два других варианта: термопары и ИК-датчик; последние могут измерять температуру без физического контакта, но они не из дешевых.

Надеюсь, это даст вам представление о том, как измерить температуру для вашего следующего проекта!

Попробуйте этот проект сами! Получить спецификацию.

Подключение термистора к Ардуино

Чтобы измерить сопротивление термистора, подключим его в качестве нижнего плеча делителя напряжения. Среднюю же точку делителя подключим к аналоговому входу Ардуино — A0. Подобный способ использовался в уроке про фоторезистор.

Подробно об аналоговых входах Ардуино мы говорили на уроке: Аналого-цифровые преобразования — АЦП

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Какое сопротивление должен иметь резистор в верхнем плече делителя? Как правило, используют резистор с сопротивлением, совпадающим по порядку с номиналом термистора. В нашем уроке мы используем резистор на R1 = 102 кОм, его легко получить последовательным соединением двух резисторов на 51 кОм.

Соберем это

Я использовал термистор TH10K.

Также я использовал резистор 10 кОм в качестве Rбаланс в нашем делителе напряжения. Константы β у меня не было, поэтому я рассчитал ее сам.

Ниже приведена полная схема устройства. Она довольно проста.

Схема измерения температуры с помощью Arduino и NTC термистора

А так выглядит конечный макет:

Макет измерения температуры с помощью Arduino и NTC термистора

Терморезисторы NTC с инкапсулированным покрытием

Стекловолокно с термистором NTC

Это датчики температуры NTC, запечатанные в воздухонепроницаемом стеклянном пузыре. Они предназначены для использования при температурах выше 150 ° C или для монтажа на печатной плате, где требуется прочность. Инкапсуляция термистора в стекле повышает стабильность датчика, а также защиту датчика от окружающей среды. Они изготавливаются герметично уплотняющими резисторами типа NTC в стеклянный контейнер. Типичные размеры колеблются от 0,4 до 10 мм в диаметре.

Терморезисторы NTC с инкапсулированным покрытием

Типичные области применения

Термисторы NTC используются в широком спектре применений. Они используются для измерения температуры, температуры управления и температурной компенсации. Они также могут использоваться для обнаружения отсутствия или наличия жидкости, в качестве устройств ограничения тока в цепях питания, мониторинга температуры в автомобильных агрегатах и многих других. Датчики NTC можно разделить на три группы, в зависимости от электрической характеристики, используемой в агрегатах и устройствах.

Типичные области применения

Характеристика сопротивления-температуры

Приложения, основанные на характеристике сопротивления-времени, включают измерение температуры, контроль и компенсацию. К ним также относятся ситуации, в которых используется термистор NTC, так что температура датчика температуры NTC связана с некоторыми другими физическими явлениями. Эта группа агрегатов требует, чтобы термистор работал в условиях нулевой мощности, что означает, что ток проходящий через него поддерживается как можно на более низком уровне, чтобы избежать нагрева зонда.

Текущая временная характеристика

Устройствами, основанными на характеристике текущего времени, являются: временная задержка, ограничение пускового тока, подавление перенапряжений и многое другое. Эти характеристики связаны с теплоемкостью и постоянной диссипации используемого термистора NTC. Схема обычно полагается на термистор NTC, нагреваясь из-за проходящего через него тока. В какой-то момент это вызовет какое-то изменение в схеме, в зависимости от устройства, в котором оно используется.

Характеристика напряжения

Устройства, основанные на характеристике напряжения и тока термистора, обычно включают изменения условий окружающей среды или изменения схемы, которые приводят к изменениям рабочей точки на заданной кривой в цепи. В зависимости от применения это может использоваться для ограничения тока, температурной компенсации или измерения температуры.

Терморезисторы

В электронике всегда приходится что-то измерять или оценивать. Например, температуру. С этой задачей успешно справляются терморезисторы – электронные компоненты на основе полупроводников, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры.

Здесь я не буду расписывать теорию физических процессов, которые происходят в терморезисторах, а перейду ближе к практике – познакомлю читателя с обозначением терморезистора на схеме, его внешним видом, некоторыми разновидностями и их особенностями.

