Thermistor é um dispositivo projetado para medir a temperatura, e consiste em um material semicondutor, que altera muito sua resistência com uma pequena mudança na temperatura. Geralmente, os termistores têm coeficientes de temperatura negativos, o que significa que sua resistência diminui com o aumento da temperatura.
Característica geral do termistor
A palavra "termistor" é a abreviação de seu termo completo: resistor termicamente sensível. Este dispositivo é um sensor preciso e fácil de usar para qualquer mudança de temperatura. Em geral, existem dois tipos de termistores: coeficiente de temperatura negativo e coeficiente de temperatura positivo. Na maioria das vezes, o primeiro tipo é usado para medir a temperatura.
A designação do termistor no circuito elétrico é mostrada na foto.
O material dos termistores são óxidos metálicos com propriedades semicondutoras. Durante a produção, esses dispositivos recebem a seguinte forma:
- disco;
- rod;
- esférica como uma pérola.
O termistor é baseado no princípio de fortemudança na resistência com uma pequena mudança na temperatura. Ao mesmo tempo, em uma determinada intensidade de corrente no circuito e uma temperatura constante, uma tensão constante é mantida.
Para usar o dispositivo, ele é conectado a um circuito elétrico, por exemplo, a uma ponte de Wheatstone, e a corrente e a tensão no dispositivo são medidas. De acordo com a lei simples de Ohm R=U/I determine a resistência. Em seguida, eles observam a curva de dependência da resistência em relação à temperatura, segundo a qual é possível dizer exatamente a que temperatura corresponde a resistência resultante. Quando a temperatura muda, o valor da resistência muda drasticamente, o que torna possível determinar a temperatura com alta precisão.
Material do termistor
O material da grande maioria dos termistores é cerâmica semicondutora. O processo de sua fabricação consiste na sinterização de pós de nitretos e óxidos metálicos em altas temperaturas. O resultado é um material cuja composição de óxidos tem a fórmula geral (AB)3O4 ou (ABC)3O4, onde A, B, C são elementos químicos metálicos. Os mais usados são manganês e níquel.
Se se espera que o termistor opere em temperaturas inferiores a 250 °C, então magnésio, cob alto e níquel são incluídos na composição cerâmica. As cerâmicas desta composição mostram a estabilidade das propriedades físicas na faixa de temperatura especificada.
Uma característica importante dos termistores é sua condutividade específica (o recíproco da resistência). A condutividade é controlada pela adição de pequenasconcentrações de lítio e sódio.
Processo de fabricação do instrumento
Os termistores esféricos são feitos aplicando-os a dois fios de platina em alta temperatura (1100°C). O fio é então cortado para moldar os contatos do termistor. Um revestimento de vidro é aplicado ao instrumento esférico para vedação.
No caso de termistores de disco, o processo de fazer contatos é depositar sobre eles uma liga metálica de platina, paládio e prata, e depois soldá-la ao revestimento do termistor.
Diferença dos detectores de platina
Além dos termistores semicondutores, existe outro tipo de detectores de temperatura, cujo material de trabalho é a platina. Esses detectores mudam sua resistência à medida que a temperatura muda de maneira linear. Para termistores, essa dependência de grandezas físicas tem um caráter completamente diferente.
As vantagens dos termistores sobre os equivalentes de platina são as seguintes:
- Maior sensibilidade de resistência a mudanças de temperatura em toda a faixa de operação.
- Alto nível de estabilidade do instrumento e repetibilidade das leituras.
- Pequeno em tamanho para responder rapidamente às mudanças de temperatura.
Resistência do termistor
Esta quantidade física diminui com o aumento da temperatura, e é importante considerar a faixa de temperatura de operação. Para limites de temperatura de -55 °C a +70 °C, são usados termistores com resistência de 2200 - 10000 ohms. Para temperaturas mais altas, use dispositivos com resistência superior a 10 kOhm.
Ao contrário dos detectores de platina e termopares, os termistores não possuem padrões específicos para curvas de resistência versus temperatura, e há uma grande variedade de curvas de resistência para escolher. Isso ocorre porque cada material do termistor, como um sensor de temperatura, tem sua própria curva de resistência.
Estabilidade e precisão
Estes instrumentos são quimicamente estáveis e não se degradam com o tempo. Os sensores termistores estão entre os instrumentos de medição de temperatura mais precisos. A precisão de suas medições em toda a faixa de operação é de 0,1 a 0,2 °C. Observe que a maioria dos aparelhos opera dentro de uma faixa de temperatura de 0 °C a 100 °C.
Parâmetros básicos de termistores
Os seguintes parâmetros físicos são básicos para cada tipo de termistor (é fornecida a decodificação de nomes em inglês):
- R25 - resistência do dispositivo em Ohms à temperatura ambiente (25 °С). Verificar esta característica do termistor é simples usando um multímetro.
