เทอร์มิสเตอร์ หลักการทำงาน

เทอร์มิสเตอร์ เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ (ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิลบขนาดใหญ่) ซึ่งใช้การพึ่งพาความต้านทานไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์กับอุณหภูมิ

การเปลี่ยนแปลงความต้านทาน Rt ของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมีลักษณะเฉพาะด้วยการพึ่งพา:

Rt= Aexp (V/T)

โดยที่: A เป็นค่าคงที่ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของเซมิคอนดักเตอร์ ขนาดและรูปร่างของเทอร์มิสเตอร์ B เป็นค่าคงที่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของเซมิคอนดักเตอร์ T - อุณหภูมิเทอร์มิสเตอร์, °C ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิα เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ที่เป็นลบ

ถึงค่าตั้งแต่ 2.5 ถึง 4% °C ซึ่งสูงกว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของโลหะ 6-10 เท่าและขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ:

α = B/T^2

ในรูป รูปที่ 1 แสดงการออกแบบเทอร์มิสเตอร์ของซีรีย์ MMT และ KMT เทอร์มิสเตอร์ประเภท MMT-1 และ KMT-1 (รูปที่ 1, a) เป็นแท่งเซมิคอนดักเตอร์ 1 เคลือบด้วยสีเคลือบฟันพร้อมฝาปิดหน้าสัมผัส 2 และลีด 3 ลีดเทอร์มิสเตอร์เหล่านี้สามารถใช้ได้ในห้องแห้งเท่านั้น เทอร์มิสเตอร์ประเภท MMT-4 และ KMT-4 (รูปที่ 1, b) ติดตั้งอยู่ในกล่องโลหะ 6 และปิดผนึก สามารถใช้งานได้ในสภาวะที่มีความชื้นและสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นอันตรายต่อตัวเครื่อง การปิดผนึกจะดำเนินการด้วยแก้ว 8 และดีบุก 9 แท่ง 5 ในเทอร์มิสเตอร์ชนิด MMT-4 ถูกห่อด้วยฟอยล์โลหะ 4 ตัวนำกระแสไฟฟ้า 7 ทำจากลวดนิกเกิล เทอร์มิสเตอร์เหล่านี้มีค่าความต้านทานระบุตั้งแต่ 1 ถึง 200 kOhm (ที่ 20 °C) และสามารถใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ -100 ถึง 129 °C

การกระทำ เครื่องวัดอุณหภูมิความต้านทาน ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวนำในการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้าเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง มีเพียงโลหะบริสุทธิ์เท่านั้นที่ใช้เป็นวัสดุสำหรับการผลิตเทอร์โมมิเตอร์วัดความต้านทาน ได้แก่ แพลตตินัมในรูปของเส้นลวดบางที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.05-0.07 มม. สำหรับวัดอุณหภูมิสูงถึง 630°C และทองแดง นิกเกิล หรือเหล็กในรูปของเส้นลวด มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.1 มม. สำหรับการวัดอุณหภูมิ 100-150 °C.

มีวิธีต่อไปนี้สำหรับวัสดุเทอร์โมมิเตอร์ต้านทานการพันของขดลวด:

บนแผ่นกระจก เพื่อรักษาองค์ประกอบซึ่งมีช่องเจาะมุมแหลมที่ด้านข้าง ระยะห่างระหว่างฟันคือ 0.5-1 มม.

บนหลอดแก้ว เพื่อรักษาองค์ประกอบไว้นั้น มันถูกล้อมรอบด้วยท่อโลหะสปริงผนังบางพร้อมเบาะใยหิน

บนไมกาหรือไม้กางเขนพอร์ซเลน

ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือแพลตตินัมและทองแดง

เครื่องวัดอุณหภูมิความต้านทาน ใช้ในการควบคุมและอุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิอัตโนมัติ นอกจากองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนแล้ว ยังมีแหล่งกำเนิดกระแสและสะพานวัดอีกด้วย วงจรของบริดจ์ DC แบบสมดุลจะแสดงในรูปที่ 1 2.

ด้วยการเลื่อนแถบเลื่อนลิโน่ Rз สะพานจะเข้าสู่สภาวะสมดุล ซึ่งกัลวาโนมิเตอร์ G จะบันทึกการไม่มีกระแสไฟฟ้าในแนวทแยงของสะพาน (It = 0) Rз=const.

ดังนั้นในโหมดที่เทียบเท่า ค่าของ Rz จะเป็นสัดส่วนกับความต้านทานที่วัดได้ Rt ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ การปรับสมดุลของสะพานสามารถทำได้โดยอัตโนมัติ ในการทำเช่นนี้ความต้านทานของตัวต้านทานจะเปลี่ยนไปภายใต้อิทธิพลของตัวชี้ศูนย์ของกัลวาโนมิเตอร์ G

นอกจากสะพานวัดที่สมดุลแล้ว ยังใช้สะพานที่ไม่สมดุลอีกด้วย ซึ่งมีความน่าเชื่อถือมากกว่า แต่มีความแม่นยำต่ำกว่าเนื่องจากอิทธิพลของความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด

เทอร์โมมิเตอร์ต้านทานแพลทินัมรุ่น TSP-972 (รูปที่ 3) ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดอุณหภูมิตั้งแต่ -10 ถึง +120°C ที่ความชื้นสัมพัทธ์สูงถึง 98%

หลักการทำงานขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของแพลตตินัมในการเปลี่ยนความต้านทานตามอุณหภูมิ การวัดความต้านทานของเทอร์โมมิเตอร์จะถูกบันทึกโดยอุปกรณ์รองที่มีสเกลเป็นองศาเซลเซียส เทอร์โมมิเตอร์ประเภท TSP-972 ประกอบด้วยเทอร์โมอิลิเมนต์ 1 และส่วนหัว 2 องค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนของเทอร์โมมิเตอร์คือเกลียวลวดแพลตตินัมเกรด Pl-2 ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.05 มม. วางอยู่ในช่องเฟรม ช่องเฟรมเต็มไปด้วยผงอะลูมิเนียมออกไซด์ปราศจากน้ำและเคลือบ ปลายเกลียวถูกบัดกรีด้วยเงินเพื่อนำไปสู่โลหะผสมที่ประกอบด้วยอิริเดียมและโรเดียม

หัวของเทอร์โมมิเตอร์วัดความต้านทานประกอบด้วยตัวเครื่องและฝาปิด 3 อันเชื่อมต่อกันด้วยสลักเกลียว การออกแบบอุปกรณ์ป้องกันเป็นแบบเชื่อม

เทอร์โมมิเตอร์ทนต่อการสั่นสะเทือนและกันกระแทก

ตัวต้านทานเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งมีความต้านทานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเรียกว่าเทอร์มิสเตอร์ พวกเขามีคุณสมบัติของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความต้านทานที่สำคัญซึ่งมีค่ามากกว่าโลหะหลายเท่า มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมไฟฟ้า