Читать еще:  Почему стартер крутит как будто сел аккумулятор

На принципиальных схемах терморезистор обозначается вот так.

В зависимости от сферы применения и типа терморезистора обозначение его на схеме может быть с небольшими отличиями. Но вы всегда его определите по характерной надписи t или .

Основная характеристика терморезистора – это его ТКС. ТКС – это температурный коэффициент сопротивления. Он показывает, на какую величину изменяется сопротивление терморезистора при изменении температуры на 1°С (1 градус Цельсия) или 1 градус по Кельвину.

У терморезисторов несколько важных параметров. Приводить я их не буду, это отдельный рассказ.

На фото показан терморезистор ММТ-4В (4,7 кОм). Если подключить его к мультиметру и нагреть, например, термофеном или жалом паяльника, то можно убедиться в том, что с ростом температуры его сопротивление падает.

Терморезисторы есть практически везде. Порой удивляешься тому, что раньше их не замечал, не обращал внимания. Давайте взглянем на плату от зарядного устройства ИКАР-506 и попробуем найти их.

Вот первый терморезистор. Так как он в корпусе SMD и имеет малые размеры, то запаян на небольшую плату и установлен на алюминиевый радиатор – контролирует температуру ключевых транзисторов.

Второй. Это так называемый NTC-термистор (JNR10S080L). О таких я ещё расскажу. Служит он для ограничения пускового тока. Забавно. Вроде терморезистор, а служит в качестве защитного элемента.

Почему то если заходит речь о терморезисторах, то обычно думают, что они служат для измерения и контроля температуры. Оказывается, они нашли применение и как устройства защиты.

Также терморезисторы устанавливаются в автомобильные усилители. Вот терморезистор в усилителе Supra SBD-A4240. Здесь он задействован в цепи защиты усилителя от перегрева.

Вот ещё пример. Это литий-ионный аккумулятор DCB-145 от шуруповёрта DeWalt. Вернее, его «потроха». Для контроля температуры аккумуляторных ячеек применён измерительный терморезистор.

Его почти не видно. Он залит силиконовым герметиком. Когда аккумулятор собран, то этот терморезистор плотно прилегает к одной из Li-ion ячеек аккумулятора.

Прямой и косвенный нагрев.

По способу нагрева терморезисторы делят на две группы:

Прямой нагрев. Это когда терморезистор нагревается внешним окружающим воздухом или током, который протекает непосредственно через сам терморезистор. Терморезисторы с прямым нагревом, как правило, используются либо для измерения температуры, либо температурной компенсации. Такие терморезисторы можно встретить в термометрах, термостатах, зарядных устройствах (например, для Li-ion батарей шуруповёртов).

Косвенный нагрев. Это когда терморезистор нагревается рядом расположенным нагревательным элементом. При этом он сам и нагревательный элемент электрически не связаны друг с другом. В таком случае, сопротивление терморезистора определяется функцией тока, протекающего через нагревательный элемент, а не через терморезистор. Терморезисторы с косвенным нагревом являются комбинированными приборами.

NTC-термисторы и позисторы.

По зависимости изменения сопротивления от температуры терморезисторы делят на два типа:

PTC-термисторы (они же позисторы).

Давайте разберёмся, какая между ними разница.

NTC-термисторы.

Своё название NTC-термисторы получили от сокращения NTC – Negative Temperature Coefficient, или «Отрицательный Коэффициент Сопротивления». Особенность данных термисторов в том, что при нагреве их сопротивление уменьшается. Кстати, вот так обозначается NTC-термистор на схеме.


Обозначение термистора на схеме

Как видим, стрелки на обозначении разнонаправлены, что указывает на основное свойство NTC-термистора: температура увеличивается (стрелка вверх), сопротивление падает (стрелка вниз). И наоборот.

На практике встретить NTC-термистор можно в любом импульсном блоке питания. Например, такой термистор можно обнаружить в блоке питания компьютера. Мы уже видели NTC-термистор на плате ИКАР’а, только там он был серо-зелёного цвета.

