Θερμίστορ χαμηλού κόστους αισθητήρα θερμοκρασίας

Ένας από τους συνηθέστερους τύπους αισθητήρων θερμοκρασίας στην αγορά είναι ο θερμίστορ, μια συντομευμένη έκδοση του "θερμικά ευαίσθητου αντιστάτη". Οι θερμοστάτες είναι αισθητήρες χαμηλού κόστους που είναι πολύ ανθεκτικοί και στιβαροί. Ο θερμοστάτης είναι ο αισθητήρας θερμοκρασίας που προτιμάτε για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ευαισθησία και καλή ακρίβεια. Οι θερμίστορ περιορίζονται σε μικρές εφαρμογές εύρους θερμοκρασίας λόγω της μη γραμμικής απόκρισης τους στη θερμοκρασία.

Κατασκευή

Οι θερμίστορ είναι δύο σύρματα αποτελούμενα από συντηγμένα μεταλλικά οξείδια τα οποία διατίθενται σε διάφορους τύπους συσκευασίας για να υποστηρίξουν μια ποικιλία εφαρμογών. Η πιο συνηθισμένη συσκευασία θερμίστορ είναι μια μικρή γυάλινη χάντρα με διάμετρο 0,5 έως 5 mm με δύο σύρματα. Οι θερμίστορ διατίθενται επίσης σε συσκευασίες που μπορούν να τοποθετηθούν σε επιφάνεια, δίσκους και ενσωματωμένες σε σωληνοειδείς μεταλλικούς καθετήρες. Τα θερμοστάτες γυάλινων σφαιριδίων είναι αρκετά ανθεκτικά και ανθεκτικά, με τον πιο συνηθισμένο τρόπο αστοχίας να είναι ζημιά στα δύο καλώδια. Ωστόσο, για εφαρμογές που απαιτούν μεγαλύτερο βαθμό ανθεκτικότητας, οι θερμοαντιστάτες τύπου μεταλλικού σωλήνα παρέχουν μεγαλύτερη προστασία.

Οφέλη

Οι θερμοστάτες έχουν αρκετά πλεονεκτήματα, όπως ακρίβεια, ευαισθησία, σταθερότητα, γρήγορο χρόνο απόκρισης, απλά ηλεκτρονικά και χαμηλό κόστος. Το κύκλωμα για τη διασύνδεση με ένα θερμίστορ μπορεί να είναι τόσο απλό όσο μια αντίσταση έλξης και μέτρηση της τάσης κατά μήκος του θερμίστορ. Ωστόσο, η απόκριση των θερμίστορ στη θερμοκρασία είναι πολύ μη γραμμική και συχνά συντονίζεται σε ένα μικρό εύρος θερμοκρασιών που περιορίζει την ακρίβειά τους στο μικρό παράθυρο εκτός εάν χρησιμοποιούνται κυκλώματα γραμμικοποίησης ή άλλες τεχνικές αντιστάθμισης. Η μη γραμμική απόκριση καθιστά τα θερμοστάτες πολύ ευαίσθητα στις μεταβολές της θερμοκρασίας. Επίσης, το μικρό μέγεθος και η μάζα ενός θερμίστορ τους δίνει μια μικρή θερμική μάζα που επιτρέπει σε ένα θερμίστορ να ανταποκρίνεται γρήγορα σε μια αλλαγή της θερμοκρασίας.

η ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ

Οι θερμίστορ διατίθενται είτε με αρνητικό είτε με θετικό συντελεστή θερμοκρασίας (NTC ή PTC). Ένα θερμίστορ με αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας καθίσταται λιγότερο ανθεκτικό καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία ενώ ένα θερμίστορ με θετική θερμοκρασία αυξάνει την αντίσταση όσο αυξάνει η θερμοκρασία του. Τα θερμίστορ PTC χρησιμοποιούνται συχνά σε σειρές με εξαρτήματα όπου οι ρεύματα κύματος ενδέχεται να προκαλέσουν βλάβες. Ως συστατικά αντιστάσεως, όταν το ρεύμα διέρχεται από αυτά, τα θερμίστορ παράγουν θερμότητα η οποία προκαλεί μεταβολή στην αντίσταση. Δεδομένου ότι οι θερμοστάτες είτε απαιτούν να λειτουργήσουν πηγή ρεύματος ή πηγή τάσης, η αυτοθερμαινόμενη επαγόμενη αλλαγή αντίστασης είναι μια αναπόφευκτη πραγματικότητα με τους θερμίστορς. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι επιπτώσεις αυτο-θέρμανσης είναι ελάχιστες και η αντιστάθμιση είναι απαραίτητη μόνο όταν απαιτείται υψηλή ακρίβεια.

Λειτουργικοί τρόποι

Οι θερμίστορ χρησιμοποιούνται σε δύο λειτουργικούς τρόπους πέραν του τυπικού τρόπου αντίστασης έναντι θερμοκρασίας λειτουργίας. Η κατάσταση τάσης έναντι ρεύματος χρησιμοποιεί το θερμίστορ σε κατάσταση αυτοθερμαινόμενης, σταθερής κατάστασης. Αυτός ο τρόπος λειτουργίας χρησιμοποιείται συχνά για ροόμετρα όπου η μεταβολή της ροής ενός ρευστού μέσω του θερμίστορ θα προκαλέσει μια αλλαγή στην ισχύ που απορροφάται από το θερμίστορ, την αντίσταση του και το ρεύμα ή την τάση ανάλογα με τον τρόπο οδήγησης του. Ένας θερμίστορ μπορεί επίσης να λειτουργήσει σε λειτουργία ρεύματος πάνω από χρόνο, όπου ο θερμίστορ υποβάλλεται σε ρεύμα. Το ρεύμα θα προκαλέσει την αυτόματη θέρμανση, αυξάνοντας την αντίσταση στην περίπτωση ενός θερμικού αντιστάθμισης NTC και προστατεύοντας ένα κύκλωμα από μια ακίδα υψηλής τάσης. Εναλλακτικά, ένας θερμοστάτης PTC στην ίδια εφαρμογή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προστασία από υψηλές τάσεις ρεύματος.

Εφαρμογές

Οι θερμίστορ έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, με τα πιο κοινά να είναι η άμεση ανίχνευση θερμοκρασίας και η καταστολή της κύμασης. Τα χαρακτηριστικά των θερμοστάτων NTC και PTC προσφέρονται για εφαρμογές όπως:

Γραμμικοποίηση

Λόγω της μη γραμμικής απόκρισης των θερμίστορ, συχνά απαιτούνται κυκλώματα γραμμικοποίησης για να παρέχουν καλή ακρίβεια σε μια σειρά θερμοκρασιών. Η μη γραμμική απόκριση της αντίστασης στη θερμοκρασία ενός θερμίστορ δίνεται από την εξίσωση Steinhart-Hart η οποία παρέχει καλή προσαρμογή στην καμπύλη της θερμοκρασίας. Ωστόσο, η μη γραμμική φύση οδηγεί σε κακή ακρίβεια στην πράξη, εκτός αν χρησιμοποιείται αναλογική σε ψηφιακή μετατροπή υψηλής ανάλυσης. Η υλοποίηση μιας απλής γραμμικοποίησης υλικού είτε μιας παράλληλης, σειριακής ή παράλληλης και σειριακής αντίστασης με το θερμίστορ βελτιώνει δραστικά τη γραμμικότητα της απόκρισης των θερμίστορ και επεκτείνει το παράθυρο θερμοκρασίας λειτουργίας του θερμίστορ με κόστος κάποιας ακρίβειας. Οι τιμές αντίστασης που χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα γραμμικοποίησης πρέπει να επιλέγονται έτσι ώστε να κεντράρουν το παράθυρο θερμοκρασίας για μέγιστη αποτελεσματικότητα.