บนแผนภาพไฟฟ้า เทอร์มิสเตอร์ถูกกำหนดไว้:

การออกแบบและการใช้งาน

มีการออกแบบที่เรียบง่ายและมีจำหน่ายในขนาดและรูปทรงต่างๆ

เซมิคอนดักเตอร์ประกอบด้วยตัวพาประจุฟรีสองประเภท: อิเล็กตรอนและรู ที่อุณหภูมิคงที่ พาหะเหล่านี้จะก่อตัวและหายไปแบบสุ่ม จำนวนผู้ให้บริการฟรีโดยเฉลี่ยอยู่ในสมดุลแบบไดนามิก กล่าวคือ ไม่เปลี่ยนแปลง

เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง สมดุลจะหยุดชะงัก ถ้าอุณหภูมิเพิ่มขึ้น จำนวนพาหะประจุก็จะเพิ่มขึ้นด้วย และเมื่ออุณหภูมิลดลง ความเข้มข้นของพาหะจะลดลง ความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์ได้รับอิทธิพลจากอุณหภูมิ

หากอุณหภูมิเข้าใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ แสดงว่าเซมิคอนดักเตอร์มีคุณสมบัติเป็นอิเล็กทริก เมื่อได้รับความร้อนสูงจะนำกระแสไฟฟ้าได้อย่างสมบูรณ์ คุณสมบัติหลักของเทอร์มิสเตอร์คือความต้านทานที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในช่วงอุณหภูมิปกติ (-50 +100 องศา)

เทอร์มิสเตอร์ยอดนิยมผลิตขึ้นในรูปแบบของแท่งเซมิคอนดักเตอร์ที่เคลือบด้วยอีนาเมล เชื่อมต่ออิเล็กโทรดและฝาปิดหน้าสัมผัสเข้าด้วยกัน ตัวต้านทานดังกล่าวใช้ในที่แห้ง

เทอร์มิสเตอร์บางตัวอยู่ในกล่องโลหะที่ปิดสนิท ดังนั้นจึงสามารถใช้ในสถานที่ชื้นที่มีสภาพแวดล้อมภายนอกที่รุนแรงได้

ความแน่นหนาของตัวเรือนเกิดจากการใช้ดีบุกและกระจก แท่งเซมิคอนดักเตอร์ถูกห่อด้วยกระดาษฟอยล์ที่เป็นโลหะ ลวดนิกเกิลใช้เชื่อมต่อกระแสไฟฟ้า ค่าความต้านทานเล็กน้อยคือ 1-200 kOhm อุณหภูมิในการทำงาน -100 +129 องศา

หลักการทำงานของเทอร์มิสเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการเปลี่ยนแปลงความต้านทานตามอุณหภูมิ โลหะบริสุทธิ์ใช้ในการผลิต: ทองแดงและแพลตตินัม

การตั้งค่าหลัก

• ทีเคเอส– ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนของความต้านทานเท่ากับการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของส่วนวงจรเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 1 องศา ถ้า TCS เป็นบวก เทอร์มิสเตอร์จะถูกเรียก ผู้โพสต์(เทอร์มิสเตอร์ RTS). และถ้า TCS เป็นลบล่ะก็ เทอร์มิสเตอร์(เทอร์มิสเตอร์ NTS). สำหรับโพซิสเตอร์ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน แต่สำหรับเทอร์มิสเตอร์จะเกิดสิ่งที่ตรงกันข้าม
• ความต้านทานที่กำหนด – นี่คือค่าความต้านทานที่ 0 องศา
• ช่วงการดำเนินงาน. ตัวต้านทานแบ่งออกเป็นอุณหภูมิต่ำ (น้อยกว่า 170K) อุณหภูมิปานกลาง (ตั้งแต่ 170 ถึง 510K) อุณหภูมิสูง (มากกว่า 570K)
• การกระจายพลังงาน . นี่คือปริมาณพลังงานที่เทอร์มิสเตอร์ใช้ในระหว่างการทำงาน เพื่อให้มั่นใจว่าพารามิเตอร์ที่ระบุได้รับการบำรุงรักษาตามเงื่อนไขทางเทคนิค

ประเภทและคุณสมบัติของเทอร์มิสเตอร์

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิทั้งหมดในการผลิตทำงานบนหลักการแปลงอุณหภูมิเป็นสัญญาณกระแสไฟฟ้า ซึ่งสามารถส่งสัญญาณด้วยความเร็วสูงในระยะทางไกล ปริมาณใดๆ ก็ตามสามารถแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าได้โดยการแปลงเป็นรหัสดิจิทัล จะถูกส่งด้วยความแม่นยำสูงและประมวลผลด้วยเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์

เทอร์มิสเตอร์โลหะ

ตัวนำกระแสไฟบางชนิดไม่สามารถใช้เป็นวัสดุสำหรับเทอร์มิสเตอร์ได้ เนื่องจากเทอร์มิสเตอร์มีข้อกำหนดบางประการ วัสดุสำหรับการผลิตต้องมี TCR สูง และความต้านทานต้องขึ้นอยู่กับอุณหภูมิตามกราฟเชิงเส้นในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง

นอกจากนี้ ตัวนำโลหะจะต้องเฉื่อยต่อการกระทำที่รุนแรงของสภาพแวดล้อมภายนอกและสร้างคุณลักษณะคุณภาพสูงซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนเซ็นเซอร์ได้โดยไม่ต้องตั้งค่าพิเศษและเครื่องมือวัด

ทองแดงและแพลตตินัมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับข้อกำหนดดังกล่าว แม้ว่าจะมีต้นทุนสูงก็ตาม เทอร์มิสเตอร์ที่ใช้พวกมันเรียกว่าแพลตตินัมและทองแดง ความต้านทานความร้อน TSP (แพลตตินัม) ทำงานที่อุณหภูมิ -260 - 1100 องศา หากอุณหภูมิอยู่ในช่วง 0 ถึง 650 องศา เซ็นเซอร์ดังกล่าวจะถูกใช้เป็นตัวอย่างและมาตรฐาน เนื่องจากในช่วงนี้ความไม่เสถียรจะไม่เกิน 0.001 องศา

ข้อเสียของเทอร์มิสเตอร์แพลทินัม ได้แก่ ความไม่เชิงเส้นของการแปลงและต้นทุนสูง ดังนั้นการวัดพารามิเตอร์ที่แม่นยำจึงทำได้เฉพาะในช่วงการทำงานเท่านั้น

ตัวอย่างทองแดงราคาไม่แพงของเทอร์มิสเตอร์ TCM ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งความเป็นเส้นตรงของการพึ่งพาความต้านทานต่ออุณหภูมิจะสูงกว่ามาก ข้อเสียของพวกเขาคือความต้านทานต่ำและไม่เสถียรต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้น การเกิดออกซิเดชันอย่างรวดเร็ว ทั้งนี้ความต้านทานความร้อนที่ใช้ทองแดงมีการใช้งานจำกัดไม่เกิน 180 องศา