На этом фото NTC-термистор фирмы EPCOS. Применяется для ограничения пускового тока.

Для NTC-термисторов, как правило, указывается его сопротивление при 25°С (для данного термистора это 8 Ом) и максимальный рабочий ток. Обычно это несколько ампер.

Данный NTC-термистор устанавливается последовательно, на входе сетевого напряжения 220V. Взгляните на схему.

Так как он включен последовательно с нагрузкой, то весь потребляемый ток протекает через него. NTC-термистор ограничивает пусковой ток, который возникает из-за заряда электролитических конденсаторов (на схеме С1). Бросок зарядного тока может привести к пробою диодов в выпрямителе (диодный мост на VD1 — VD4).

При каждом включении блока питания конденсатор начинает заряжаться, а через NTC-термистор начинает протекать ток. Сопротивление NTC-термистора при этом велико, так как он ещё не успел нагреться. Протекая через NTC-термистор, ток разогревает его. После этого сопротивление термистора уменьшается, и он практически не препятствует протеканию тока, потребляемого прибором. Таким образом, за счёт NTC-термистора удаётся обеспечить «плавный запуск» электроприбора и уберечь от пробоя диоды выпрямителя.

Понятно, что пока импульсный блок питания включен, NTC-термистор находится в «подогретом» состоянии.

Если в схеме происходит выход из строя каких-либо элементов, то, обычно резко возрастает и потребляемый ток. При этом нередки случаи, когда NTC-термистор служит своего рода дополнительным предохранителем и также выходят из строя из-за превышения максимального рабочего тока.

Далее на фото наглядный пример – сгоревший NTC-термистор 5D-11, который был установлен в зарядном устройстве ИКАР-506. Он ограничивал пусковой ток при включении.

Выход из строя ключевых транзисторов в блоке питания зарядного устройства привел к превышению максимального рабочего тока этого термистора (max 4A) и он сгорел.

Позисторы. PTC-термисторы.

Термисторы, сопротивление которых при нагреве растёт, называют позисторами. Они же PTC-термисторы (PTC — Positive Temperature Coefficient, «Положительный Коэффициент Сопротивления»).

Стоит отметить, что позисторы получили менее широкое распространение, чем NTC-термисторы.

Условное обозначение позистора на схеме.

Позисторы легко обнаружить на плате любого цветного CRT-телевизора (с кинескопом). Там он установлен в цепи размагничивания. В природе встречаются как двухвыводные позисторы, так и трёхвыводные.

На фото представитель двухвыводного позистора, который применяется в цепи размагничивания кинескопа.

Внутри корпуса между выводами-пружинами установлено рабочее тело позистора. По сути это и есть сам позистор. Внешне выглядит как таблетка с напылением контактного слоя по бокам.

Как я уже говорил, позисторы используются для размагничивания кинескопа, а точнее его маски. Из-за магнитного поля Земли или влияния внешних магнитов маска намагничивается, и цветное изображение на экране кинескопа искажается, появляются пятна.

Наверное, каждый помнит характерный звук «бдзынь», когда включается телевизор — это и есть тот момент, когда работает петля размагничивания.

Кроме двухвыводных позисторов широко применяются трёхвыводные позисторы. Вот такие.

Далее на фото трёхвыводный позистор СТ-15-3.

Отличие их от двухвыводных заключается в том, что они состоят из двух позисторов-«таблеток», которые установлены в одном корпусе. На вид эти «таблетки» абсолютно одинаковые. Но это не так. Кроме того, что одна таблетка чуть меньше другой, так ещё и сопротивление их в холодном состоянии (при комнатной температуре) разное. У одной таблетки сопротивление около 1,3

3,6 кОм, а у другой всего лишь 18

Трёхвыводные позисторы также применяются в цепи размагничивания кинескопа, как и двухвыводные, но только схема их включения немного иная. Если вдруг позистор выходит из строя, а такое бывает довольно часто, то на экране телевизора появляются пятна с неестественным отображением цвета.

Более детально о применении позисторов в цепи размагничивания кинескопов я уже рассказывал здесь.