- Tolerância de R25 - o valor da tolerância de desvio de resistência no dispositivo em relação ao seu valor definido a uma temperatura de 25 °С. Como regra, este valor não excede 20% de R25.
- Max. Corrente de estado estacionário - máximoo valor da corrente em amperes que pode fluir pelo dispositivo por um longo tempo. Exceder este valor ameaça com uma queda rápida na resistência e, como resultado, falha do termistor.
- Aprox. R de Máx. Corrente - este valor mostra o valor da resistência em Ohms, que o dispositivo adquire quando a corrente máxima passa por ele. Este valor deve ser 1-2 ordens de magnitude menor que a resistência do termistor à temperatura ambiente.
- Dissip. Coef. - um coeficiente que mostra a sensibilidade à temperatura do dispositivo à potência absorvida por ele. Este fator indica a quantidade de potência em mW que o termistor precisa absorver para aumentar sua temperatura em 1°C. Esse valor é importante porque mostra quanta energia você precisa gastar para aquecer o dispositivo até a temperatura de operação.
- Constante de Tempo Térmico. Se o termistor for usado como limitador de corrente de inrush, é importante saber quanto tempo levará para esfriar depois que a energia for desligada para estar pronto para ligá-la novamente. Como a temperatura do termistor depois de desligado diminui de acordo com uma lei exponencial, é introduzido o conceito de "Constante de Tempo Térmico" - o tempo durante o qual a temperatura do dispositivo diminui em 63,2% da diferença entre a temperatura de operação do o dispositivo e a temperatura ambiente.
- Max. Capacitância de carga em ΜF - a quantidade de capacitância em microfarads que pode ser descarregada através deste dispositivo sem danificá-lo. Este valor é indicado para uma tensão específica,por exemplo, 220 V.
Como testar o funcionamento do termistor?
Para uma verificação aproximada do termistor quanto à sua manutenção, você pode usar um multímetro e um ferro de solda comum.
Primeiro de tudo, ligue o modo de medição de resistência no multímetro e conecte os contatos de saída do termistor aos terminais do multímetro. Neste caso, a polaridade não importa. O multímetro mostrará uma certa resistência em ohms, ela deve ser registrada.
Então você precisa conectar o ferro de solda e trazê-lo para uma das saídas do termistor. Tenha cuidado para não queimar o dispositivo. Durante este processo, você deve observar as leituras do multímetro, ele deve mostrar uma resistência decrescente suavemente, que rapidamente se estabelecerá em algum valor mínimo. O valor mínimo depende do tipo de termistor e da temperatura do ferro de solda, geralmente é várias vezes menor que o valor medido no início. Nesse caso, você pode ter certeza de que o termistor está funcionando.
Se a resistência no multímetro não mudou ou, pelo contrário, caiu drasticamente, o dispositivo não é adequado para seu uso.
Observe que esta verificação é grosseira. Para um teste preciso do dispositivo, é necessário medir dois indicadores: sua temperatura e a resistência correspondente, e depois comparar esses valorescom os indicados pelo fabricante.
Aplicativos
Os termistores são usados em todas as áreas da eletrônica nas quais é importante monitorar as condições de temperatura. Essas áreas incluemcomputadores, equipamentos de alta precisão para instalações industriais e dispositivos para transmissão de dados diversos. Assim, o termistor da impressora 3D é usado como um sensor que controla a temperatura da cama de aquecimento ou da cabeça de impressão.
Um dos usos mais comuns de um termistor é limitar a corrente de energização, como ao ligar um computador. O fato é que, no momento em que a energia é ligada, o capacitor de partida, que possui grande capacidade, é descarregado, criando uma corrente enorme em todo o circuito. Esta corrente é capaz de queimar todo o chip, então um termistor é incluído no circuito.
Este aparelho na hora de ligar tinha temperatura ambiente e uma resistência enorme. Essa resistência pode reduzir efetivamente o pico de corrente no momento da partida. Além disso, o dispositivo aquece devido à corrente que passa por ele e à liberação de calor, e sua resistência diminui drasticamente. A calibração do termistor é tal que a temperatura de operação do chip do computador faz com que a resistência do termistor seja praticamente zero, e não há queda de tensão nele. Depois de desligar o computador, o termistor esfria rapidamente e restaura sua resistência.
Então, usar um termistor para limitar a corrente de inrush é econômico e bastante simples.
Exemplos de termistores
Atualmente, uma ampla gama de produtos está à venda, aqui estão as características e áreas de uso de alguns deles:
- Termistor B57045-K com fixação por porca, tem resistência nominal de 1kOhm com tolerância de 10%. Usado como sensor de medição de temperatura em eletrônicos de consumo e automotivos.
- B57153-S instrumento de disco, tem uma corrente máxima de 1,8 A a 15 ohms em temperatura ambiente. Usado como um limitador de corrente de partida.