สำหรับการติดตั้งเซ็นเซอร์แพลตตินัมและทองแดง จะใช้สายไฟ 2 เส้นที่ระยะห่างจากอุปกรณ์สูงสุด 200 เมตร หากระยะห่างมากกว่านี้ก็จะถูกใช้โดยตัวนำตัวที่สามทำหน้าที่ชดเชยความต้านทานของสายไฟ

ในบรรดาข้อเสียของเทอร์มิสเตอร์แพลตตินัมและทองแดงเราสามารถสังเกตความเร็วการทำงานต่ำได้ ความเฉื่อยทางความร้อนถึงหลายนาที มีเทอร์มิสเตอร์ที่มีความเฉื่อยต่ำซึ่งเวลาตอบสนองไม่เกินสองสามในสิบของวินาที ซึ่งทำได้โดยเซนเซอร์ที่มีขนาดเล็ก การต้านทานความร้อนดังกล่าวทำมาจากไมโครไวร์ในเปลือกแก้ว เซ็นเซอร์เหล่านี้มีความเฉื่อยต่ำ มีการปิดผนึกและมีความเสถียรสูง แม้ว่าจะมีขนาดเล็ก แต่ก็มีความต้านทานหลาย kOhms

เซมิคอนดักเตอร์

ความต้านทานดังกล่าวเรียกว่าเทอร์มิสเตอร์ หากเราเปรียบเทียบกับตัวอย่างแพลตตินัมและทองแดง พวกมันจะมีความไวเพิ่มขึ้นและค่า TCR เป็นลบ ซึ่งหมายความว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานของตัวต้านทานจะลดลง เทอร์มิสเตอร์มี TCR มากกว่าเซ็นเซอร์แพลตตินัมและทองแดงมาก ด้วยขนาดที่เล็ก ความต้านทานจะสูงถึง 1 megohm ซึ่งไม่อนุญาตให้ส่งผลต่อการวัดความต้านทานของตัวนำ

สำหรับการวัดอุณหภูมิ เทอร์มิสเตอร์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ KMT ซึ่งประกอบด้วยโคบอลต์และแมงกานีสออกไซด์ รวมถึงตัวต้านทานความร้อน MMT ที่ใช้ทองแดงและแมงกานีสออกไซด์ได้รับความนิยมอย่างมาก การพึ่งพาความต้านทานต่ออุณหภูมิบนกราฟมีความเป็นเชิงเส้นที่ดีในช่วงอุณหภูมิ -100 +200 องศา ความน่าเชื่อถือของเทอร์มิสเตอร์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ค่อนข้างสูงโดยคุณสมบัติของพวกมันมีความเสถียรเพียงพอในระยะเวลานาน

ข้อเสียเปรียบหลักของพวกเขาคือความจริงที่ว่าในระหว่างการผลิตเทอร์มิสเตอร์จำนวนมากดังกล่าวไม่สามารถรับประกันความถูกต้องแม่นยำของคุณลักษณะที่จำเป็นได้ ดังนั้นตัวต้านทานแต่ละตัวจะแตกต่างจากตัวอย่างอื่นเช่นเดียวกับทรานซิสเตอร์ซึ่งจากแบตช์เดียวกันอาจมีปัจจัยเกนที่แตกต่างกันจึงเป็นเรื่องยากที่จะหาตัวอย่างที่เหมือนกันสองตัว จุดลบนี้สร้างความจำเป็นในการปรับอุปกรณ์เพิ่มเติมเมื่อเปลี่ยนเทอร์มิสเตอร์

ในการเชื่อมต่อเทอร์มิสเตอร์ มักใช้วงจรบริดจ์ ซึ่งบริดจ์มีความสมดุลด้วยโพเทนชิออมิเตอร์ เนื่องจากความต้านทานของตัวต้านทานเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ สะพานจะสามารถทำให้สมดุลได้โดยการปรับโพเทนชิออมิเตอร์

วิธีการตั้งค่าด้วยตนเองนี้ใช้ในห้องปฏิบัติการการสอนเพื่อสาธิตการทำงาน ตัวควบคุมโพเทนชิออมิเตอร์มีสเกลที่มีหน่วยเป็นองศา ในทางปฏิบัติ ในรูปแบบการวัดที่ซับซ้อน การปรับนี้จะเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ

การประยุกต์ใช้เทอร์มิสเตอร์

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิมีสองโหมด ในโหมดแรก อุณหภูมิเซ็นเซอร์จะถูกกำหนดโดยอุณหภูมิแวดล้อมเท่านั้น กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานมีขนาดเล็กและไม่สามารถให้ความร้อนได้

ในโหมด 2 เทอร์มิสเตอร์จะได้รับความร้อนจากกระแสไหล และอุณหภูมิของมันจะถูกกำหนดโดยเงื่อนไขการถ่ายเทความร้อน เช่น ความเร็วลม ความหนาแน่นของก๊าซ เป็นต้น

เทอร์มิสเตอร์บนไดอะแกรม (เอ็นทีเอส)และตัวต้านทาน (RTS)มีค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานเป็นลบและบวกตามลำดับ และกำหนดไว้ดังนี้

การประยุกต์ของเทอร์มิสเตอร์

• การวัดอุณหภูมิ
• เครื่องใช้ในครัวเรือน: ตู้แช่แข็ง เครื่องเป่าผม ตู้เย็น ฯลฯ
• ระบบอิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์: การวัดสารป้องกันการแข็งตัวและการทำความเย็นน้ำมัน การควบคุมก๊าซไอเสีย ระบบเบรก อุณหภูมิภายใน
• เครื่องปรับอากาศ : กระจายความร้อน, ควบคุมอุณหภูมิห้อง
• ล็อคประตูในอุปกรณ์ทำความร้อน
• อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์: การรักษาเสถียรภาพอุณหภูมิของเลเซอร์และไดโอด ตลอดจนขดลวดทองแดง
• ในโทรศัพท์มือถือเพื่อชดเชยความร้อน
• การจำกัดกระแสสตาร์ทของมอเตอร์ หลอดไฟส่องสว่าง .
• ควบคุมการเติมของเหลว

การประยุกต์ใช้ตัวโพสซิสเตอร์

• ป้องกันในเครื่องยนต์
• ป้องกันการหลอมละลายระหว่างกระแสไฟฟ้าเกินพิกัด
• เพื่อชะลอเวลาเปิดเครื่องสวิตชิ่งจ่ายไฟ
• จอคอมพิวเตอร์และหลอดภาพโทรทัศน์สำหรับล้างสนามแม่เหล็กและป้องกันการบิดเบือนของสี
• ในสตาร์ทเตอร์คอมเพรสเซอร์ตู้เย็น
• การปิดกั้นความร้อนของหม้อแปลงและมอเตอร์
• อุปกรณ์หน่วยความจำข้อมูล
• เป็นเครื่องทำความร้อนคาร์บูเรเตอร์
• อุปกรณ์ในครัวเรือน: ปิดประตูเครื่องซักผ้า ในเครื่องเป่าผม ฯลฯ