Так же, как и NTC-термисторы, позисторы используются в качестве устройств защиты. Одна из разновидностей позистора — это самовосстанавливающийся предохранитель.

SMD-терморезисторы.

С активным внедрением SMT-монтажа, производители стали выпускать миниатюрные терморезисторы, адаптированные и под него. Размеры их корпуса, как правило, соответствуют стандартным типоразмерам (0402, 0603, 0805, 1206), которые имеют чип резисторы и конденсаторы. Маркировка на них не наносится, что затрудняет их идентификацию. По внешнему виду SMD-терморезисторы очень похожи на керамические SMD-конденсаторы.

Встроенные терморезисторы.

В электронике активно применяются и встроенные терморезисторы. Если у вас паяльная станция с контролем температуры жала, то в нагревательный элемент встроен тонкоплёночный терморезистор. Также терморезисторы встраиваются и в фен термовоздушных паяльных станций, но там он является отдельным элементом.

Стоит отметить, что в электронике наряду с терморезисторами активно применяются термопредохранители и термореле (например, типа KSD), которые также легко обнаружить в электронных приборах.

Теперь, когда мы познакомились с терморезисторами, пора узнать об их параметрах.

Характеристика электронного элемента

Термистор — термочувствительный полупроводниковый элемент, изготовленный на основе полупроводниковых оксидов металлов. Обычно имеет форму диска или шара с металлизированными или соединительными выводами.

Такие формы позволяют изменять резистивное значение пропорционально малым изменениям температуры. Для стандартных резисторов изменение сопротивления от нагрева видится нежелательным явлением.

Но этот же эффект видится удачным при построении многих электронных схем, требующих определения температуры.

Таким образом, будучи нелинейным электронным устройством с переменным сопротивлением, терморезистор успешно подходит для работы в качестве терморезистора-датчика. Такого рода датчики широко применяют для контроля температуры жидкостей и газов.

Читать еще:  Схемы и описания подключения однофазных и трёхфазных счетчиков электроэнергии

Выступая твердотельным устройством, изготовленным на основе высокочувствительных оксидов металлов, терморезистор работает на молекулярном уровне.

Валентные электроны становятся активными и воспроизводят отрицательный ТКС либо пассивными и тогда воспроизводят положительный ТКС.

В результате электронные приборы – термисторы, демонстрируют очень хорошую воспроизводимую резистивность, сохраняя эксплуатационные характеристики, позволяющие продуктивно работать в диапазоне температур до 200ºC.

Применение терморезисторов на практике

Базовым направлением применения, в данном случае, являются резистивные температурные датчики. Однако эти же электронные элементы, принадлежащие семейству резисторов, можно успешно использовать включенными последовательно с другими компонентами или устройствами.

Простые схемы включения терморезисторов, показывающие работу приборов в качестве температурных датчиков — своеобразных преобразователей напряжения за счёт изменения сопротивления

Такая схема включения позволяет контролировать ток, протекающий через компонент. Таким образом, термисторы, по сути, выступают ещё и токоограничителями.

Производятся термисторы разного типа, на основе различных материалов и отличаются по размерам в зависимости от времени отклика и рабочей температуры.

Существуют герметичные модификации приборов, защищённые от проникновения влаги. Есть конструкции под высокие рабочие температуры и компактные по размерам.

Следует выделить три наиболее распространенных типа терморезисторов:

  • шариковые,
  • дисковые,
  • инкапсулированные.

Работают приборы в зависимости от изменения температуры:

  1. На уменьшение резистивного значения.
  2. На увеличение резистивного значения.

То есть существует два типа приборов:

  1. Обладающие отрицательным ТКС (NTC).
  2. Обладающие положительным ТКС (PTC).

Отрицательный коэффициент ТКС

NTC-термисторы с отрицательным ТКС уменьшают собственное резистивное значение по мере увеличения внешней температуры. Как правило, именно эти приборы чаще выступают датчиками температуры, поскольку идеально подходят практически к любому типу электроники, где требуется контроль температуры.

