آشنایی با ترمیستور

به نام خدا.

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 اهم تا 100 کیلو اهم می باشد. نماد الکتریکی ترمیستور در شکل زیر آورده شده است.

 

 

دسته بندی ترمیستورها :

ترمیستورها به دو دسته ضریب دمایی منفی NTC (Negative Temperature Coefficient) و ضریب دمایی مثبت (Positive Temperature Coefficient)  PTCتقسیم 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. درساخت ترمیستورها از موادسرامیکی یا نوعی پلیمر استفاده میشود وپاسخ سیگنال ترمیستورها به تغییرات دما سریع می باشد.

& معمولا ترمیستور های PTCدر مدار های قدرت برای حفاظت در برابر جریان هجومی به کار برده می  شوند . از لحاظ  تجاری دو نوع ترمیستور PTCوجود دارد . اولین نوع شامل مقاومتهای سیلیکونی است که به سیلیستورها مشهور هستند. این ابزار آلات در بیشتر محدوده کاری خود دارای ضریب حرارتی مثبت نسبتا ثابتی می باشند.ولی معمولا در دماهای بالاتر ضریب حرارتی منفی  از خود نشان می دهند .سیلیستورها معمولا برای جبران حرارتی نیمه هادیهای  سیلیکونی به کار برده می شوند.نوع دیگر و معمولا پر کاربرد تر ترمیستورهای PTCبه ترمیستورهای” Switching PTC”معروف هستند.این نوع ترمیستورها تا رسیدن به دمای بحرانی که دمای کوری نیز نامیده می شود دارای ضریب حرارتی منفی کوچک می باشند . با رسیدن به دمای کوری,این ابزار ها معمولا در کاربرد های کلیدزنی برای محدود سازی جریان در سطح مطمئن به کار می روند .ترمیستورهای PTCدر کنترل دما به کار برده نمی شود,نمودارغیرخطی مقاومت الکتریکی یکPTC برحسب دما درشکل زیر نشان داده شده است:

& ترمیستورهای  NTCقابلیتهای زیادی را برای اندازه گیری و کنترل دما ارائه می دهند.مقاومت الکتریکی  آنها با افزایش دما,کاهش می یابدو رابطه مقاومت -دمای آنها خیلی غیر خطی است.بسته به نوع مواد به کار رفته و روش ساخت ,ترمیستورها می توانند در یک محدوده دمایی از ۵۰تا۱۵۰ + درجه سانتی گراد به کار برده شوند .نقطه مرجع مقاومت  یک ترمیستور ,۲۵درجه سانتی گراد است و برای اکثر کاربرد ها ,مقاومت در این دما بین ۱۰۰اهم تا ۱۰۰ کیلو اهم می باشد,نمودارغیرخطی مقاومت الکتریکی یکNTC برحسب دما درشکل زیر نشان داده شده است:

ترمیستورها در اشکال مختلفی ساخته میشوند که رایجترین آن ها  مهره ای ، دیسکی،  میله ای و واشری است که در شکل زیر نمونه ای از آنها آورده شده است:

1)ترمیستورمهره ایBEAD THERMISTOR

2)ترمیستوردیسکیDISC THERMISTOR

3)ترمیستورمیله ایROD THERMISTOR

4)ترمیستورواشریWASHER THERMISTOR

مزایا :

اندازه کوچک، پاسخ سریع به سیگنال, حساسیت بسیار بالا

معایب :

غیر خطی بودن مقاومت برحسب دما، محدوده دمایی کم، شکننده، مقاومت بالا و مشکلات نویز، ناپایداری و کالیبره نبودن

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....

به طور دقیق تردرمورد این کاربردها می توان گفت :

PTCها:

*محافظت ازاضافه باردرمدارهای الکتریکی

*به عنوان کلیدحرارتی

*به عنوان یک دماسنج عادی برای اندازه گیری دما

*برای محافظت ازسیم پیچی مبدل ها وموتورهای الکتریکی دربرابرگرمای زیاد

*آشکارسازی سطح مایع

NTC ها:

*کنترل وآشکارسازی دما

*مدارکنترل وتنظیم دما وتعادل گرمایی

*حفاظت دربرابرنویز واضافه بار

*آشکارسازی شارمایع

* حساسیت-یکی از مزایای ترمیستورها در مقایسه با ترموکوپل ها و RTD ها تغییر نسبتا زیاد آنها در میزان مقاومت به دلیل تغییر در دماست .معمولا به ازای هر درجه افزایش دما ,۵درصد از میزان مقاومت کاسته می شود

*حساسیت-یکی از مزایای ترمیستورها در مقایسه با ترموکوپل ها و RTD ها تغییر نسبتا زیاد آنها در میزان مقاومت به دلیل تغییر در دماست .معمولا به ازای هر درجه افزایش دما ,۵درصد از میزان مقاومت کاسته می شود.

*کوچکی اندازه- ترمیستورها دارای اندازه های خیلی کوچکی هستندواین باعث می شود که به تغییرات دمایی خیلی سریع  پاسخ دهند.این خصوصیت در سیستم های کنترل بازخورد دما که به پاسخهای سریع احتیاج داریم,از اهمیت بالایی برخوردار است.

*استحکام- اکثر ترمیستورها سخت هستند و می توانند شوک مکانیکی  و حرارتی و لرزش را بهتر از انواع دیگر سنسورها ی دما تحمل کنند.

*اندازه گیری خارجی-ترمیستورها می توانند  برای  حس کردن دمای موقعیت های خارجی به کار برده شوند  واین کار را از طریق کابل های بلند انجام می دهند ,به این دلیل که مقاومت یک کابل بلند در مقایسه با مقاومت  نسبتا زیاد ترمیستور کم  است.

*قیمت پایین-هزینه ترمیستورها کمتر از اکثر انواع دیگر سنسور های دما است.

*قابلیت تعویض-ترمیستورها می توانند با تلرانس های خیلی نزدیک به هم ساخته شوند.در نتیجه بدون نیاز به تنظیم مجدد سیستم اندازه گیری ,می توان از ترمیستور ها به جای هم استفاده کرد.

حسن آقاجانلو