เทอร์มิสเตอร์ (เทอร์มิสเตอร์) เป็นองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์โซลิดสเตตที่ดูเหมือนตัวต้านทานคงที่ แต่มีลักษณะอุณหภูมิที่เด่นชัด โดยทั่วไปอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทนี้จะใช้เพื่อเปลี่ยนแรงดันเอาต์พุตแบบอะนาล็อกตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบ กล่าวอีกนัยหนึ่งคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเทอร์มิสเตอร์และหลักการทำงานเกี่ยวข้องโดยตรงกับปรากฏการณ์ทางกายภาพ - อุณหภูมิ

เทอร์มิสเตอร์เป็นองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่ไวต่ออุณหภูมิซึ่งทำจากออกไซด์ของโลหะเซมิคอนดักเตอร์ มักจะมีรูปร่างของดิสก์หรือลูกบอลที่มีสายโลหะหรือสายเชื่อมต่อ

รูปร่างดังกล่าวยอมให้ค่าความต้านทานแปรผันตามสัดส่วนการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเล็กน้อย สำหรับตัวต้านทานมาตรฐาน การเปลี่ยนแปลงความต้านทานเนื่องจากความร้อนดูเหมือนจะเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์

แต่เอฟเฟกต์เดียวกันนี้ดูเหมือนว่าจะประสบความสำเร็จในการสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากที่ต้องมีการกำหนดอุณหภูมิ

ดังนั้น เนื่องจากเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบไม่เชิงเส้นซึ่งมีความต้านทานแปรผัน เทอร์มิสเตอร์จึงเหมาะสมอย่างยิ่งที่จะทำงานเป็นเซ็นเซอร์เทอร์มิสเตอร์ เซ็นเซอร์ประเภทนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบอุณหภูมิของของเหลวและก๊าซ

เนื่องจากเป็นอุปกรณ์โซลิดสเตตที่ทำจากโลหะออกไซด์ที่มีความไวสูง เทอร์มิสเตอร์จึงทำงานในระดับโมเลกุล

วาเลนซ์อิเล็กตรอนจะเริ่มทำงานและสร้าง TCR ที่เป็นลบ หรือแบบพาสซีฟ จากนั้นจึงสร้าง TCR เชิงบวกขึ้นมาใหม่

เป็นผลให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ - เทอร์มิสเตอร์ - มีความต้านทานที่สามารถทำซ้ำได้ดีมาก ขณะเดียวกันก็รักษาคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพที่ช่วยให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงอุณหภูมิสูงถึง 200°C

การประยุกต์เทอร์มิสเตอร์ในทางปฏิบัติ

การใช้งานพื้นฐานในกรณีนี้คือเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบต้านทาน อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์เดียวกันนี้ที่อยู่ในตระกูลตัวต้านทาน สามารถนำไปใช้แบบอนุกรมร่วมกับส่วนประกอบหรืออุปกรณ์อื่นๆ ได้สำเร็จ

วงจรอย่างง่ายสำหรับการเชื่อมต่อเทอร์มิสเตอร์แสดงการทำงานของอุปกรณ์เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิ - ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าชนิดหนึ่งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความต้านทาน

วงจรเชื่อมต่อนี้ช่วยให้คุณควบคุมกระแสที่ไหลผ่านส่วนประกอบได้ ดังนั้นในความเป็นจริงแล้วเทอร์มิสเตอร์ยังทำหน้าที่เป็นตัวจำกัดกระแสด้วย

เทอร์มิสเตอร์ผลิตขึ้นในประเภทต่างๆ ขึ้นอยู่กับวัสดุที่แตกต่างกัน และมีขนาดแตกต่างกันขึ้นอยู่กับเวลาตอบสนองและอุณหภูมิในการทำงาน

มีอุปกรณ์รุ่นปิดผนึกที่ได้รับการปกป้องจากการซึมผ่านของความชื้น มีการออกแบบสำหรับอุณหภูมิการทำงานที่สูงและมีขนาดกะทัดรัด

เทอร์มิสเตอร์ที่พบมากที่สุดมีสามประเภท:

• ลูกบอล,
• ดิสก์,
• ห่อหุ้ม

อุปกรณ์ทำงานขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ:

1. เพื่อลดค่าความต้านทาน
2. เพื่อเพิ่มค่าความต้านทาน

นั่นคือมีอุปกรณ์สองประเภท:

1. มี TCS ที่เป็นลบ (NTC)
2. TCS เชิงบวก (PTC)

ค่าสัมประสิทธิ์ TCS เชิงลบ

เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ NTC ของ TCR เชิงลบจะลดค่าความต้านทานลงเมื่ออุณหภูมิภายนอกเพิ่มขึ้น ตามกฎแล้ว อุปกรณ์เหล่านี้มักถูกใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิดที่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิ

การตอบสนองเชิงลบที่ค่อนข้างใหญ่ของเทอร์มิสเตอร์ NTC หมายความว่าแม้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยก็สามารถเปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าของอุปกรณ์ได้อย่างมาก ปัจจัยนี้ทำให้แบบจำลอง NTC เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำ

เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ NTC ซึ่งลดความต้านทานเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น มีให้เลือกใช้กับความต้านทานพื้นฐานที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้ว ความต้านทานพื้นฐานที่อุณหภูมิห้อง

ตัวอย่างเช่น: 25°C ถือเป็นจุดอุณหภูมิควบคุม (ฐาน) จากที่นี่ค่าของอุปกรณ์เช่นค่าต่อไปนี้จะถูกสร้างขึ้น:

• 2.7 โอห์ม (25 องศาเซลเซียส)
• 10 โอห์ม (25°C)
• 47 กิโลโอห์ม (25°C)….

ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งคือค่า "B" ค่าของ "B" คือค่าคงที่ที่กำหนดโดยวัสดุเซรามิกที่ใช้สร้างเทอร์มิสเตอร์

ค่าคงที่เดียวกันจะกำหนดความชันของเส้นโค้งอัตราส่วนความต้านทาน (R/T) ในช่วงอุณหภูมิที่แน่นอนระหว่างจุดอุณหภูมิสองจุด

วัสดุเทอร์มิสเตอร์แต่ละตัวมีค่าคงที่ของวัสดุที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีเส้นโค้งความต้านทาน-อุณหภูมิแยกกัน

ดังนั้น ค่าคงที่ “B” จะกำหนดค่าความต้านทานหนึ่งค่าที่ฐาน T1 (25°C) และอีกค่าหนึ่งที่ T2 (เช่น ที่ 100°C)

ดังนั้น ค่าของ B จะกำหนดค่าคงที่ของวัสดุเทอร์มิสเตอร์ที่ถูกจำกัดโดยช่วงของ T1 และ T2:

บี * T1 / T2 (บี * 25/100)

ปล. ค่าอุณหภูมิในการคำนวณจะถูกนำมาสอบเทียบเคลวิน

ตามมาด้วยการมีค่า "B" (จากคุณลักษณะของผู้ผลิต) ของอุปกรณ์เฉพาะ วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์จะต้องสร้างตารางอุณหภูมิและความต้านทานเท่านั้นเพื่อสร้างกราฟที่เหมาะสมโดยใช้สมการมาตรฐานต่อไปนี้:

B (T1/T2) = (T 2 * T 1 / T 2 – T 1) * ln(R1/R2)

โดยที่: T 1, T 2 – อุณหภูมิเป็นองศาเคลวิน; R 1, R 2 – ความต้านทานที่อุณหภูมิที่สอดคล้องกันในหน่วยโอห์ม

ตัวอย่างเช่น เทอร์มิสเตอร์ NTK ที่มีความต้านทาน 10 kOhm มีค่า "V" อยู่ที่ 3455 ภายในช่วงอุณหภูมิ 25 - 100°C

จุดที่ชัดเจนคือเทอร์มิสเตอร์เปลี่ยนความต้านทานแบบทวีคูณตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ดังนั้นคุณลักษณะจึงไม่เป็นเชิงเส้น ยิ่งตั้งค่าจุดควบคุมมากเท่าใด เส้นโค้งก็จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น

การใช้เทอร์มิสเตอร์เป็นเซ็นเซอร์แบบแอคทีฟ

เนื่องจากอุปกรณ์นี้เป็นเซ็นเซอร์แบบแอคทีฟ จึงต้องใช้สัญญาณกระตุ้นจึงจะทำงาน การเปลี่ยนแปลงความต้านทานใดๆ ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะถูกแปลงเป็นการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า

วิธีที่ง่ายที่สุดในการบรรลุผลนี้คือการใช้เทอร์มิสเตอร์เป็นส่วนหนึ่งของวงจรตัวแบ่งศักย์ ดังแสดงในรูปด้านล่าง แรงดันไฟฟ้าคงที่จะถูกส่งไปยังวงจรตัวต้านทานและเทอร์มิสเตอร์

ตัวอย่างเช่น มีการใช้วงจรโดยเชื่อมต่อเทอร์มิสเตอร์ขนาด 10 kOhm เป็นอนุกรมกับตัวต้านทานขนาด 10 kOhm ในกรณีนี้ แรงดันไฟขาออกที่ฐาน T = 25°C จะเป็นครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟจ่าย

ดังนั้นวงจรตัวแบ่งศักย์จึงเป็นตัวอย่างของความต้านทานอย่างง่ายต่อตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า ที่นี่ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ถูกควบคุมโดยอุณหภูมิ ตามด้วยการก่อตัวของค่าแรงดันเอาต์พุตตามสัดส่วนของอุณหภูมิ

กล่าวง่ายๆ ก็คือ ยิ่งตัวเทอร์มิสเตอร์อุ่นขึ้น แรงดันไฟเอาท์พุตก็จะยิ่งต่ำลง

ในขณะเดียวกันหากตำแหน่งของตัวต้านทานอนุกรม RS และเทอร์มิสเตอร์ R TH เปลี่ยนไป ระดับแรงดันเอาต์พุตจะเปลี่ยนเป็นเวกเตอร์ตรงกันข้าม นั่นคือตอนนี้ยิ่งเทอร์มิสเตอร์ร้อนมากขึ้น ระดับแรงดันไฟเอาท์พุตก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

เทอร์มิสเตอร์ยังสามารถใช้เป็นส่วนหนึ่งของการกำหนดค่าพื้นฐานโดยใช้วงจรบริดจ์ได้ การเชื่อมต่อระหว่างตัวต้านทาน R1 และ R2 จะตั้งค่าแรงดันอ้างอิงให้เป็นค่าที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น ถ้า R1 และ R2 มีค่าความต้านทานเท่ากัน แรงดันอ้างอิงจะเป็นครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้า (V/2)

วงจรแอมพลิฟายเออร์ที่สร้างขึ้นโดยใช้วงจรบริดจ์โพรบความร้อนนี้สามารถทำหน้าที่เป็นแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลความไวสูง หรือเป็นวงจรทริกเกอร์ Schmitt แบบธรรมดาที่มีฟังก์ชันการสลับได้

เทอร์มิสเตอร์มีปัญหา (เอฟเฟกต์ความร้อนในตัวเอง) ในกรณีเช่นนี้ กำลังกระจาย I 2 R ค่อนข้างสูงและสร้างความร้อนมากกว่าที่ตัวอุปกรณ์จะกระจายได้ ดังนั้นความร้อน "พิเศษ" นี้จึงส่งผลต่อค่าความต้านทาน ส่งผลให้อ่านค่าผิดพลาดได้

วิธีหนึ่งในการกำจัดเอฟเฟกต์ "การทำความร้อนในตัวเอง" และรับการเปลี่ยนแปลงความต้านทานจากอิทธิพลของอุณหภูมิ (R/T) ที่แม่นยำยิ่งขึ้นคือการจ่ายพลังงานให้กับเทอร์มิสเตอร์จากแหล่งกำเนิดกระแสคงที่

เทอร์มิสเตอร์เป็นตัวควบคุมกระแสเริ่มต้น

อุปกรณ์เหล่านี้ถูกใช้แบบดั้งเดิมเป็นตัวแปลงที่ไวต่ออุณหภูมิแบบต้านทาน อย่างไรก็ตามความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์เปลี่ยนแปลงไม่เพียง แต่ภายใต้อิทธิพลของสภาพแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังสังเกตการเปลี่ยนแปลงจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอุปกรณ์อีกด้วย ผลของ "การทำความร้อนในตัวเอง" แบบเดียวกัน

อุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ที่มีส่วนประกอบแบบเหนี่ยวนำ:

• เครื่องยนต์
• หม้อแปลงไฟฟ้า,
• โคมไฟไฟฟ้า,
• อื่น,

อาจมีกระแสไหลเข้ามากเกินไปเมื่อเปิดเครื่องครั้งแรก แต่หากเทอร์มิสเตอร์เชื่อมต่อแบบอนุกรมในวงจร กระแสเริ่มต้นที่สูงสามารถถูกจำกัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ โซลูชั่นนี้ช่วยเพิ่มอายุการใช้งานของอุปกรณ์ไฟฟ้า