Относительно большой отрицательный отклик термистора NTC означает, что даже небольшие изменения температуры способны значительно изменить электрическое сопротивление прибора. Этот фактор делает модели NTC идеальными датчиками точного измерения температур.

Схема калибровки (проверки) терморезистора: 1 — источник питания; 2 — направление тока; 3 — испытуемый электронный элемент термистор; 4 — калибровочный микроамперметр

Терморезисторы NTC, снижающие сопротивление с повышением температуры, по исполнению доступны с различными базовыми сопротивлениями. Как правило, характеристика привязывается к базовым сопротивлениям при комнатной температуре.

Например: 25ºC берётся за контрольную (базовую) температурную точку. Отсюда выстраиваются значения приборов, допустим, следующих номиналов:

  • 2,7 кОм (25ºC),
  • 10 кОм (25ºC)
  • 47 кОм (25ºC)….

Другой важной характеристикой является значение «В». Величина «В» представляет собой постоянную константу, которая определяется керамическим материалом, из которого изготовлен термистор.

Этой же константой определяется градиент кривой резистивного отношения (R/T) в определенном температурном диапазоне между двумя температурными точками.

Каждый материал термистора имеет различную материальную константу и, следовательно, индивидуальную кривую отношения сопротивления и температуры.

Так, константа «B» определяет одно резистивное значение при базовой T1 (25ºС), и другое значение при Т2 (например, при 100ºC).

Следовательно, значение B определит постоянную константу материала термистора, ограниченную диапазоном T1 и T2:

B * T1 / T2 (B* 25 / 100)

p.s. значения температуры в расчётах берутся в градуировке Кельвина.

Отсюда вытекает, что имея значение «В» (из характеристики производителя) конкретного прибора, электронщику останется только создать таблицу температур и сопротивлений, чтобы построить подходящий график при помощи следующего нормированного уравнения:

где: T1, T2 – температуры в градусах Кельвина; R1, R2 – сопротивления при соответствующих температурах в Омах.

Так, например, термистор NTK, обладающий сопротивлением 10 кОм, имеет значение «В» равным 3455 в рамках температурного диапазона 25 — 100ºC.

Очевидный момент: термисторы экспоненциально меняют сопротивление с изменениями температуры, поэтому характеристическая кривая приборов нелинейная. Чем больше контрольных точек устанавливаются, тем точнее получается кривая.

Применение термистора в роли активного датчика

Поскольку прибор является активным типом датчика, для работы требуется сигнал возбуждения. Любые изменения сопротивления в результате изменения температуры преобразуются в изменение напряжения.

Промышленностью выпускаются термисторы разного исполнения, в том числе высокоточные, надёжно защищённые для применения в системах высокого уровня

Самый простой способ добиться подобного эффекта — использовать термистор как часть схемы делителя потенциала, как показано на рисунке ниже. Постоянное напряжение подаётся в цепь резистора и терморезистора.

К примеру, используется схема, где термистор 10 кОм включен последовательно с резистором 10 кОм. В этом случае выходное напряжение при базовой Т = 25ºC составит половину напряжения питания.

Таким образом, схема делителя потенциалов является примером простого преобразователя сопротивления в напряжение. Здесь сопротивление термистора регулируется температурой с последующим формирования величины выходного напряжения, пропорциональной температуре.

Простыми словами: чем теплее корпус термистора, тем ниже напряжение на выходе.

Между тем, если изменить положение последовательного резистора, RS и термистора RTH, в этом случае уровень выходного напряжения изменится на противоположный вектор. То есть теперь чем больше нагреется термистор, тем выше будет уровень выходного напряжения.

Использовать термисторы допускается и как часть базовой конфигурации с использованием мостовой схемы. Связью между резисторами R1 и R2 устанавливается опорное напряжение до требуемого значения. Например, если R1 и R2 имеют одинаковые значения сопротивления, опорное напряжение равно половине напряжения питания (V/2).

Схема усилителя, построенная с использованием этой мостовой схемы с термозондом, может выступать в качестве высокочувствительного дифференциального усилителя или в качестве простой схемы запуска Шмитта с функцией переключения.

