Одним из наиболее распространенных типов температурных датчиков на рынке является термистор, сокращенная версия «термочувствительного резистора». Термисторы - недорогие датчики, которые очень прочные и надежные. Термистор является температурным датчиком выбора для применений, требующих высокой чувствительности и хорошей точности. Термисторы ограничены небольшими рабочими температурными диапазонами из-за их нелинейного отклика на температуру.
строительство
Термисторы представляют собой двухпроводные компоненты из спеченных оксидов металлов, которые доступны в нескольких типах упаковки для поддержки различных применений. Наиболее распространенным термисторным пакетом является небольшой стеклянный шарик диаметром от 0,5 до 5 мм с двумя проводами. Термисторы также доступны в поверхностных монтажных пакетах, дисках и встроены в трубчатые металлические зонды. Термисторы стеклянных шариков довольно прочные и надежные, причем наиболее распространенным способом отказа является повреждение двух проводов. Однако для применений, требующих большей степени прочности, термисторы типа металлических трубных зондов обеспечивают большую защиту.
Выгоды
Термисторы имеют ряд преимуществ, включая точность, чувствительность, стабильность, быстрое время отклика, простую электронику и низкую стоимость. Схема взаимодействия с термистором может быть такой же простой, как подтягивающий резистор, и измерять напряжение на термисторе. Тем не менее, реакция термисторов на температуру очень нелинейна, и их часто настраивают на небольшой температурный диапазон, который ограничивает их точность до малого окна, если не используются схемы линеаризации или другие методы компенсации. Нелинейный отклик делает термисторы очень чувствительными к изменениям температуры. Кроме того, небольшие размеры и масса термистора дают им небольшую тепловую массу, которая позволяет термистору быстро реагировать на изменение температуры.
Поведение
Термисторы доступны с отрицательным или положительным температурным коэффициентом (NTC или PTC). Термистор с отрицательным температурным коэффициентом становится менее резистивным при повышении температуры, когда термистор с положительным температурным коэффициентом увеличивается по мере увеличения температуры. Термисторы PTC часто используются последовательно с компонентами, где скачки тока могут привести к повреждению. В качестве резистивных компонентов, когда ток протекает через них, термисторы генерируют тепло, которое вызывает изменение сопротивления. Поскольку термисторы либо требуют, чтобы источник тока или источник напряжения работал, самонагреваемое индуцированное изменение сопротивления является неизбежной реальностью с термисторами. В большинстве случаев эффекты самонагрева минимальны, и компенсация необходима только при высокой точности.
Режимы работы
Термисторы используются в двух режимах работы за пределами обычного режима сопротивления и температуры. Режим напряжения-vs-current использует термистор в режиме самонагрева, стабильного состояния. Этот режим часто используется для расходомеров, где изменение потока жидкости по термистору приведет к изменению мощности, рассеиваемой термистором, его сопротивлением и током или напряжением в зависимости от того, как он управляется. Термистор можно также эксплуатировать в режиме с течением времени, когда термистор подвергается воздействию тока. Ток заставит термистор самонагреваться, увеличивая сопротивление в случае термистора NTC и защищая цепь от всплеска высокого напряжения. В качестве альтернативы, термистор PTC в том же приложении может использоваться для защиты от сильных токов.
Приложения
Термисторы имеют широкий диапазон применений, причем наиболее распространенными являются прямое температурное зондирование и подавление выбросов. Характеристики термисторов NTC и PTC предназначены для приложений, в том числе:
- Индикаторы уровня жидкости
- температурная компенсация
- Измерение расхода
- Вакуумные датчики
- Тепловая защита
- Контроль усиления усилителя
- Схемы задержки времени
- Термовыключатели
Линеаризация
Из-за нелинейного отклика термисторов часто требуются линеаризационные схемы для обеспечения хорошей точности в диапазоне температур. Нелинейный резистивный отклик на температуру термистора задается уравнением Штейнхарта-Харта, которое обеспечивает хорошую устойчивость к температурной кривой. Однако нелинейный характер приводит к низкой точности на практике, если не используется аналого-цифровое преобразование с высоким разрешением. Внедрение простой аппаратной линеаризации параллельного, последовательного или параллельного и последовательного сопротивления с термистором значительно улучшает линейность отклика на термисторы и продлевает температурное окно термистора с некоторой точностью. Значения сопротивления, используемые в схемах линеаризации, должны выбираться так, чтобы центрировать температурное окно для максимальной эффективности.
