ترمیستور نوعی رزیستور خاص است که مقاومت آن وابسته به دما می‌باشد. سعی داریم در این مقاله در خصوص ترمیستور، انواع مختلف آن، نحوه عملکرد، کاربردهای مختلف و همچنین مزایا و معایب آن توضیحاتی ارائه دهیم.
ترمیستور چیست؟
ترمیستور یک جزء الکتریکی نیمه رسانا و دو قطبی است که مقاومت آن به دما بستگی دارد. ” مقاومت‌های حرارتی” به اختصار ترمیستور نامیده می‌شوند. ترمیستورها اغلب از اکسید-فلز نیمه رسانا تشکیل شده و به اشکال مهرهای، دیسکی یا استوانه‌ای ساخته می‌شوند و پس از آن بهوسیله موادی همچون شیشه یا اپوکسی پوشانیده می‌شوند.
تصویر ۱ – معرفی ترمیستور
مایکل فارادی خالق ترمیستور، در طول تحقیقات خود دریافت که مقاومت سولفید نقره با افزایش دما، به طرز چشمگیری کاهش می‌یابد. در طول این تحقیقات که در دهه ۱۹۳۰ انجام گرفته بود، ساموئل روبن، نخستین ترمیستور تجاری را اختراع کرد. همچنین از ترمیستور با عنوان “دماسنج مقاومتی” یاد می‌شود و به همین دلیل در ساخت سنسورهای دما کاربرد فراوانی دارند.
تصویر ۲ – نماد ترمیستور (a) استاندارد بین المللی (b) استاندارد آمریکا
انواع ترمیستورها
دو نوع ترمیستور وجود دارد:
. ترمیستورهای NTC ( ضریب دمای منفی)
. ترمیستورهای PTC ( ضریب دمای مثبت)
ترمیستورهای NTC (ضریب دمای منفی)
این نوع از ترمیستورها نوعی رزیستور حساس به حرارت هستند. مقاومت آنها با افزایش دمای مرکزی به بالاتر از مقدار مشخص، به شیوه دقیق و قابل حدسی کاهش می‌یابد.
از این نوع دستگاه‌ها به عنوان سنسور دمای غیررسانا استفاده می‌شود. نکته دیگر اینکه ضریب حساسیت دمایی بالایی دارند. از NTCها در گستره دمایی وسیعی از ۵۰- درجه سانتی‌گراد تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شود.
تصویر ۳ – منحنی NTC در مقابل منحنی RTD
از منحنی رفتاری NTC که در تصویر شماره ۳ مشاهده می‌کنیم، اینگونه برداشت می‌شود که شیب “مقاومت دمایی” ترمیستورهای NTC در مقایسه با حسگر مقاومتی دما (RTD) به طرز چشمگیری تند است.
ترمیستورهای NTC بر اساس نوع مواد تشکیل‌دهنده، در دو دسته زیر قرار می‌گیرند:
. ترمیستورهای مهرهای
. ترمیستورهای دیسکی و تراشه‌ای
ترمیستورهای مهرهای
. از سیم‌های سرب آلیاژ پلاتین ساخته شده‌اند و درون بدنه‌ای از جنس سرامیک قرار گرفته‌اند.
. نسبت به سنسورهای دیگر در دمای بالاتری کار کرده و واکنش سریعتری دارند.
. بسیار آسیب‌پذیر هستند.
. اغلب در درون شیشه قرار می‌گیرند تا در برابر آسیب‌های احتمالی در زمان مونتاژ محافظت شده و ثبات دمایی آنها نیز افزایش یابد.
ترمیستورهای دیسکی و تراشه‌ای
. نسبت به ترمیستورهای مهرهای بزرگتر هستند.
. هر دو دارای سطوح فلزی هستند.
. زمان واکنش آنها نسبت به ترمیستورهای مهرهای کوتاه‌تر است.
. اندازه آنها این امکان را فراهم می‌سازد تا در صورت افزایش دمای ۱ درجه‌ای هم توان بیشتری داشته باشند.
. در حقیقت، این نوع از ترمیستورها، نسبت به ترمیستورهای مهرهای توانایی بیشتری برای هدایت جریان‌های بالاتر دارند.
. در اندازه‌های مختلفی از ۰.۲۵ میلی‌متر تا ۲۵ میلی‌متر تولید می‌شوند.
تصویر۴ – نمایی از ترمیستورها
ترمیستورهای PTC ( ضریب دمای مثبت)
ترمیستور PTC با نام رزیستور حساس به دما شناخته می‌شود. مقاومت این نوع ترمیستور، با افزایش دما به طرز چشمگیری افزایش می‌یابد. جنس این نوع ترمیستور معمولا سرامیکی پلی – کریستال است.
PTCها در حالت اولیه خود بسیار مقاوم هستند، بنابراین برای تبدیل آنها به اجسام نیمه رسانا، از ناخالصی استفاده می‌شود. دمای انتقالی آنها از ۶۰ تا ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد.
ترمیستورهای PTC بر اساس مواد تشکیل دهنده و ساختار خود به چند گروه تقسیم می‌شوند:
. ترمیستورهای PTC سیلیستور
. ترمیستورهای switching PTC
تصویر ۵ – طبقه‌بندی ترمیستورها
ترمیستورهای PTC سیلیستور
. در داخل این نوع از ترمیستورها از سیلیکون آلاییده برای تبدیل آن به جسم نیمه رسانا استفاده شده است.
