Principe de fonctionnement de la résistance Ntc. Utilisation de thermistances pour limiter les surintensités dans les alimentations. Qu'est-ce qu'une thermistance et son utilisation en électronique

Le mot « thermistance » est explicite : une RÉSISTANCE THERMIQUE est un dispositif dont la résistance change avec la température.

Les thermistances sont des dispositifs en grande partie non linéaires et présentent souvent de grandes variations de paramètres. C'est pourquoi de nombreux ingénieurs et concepteurs de circuits, même expérimentés, rencontrent des inconvénients lorsqu'ils travaillent avec ces appareils. Cependant, après avoir examiné ces appareils de plus près, vous pouvez constater que les thermistances sont en réalité assez appareils simples.

Tout d'abord, il faut dire que tous les appareils qui changent de résistance en fonction de la température ne sont pas appelés thermistances. Par exemple, thermomètres résistifs, qui sont fabriqués à partir de petites bobines de fil torsadé ou de films métalliques pulvérisés. Bien que leurs paramètres dépendent de la température, ils fonctionnent différemment des thermistances. Généralement, le terme « thermistance » est appliqué aux capteurs sensibles à la température. semi-conducteur dispositifs.

Il existe deux classes principales de thermistances : le TCR négatif (coefficient de résistance de température) et le TCR positif.

Il existe deux types fondamentalement différents de thermistances fabriquées avec un TCR positif. Certaines sont fabriquées comme des thermistances NTC, tandis que d'autres sont en silicium. Les thermistances TCR positives seront décrites brièvement, en mettant l'accent sur les thermistances TCR négatives les plus courantes. Ainsi, sauf instructions particulières, nous parlerons de thermistances à TCR négatif.

Les thermistances NTC sont des dispositifs non linéaires très sensibles, à plage étroite, dont la résistance diminue à mesure que la température augmente. La figure 1 montre une courbe montrant l'évolution de la résistance en fonction de la température et est un exemple typique dépendance de la résistance à la température. La sensibilité est d'environ 4 à 5 %/o C. Il existe une large gamme de valeurs de résistance, et le changement de résistance peut atteindre plusieurs ohms et même des kilo-ohms par degré.

R R o

Fig. 1 Les thermistances TCR négatives sont très sensibles et significativement

Les diplômes ne sont pas linéaires. R o peut être en ohms, kilo-ohms ou mégo-ohms :

1-rapport de résistance R/R o ; 2- température en °C

Les thermistances sont essentiellement des céramiques semi-conductrices. Ils sont fabriqués à partir de poudres d'oxydes métalliques (généralement des oxydes de nickel et de manganèse), parfois additionnées de petites quantités d'autres oxydes. Les oxydes en poudre sont mélangés avec de l'eau et divers liants pour obtenir une pâte liquide, qui prend la forme requise et est cuite à des températures supérieures à 1 000 °C.

Un revêtement métallique conducteur (généralement en argent) est soudé et les câbles sont connectés. La thermistance terminée est généralement recouverte de résine époxy ou de verre, ou enfermée dans un autre boîtier.

De la fig. 2, vous pouvez voir qu’il existe de nombreux types de thermistances.

Les thermistances se présentent sous la forme de disques et de rondelles d'un diamètre de 2,5 à environ 25,5 mm, et sous la forme de tiges de différentes tailles.

Certaines thermistances sont d'abord réalisées sous forme de grandes plaques, puis découpées en carrés. De très petites thermistances à billes sont fabriquées en brûlant directement une goutte de pâte sur deux bornes en alliage de titane réfractaire, puis en plongeant la thermistance dans du verre pour créer un revêtement.

Paramètres typiques

Dire « paramètres typiques » n'est pas tout à fait correct, car il n'existe que quelques paramètres typiques pour les thermistances. Pour plusieurs thermistances divers types, tailles, formes, valeurs et tolérances sont les mêmes un grand nombre de conditions techniques. De plus, les thermistances produites par différents fabricants ne sont souvent pas interchangeables.

Vous pouvez acheter des thermistances avec des résistances (à 25 o C - la température à laquelle la résistance de la thermistance est généralement déterminée) d'un ohm à dix mégohms ou plus. La résistance dépend de la taille et de la forme de la thermistance, cependant, pour chaque type spécifique, les valeurs de résistance peuvent différer de 5 à 6 ordres de grandeur, ce qui est obtenu en changeant simplement le mélange d'oxydes. Lors du remplacement du mélange, le type de dépendance à la température de la résistance (courbe R-T) change également et la stabilité à haute température change. Heureusement, les thermistances suffisamment résistantes pour être utilisées à des températures élevées ont également tendance à être plus stables.

Les thermistances bon marché ont généralement des tolérances de paramètres assez importantes. Par exemple, les valeurs de résistance admissibles à 25 o C varient entre ± 20 % et ± 5 %. À des températures plus élevées ou plus basses, la dispersion des paramètres augmente encore plus. Pour une thermistance typique ayant une sensibilité de 4 % par degré Celsius, les tolérances de température mesurées correspondantes vont d'environ ±5 °C à ±1,25 °C à 25 °C. Les thermistances de haute précision seront abordées plus loin dans cet article.

Il a été dit précédemment que les thermistances sont des appareils à portée étroite. Cela doit être expliqué : la plupart des thermistances fonctionnent entre -80°C et 150°C, et certains appareils (généralement à revêtement de verre) fonctionnent à 400°C et à des températures plus élevées. Cependant, pour des raisons pratiques, la plus grande sensibilité des thermistances limite leur plage de température utile. La résistance d'une thermistance typique peut varier d'un facteur de 10 000 ou 20 000 à des températures allant de -80° C à +150° C. On peut imaginer la difficulté de concevoir un circuit qui fournit des mesures précises aux deux extrémités de cette plage (à moins que la commutation de gamme est utilisée). La résistance de la thermistance, évaluée à zéro degré, ne dépassera pas plusieurs ohms à

La plupart des thermistances utilisent la soudure pour connecter les fils en interne. Évidemment, une telle thermistance ne peut pas être utilisée pour mesurer des températures supérieures au point de fusion de la soudure. Même sans soudure, le revêtement époxy des thermistances ne dure qu'à une température ne dépassant pas 200°C. Pour des températures plus élevées, il est nécessaire d'utiliser des thermistances à revêtement de verre avec des fils soudés ou fusionnés.

Les exigences de stabilité limitent également l'utilisation de thermistances à des températures élevées. La structure des thermistances commence à changer lorsqu'elles sont exposées à des températures élevées, et la vitesse et la nature du changement sont largement déterminées par le mélange d'oxydes et la méthode de fabrication de la thermistance. Une certaine dérive dans les thermistances à revêtement époxy commence à des températures supérieures à 100°C environ. Si une telle thermistance fonctionne en continu à 150 °C, la dérive peut alors être mesurée de plusieurs degrés par an. Les thermistances à faible résistance (par exemple, pas plus de 1 000 ohms à 25 o C) sont souvent encore pires : leur dérive peut être remarquée lorsqu'elles fonctionnent à environ 70 o C. Et à 100 o C, elles deviennent peu fiables.

Les appareils bon marché avec des tolérances plus grandes sont fabriqués avec moins d’attention aux détails et peuvent produire des résultats encore pires. D'un autre côté, certaines thermistances à revêtement de verre correctement conçues ont une excellente stabilité même à des températures plus élevées. Les thermistances à billes revêtues de verre ont une très bonne stabilité, tout comme les thermistances à disque revêtues de verre plus récemment introduites. Il ne faut pas oublier que la dérive dépend à la fois de la température et du temps. Par exemple, il est généralement possible d'utiliser une thermistance à revêtement époxy lorsqu'elle est brièvement chauffée à 150°C sans dérive significative.

Lors de l'utilisation de thermistances, la valeur nominale doit être prise en compte dissipation de puissance constante. Par exemple, une petite thermistance à revêtement époxy a une constante de dissipation d'un milliwatt par degré Celsius dans l'air calme. En d’autres termes, un milliwatt de puissance dans une thermistance augmente sa température interne d’un degré Celsius, et deux milliwatts augmentent sa température interne de deux degrés, et ainsi de suite. Si vous appliquez une tension d'un volt à une thermistance d'un kilo-ohm ayant une constante de dissipation d'un milliwatt par degré Celsius, vous obtiendrez une erreur de mesure d'un degré Celsius. Les thermistances dissipent plus de puissance si elles sont plongées dans un liquide. La même petite thermistance à revêtement époxy mentionnée ci-dessus dissipe 8 mW/°C lorsqu'elle est placée dans une huile bien mélangée. Les thermistances de plus grandes dimensions ont une meilleure dissipation constante que petits appareils. Par exemple, une thermistance en forme de disque ou de rondelle peut dissiper une puissance de 20 ou 30 mW/o C dans l'air ; il faut rappeler que, tout comme la résistance d'une thermistance change en fonction de la température, sa puissance dissipée également changements.

Équations pour les thermistances

Il n’existe pas d’équation exacte pour décrire le comportement d’une thermistance ; il n’en existe que des équations approximatives. Considérons deux équations approximatives largement utilisées.

La première équation approximative, exponentielle, est tout à fait satisfaisante pour des plages de températures limitées, notamment lors de l'utilisation de thermistances de faible précision.

Thermistances NTC et PTC

Actuellement, l'industrie produit une vaste gamme de thermistances, de posistors et de thermistances NTC. Chaque modèle séparé ou une série est fabriquée pour fonctionner dans certaines conditions, certaines exigences leur sont imposées.

Par conséquent, une simple liste des paramètres des posistors et des thermistances NTC sera de peu d’utilité. Nous emprunterons un itinéraire légèrement différent.

Chaque fois que vous mettez la main sur une thermistance avec des marquages faciles à lire, vous devez trouver une feuille de référence ou une fiche technique sur ce modèle thermistance.

Si vous ne savez pas ce qu’est une fiche technique, je vous conseille de jeter un œil à cette page. En un mot, la fiche technique contient des informations sur tous les principaux paramètres de ce composant. Ce document répertorie tout ce que vous devez savoir pour appliquer un composant électronique spécifique.

J'avais cette thermistance en stock. Jetez un oeil à la photo. Au début, je ne savais rien de lui. Il y avait peu d'informations. À en juger par le marquage, il s'agit d'une thermistance PTC, c'est-à-dire d'un posistor. C'est écrit dessus - PTC. Ce qui suit est le marquage C975.

Au début, il peut sembler peu probable qu'il soit possible de trouver au moins quelques informations sur ce posistor. Mais ne baissez pas le nez ! Ouvrez le navigateur, tapez une phrase comme celle-ci dans Google : « posistor c975 », « ptc c975 », « ptc c975 datasheet », « ptc c975 datasheet », « posistor c975 datasheet ». Ensuite, il ne reste plus qu'à trouver la fiche technique de ce posistor. En règle générale, les fiches techniques sont formatées sous forme de fichier PDF.

À partir de la fiche technique trouvée sur CTP C975, j'ai appris ce qui suit. Il est produit par EPCOS. Titre complet B59975C0160A070(série B599*5). Cette thermistance PTC est utilisée pour limiter le courant lorsque court-circuit et les surcharges. Ceux. C'est une sorte de fusible.

je vais donner une table avec le principal caractéristiques techniques pour la série B599*5, ainsi qu'une brève explication de tout ce que signifient tous ces chiffres et lettres.

Tournons maintenant notre attention vers Caractéristiques électriques un produit spécifique, dans notre cas il s'agit d'un posistor PTC C975 (marquage complet B59975C0160A070). Jetez un œil au tableau suivant.

Je R - Courant nominal (mA). Courant nominal. C'est le courant auquel un posistor donné peut résister pendant une longue période. Je dirais aussi que cela fonctionne, courant normal. Pour le posistor C975, le courant nominal est d'un peu plus d'un demi-ampère, plus précisément de 550 mA (0,55 A).

EST - Courant de commutation (mA). Courant de commutation. Il s'agit de la quantité de courant circulant à travers un posistor à laquelle sa résistance commence à augmenter fortement. Ainsi, si un courant de plus de 1100 mA (1,1A) commence à circuler à travers le posistor C975, il commencera à remplir sa fonction de protection, ou plutôt, il commencera à limiter le courant qui le traverse en raison d'une augmentation de la résistance. . Courant de commutation ( EST) et température de référence ( Tref) sont connectés, car le courant de commutation fait chauffer le posistor et sa température atteint le niveau Tref, auquel la résistance du posistor augmente.

Je Smax - Courant de commutation maximal (UN). Courant de commutation maximal. Comme nous pouvons le voir sur le tableau, pour cette valeur, la valeur de tension sur le posistor est également indiquée - V=Vmax. Ce n’est pas un hasard. Le fait est que n'importe quel posistor peut absorber une certaine puissance. S'il dépasse la limite autorisée, il échouera.

C'est pourquoi la tension est également indiquée pour le courant de commutation maximum. Dans ce cas, elle est égale à 20 volts. En multipliant 3 ampères par 20 volts, on obtient une puissance de 60 watts. C'est exactement la puissance que notre posistor peut absorber en limitant le courant.

Je r - Courant résiduel (mA). Courant résiduel. Il s'agit du courant résiduel qui traverse le posistor après son déclenchement et commence à limiter le courant (par exemple, lors d'une surcharge). Le courant résiduel maintient le posistor chauffé afin qu'il soit dans un état « chaud » et agit comme un limiteur de courant jusqu'à ce que la cause de la surcharge soit éliminée. Comme vous pouvez le constater, le tableau montre la valeur de ce courant pour différentes tensions sur le posistor. Un pour le maximum ( V=Vmax), un autre pour nominal ( V=VR). Il n'est pas difficile de deviner qu'en multipliant le courant limite par la tension, nous obtenons la puissance nécessaire pour maintenir le chauffage du posistor dans l'état activé. Pour un posistor CTP C975 cette puissance est de 1,62 ~ 1,7 W.

Ce qui s'est passé R R Et Rmin Le graphique suivant nous aidera à comprendre.

Rmin - Résistance minimale (Ohm). Résistance minimale. La plus petite valeur de résistance du posistor. La résistance minimale, qui correspond à la température minimale à partir de laquelle commence la gamme avec TCR positif. Si vous étudiez en détail les graphiques des posistors, vous remarquerez que jusqu'à la valeur T Rmin Au contraire, la résistance du posistor diminue. C'est-à-dire un posistor à des températures inférieures T Rmin se comporte comme une « très mauvaise » thermistance NTC et sa résistance diminue (légèrement) avec l’augmentation de la température.

R R - Résistance nominale (Ohm). Résistance nominale. Il s'agit de la résistance du posistor à une température préalablement spécifiée. Habituellement ceci 25°C(moins souvent 20°С). En termes simples, il s'agit de la résistance d'un posistor à température ambiante, que nous pouvons facilement mesurer avec n'importe quel multimètre.

Approbations - traduit littéralement, c'est l'approbation. C'est-à-dire qu'il est approuvé par tel ou tel organisme qui s'occupe du contrôle qualité, etc. Pas particulièrement intéressé.

Le code de commande - numéro de série. Ici, je pense que c'est clair. Étiquetage complet du produit. Dans notre cas il s’agit du B59975C0160A070.

Grâce à la fiche technique du posistor PTC C975, j'ai appris qu'il peut être utilisé comme fusible à réarmement automatique. Par exemple, dans un appareil électronique qui, en mode de fonctionnement, consomme un courant ne dépassant pas 0,5 A à une tension d'alimentation de 12 V.

Parlons maintenant des paramètres des thermistances NTC. Permettez-moi de vous rappeler que la thermistance NTC a un TCS négatif. Contrairement aux posistors, lorsqu'elle est chauffée, la résistance d'une thermistance NTC chute fortement.

J'avais plusieurs thermistances NTC en stock. Ils étaient principalement installés dans les alimentations et toutes sortes d’unités de puissance. Leur but est de limiter le courant de démarrage. J'ai opté pour cette thermistance. Découvrons ses paramètres.

Les seules marques sur le corps sont les suivantes : 16D-9 F1. Après une courte recherche sur Internet, nous avons réussi à trouver une fiche technique pour toute la série de thermistances NTC MF72. Plus précisément, notre copie est MF72-16D9. Cette série de thermistances est utilisée pour limiter le courant d'appel. Le graphique suivant montre clairement le fonctionnement d'une thermistance NTC.

Au moment initial, lorsque l'appareil est allumé (par exemple, une alimentation à découpage pour ordinateur portable, un adaptateur, une alimentation pour ordinateur, un chargeur), la résistance de la thermistance NTC est élevée et absorbe l'impulsion de courant. Ensuite, il se réchauffe et sa résistance diminue plusieurs fois.

Pendant que l'appareil fonctionne et consomme du courant, la thermistance est chauffée et sa résistance est faible.

Dans ce mode, la thermistance n’offre pratiquement aucune résistance au courant qui la traverse. Dès que l'appareil électrique est débranché de la source d'alimentation, la thermistance refroidit et sa résistance augmente à nouveau.

Tournons notre attention vers les paramètres et les principales caractéristiques de la thermistance NTC MF72-16D9. Jetons un coup d'œil au tableau.

R25 - Résistance nominale de la thermistance à 25°C (Ohm). Résistance de la thermistance à une température ambiante de 25°C. Cette résistance peut être facilement mesurée avec un multimètre. Pour la thermistance MF72-16D9, c'est 16 Ohms. En fait R25- c'est la même chose que R R(Résistance nominale) pour un posistor.

Max. Courant en régime permanent - Courant maximum de la thermistance (UN). Le courant maximum possible à travers la thermistance qu'elle peut supporter pendant une longue période. Si vous dépassez le courant maximum, une chute de résistance semblable à une avalanche se produira.

Environ. R de Max. Actuel - Résistance de la thermistance au courant maximum (Ohm). Valeur approximative de la résistance de la thermistance NTC au débit de courant maximum. Pour la thermistance NTC MF72-16D9, cette résistance est de 0,802 Ohm. C'est presque 20 fois inférieur à la résistance de notre thermistance à une température de 25°C (lorsque la thermistance est « froide » et non chargée de courant circulant).

Dissiper. Coef. - Facteur de sensibilité énergétique (mW/°C). Pour que la température interne de la thermistance change de 1°C, elle doit absorber une certaine quantité d'énergie. Le rapport entre la puissance absorbée (en mW) et le changement de température de la thermistance indique ce paramètre. Pour notre thermistance MF72-16D9, ce paramètre est de 11 milliWatt/1°C.

Permettez-moi de vous rappeler que lorsqu'une thermistance NTC chauffe, sa résistance chute. Pour le chauffer, le courant qui le traverse est consommé. Par conséquent, la thermistance absorbera de l’énergie. La puissance absorbée entraîne un échauffement de la thermistance, ce qui entraîne à son tour une diminution de la résistance de la thermistance NTC de 10 à 50 fois.

Constante de temps thermique - Constante de temps de refroidissement (S). Temps pendant lequel la température d'une thermistance déchargée changera de 63,2 % de la différence de température entre la thermistance elle-même et l'environnement. En termes simples, il s'agit du temps pendant lequel la thermistance NTC a le temps de refroidir après que le courant cesse de la traverser. Par exemple, lorsque l’alimentation électrique est débranchée du secteur.

Max. Capacité de charge en μF - Capacité de décharge maximale . Caractéristique de test. Affiche la capacité qui peut être déchargée dans une thermistance NTC via une résistance de limitation dans un circuit de test sans l'endommager. La capacité est indiquée en microfarads et pour une tension spécifique (120 et 220 volts courant alternatif(VAC)).

Tolérance de R 25 - Tolérance . Écart admissible de la résistance de la thermistance à une température de 25°C. Sinon, il s'agit d'un écart par rapport à la résistance nominale R25. Généralement, la tolérance est de ±10 à 20 %.

Ce sont tous les principaux paramètres des thermistances. Bien sûr, il existe d'autres paramètres que l'on peut trouver dans les fiches techniques, mais ils sont généralement facilement calculés à partir des paramètres principaux.

J'espère que désormais, lorsque vous tomberez sur un composant électronique qui ne vous est pas familier (pas forcément une thermistance), il vous sera facile de connaître ses principales caractéristiques, paramètres et fonction.

Une thermistance (thermistance) est un élément électronique à semi-conducteurs qui ressemble à une résistance fixe, mais qui présente une caractéristique de température prononcée. Cette sorte appareils électroniques, sont généralement utilisés pour modifier la tension de sortie analogique afin de tenir compte des changements de température ambiante. En d'autres termes, les propriétés électriques de la thermistance et le principe de fonctionnement sont directement liés au phénomène physique - la température.

Une thermistance est un élément semi-conducteur sensible à la température fabriqué à partir d'oxydes métalliques semi-conducteurs. A généralement la forme d'un disque ou d'une boule avec des fils métallisés ou de connexion.

De telles formes permettent à la valeur résistive de varier proportionnellement à de petits changements de température. Pour les résistances standards, une modification de la résistance due à l’échauffement semble être un phénomène indésirable.

Mais le même effet semble réussi lors de la construction de plusieurs circuits électroniques, nécessitant une détermination de la température.

Ainsi, étant un dispositif électronique non linéaire à résistance variable, la thermistance est bien adaptée pour fonctionner comme capteur à thermistance. Ces types de capteurs sont largement utilisés pour surveiller la température des liquides et des gaz.

En tant que dispositif à semi-conducteurs composé d'oxydes métalliques très sensibles, la thermistance fonctionne au niveau moléculaire.

Les électrons de Valence deviennent actifs et reproduisent un TCR négatif, ou passifs et reproduisent alors un TCR positif.

En conséquence, les appareils électroniques - les thermistances - démontrent une très bonne résistivité reproductible, tout en conservant des caractéristiques de performance qui permettent un fonctionnement productif dans la plage de températures allant jusqu'à 200ºC.

Application des thermistances dans la pratique

L'application de base dans ce cas concerne les capteurs de température résistifs. Cependant, ces mêmes éléments électroniques, appartenant à la famille des résistances, peuvent être utilisés avec succès en série avec d'autres composants ou dispositifs.

Circuits simples inclusion de thermistances, montrant le fonctionnement d'appareils en tant que capteurs de température - une sorte de convertisseurs de tension dus aux changements de résistance

Ce circuit de connexion permet de contrôler le courant circulant dans le composant. Ainsi, les thermistances agissent également comme des limiteurs de courant.

Les thermistances sont produites en différents types, à base de différents matériaux et diffèrent en taille en fonction du temps de réponse et de la température de fonctionnement.

Il existe des versions scellées des appareils qui sont protégées de la pénétration de l'humidité. Il existe des modèles pour des températures de fonctionnement élevées et de taille compacte.

Il existe trois types de thermistances les plus courants :

balle,
disque,
encapsulé.

Les appareils fonctionnent en fonction des changements de température :

Pour diminuer la valeur résistive.
Pour augmenter la valeur résistive.

Autrement dit, il existe deux types d'appareils :

Avoir un TCS négatif (NTC).
TCS positif (PTC).

Coefficient TCS négatif

Les thermistances TCR NTC négatives diminuent leur valeur résistive à mesure que la température externe augmente. En règle générale, ces appareils sont souvent utilisés comme capteurs de température, car ils sont idéaux pour presque tous les types d'appareils électroniques nécessitant un contrôle de la température.

La réponse négative relativement importante d'une thermistance NTC signifie que même de petits changements de température peuvent modifier considérablement la résistance électrique de l'appareil. Ce facteur rend les modèles NTC idéaux pour une mesure précise de la température.

Circuit d'étalonnage (vérification) de la thermistance : 1 - alimentation ; 2 - sens du courant ; 3—élément électronique à tester, thermistance ; 4 - microampèremètre d'étalonnage

Les thermistances NTC, qui réduisent la résistance à mesure que la température augmente, sont disponibles avec différentes résistances de base. Généralement, les résistances de base sont à température ambiante.

Par exemple : 25 ºC est pris comme point de température de contrôle (de base). À partir de là, les valeurs des appareils, par exemple, des dénominations suivantes sont construites :

2,7 kOhms (25 ºC),
10 kOhms (25 ºC)
47 kOhms (25ºC)….

Une autre caractéristique importante est la valeur « B ». La valeur de « B » est une constante déterminée par le matériau céramique à partir duquel la thermistance est fabriquée.

La même constante détermine le gradient de la courbe du rapport résistif (R/T) dans une certaine plage de température entre deux points de température.

Chaque matériau de thermistance a une constante de matériau différente et donc une courbe résistance-température individuelle.

Ainsi, la constante « B » détermine une valeur résistive à la base T1 (25ºC) et une autre valeur à T2 (par exemple à 100ºC).

Par conséquent, la valeur de B déterminera la constante matérielle de la thermistance limitée par la plage de T1 et T2 :

B*T1/T2 (B*25/100)

p.s. Les valeurs de température dans les calculs sont prises en étalonnage Kelvin.

Il s’ensuit qu’ayant la valeur « B » (d’après les caractéristiques du fabricant) d’un appareil particulier, l’ingénieur électronicien n’aura qu’à créer un tableau de températures et de résistances afin de construire un graphique approprié en utilisant l’équation normalisée suivante :

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

où : T 1, T 2 – températures en degrés Kelvin ; R 1, R 2 – résistances aux températures correspondantes en Ohms.

Par exemple, une thermistance NTK avec une résistance de 10 kOhm a une valeur « V » de 3455 dans la plage de température de 25 à 100 ºC.

Le point évident est que les thermistances changent de résistance de façon exponentielle avec les changements de température, la caractéristique n'est donc pas linéaire. Plus il y a de points de contrôle définis, plus la courbe est précise.

Utiliser une thermistance comme capteur actif

Étant donné que l'appareil est un type de capteur actif, il nécessite un signal d'excitation pour fonctionner. Tout changement de résistance résultant d'un changement de température est converti en changement de tension.

L'industrie produit des thermistances de différentes conceptions, y compris des thermistances de haute précision et protégées de manière fiable, destinées à être utilisées dans des systèmes de haut niveau.

Le moyen le plus simple d'obtenir cet effet consiste à utiliser une thermistance dans le cadre d'un circuit diviseur de potentiel, comme le montre la figure ci-dessous. Une tension constante est fournie au circuit de résistance et de thermistance.

Par exemple, un circuit est utilisé dans lequel une thermistance de 10 kOhm est connectée en série avec une résistance de 10 kOhm. Dans ce cas, la tension de sortie à la base T = 25ºC sera la moitié de la tension d'alimentation.

Ainsi, un circuit diviseur de potentiel est un exemple de simple convertisseur résistance-tension. Ici, la résistance de la thermistance est régulée par la température, suivie de la formation d'une valeur de tension de sortie proportionnelle à la température.

En termes simples : plus le corps de la thermistance est chaud, plus la tension de sortie est faible.

Pendant ce temps, si la position de la résistance série, RS et de la thermistance R TH est modifiée, le niveau de tension de sortie passera au vecteur opposé. Autrement dit, plus la thermistance chauffe, plus le niveau de tension de sortie sera élevé.

Les thermistances peuvent également être utilisées dans le cadre d'une configuration de base utilisant un circuit en pont. La connexion entre les résistances R1 et R2 fixe la tension de référence à la valeur requise. Par exemple, si R1 et R2 ont les mêmes valeurs de résistance, la tension de référence est la moitié de la tension d'alimentation (V/2).

Un circuit amplificateur construit à l'aide de ce circuit en pont de sonde thermique peut agir comme un amplificateur différentiel haute sensibilité ou comme un simple circuit déclencheur de Schmitt avec fonction de commutation.

Connexion d'une thermistance à un circuit en pont : R1, R2, R3 - conventionnel résistances fixes; Rt - thermistance ; A - appareil de mesure microampèremètre

Il y a un problème avec la thermistance (effet d'auto-échauffement). Dans de tels cas, la puissance dissipée I 2 R est assez élevée et crée plus de chaleur que le corps du dispositif ne peut en dissiper. En conséquence, cette chaleur « supplémentaire » affecte la valeur résistive, entraînant de fausses lectures.

L'un des moyens de se débarrasser de l'effet « d'auto-échauffement » et d'obtenir un changement plus précis de la résistance sous l'influence de la température (R/T) consiste à alimenter la thermistance à partir d'une source de courant constant.

Thermistance comme régulateur de courant de démarrage

Les appareils sont traditionnellement utilisés comme convertisseurs résistifs sensibles à la température. Cependant, la résistance de la thermistance change non seulement sous l'influence de l'environnement, mais des changements sont également observés en raison du courant électrique circulant à travers l'appareil. L'effet du même "auto-échauffement".

Divers équipements électriques à composant inductif :

les moteurs,
transformateurs,
lampes électriques,
autre,

soumis à des courants d’appel excessifs lors de la première mise sous tension. Mais si une thermistance est connectée en série dans le circuit, le courant initial élevé peut être efficacement limité. Cette solution contribue à augmenter la durée de vie des équipements électriques.

Les thermistances à faible TCR (à 25 °C) sont généralement utilisées pour réguler le courant d'appel. Les soi-disant limiteurs de courant (limiteurs de surtension) modifient la résistance à une valeur très faible lorsqu'un courant de charge passe.

Lors de la première mise sous tension de l'équipement, le courant de démarrage traverse une thermistance froide dont la valeur résistive est assez élevée. Sous l'influence du courant de charge, la thermistance chauffe et la résistance diminue lentement. Cela permet une régulation en douceur du courant dans la charge.

Les thermistances NTC sont très efficaces pour assurer une protection contre les courants d'appel trop élevés. L'avantage ici est que ce type de dispositif est capable de gérer efficacement des courants d'appel plus élevés que les résistances standards.

Mots clés:

Electrotechnique / Electronique à semi-conducteurs / 8.2.1. Principe de fonctionnement des posisteurs

Un posistor est une thermistance semi-conductrice avec un coefficient de température de résistance positif.

En production de masse, les posistors sont fabriqués à base de céramique de titanate de baryum. Le titanate de baryum BaTiO 3 est un diélectrique avec une résistivité à température ambiante de 10 10 ...10 12 Ohm. cm, ce qui dépasse largement la résistivité des semi-conducteurs. Si toutefois on introduit dans la composition de céramiques de titanate de baryum, proche du rayon de l'ion titane, cela entraînera une diminution de la résistivité à 10...10 2 Ohms. cm, qui correspond à la résistivité des matériaux semi-conducteurs.

Le titanate de baryum semi-conducteur a une dépendance anormale de la résistivité à la température : dans une plage de température étroite, lorsqu'il est chauffé au-dessus du point de Curie, la résistivité du titanate de baryum semi-conducteur augmente de plusieurs ordres de grandeur.

Le mécanisme de conductivité électrique du titanate de baryum semi-conducteur en présence d'impuretés peut être représenté comme suit. Une impureté d'un élément des terres rares (par exemple le lanthane) remplace le baryum sur un site du réseau cristallin. Certains atomes de titane, maintenant la neutralité électrique de l'ensemble du cristal, capturent les électrons de valence en excès du lanthane, qui a une valence plus élevée que celle du baryum. Les électrons capturés, étant dans un état quasi-stable, se déplacent facilement sous l'influence d'un champ électrique et déterminent la conductivité électrique du matériau.

Dans le titanate de baryum semi-conducteur, il existe des ions titane tétravalents et trivalents. Les électrons peuvent être échangés entre des ions titane de différentes valences. Dans ce cas, chaque ion titane devient soit tri-, soit tétravalent. Ce processus est responsable de la conductivité électrique du titanate de baryum.

L'apparition de propriétés semi-conductrices dans les cristaux ioniques sous l'influence d'impuretés est également observée pour l'oxyde de nickel. Semi-conducteurs fabriqués méthode similaire, sont parfois appelés semi-conducteurs à valence contrôlée.

La technologie de fabrication des posistors est similaire à la technologie de fabrication de produits à partir d'autres matériaux céramiques. Après avoir mélangé les composants initiaux et les substances contenant des éléments d'impuretés, la cuisson initiale de ce mélange est effectuée à une température d'environ 1 000 °C.

La masse solide obtenue est broyée puis façonnée en flans. La cuisson secondaire est effectuée à une température de 1 300...1 400 °C.

En conséquence, la couche résistive du posistor est constituée de grand nombre contact entre

sont des grains ou des cristallites de titanate de baryum semi-conducteur.

La résistance d'un posistor dépend de la résistance des couches superficielles appauvries des grains. La hauteur des barrières de potentiel de surface s'avère faible à des températures inférieures au point de Curie, lorsqu'une polarisation spontanée existe dans les grains et que le matériau a une constante diélectrique très élevée.

À des températures supérieures au point de Curie, le titanate de baryum subit une transformation de phase de l'état ferroélectrique à l'état paraélectrique. Dans ce cas, la polarisation spontanée disparaît, la constante diélectrique diminue fortement, la hauteur des barrières de potentiel superficielles sur les grains augmente et la résistance du posistor augmente (Fig. 8.3).

La zone de croissance de la résistance dépend du point Curie de la céramique. Le point Curie du titanate de baryum peut être déplacé vers les basses températures en remplaçant partiellement le baryum par du strontium. A l’inverse, le point de Curie peut être déplacé vers des températures plus élevées en remplaçant partiellement le baryum par du plomb.

Le remplacement partiel du titane par du zirconium, de l'étain ou du samarium réduit également le point de Curie. Cette régulation permet de créer des posistors dans lesquels un coefficient de température de résistance positif est observé dans différentes plages de température.

Parfois, du silicium monocristallin, du germanium et d'autres matériaux semi-conducteurs sont utilisés pour créer des posistors. Le principe de fonctionnement de tels posistors repose sur une diminution de la mobilité des porteurs de charge avec l'augmentation de la température

Thermistances

Désignation sur le schéma, variétés, application

En électronique, il y a toujours quelque chose à mesurer ou à évaluer. Par exemple, la température. Les thermistances s'acquittent avec succès de cette tâche - Composants electroniques basé sur des semi-conducteurs dont la résistance change en fonction de la température.

Ici, je ne décrirai pas la théorie des processus physiques qui se produisent dans les thermistances, mais je me rapprocherai de la pratique - je présenterai au lecteur la désignation de la thermistance sur le schéma, son apparence, certaines variétés et leurs caractéristiques.

Sur schémas de circuits La thermistance est désignée ainsi.

Selon le domaine d'application et le type de thermistance, sa désignation sur le schéma peut présenter de légères différences. Mais on peut toujours l'identifier grâce à son inscription caractéristique t ou t 0 .

La principale caractéristique d'une thermistance est sa Merci. TKS est coefficient de température de résistance. Il montre de quelle quantité la résistance de la thermistance change lorsque la température change de 1 0 C (1 degré Celsius) ou de 1 degré Kelvin.

Les thermistances ont plusieurs paramètres importants. Je ne les citerai pas, c’est une autre histoire.

La photo montre la thermistance MMT-4V (4,7 kOhm). Si vous le connectez à un multimètre et le chauffez, par exemple, avec un pistolet à air chaud ou une panne de fer à souder, vous pouvez vous assurer que sa résistance diminue avec l'augmentation de la température.

Les thermistances se trouvent presque partout. Parfois, vous êtes surpris de ne pas les avoir remarqués auparavant, de ne pas y avoir prêté attention. Jetons un coup d'œil au tableau de chargeur IKAR-506 et essayons de les trouver.

Voici la première thermistance. Puisqu'il est dans un boîtier CMS et qu'il a de petites dimensions, il est scellé petit supplément et installé sur un radiateur en aluminium - contrôle la température des transistors clés.

Deuxième. Il s'agit de la thermistance dite NTC ( JNR10S080L). Je vais vous en dire plus à ce sujet. Il sert à limiter le courant de démarrage. C'est marrant. Cela ressemble à une thermistance, mais sert d'élément de protection.

Pour une raison quelconque, lorsque nous parlons de thermistances, on pense généralement qu’elles sont utilisées pour mesurer et contrôler la température. Il s'avère qu'ils ont trouvé une application comme dispositif de sécurité.

Des thermistances sont également installées dans les amplificateurs de voiture. Voici la thermistance de l'amplificateur Supra SBD-A4240. Ici, il est impliqué dans le circuit de protection contre la surchauffe de l'amplificateur.

Voici un autre exemple. Ce Batterie aux ions lithium Tournevis DCB-145 de DeWalt. Ou plutôt ses « abats ». Une thermistance de mesure est utilisée pour contrôler la température des cellules de la batterie.

Il est presque invisible.

Il est rempli de mastic silicone. Lorsque la batterie est assemblée, cette thermistance s'adapte étroitement à l'une des cellules de la batterie Li-ion.

Chauffage direct et indirect.

Selon la méthode de chauffage, les thermistances sont divisées en deux groupes :

Chauffage direct.

Qu'est-ce qu'une thermistance et son utilisation en électronique

C'est lorsque la thermistance est chauffée par l'air ambiant externe ou par un courant qui traverse directement la thermistance elle-même. Les thermistances chauffées directement sont généralement utilisées pour la mesure de la température ou la compensation de température. De telles thermistances peuvent être trouvées dans les thermomètres, les thermostats, les chargeurs (par exemple, pour les batteries Li-ion des tournevis).

Chauffage indirect. C'est lorsque la thermistance est chauffée par un élément chauffant à proximité. Dans le même temps, lui-même et l'élément chauffant ne sont pas connectés électriquement l'un à l'autre. Dans ce cas, la résistance de la thermistance est déterminée en fonction du courant circulant à travers l’élément chauffant et non à travers la thermistance. Les thermistances à chauffage indirect sont des appareils combinés.

Thermistances et posistors NTC.

En fonction de la dépendance du changement de résistance à la température, les thermistances sont divisées en deux types :

Thermistances CTN ;

Thermistances PTC (alias posistes).

Voyons quelle est la différence entre eux.

Thermistances CTN.

Les thermistances NTC tirent leur nom de l'abréviation NTC - Coefficient de température négatif , ou « Coefficient de résistance négatif ». La particularité de ces thermistances est que Lorsqu'elles sont chauffées, leur résistance diminue. À propos, c'est ainsi que la thermistance NTC est indiquée dans le schéma.

Désignation de la thermistance sur le schéma

Comme vous pouvez le voir, les flèches sur la désignation sont dans des directions différentes, ce qui indique la propriété principale de la thermistance NTC : la température augmente (flèche vers le haut), la résistance diminue (flèche vers le bas). Et vice versa.

En pratique, vous pouvez trouver une thermistance NTC dans n'importe quelle alimentation à découpage. Par exemple, une telle thermistance peut être trouvée dans l’alimentation d’un ordinateur.

Nous avons déjà vu la thermistance NTC sur la carte ICAR, seulement là, elle était de couleur gris-vert.

Cette photo montre une thermistance NTC d'EPCOS. Utilisé pour limiter le courant de démarrage.

Pour les thermistances NTC, en règle générale, sa résistance à 25 0 C est indiquée (pour une thermistance donnée, elle est de 8 Ohms) et le courant de fonctionnement maximum. Il s'agit généralement de quelques ampères.

Cette thermistance NTC est installée en série à l'entrée de tension secteur 220 V. Jetez un œil au schéma.

Puisqu’il est connecté en série avec la charge, tout le courant consommé le traverse. La thermistance NTC limite le courant d'appel, qui se produit en raison de la charge des condensateurs électrolytiques (dans le schéma C1). Un appel de courant de charge peut entraîner un claquage des diodes du redresseur (pont de diodes sur VD1 - VD4).

Chaque fois que l'alimentation est allumée, le condensateur commence à se charger et le courant commence à circuler à travers la thermistance NTC. La résistance de la thermistance NTC est élevée, puisqu'elle n'a pas encore eu le temps de chauffer. En circulant à travers la thermistance NTC, le courant la réchauffe. Après cela, la résistance de la thermistance diminue et n'interfère pratiquement pas avec le flux de courant consommé par l'appareil. Ainsi, grâce à la thermistance NTC, il est possible d'assurer un « démarrage en douceur » de l'appareil électrique et de protéger les diodes du redresseur des pannes.

Il est clair que lorsque l'alimentation à découpage est activée, la thermistance NTC est dans un état « chauffé ».

Si l'un des éléments du circuit tombe en panne, la consommation de courant augmente généralement fortement. Dans le même temps, il arrive souvent qu'une thermistance NTC serve de sorte de fusible supplémentaire et tombe également en panne en raison d'un dépassement du courant de fonctionnement maximum.

La défaillance des transistors clés de l'alimentation du chargeur a entraîné le dépassement du courant de fonctionnement maximum de cette thermistance (max 4A) et celle-ci a grillé.

Résistances PTC. Thermistances PTC.

thermistances, dont la résistance augmente lorsqu'elle est chauffée, sont appelés posistors. Ce sont également des thermistances PTC (PTC - Coefficient de température positif , "Coefficient de Résistance Positif").

Il convient de noter que les posistors sont moins répandus que les thermistances NTC.

Symbole d'un posistor dans le diagramme.

Les résistances PTC sont faciles à détecter sur la carte de n’importe quel téléviseur CRT couleur (avec un tube cathodique). Là, il est installé dans le circuit de démagnétisation. Dans la nature, il existe à la fois des posistors à deux bornes et des posistors à trois bornes.

La photo montre un représentant d'un posistor à deux bornes, utilisé dans le circuit de démagnétisation d'un kinéscope.

Le fluide de travail du posistor est installé à l'intérieur du boîtier entre les bornes à ressort. En fait, c'est le posistor lui-même. Extérieurement, cela ressemble à un comprimé avec une couche de contact pulvérisée sur les côtés.

Comme je l'ai déjà dit, les posistors servent à démagnétiser le tube cathodique, ou plutôt son masque. En raison du champ magnétique terrestre ou de l'influence d'aimants externes, le masque devient magnétisé et l'image couleur sur l'écran du kinéscope est déformée et des taches apparaissent.

Tout le monde se souvient probablement du son caractéristique « clang » lorsque le téléviseur s'allume - c'est le moment où la boucle de démagnétisation fonctionne.

En plus des posistors à deux bornes, les posistors à trois bornes sont largement utilisés.

Leur différence avec ceux à deux bornes est qu'ils sont constitués de deux posisteurs « pilules », installés dans un seul boîtier. Ces « comprimés » se ressemblent exactement. Mais ce n'est pas vrai. Outre le fait qu'un comprimé est légèrement plus petit que l'autre, leur résistance au froid (à température ambiante) est différente. Une tablette a une résistance d'environ 1,3 à 3,6 kOhm, tandis que l'autre n'a que 18 à 24 Ohm.

Dans le circuit de démagnétisation du kinéscope, des posistors à trois bornes sont également utilisés, comme ceux à deux bornes, mais leur circuit de connexion est légèrement différent. Si le posistor tombe soudainement en panne, et cela se produit assez souvent, des taches avec un affichage couleur non naturel apparaissent sur l'écran du téléviseur.

J'ai déjà parlé ici plus en détail de l'utilisation de posistors dans le circuit de démagnétisation des tubes cathodiques.

Tout comme les thermistances NTC, les posistors sont utilisés comme dispositifs de protection. Un type de posistor est un fusible à réarmement automatique.

Thermistances CMS.

Avec l'introduction active du montage CMS, les fabricants ont commencé à produire des thermistances pour le montage en surface. Par apparence ces thermistances diffèrent peu des condensateurs CMS en céramique. Les tailles correspondent à la gamme standard : 0402, 0603, 0805, 1206. Distinguez-les visuellement par circuit imprimé des condensateurs SMD à proximité est presque impossible.

Thermistances intégrées.

Les thermistances intégrées sont également activement utilisées en électronique. Si vous disposez d'une station de soudage avec contrôle de la température de la panne, une thermistance à couche mince est intégrée à l'élément chauffant. Des thermistances sont également intégrées au sèche-cheveux des stations de soudage à air chaud, mais il s'agit là d'un élément distinct.

Il convient de noter qu'en électronique, outre les thermistances, on utilise activement des fusibles thermiques et des relais thermiques (par exemple, de type KSD), qui sont également faciles à trouver dans les appareils électroniques.

Maintenant que nous nous sommes familiarisés avec les thermistances, il est temps de connaître leurs paramètres.

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THERMORÉSISTANCES

Thermistance- une résistance semi-conductrice qui utilise la dépendance résistance électrique matériau semi-conducteur en température.

La thermistance se caractérise par un coefficient de résistance à la température (TCR) élevé, la simplicité de l'appareil, la capacité de fonctionner dans diverses conditions climatiques sous des charges mécaniques importantes et la stabilité des caractéristiques dans le temps.

Figure 2.1. Thermistances.

Construction Les thermistances sont fabriquées sous forme de tiges, tubes, disques, rondelles, billes et plaques minces, principalement par des méthodes de métallurgie des poudres. Leurs tailles peuvent varier de 1 à 10 microns à 1 à 2 cm.

Classification. Les thermistances sont classées selon leurs principaux paramètres.

par température de fonctionnement :

§ température ultra basse (température 4,2 K),

§ basse température (température inférieure à 170 K),

§ température moyenne (170-510 K)

§ haute température (supérieure à 570 K).

§ ultra-haute température (température 900-1300 K).

selon le signe TKS :

§ posistors (thermistances PTC) - thermistances avec un coefficient de résistance à la température positif (PTCR) ;

§ thermistances (thermistances NTC) - thermistances avec un coefficient de résistance à la température négatif (NTC) ;

puis la méthode de chauffage :

§ avec chauffage direct ;

§ avec chauffage indirect.

En plus de la classification selon les paramètres de base, les thermistances se distinguent également par leur objectif, par leurs méthodes de protection, par leur conception, par type de matériau, par technologie de fabrication et par mode de fonctionnement.

Le mode de fonctionnement des thermistances dépend de la partie de la caractéristique courant-tension statique (caractéristique voltampère) pour laquelle le point de fonctionnement est sélectionné. À son tour, la caractéristique courant-tension dépend à la fois de la conception, des dimensions et des principaux paramètres de la thermistance, ainsi que de la température, de la conductivité thermique de l'environnement et de la connexion thermique entre la thermistance et l'environnement. Les thermistances avec un point de fonctionnement sur la section initiale (linéaire) de la caractéristique courant-tension sont utilisées pour mesurer et contrôler la température et compenser les changements de température dans les paramètres des circuits électriques et des appareils électroniques. Les thermistances avec un point de fonctionnement sur la section descendante de la caractéristique courant-tension (avec résistance négative) sont utilisées comme relais de démarrage, relais temporisés, compteurs de puissance un rayonnement électromagnétique pour micro-ondes, stabilisateurs de température et de tension. Le mode de fonctionnement de la thermistance, dans lequel le point de fonctionnement se situe également sur la section descendante de la caractéristique courant-tension (cela utilise la dépendance de la résistance de la thermistance sur la température et la conductivité thermique de l'environnement), est typique des thermistances utilisées dans systèmes de contrôle thermique et d'alarme incendie, régulation du niveau des milieux liquides et granulaires ; l'action de telles thermistances est basée sur l'apparition d'un effet de relais dans le circuit avec la thermistance lorsque la température ambiante change ou les conditions d'échange thermique entre la thermistance et le milieu.

Riz. 2.2. Classification des thermistances.

Les principaux paramètres de la thermistance sont : la résistance nominale, le coefficient de température de résistance, la plage de température de fonctionnement, la dissipation de puissance maximale admissible.

Il existe des thermistances avec TCS négatif (thermistances) et positif (posistors). Elles sont également appelées thermistances NTC et thermistances PTC, respectivement. Pour les posistors, à mesure que la température augmente, la résistance augmente également, mais pour les thermistances, c'est l'inverse : à mesure que la température augmente, la résistance diminue.

Les thermistances TCR négatives sont fabriquées à partir d'un mélange d'oxydes de métaux de transition polycristallins (par exemple, MnO, CoO?, NiO, CuO), dopés avec Ge et Si, des semi-conducteurs de type A III B V, des semi-conducteurs vitreux et d'autres matériaux.

Des thermistances de conception spéciale sont également fabriquées - avec chauffage indirect. De telles thermistances ont un enroulement chauffé, isolé de l'élément résistif semi-conducteur (si la puissance libérée dans l'élément résistif est faible, le régime thermique de la thermistance est déterminé par la température de l'élément chauffant, c'est-à-dire le courant qu'il contient). Ainsi, il devient possible de changer l'état de la thermistance sans modifier le courant qui la traverse. Une telle thermistance est utilisée comme résistance variable commandée électriquement à distance.

Image conventionnelle des thermistances. Les thermistances sont un type de résistance, des éléments graphiques supplémentaires sont donc ajoutés à l'image d'une résistance ordinaire.

Riz. 2.3. Représentation symbolique des thermistances : a) général image graphique; b) thermistance (thermistance avec TKS négatif) ; c) posistor (thermistance avec TCS positif) ; d) thermistances à chauffage indirect.

Symbole des thermistances. Actuellement, l'industrie produit des thermistances conformes à trois normes GOST différentes : GOST 13453-64, GOST 13453-68, GOST 17598-72. En plus des normes en vigueur, les thermistances sont fabriquées divers fabricants, qui ont leur propre système de symboles. Selon la norme en vigueur (GOST 13453-64, GOST 13453-68, GOST 17598-72) symbole Les résistances se composent des éléments suivants.

premier élément- une lettre ou une combinaison de lettres désignant une sous-classe de résistances :

TP - thermistance avec TKC négatif (thermistance),

TPP est un thermomètre avec TKC (posistor) positif.

deuxième élément— le(s) chiffre(s) indiquent le groupe de matériau résistif de l'élément :

1 - cobalt-manganèse,

2 - cuivre-manganèse,

3 - cuivre-cobalt-manganèse,

4 - nickel-cobalt-manganèse,

5 - à base de titanate de baryum dopé au germanium ;

6 - à base de solutions solides dopées dans le système BaTiO 3 - BaSnO 3 ;

8 - à base d'oxyde de vanadium non vanadium et d'un certain nombre de solutions solides non cristallines :

9 - à base de dioxyde de vanadium VO 2 ;

10 - basé sur le système (Ba, Sr) TiO 3 ;

11 - basé sur le système (Ba, Sr) (Ti, Sn) O 3 dopé au cérium.

troisième élément- résistance nominale et désignation par lettre de l'unité de mesure (Ohm, kOhm) ou numéro (chiffres) - indique le numéro d'enregistrement d'un type spécifique de résistance (pour les thermistances des années de production précédentes ;

quatrième élément- tolérance (%).

Par exemple, TP-2-33 kOhm ±20 %.— une thermistance avec TKC négatif, numéro de série de développement 2, résistance nominale 33 kOhm, tolérance ±20 %. Outre les nouvelles, il existe des thermistances des années de production précédentes. La base était la composition du matériau semi-conducteur à partir duquel leur élément sensible à la température était fabriqué. Par exemple, MMT— cuivre-manganèse ; KMT— cobalt-manganèse. Les stabilisateurs de tension sont désignés TP2/0.5; TP2/2; TP6/2. Les lettres représentent T(thermo) R( résistance) P.(chauffage direct).

Un posistor et une thermistance, quelle est la différence ?

Le nombre au numérateur indique la valeur de tension nominale en volts et le dénominateur indique le courant de fonctionnement moyen en millimètres. Capteurs de température TRP 68–01I – T(thermo), R( résistance). P.(chauffage direct), 68 – température de réponse, 0 C, 01 – numéro de série développement de la conception. ET - avec fils isolés du boîtier

Les wattmètres micro-ondes des modèles plus anciens sont désignés T8, T9, TS-1 Et TS-2. La lettre Ш désigne ici une petite capacité shunt. Les développements ultérieurs sont désignés ST-3-29 et ST3-32. Les thermistances à chauffage indirect des anciennes conceptions pour les systèmes de contrôle avec rétroaction profonde sont désignées TKP-20, TKP-50 et TKP-350. Les chiffres indiquent la valeur de la résistance en Ohms. Plus tard, à ces fins, les thermistances ST1-21, ST3-21, ST1-27 et ST3-27 ont été développées. Dans les thermistances de haute stabilité TPA-1 et TPA-2, la lettre A désigne un matériau résistif à base de monocristaux de diamant semi-conducteur

Principaux paramètres et caractéristiques

Caractéristiques des thermistances. Une caractéristique des thermistances est leur caractéristique courant-tension statique. Il représente la dépendance du courant circulant à travers la thermistance sur la tension appliquée dans des conditions d'équilibre thermique entre celle-ci et l'environnement extérieur. Le type de caractéristique courant-tension statique non linéaire dépend de la résistance de l'élément sensible à la température, de sa conception, de ses dimensions hors tout, du degré de couplage thermique avec l'environnement et de la température extérieure.

Riz. 2.4. Dépendances en température de la résistance des thermistances avec TCS négatif (a) et positif (b)

Le type de caractéristiques courant-tension des thermistances à chauffage indirect dépend en grande partie du courant circulant dans l'enroulement de chauffage I p. Par conséquent, des caractéristiques de chauffage leur sont généralement données, établissant un lien entre la résistance de la thermistance et la puissance dissipée sur le chauffage enroulement.

Riz. 2.5. Caractéristiques de chauffage des thermistances à chauffage indirect

Paramètres de base des thermistances.

§ R n- résistance nominale - la résistance des thermistances à une certaine température ambiante, généralement 25°C ou 20°C.

§ Plage de température de fonctionnement T 2, T 1 ;

§ α - coefficient de température de résistance - caractérise la variation de la résistance de la thermistance en % lorsque la température change de 1 degré, généralement indiquée pour la même température que la résistance nominale.

§ Constante DANS- une valeur caractérisant la sensibilité à la température des thermistances en certaine gamme températures Déterminé par les propriétés physiques du matériau semi-conducteur, calculées par la formule :
, Où

R 1 - résistance de la thermistance, mesurée à la température T 1, Ohm ;
R 2 - résistance de la thermistance, mesurée à la température T 2, Ohm.

§ Rmax— la puissance dissipative maximale est la puissance admissible à une température de 25 °C (ou une autre température spécifiée dans les spécifications), à laquelle pendant une durée donnée (durée de fonctionnement minimale) les paramètres des thermistances restent dans les limites établies dans les spécifications.

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Le mot « thermistance » est explicite : une RÉSISTANCE THERMIQUE est un dispositif dont la résistance change avec la température.

Les thermistances sont des dispositifs en grande partie non linéaires et présentent souvent de grandes variations de paramètres. C'est pourquoi de nombreux ingénieurs et concepteurs de circuits, même expérimentés, rencontrent des inconvénients lorsqu'ils travaillent avec ces appareils. Cependant, après avoir examiné ces appareils de plus près, vous constaterez que les thermistances sont en réalité des appareils assez simples.

Il existe deux classes principales de thermistances : le TCR négatif (coefficient de résistance de température) et le TCR positif.

Fig. 1 Les thermistances TCR négatives sont très sensibles et significativement

Les diplômes ne sont pas linéaires. R o peut être en ohms, kilo-ohms ou mégo-ohms :

1-rapport de résistance R/R o ; 2- température en °C

De la fig. 2, vous pouvez voir qu’il existe de nombreux types de thermistances.

Les thermistances se présentent sous la forme de disques et de rondelles d'un diamètre de 2,5 à environ 25,5 mm, et sous la forme de tiges de différentes tailles.

Paramètres typiques

Dire « paramètres typiques » n'est pas tout à fait correct, car il n'existe que quelques paramètres typiques pour les thermistances. Il existe un nombre tout aussi important de spécifications disponibles pour une variété de types, de tailles, de formes, de valeurs nominales et de tolérances de thermistances. De plus, les thermistances produites par différents fabricants ne sont souvent pas interchangeables.

La résistance dépend de la taille et de la forme de la thermistance, cependant, pour chaque type spécifique, les valeurs de résistance peuvent différer de 5 à 6 ordres de grandeur, ce qui est obtenu en changeant simplement le mélange d'oxydes. Lors du remplacement du mélange, le type de dépendance à la température de la résistance (courbe R-T) change également et la stabilité à haute température change. Heureusement, les thermistances suffisamment résistantes pour être utilisées à des températures élevées ont également tendance à être plus stables.

Cependant, pour des raisons pratiques, la plus grande sensibilité des thermistances limite leur plage de température utile. La résistance d'une thermistance typique peut varier d'un facteur de 10 000 ou 20 000 à des températures allant de -80° C à +150° C. On peut imaginer la difficulté de concevoir un circuit qui fournit des mesures précises aux deux extrémités de cette plage (à moins que la commutation de gamme est utilisée). La résistance de la thermistance, évaluée à zéro degré, ne dépassera pas plusieurs ohms à

Il ne faut pas oublier que la dérive dépend à la fois de la température et du temps. Par exemple, il est généralement possible d'utiliser une thermistance à revêtement époxy lorsqu'elle est brièvement chauffée à 150°C sans dérive significative.

Paramètres de la thermistance

En d’autres termes, un milliwatt de puissance dans une thermistance augmente sa température interne d’un degré Celsius, et deux milliwatts augmentent sa température interne de deux degrés, et ainsi de suite. Si vous appliquez une tension d'un volt à une thermistance d'un kilo-ohm ayant une constante de dissipation d'un milliwatt par degré Celsius, vous obtiendrez une erreur de mesure d'un degré Celsius. Les thermistances dissipent plus de puissance si elles sont plongées dans un liquide. La même petite thermistance à revêtement époxy mentionnée ci-dessus dissipe 8 mW/°C lorsqu'elle est placée dans une huile bien mélangée. Les thermistances plus grandes ont une dissipation plus constante que les appareils plus petits. Par exemple, une thermistance en forme de disque ou de rondelle peut dissiper une puissance de 20 ou 30 mW/o C dans l'air ; il faut rappeler que, tout comme la résistance d'une thermistance change en fonction de la température, sa puissance dissipée également changements.

Équations pour les thermistances

La première équation approximative, exponentielle, est tout à fait satisfaisante pour des plages de températures limitées, notamment lors de l'utilisation de thermistances de faible précision.

Une thermistance est un élément sensible à la température en matériau semi-conducteur. Il se comporte comme une résistance sensible aux changements de température. Le terme « thermistance » est l’abréviation de résistance sensible à la température. Un matériau semi-conducteur est un matériau conducteur électricité mieux qu'un diélectrique, mais pas aussi bon qu'un conducteur.

Principe de fonctionnement de la thermistance

Comme les thermomètres à résistance, les thermistances utilisent les changements de valeur de résistance comme base de mesure. Cependant, la résistance de la thermistance est inversement proportionnelle aux changements de température, plutôt que directement proportionnelle. À mesure que la température autour de la thermistance augmente, sa résistance diminue et à mesure que la température diminue, sa résistance augmente.

Bien que les thermistances fournissent des lectures aussi précises que les thermomètres à résistance, les thermistances sont souvent conçues pour mesurer sur une plage plus étroite.

Thermistance : en détail dans un langage simple

Par exemple, la plage de mesure d'un thermomètre à résistance pourrait être de -32 °F à 600 °F, tandis qu'une thermistance mesurerait de -10 °F à 200 °F. La plage de mesure d'une thermistance particulière dépend de la taille et du type de matériau semi-conducteur utilisé.

Comme les thermomètres, les thermistances réagissent aux changements de température en modifiant proportionnellement la résistance, et les deux sont souvent utilisées dans les circuits en pont.

Dans ce circuit, le changement de température et la relation inverse entre la température et la résistance de la thermistance détermineront le sens du flux de courant. Sinon le circuit fonctionnera de la même manière que dans le cas d’un thermomètre à résistance. À mesure que la température de la thermistance change, sa résistance change et le pont devient déséquilibré. Un courant circulera désormais dans l'appareil et pourra être mesuré. Le courant mesuré peut être converti en unités de température à l'aide d'une table de conversion ou en calibrant l'échelle en conséquence.

Et constitué d'un matériau semi-conducteur qui, lorsque petite monnaie la température modifie considérablement sa résistance. Généralement, les thermistances ont des coefficients de température négatifs, ce qui signifie que leur résistance diminue à mesure que la température augmente.

Caractéristiques générales de la thermistance

Le mot « thermistance » est l'abréviation de son terme complet : résistance thermiquement sensible. Cet appareil est un capteur précis et facile à utiliser de tout changement de température. En général, il existe deux types de thermistances : à coefficient de température négatif et à coefficient de température positif. Le plus souvent, le premier type est utilisé pour mesurer la température.

La désignation de la thermistance dans le circuit électrique est indiquée sur la photo.

Les thermistances sont constituées d'oxydes métalliques dotés de propriétés semi-conductrices. Lors de la production, ces appareils se présentent sous la forme suivante :

en forme de disque;
cœur;
sphérique comme une perle.

Le fonctionnement d'une thermistance est basé sur le principe d'un fort changement de résistance avec un petit changement de température. Dans le même temps, à une intensité de courant donnée dans le circuit et à une température constante, une tension constante est maintenue.

Pour utiliser l'appareil, il est connecté à circuit électrique, par exemple, à un pont de Wheatstone, et mesurez le courant et la tension aux bornes de l'appareil. Selon la simple loi d'Ohm, R=U/I détermine la résistance. Ensuite, ils examinent la courbe de résistance en fonction de la température, qui peut être utilisée pour déterminer exactement à quelle température correspond la résistance résultante. Lorsque la température change, la valeur de la résistance change fortement, ce qui permet de déterminer la température avec une grande précision.

Matériau de la thermistance

Le matériau de la grande majorité des thermistances est de la céramique semi-conductrice. Le processus de fabrication implique le frittage de poudres de nitrures et d’oxydes métalliques à haute température. Le résultat est un matériau dont la composition d'oxyde a la formule générale (AB) 3 O 4 ou (ABC) 3 O 4, où A, B, C sont métalliques éléments chimiques. Les plus couramment utilisés sont le manganèse et le nickel.

Si la thermistance doit fonctionner à des températures inférieures à 250 °C, la composition céramique comprend du magnésium, du cobalt et du nickel. Les céramiques de cette composition présentent une stabilité des propriétés physiques dans la plage de température spécifiée.

Une caractéristique importante des thermistances est leur conductivité spécifique (l’inverse de la résistance). La conductivité est contrôlée en ajoutant de petites concentrations de lithium et de sodium à la céramique semi-conductrice.

Processus de fabrication des instruments

Les thermistances sphériques sont fabriquées en les enduisant sur deux fils de platine à haute température (1 100 °C). Après cela, le fil est coupé pour donner la forme requise aux contacts de la thermistance. Un revêtement de verre est appliqué sur le dispositif sphérique pour le sceller.

Dans le cas des thermistances à disque, le processus de création de contacts consiste à leur appliquer un alliage métallique de platine, de palladium et d'argent, puis à le souder au revêtement de la thermistance.

Différence avec les détecteurs de platine

Outre les thermistances semi-conductrices, il existe un autre type de détecteur de température dont le matériau de travail est le platine. Ces détecteurs modifient leur résistance de manière linéaire avec les changements de température. Pour les thermistances, cette dépendance des grandeurs physiques a un caractère complètement différent.

Les avantages des thermistances par rapport aux analogues du platine sont les suivants :

Sensibilité de résistance plus élevée lorsque la température change sur toute la plage de fonctionnement.
Haut niveau de stabilité de l'instrument et de répétabilité des lectures obtenues.
Petite taille qui vous permet de réagir rapidement aux changements de température.

Résistance de la thermistance

Cette grandeur physique diminue en valeur à mesure que la température augmente, et il est important de prendre en compte la plage de température de fonctionnement. Pour les limites de température de -55 °C à +70 °C, des thermistances avec une résistance de 2 200 à 10 000 Ohms sont utilisées. Pour des températures plus élevées, des appareils avec une résistance supérieure à 10 kOhm sont utilisés.

Contrairement aux détecteurs de platine et aux thermocouples, les thermistances n'ont pas de courbes de résistance spécifique en fonction de la température, et il existe une grande variété de courbes parmi lesquelles choisir. Cela est dû au fait que chaque matériau de thermistance, en tant que capteur de température, possède sa propre courbe de résistance.

Stabilité et précision

Ces appareils sont chimiquement stables et ne se dégradent pas avec le temps. Les capteurs à thermistance sont l’un des appareils de mesure de température les plus précis. La précision de leurs mesures sur toute la plage de fonctionnement est de 0,1 à 0,2 °C. Veuillez noter que la plupart des instruments fonctionnent dans une plage de températures allant de 0°C à 100°C.

Paramètres de base des thermistances

Les paramètres physiques suivants sont fondamentaux pour chaque type de thermistance (une explication des noms est donnée dans langue anglaise):

R 25 - résistance de l'appareil en Ohms à température ambiante (25 °C). Vous pouvez simplement vérifier cette caractéristique de la thermistance à l'aide d'un multimètre.
Tolérance de R 25 - la valeur de tolérance pour l'écart de la résistance de l'appareil par rapport à sa valeur définieà une température de 25 °C. En règle générale, cette valeur ne dépasse pas 20 % du R25.
Max. Courant à l'état stable - la valeur maximale du courant en ampères qui peut traverser l'appareil pendant une longue période. Le dépassement de cette valeur menace une chute rapide de la résistance et, par conséquent, une défaillance de la thermistance.
Environ. R de Max. Courant - cette valeur indique la valeur de résistance en Ohms que l'appareil acquiert lorsqu'un courant maximum le traverse. Cette valeur doit être inférieure de 1 à 2 ordres de grandeur à la résistance de la thermistance à température ambiante.
Dissiper. Coef. - coefficient qui montre la sensibilité thermique de l'appareil à la puissance qu'il absorbe. Ce coefficient indique la quantité de puissance en mW qui doit être absorbée par la thermistance pour que sa température augmente de 1 °C. Cette valeur est importante car elle indique la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer l'appareil à ses températures de fonctionnement.
Constante de temps thermique. Si la thermistance est utilisée comme limiteur de courant d'appel, il est important de savoir combien de temps il faudra pour refroidir après la mise hors tension afin d'être prêt lorsqu'elle sera remise sous tension. Étant donné que la température de la thermistance après sa mise hors tension diminue selon une loi exponentielle, le concept de « constante de temps thermique » est introduit - le temps pendant lequel la température de l'appareil diminuera de 63,2 % de la différence entre la température de fonctionnement de l'appareil et de la température ambiante.
Max. Capacité de charge en μF - quantité de capacité en microfarads qui peut être déchargée via un appareil donné sans l'endommager. Cette valeur est indiquée pour une tension spécifique, par exemple 220 V.

Comment vérifier la fonctionnalité de la thermistance ?

Pour vérifier grossièrement l'état de fonctionnement de la thermistance, vous pouvez utiliser un multimètre et un fer à souder ordinaire.

La première étape consiste à activer le mode de mesure de résistance sur le multimètre et à connecter les contacts de sortie de la thermistance aux bornes du multimètre. Dans ce cas, la polarité n’a pas d’importance. Le multimètre affichera une certaine résistance en Ohms, elle doit être notée.

Ensuite, vous devez brancher le fer à souder et l'amener à l'une des sorties de la thermistance. Faites attention à ne pas brûler l'appareil. Au cours de ce processus, vous devez observer les lectures du multimètre : il doit montrer une résistance décroissante en douceur, qui se stabilisera rapidement à une valeur minimale. La valeur minimale dépend du type de thermistance et de la température du fer à souder, elle est généralement plusieurs fois inférieure à la valeur mesurée au début. Dans ce cas, vous pouvez être sûr que la thermistance fonctionne correctement.

Si la résistance du multimètre n'a pas changé ou, au contraire, a fortement chuté, l'appareil est impropre à l'utilisation.

remarquerez que ce chèque est impoli. Pour tester avec précision un appareil, il est nécessaire de mesurer deux indicateurs : sa température et la résistance correspondante, puis de comparer ces valeurs avec celles indiquées par le fabricant.

Domaines d'utilisation

Dans tous les domaines de l'électronique dans lesquels il est important de surveiller les conditions de température, des thermistances sont utilisées. Ces domaines comprennent les ordinateurs, les équipements de haute précision dans les installations industrielles et les dispositifs de transmission de diverses données. Ainsi, une thermistance d'imprimante 3D est utilisée comme capteur qui surveille la température de la table chauffante ou de la tête d'impression.

Une utilisation courante d'une thermistance consiste à limiter le courant d'appel, par exemple lors de la mise sous tension d'un ordinateur. Le fait est qu'au moment de la mise sous tension, le condensateur de démarrage, qui a une grande capacité, se décharge, créant un courant énorme dans tout le circuit. Ce courant peut brûler tout le microcircuit, c'est pourquoi une thermistance est incluse dans le circuit.

Lorsqu'il était allumé, cet appareil était à température ambiante et présentait une énorme résistance. Cette résistance permet de réduire efficacement la surtension au moment du démarrage. Ensuite, l'appareil s'échauffe en raison du courant qui le traverse et du dégagement de chaleur, et sa résistance diminue fortement. L'étalonnage de la thermistance est tel que la température de fonctionnement de la puce informatique conduit à une résistance pratiquement nulle de la thermistance et qu'aucune chute de tension ne se produit à ses bornes. Après avoir éteint l'ordinateur, la thermistance refroidit rapidement et restaure sa résistance.

Ainsi, l’utilisation d’une thermistance pour limiter le courant d’appel est rentable et assez simple.

Exemples de thermistances

Il existe actuellement une large gamme de produits en vente, voici les caractéristiques et les domaines d'utilisation de certains d'entre eux :

La thermistance montée sur écrou B57045-K a une résistance nominale de 1 kOhm avec une tolérance de 10 %. Utilisé comme capteur de mesure de température dans l'électronique grand public et automobile.
Le dispositif de disque B57153-S a un courant maximum autorisé de 1,8 A avec une résistance de 15 Ohms à température ambiante. Utilisé comme limiteur de courant de démarrage.