โดยทั่วไปแล้ว เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ TCR ต่ำ (ที่อุณหภูมิ 25°C) ใช้เพื่อควบคุมกระแสไฟกระชาก สิ่งที่เรียกว่าตัวจำกัดกระแส (ตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกิน) จะเปลี่ยนความต้านทานเป็นค่าที่ต่ำมากเมื่อกระแสโหลดผ่านไป

เมื่อเปิดอุปกรณ์ครั้งแรก กระแสเริ่มต้นจะผ่านเทอร์มิสเตอร์เย็นซึ่งมีค่าความต้านทานค่อนข้างสูง ภายใต้อิทธิพลของกระแสโหลด เทอร์มิสเตอร์จะร้อนขึ้นและความต้านทานจะลดลงอย่างช้าๆ ช่วยให้สามารถควบคุมกระแสในโหลดได้อย่างราบรื่น

เทอร์มิสเตอร์ NTC ค่อนข้างมีประสิทธิภาพในการป้องกันกระแสไหลเข้าที่สูงอย่างไม่พึงประสงค์ ข้อได้เปรียบที่นี่คืออุปกรณ์ประเภทนี้สามารถจัดการกับกระแสไหลเข้าที่สูงขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อเปรียบเทียบกับตัวต้านทานมาตรฐาน

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิส่วนใหญ่ที่กล่าวถึงข้างต้น

มีค่าใช้จ่ายสูง มีขนาดที่สำคัญ และจำเป็นต้องใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์พิเศษ (ค่อนข้างซับซ้อน) เพื่อให้มั่นใจในการทำงาน ใช้การออกแบบทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียบง่ายเป็น เซ็นเซอร์อุณหภูมิ, ส่วนใหญ่, เทอร์มิสเตอร์พวกเขาจะกล่าวถึงด้านล่าง

เทอร์มิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ความต้านทานเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามอุณหภูมิ. นี่คืออุปกรณ์ต้านทานที่มีค่า TCR สูง (ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานอุณหภูมิ) ในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง แยกแยะ เทอร์มิสเตอร์ โดยมี TCS ที่เป็นลบความต้านทานซึ่งลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นมักเรียกว่า เทอร์มิสเตอร์, และ เทอร์มิสเตอร์ที่มี TCS เป็นบวกซึ่งมีความต้านทานเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เทอร์มิสเตอร์ดังกล่าวเรียกว่า ผู้โพสต์. เทอร์มิสเตอร์ ทั้งสองประเภททำจากเซมิคอนดักเตอร์วัสดุช่วงการเปลี่ยนแปลงใน TCS คือ (-6.5...+70)%/C ผลกระทบของเทอร์มิสเตอร์ประกอบด้วยการเปลี่ยนความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์ขึ้นหรือลงเนื่องจากอุณหภูมิลดลงหรือเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม กลไกในการเปลี่ยนแปลงความต้านทานต่ออุณหภูมินั้นแตกต่างจากปรากฏการณ์ที่คล้ายกันในโลหะ (ดังที่เห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าความต้านทานลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น) และคุณลักษณะของผลกระทบทางกายภาพนี้จะกล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

เป็นที่รู้กันว่าในปี ค.ศ. 1833 ฟาราเดย์ค้นพบ TCS เชิงลบใน ซิลเวอร์ซัลไฟด์แต่การขาดข้อมูลเกี่ยวกับปรากฏการณ์ในหน้าสัมผัสโลหะและเซมิคอนดักเตอร์ทำให้ไม่สามารถผลิตอุปกรณ์ที่มีลักษณะการทำซ้ำได้ ในช่วงทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ 20 นักเคมีค้นพบค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบที่สูงของความต้านทานในออกไซด์ Fe 3 O 4 และ UO 2 ในช่วงต้นทศวรรษที่ 40 ซีรีส์นี้ถูกเติมด้วยสารประกอบ NiO, CoO และ NiO-Co 2 O 3 -Mn 2 O 3 ช่วงความต้านทานเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเติมคอปเปอร์ออกไซด์ Mn 3 O 4 ลงในสารประกอบ NiO-Mn 2 O 3

เทอร์มิสเตอร์ที่มี TCS เป็นลบนั้นทำมาจากโลหะออกไซด์ที่มีระดับอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ได้บรรจุและที่อุณหภูมิต่ำการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างไอออนข้างเคียงทำได้ยากและค่าการนำไฟฟ้าของสารก็ต่ำ หากอุณหภูมิเพิ่มขึ้น อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานในรูปของความร้อน กระบวนการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างไอออนจะกลายเป็น รุนแรงมากขึ้นดังนั้นความคล่องตัวของผู้ให้บริการชาร์จจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

เทอร์มิสเตอร์อื่นๆ มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกของความต้านทานในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด ในศัพท์เฉพาะของวิศวกรวิทยุ เทอร์มิสเตอร์ดังกล่าวเรียกว่า ผู้โพสต์

เทอร์มิสเตอร์ที่มี TCR เป็นบวกสามารถแบ่งออกเป็น2 กลุ่ม:

เทอร์มิสเตอร์ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ (โดยปกติคือ Si) ในรูปของเวเฟอร์ขนาดเล็กที่มีขั้วสองขั้วอยู่ฝั่งตรงข้าม การใช้งานของพวกเขาขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าผลึก Si (ซิลิคอน) เจือด้วย n-, ดังนั้นและชนิด pมี เชิงบวกทีเคเอส ที่อุณหภูมิตั้งแต่การแช่แข็งจนถึง150°ซและสูงกว่าและ TCR ที่อุณหภูมิห้องจะอยู่ที่ประมาณ 0.8% ต่อ 1 o C

เทอร์มิสเตอร์ที่มี TCR ขนาดใหญ่ (สูงถึง 70% ต่อ 1 o C) แต่อยู่ในช่วงอุณหภูมิที่จำกัดมากขึ้น วัสดุในกรณีนี้คือ สารกึ่งตัวนำโพลีคริสตัลไลน์แบเรียมไททาเนตที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากใน TCR ตามอุณหภูมิอีก 120°Cซึ่งสอดคล้องกับจุดเฟอร์โรอิเล็กทริกคูรีของวัสดุนี้ ด้วยการเติมวัสดุอื่นๆ เช่น ลีดไททาเนตหรือสตรอนเซียม การเปลี่ยนแปลงใน TCR สามารถทำได้ที่อุณหภูมิตั้งแต่ -100 ถึง +250°C นอกจากนี้ยังสามารถเปลี่ยนความชันของกราฟความต้านทานเพื่อให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงมากขึ้นในช่วงอุณหภูมิที่แคบลง เช่น 0...100°C

พารามิเตอร์พื้นฐานของเทอร์มิสเตอร์

เช่นเดียวกับอุปกรณ์ทางเทคนิคอื่น ๆ เทอร์มิสเตอร์มีพารามิเตอร์และคุณลักษณะจำนวนหนึ่งซึ่งความรู้ที่ทำให้สามารถกำหนดความเป็นไปได้ของการใช้เทอร์มิสเตอร์ที่กำหนดเพื่อแก้ไขปัญหาทางเทคนิคเฉพาะ

ขนาด

ค่าความต้านทานตัวอย่าง Rt และ RT (ในหน่วยโอห์ม) ที่อุณหภูมิแวดล้อมบางค่า t, °C หรือ T, K สำหรับเทอร์มิสเตอร์ที่ออกแบบมาสำหรับอุณหภูมิในการทำงานตั้งแต่ประมาณ -100 ถึง +125...200 °C อุณหภูมิโดยรอบจะเท่ากับ 20 หรือ 25°C และค่า R เรียกว่า “ต้านทานความเย็น”

TCS ค่าเป็นเปอร์เซ็นต์ต่อ 1°C. โดยปกติจะแสดงไว้สำหรับอุณหภูมิเดียวกันกับความต้านทานความเย็น และในกรณีนี้จะแสดงแทนด้วยที่: a=(dR/R)/dT*100%=-B/T 2 ,

เวลาคงที่τ (เป็นวินาที) การกำหนดลักษณะเหล่านั้นความเฉื่อยช้าของเทอร์มิสเตอร์ซึ่งเท่ากับเวลาที่อุณหภูมิของเทอร์มิสเตอร์เปลี่ยนแปลง 63% ของความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างตัวอย่างและสภาพแวดล้อม โดยส่วนใหญ่ ความแตกต่างนี้จะอยู่ที่ 100°C

อุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตทีแม็กซ์ซึ่งลักษณะของเทอร์มิสเตอร์จะคงที่เป็นเวลานาน

การกระจายพลังงานสูงสุดที่อนุญาต Pมโอ้ใน W ซึ่งไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเทอร์มิสเตอร์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ โดยปกติแล้ว เมื่อโหลดเทอร์มิสเตอร์ด้วยกำลัง Pmax อุณหภูมิของมันไม่ควรเกิน tmax

ค่าสัมประสิทธิ์การกระจาย Hเป็น W ต่อ 1°C ในเชิงตัวเลขเท่ากับกำลังที่กระจายโดยเทอร์มิสเตอร์เมื่ออุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างตัวอย่างและสภาพแวดล้อมคือ 1°C

ค่าสัมประสิทธิ์ ความไวต่ออุณหภูมิ B มิติ - K:

B =[ (T1*T2)/(T2-T1) *Ln(R1/R2)

ปัจจัยความไวต่อพลังงาน G ใน W/%R เป็นตัวเลขเท่ากับกำลังที่ต้องกระจายบนเทอร์มิสเตอร์เพื่อลดความต้านทานลง 1% ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายและความไวต่อพลังงานขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์และลักษณะของการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างตัวอย่างและสิ่งแวดล้อม ปริมาณ G, H และ a มีความสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์: G=H/100a

ความจุความร้อน C ใน J ต่อ 1°C เท่ากับปริมาณความร้อน (พลังงาน) ที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของเทอร์มิสเตอร์ขึ้น 1°C สามารถพิสูจน์ได้ว่า τ, H และ C มีความสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้: τ= C / H

สำหรับโพซิสเตอร์ นอกเหนือจากพารามิเตอร์ข้างต้นจำนวนหนึ่งแล้ว พวกเขามักจะระบุตำแหน่งโดยประมาณของช่วงเวลาของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกของความต้านทานตลอดจนปัจจัยของการเปลี่ยนแปลงความต้านทานในภูมิภาคของ TCR บวก

ลักษณะสำคัญของเทอร์มิสเตอร์

มะเดื่อ 1.1 ลักษณะโวลต์แอมแปร์ของเทอร์มิสเตอร์

ลักษณะอุณหภูมิ - การพึ่งพา R(T) ถ่ายในสภาวะคงตัว สมมติฐานที่ยอมรับได้: สเกลตามแกน R จะเพิ่มขึ้นตามกฎ 10 x ตามแนวแกน T ส่วนในช่วงเวลา (0...223) K จะถูกละเว้น (ดูรูปที่ 1.2)

ข้าว. 1.3. การพึ่งพาความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์กับกำลังไฟที่ให้มา

ลักษณะการทำความร้อน - ลักษณะเฉพาะของเทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ทำความร้อนทางอ้อม - การพึ่งพาความต้านทานของตัวต้านทานต่อกำลังไฟที่ให้มา สมมติฐานที่ยอมรับได้: สเกลตามแนวแกน R จะเพิ่มขึ้นตามกฎ 10 x (รูปที่ 1.3)

1. วัตถุประสงค์ ประเภทของเทอร์มิสเตอร์

เทอร์มิสเตอร์เป็นของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบพาราเมตริกเนื่องจากความต้านทานแบบแอคทีฟขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เทอร์มิสเตอร์เรียกอีกอย่างว่า เครื่องวัดอุณหภูมิความต้านทานหรือ ความต้านทานความร้อน. ใช้ในการวัดอุณหภูมิในช่วงกว้างตั้งแต่ -270 ถึง 1600 °C

ถ้าเทอร์มิสเตอร์ได้รับความร้อนจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน อุณหภูมิของมันจะขึ้นอยู่กับความเข้มของการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม เนื่องจากความเข้มของการถ่ายเทความร้อนขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของก๊าซหรือตัวกลางของเหลว (เช่น การนำความร้อน ความหนาแน่น ความหนืด) ซึ่งเทอร์มิสเตอร์ตั้งอยู่ และความเร็วการเคลื่อนที่ของเทอร์มิสเตอร์ที่สัมพันธ์กับก๊าซหรือของเหลว ตัวกลาง เทอร์มิสเตอร์ยังใช้ในเครื่องมือสำหรับการวัดปริมาณที่ไม่ใช่ไฟฟ้า เช่น ความเร็ว การไหล ความหนาแน่น ฯลฯ

มีเทอร์มิสเตอร์โลหะและเซมิคอนดักเตอร์ เทอร์มิสเตอร์โลหะทำจากโลหะบริสุทธิ์: ทองแดง แพลทินัม นิกเกิล เหล็ก และโดยทั่วไปไม่ได้มาจากโมลิบดีนัมและทังสเตน สำหรับโลหะบริสุทธิ์ส่วนใหญ่ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานไฟฟ้าจะอยู่ที่ประมาณ (4-6.5) 10 -3 1/°C กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 °C ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์โลหะจะเพิ่มขึ้น 0.4-0.65 %. ที่พบมากที่สุดคือเทอร์มิสเตอร์ทองแดงและแพลตตินัม แม้ว่าเทอร์มิสเตอร์ของเหล็กและนิกเกิลจะมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความต้านทานสูงกว่าทองแดงและแพลตตินัมประมาณหนึ่งเท่าครึ่ง แต่ก็มีการใช้งานน้อยกว่า ความจริงก็คือเหล็กและนิกเกิลถูกออกซิไดซ์อย่างแรงและในขณะเดียวกันก็เปลี่ยนลักษณะของมัน โดยทั่วไป การเติมสิ่งเจือปนเล็กน้อยลงในโลหะจะช่วยลดค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน โลหะผสมและโลหะออกซิไดซ์มีลักษณะความเสถียรต่ำ อย่างไรก็ตาม หากจำเป็นต้องวัดอุณหภูมิสูง ก็จำเป็นต้องใช้โลหะทนความร้อน เช่น ทังสเตนและโมลิบดีนัม แม้ว่าเทอร์มิสเตอร์ที่ทำจากโลหะเหล่านี้จะมีลักษณะที่แตกต่างกันเล็กน้อยในแต่ละตัวอย่างก็ตาม

เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งเรียกสั้น ๆ เทอร์มิสเตอร์ . วัสดุสำหรับการผลิตมีส่วนผสมของแมงกานีส นิกเกิล และโคบอลต์ออกไซด์ เจอร์เมเนียมและซิลิกอนที่มีสารเจือปนต่างๆ เป็นต้น

เมื่อเปรียบเทียบกับเทอร์มิสเตอร์แบบโลหะ เทอร์มิสเตอร์แบบเซมิคอนดักเตอร์จะมีขนาดเล็กกว่าและมีค่าความต้านทานที่ระบุมากกว่า เทอร์มิสเตอร์มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความต้านทานที่สูงกว่าลำดับความสำคัญ (สูงถึง -6 10 -2 1/°С) แต่ค่าสัมประสิทธิ์นี้เป็นลบ กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์จะลดลง ข้อเสียที่สำคัญของเทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะคือความแปรปรวนของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจะลดลงอย่างมาก เช่น เทอร์มิสเตอร์มีลักษณะไม่เชิงเส้น ในการผลิตจำนวนมาก เทอร์มิสเตอร์มีราคาถูกกว่าเทอร์มิสเตอร์โลหะ แต่มีคุณสมบัติที่หลากหลายมากกว่า

2. เทอร์มิสเตอร์โลหะ

ความต้านทานของตัวนำโลหะ ร ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ:

ที่ไหน กับ -ค่าสัมประสิทธิ์คงที่ขึ้นอยู่กับวัสดุและขนาดการออกแบบของตัวนำ แอลฟา - ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน e คือฐานของลอการิทึมธรรมชาติ

อุณหภูมิสัมบูรณ์ (K) มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียสโดยความสัมพันธ์ ทีเค= 273 + ที.ซี.

ให้เราตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความต้านทานของตัวนำเมื่อถูกความร้อน ให้ตัวนำอยู่ที่อุณหภูมิเริ่มต้นก่อน ต 0 และมีการต่อต้าน
. เมื่อได้รับความร้อนถึงอุณหภูมิ ตการต่อต้านของเขา
. มาดูทัศนคติกัน ร ตและ ร 0 :

(2)

เรียกได้ว่าเป็นหน้าที่ของแบบฟอร์ม จ xสามารถขยายเป็นอนุกรมกำลังได้:

สำหรับกรณีของเรา
. เนื่องจากค่า α สำหรับทองแดงนั้นค่อนข้างน้อยและในช่วงอุณหภูมิสูงถึง +150 °C สามารถใช้เป็นค่าคงที่ α = 4.3 · 10 -3 1/°С ดังนั้นผลิตภัณฑ์
ในช่วงอุณหภูมินี้มีค่าน้อยกว่าความสามัคคี ดังนั้นจึงไม่ใช่ข้อผิดพลาดใหญ่หากละเลยเงื่อนไขของอนุกรมระดับที่สองขึ้นไปเมื่อขยาย:

(3)

ให้เราแสดงความต้านทานที่อุณหภูมิ ตผ่านการต้านทานเริ่มต้นที่ ต 0

เทอร์มิสเตอร์แบบทองแดงผลิตขึ้นเชิงพาณิชย์และถูกกำหนดให้เป็น TCM (ความต้านทานความร้อนทองแดง) โดยมีการสำเร็จการศึกษาที่สอดคล้องกัน: gr. 23 มีความต้านทาน 53.00 โอห์มที่ 0 ºC; กรัม 24 มีความต้านทาน 100.00 โอห์ม ที่ 0 ºC เทอร์มิสเตอร์ทองแดงทำจากลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างน้อย 0.1 มม. เคลือบด้วยอีนาเมลเพื่อเป็นฉนวน

สำหรับเทอร์มิสเตอร์แพลตตินัมซึ่งใช้ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างกว่าทองแดงควรคำนึงถึงการพึ่งพาค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานต่ออุณหภูมิด้วย ในการทำเช่นนี้อย่าใช้สอง แต่เป็นสามเงื่อนไขในการขยายอนุกรมกำลังของฟังก์ชัน จ x .

ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ -50 ถึง 700 °C สูตรค่อนข้างแม่นยำ

โดยที่ แพลทินัม α = 3.94 · 10 -3 1/°С, β = 5.8 · 10 -7 (1/°С) 2

เทอร์มิสเตอร์แพลทินัมผลิตขึ้นเชิงพาณิชย์และถูกกำหนดให้เป็น TSP (ความต้านทานความร้อนแพลตตินัม) โดยมีระดับที่เหมาะสม กรัม 20 มีความต้านทาน 10.00 โอห์ม ที่ 0 °C องศา 21 - 46.00 โอห์ม; กรัม 22 - 100.00 โอห์ม แพลตตินัมใช้ในรูปแบบของลวดเปลือยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.05-0.07 มม.

ในตาราง รูปที่ 1 แสดงการพึ่งพาความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์โลหะกับอุณหภูมิ สิ่งเหล่านี้เรียกว่าตารางการสอบเทียบมาตรฐาน

ตารางที่ 1.การพึ่งพาความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ต่ออุณหภูมิ

ในรูป รูปที่ 1 แสดงอุปกรณ์ของเทอร์โมมิเตอร์วัดความต้านทานแพลทินัม เทอร์มิสเตอร์นั้นทำจากลวดแพลตตินัม 1 , แผลบนแผ่นไมกา 2 วิการหั่น ไมกาซ้อนทับ 3 ป้องกันการม้วนและยึดด้วยเทปสีเงิน 4. การค้นพบเงิน 5 ผ่านฉนวนพอร์ซเลน 6. ความต้านทานความร้อนถูกวางไว้ในกล่องป้องกันโลหะ 7

ข้าว. 1. เทอร์โมมิเตอร์ต้านทานแพลตตินัม

บ้าน » ล็อค » เทอร์มิสเตอร์: หลักการทำงาน เทอร์มิสเตอร์ - ลักษณะและหลักการทำงาน คำจำกัดความของ V และ TCS สำหรับเทอร์มิสเตอร์