. سیلیکون آلاییده با افزودن ناخالصی و تبدیل آن از یک جسم عایق به رسانا ایجاد می‌شود.
. این نوع از ترمیستورها از لایه‌های بسیار نازک سیلیکون ساخته شده و بعد به اشکال مختلف در می‌آیند.
. از آنها به عنوان سنسور دمایی استفاده می‌شود.
ترمیستورهای switching PTC
. این نوع ترمیستورها از مواد پلی کریستالی ساخته می‌شوند.
. این مواد خرد و ترکیب و شکل دهی شده، و سپس جاگذاری می‌شوند.
. مراحل تولید می‌بایست کاملا تمیز باشد، زیرا ناخالصی در مقاومت مواد سبب ایجاد تغییراتی اساسی در ویژگی‌های دمایی و الکتریکی آنها می‌شود.
نحوه عملکرد ترمیستورها به چه صورت است؟
بهتر است با قوانین عملکرد سیستم کنترل دما که در آن از ترمیستور استفاده می‌شود، آشنا شویم. سیستم از موارد زیر تشکیل می‌شود:
. واحد شناساگر دما
. واحد کنترل دما
. واحد GUI
واحد شناساگر دما
از ترمیستور در کنار مدار تقسیم ولتاژ در جهت تشخیص دمای فعلی سیستم استفاده می‌گردد. ترمیستورها در دماهای مختلف، مقاومت‌های متفاوتی از خود نشان می‌دهند که در نتیجه سبب کاهش ولتاژ مختلف در مدار تقسیم می‌گردد. ADC این سیگنال‌های آنالوگ را به دیجیتال تبدیل می‌کند.
واحد کنترل دما
این واحد از میکروکنترلر، DAC، آمپلی فایر قدرت/ تفاضلی تشکیل شده است. میکروکنترلر، به‌طور مداوم نمونه‌های دیجیتالی را از ADC دریافت کرده و دمای سیستم را تشخیص می‌دهد. همچنین دمای فعلی را با دمای مناسب سیستم مقایسه می‌نماید.
تصویر ۶ – نمودار بلوکی واحد کنترل دما
خروجی ۸ بیتی میکروکنترلر بهوسیله DAC به سینگال آنالوگ تبدیل می‌گردد. سپس این سیگنال به‌منظور افزایش یا کاهش دمای سیستم به آمپی‌فایر قدرت/تفاضلی داده می‌شود.
واحد GUI
واحد GUI (واسط کاربری گرافیکی) برای ارتباط کاربر نهایی با سیستم طراحی شده است. کاربر قادر به خواندن تنظیمات مختلف سیستم و اعمال تغییرات دلخواه بر روی آن‌هاست.
کاربردهای ترمیستور
در زیر، لیستی از کاربردهای ترمیستور را مشاهده می‌کنید:
. دماسنج‌های دیجیتالی از ترمیستورهایی برای ثبت دمای بدنه استفاده می‌کنند و این مقدار بر روی صفحه کوچک دماسنج به نمایش در می‌آید.
. ترمیستورها کاربرد بسیاری در صنعت خودروسازی دارند، از آنها برای تشخیص و ثبت دمای روغن و سردکن موتور استفاده می‌شود، که ما را از داغ شدن بیش از حد خودرو آگاه می‌سازد.
. درون همه باترهای قابل شارژ، از ترمیستور استفاده شده است. ترمیستور دما را تعدیل نموده و از سوختن باتری جلوگیری می‌نماید.
. کاربرد دیگر آنها در ساخت قطعات الکترونیکی کامپیوتر مثل CPU ،HDDها و LCDها به چشم می‌خورد.
. ترمیستورها در ساخت لوازم الکترونیکی خانگی مثل یخچال‌ها، ماشین ظرفشویی و پلوپزها، مایکروویو و غیره نیز کاربردهای فراوانی دارند.
مزایای ترمیستور
از جمله مزایای ترمیستور می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
. اندازه کوچک آنها باعث می‌شود تا جای کمی اشغال کنند.
. امکان تولید بیشتر و هزینه ساخت کمتر باعث می‌شود تا مقرون به صرفه باشند.
. ترمیستورهای NTC حساسیت فوق العاده‌ای دارند. از خالص‌ترین مواد برای ایجاد این حساسیت استفاده شده است.
. واکنش سریع و مناسبی در برابر کوچکترین تغییرات دمایی از خود نشان می‌دهند.
معایب ترمیستور
از جمله معایب ترمیستورها عبارتند از:
. مقاومت آنها نسبت به ویژگی‌های دمایی، غیرخطی است.
. برخی از ترمیستورها تحمل تغییرات بالای دمایی، که لازمه‌ی برخی موتورهاست را ندارند.
. برای اتصال بهتر به زمین، نیازمند خطوط برق محافظ بهتری هستند.
. به یک جریان تحریک، یا منبع ولتاژ نیاز دارند.
ترجمه: مینا مقدس نژاد (عضو تیم تحریریه وک شاپ)
منبع: electricalfundablog