Включение терморезистора в мостовую схему: R1, R2, R3 -обычные постоянные резисторы; Rт — термистор; А — измерительный прибор микроамперметр

Существует проблема, связанная с прохождением тока через термистор (эффект «самонагрева»). В таких случаях рассеиваемая мощность I 2 R достаточно высока и создаёт больше тепла, чем способен рассеять корпус прибора. Соответственно, это «лишнее» тепло влияет на резистивное значение, что приводит к ложным показаниям.

Одним из способов избавления от эффекта «самонагрева» и получения более точного изменения сопротивления от влияния температуры (R/T), видится питание термистора от постоянного источника тока.

Термистор как регулятор пускового тока

Приборы традиционно используются в качестве резистивных чувствительных к температуре преобразователей. Однако сопротивление термистора изменяется не только под влиянием окружающей среды, но также изменения наблюдаются от протекающего через прибор электротока. Эффект того самого «самонагрева».

Разное электрооборудование на индуктивной составляющей:

  • двигатели,
  • трансформаторы,
  • электролампы,
  • другое,

подвергается чрезмерным пусковым токам при первом включении. Но если в цепь последовательно включить термистор, можно эффективно ограничивать высокий начальный ток. Такое решение способствует увеличению срока службы электрооборудования.

Терморезисторы с низким ТКС (при 25°C) обычно используются для регулирования пускового тока. Так называемые ограничители тока (перенапряжения) меняют сопротивление до очень низкого значения при прохождении тока нагрузки.

В момент первоначального включения оборудования пусковой ток проходит через холодный термистор, резистивное значение которого достаточно велико. Под воздействием тока нагрузки термистор нагревается, сопротивление медленно уменьшается. Так осуществляется плавная регулировка тока в нагрузке.

Термисторы NTC достаточно эффективно обеспечивают защиту от нежелательно высоких пусковых токов. Преимущественной стороной здесь является то, что этот тип приборов способен эффективно обрабатывать более высокие пусковые токи по сравнению с резисторами стандартного образца.

Применение

В основном терморезисторы используют для защиты оборудования и различных устройств от перегрева и от возможных перегрузок. Реже зависимостью сопротивления стабилизируют работу нагревательного элемента.

Примеры использования:

  • защита электромоторов от перегрева;
  • тепловая защита обмоток трансформаторов;
  • в системах размагничивания кинескопов и старых моделей мониторов;
  • в электронных схемах современных автомобилей.

В большинстве схем используется способность термисторов преобразовывать внутреннюю энергию в электрический сигнал, который считывается автоматикой.

В нагревательных приборах терморезистор довольно часто используется в качестве самовосстанавливающегося предохранителя. Его сопротивление возрастает при достижении критической температуры и в результате этого электрическая цепь размыкается.

После остывания прибор восстанавливает работоспособность.
Сферы применения можно перечислять очень долго, но и эти примеры показывают, насколько востребованными оказались термисторы и термисторы.

PTC позисторы

У PТС позисторов при увеличении температуры сопротивление увеличивается, температурный коэффициент сопротивления -положительный. Одиночные и тройные терморезисторы являются в большинстве встроенными датчиками в низко-, средне- и высоковольтных машинах.
подробнее

NTC термисторы

У NТС позисторов при увеличении температуры сопротивление уменьшается, температурный коэффициент сопротивления-отрицательный. NTC термисторы это зависимые от температуры полупроводниковые резисторы, которые используются для измерения, контроля и компенсации температуры.
подробнее

KTY кремниевые датчики

Кремниевые датчики температуры используют зависимость сопротивления полупроводникового кремния от температуры. Внутри диапазона измеряемой температуры кремниевые датчики температуры показывают хорошую линейность и точность.
подробнее

© 2020 EPHY-MESS GmbH

  • Импрессум |
  • Общие условия заключения сделок |
  • Защита данных |
  • Sitemap

Um unsere Webseite für Sie optimal zu gestalten und fortlaufend verbessern zu können, verwenden wir Cookies. Durch die weitere Nutzung der Webseite stimmen Sie der Verwendung von Cookies zu. Weitere Informationen zu Cookies erhalten Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector