ترمیستور چیست؟
ترمیستور ها دسته‌ای از مقاومت‌های حساس به دما هستند که به طور گسترده در صنایع مختلف برای اندازه‌گیری و کنترل دما مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مقاله، به بررسی انواع ترمیستور ها، کاربردها و نحوه عملکرد آن‌ها می‌پردازیم.
آنچه در این مقاله می‌خوانید
ترمیستور چیست؟
ترمیستور (Thermistor) مخفف عبارت “مقاومت حرارتی” یا ترم (Thermo) به معنای گرما یا حرارت و ریستور (Resistor) به معنای مقاومت الکتریکی است که مقدار آن با تغییر دما تغییر می‌کند. این قطعه ها از مواد نیمه‌رسانا ساخته می‌شوند و در مقایسه با سایر سنسورهای دما، حساسیت بالاتری دارند.
ترمیستور ها که اغلب شامل اکسیدهای فلزی مانند منگنز، نیکل، کبالت، مس و آهن هستند. اکسید منگنز به دلیل پایداری حرارتی و قابلیت تنظیم خواص الکتریکی، کاربرد گسترده‌ای دارد.
نحوه عملکرد ترمیستور ها
عملکرد ترمیستور ها بر اساس تغییر مقاومت الکتریکی مواد نیمه‌رسانا با تغییر دما است. در ترمیستور های NTC، با افزایش دما، تعداد حامل‌های بار در ماده نیمه‌رسانا افزایش می‌یابد و در نتیجه، مقاومت کاهش می‌یابد. در ترمیستور های PTC، با افزایش دما، مقاومت به دلیل تغییرات در ساختار ماده نیمه‌رسانا افزایش می‌یابد.
انواع ترمیستور ها
ترمیستور ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
- NTC (ضریب دمایی منفی)
- PTC (ضریب دمایی مثبت)
ترمیستور های NTC (ضریب دمایی منفی)
این قطعه ها از مواد نیمه‌رسانای خاصی مانند اکسیدهای فلزی ساخته می‌شوند. در دمای اتاق، این مواد تعداد محدودی حامل بار دارند. با افزایش دما، انرژی حرارتی به الکترون‌های ماده نیمه‌رسانا منتقل می‌شود و آن‌ها را قادر می‌سازد تا از باند ظرفیت به باند رسانش منتقل شوند. این انتقال، تعداد حامل‌های بار آزاد را افزایش می‌دهد و رسانایی الکتریکی ماده را بالا می‌برد. در نتیجه، مقاومت الکتریکی ترمیستور کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر، با افزایش دما، الکترون‌های بیشتری می‌توانند آزادانه در ماده نیمه‌رسانا حرکت کنند و جریان الکتریکی بیشتری را عبور دهند.
ترمیستور های PTC (ضریب دمایی مثبت)
ترمیستورهای PTC نیز از مواد نیمه‌رسانا ساخته می‌شوند، اما عملکرد آن‌ها متفاوت است. در دماهای پایین، ترمیستور PTC مقاومت کمی دارد و جریان الکتریکی به راحتی از آن عبور می‌کند. با افزایش دما، تغییراتی در ساختار کریستالی ماده نیمه‌رسانا رخ می‌دهد که منجر به افزایش ناگهانی مقاومت الکتریکی می‌شود. این افزایش مقاومت می‌تواند به دلیل تغییر در مرزهای دانه‌بندی ماده یا تغییر در ساختار الکترونیکی آن باشد.
منبع تصویرhttps://generationspace.co.ke/
به عنوان مثال، در برخی از ترمیستور های PTC، افزایش دما باعث افزایش حجم ماده نیمه‌رسانا می‌شود که این امر تعداد حامل‌های بار را کاهش داده و مقاومت الکتریکی را افزایش می‌دهد. این افزایش ناگهانی مقاومت، می‌تواند برای محدود کردن جریان الکتریکی و حفاظت از مدارها در برابر جریان‌های بیش از حد استفاده شود.
به طور خلاصه، تفاوت اصلی در نحوه عملکرد ترمیستورهای NTC و PTC در نحوه تغییر تعداد حامل‌های بار با دما است. در ترمیستورهای NTC، افزایش دما باعث افزایش حامل‌های بار و کاهش مقاومت می‌شود، در حالی که در ترمیستورهای PTC، افزایش دما باعث تغییر ساختار کریستالی و کاهش حامل‌های بار و افزایش مقاومت می‌شود.
کاربردهای ترمیستورها
ترمیستورها در طیف گسترده‌ای از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله:
- اندازه‌گیری دما
- کنترل دما
- حفاظت از مدارها
- کاربردهای پزشکی
- پرینتر های سه بعدی
همه چیز در مورذ ترمیستور NTC 100k
این نوع ترمیستور، دارای ضریب دمایی منفی (NTC) است، به این معنی که با افزایش دما، مقدار مقاومت آن کاهش می‌یابد. مقدار 100KΩ نشان‌دهنده مقاومت ترمیستور در دمای 25 درجه سانتی‌گراد است و ضریب بتا (β) آن که معمولاً در حدود 3950 است، میزان تغییر مقاومت با تغییر دما را نشان می‌دهد. ترمیستور NTC 100K در محدوده دمایی گسترده‌ای، از منفی 40 درجه سانتی‌گراد تا مثبت 300 درجه سانتی‌گراد یا بیشتر، قابل استفاده است.
این نوع ترمیستور به دلیل حساسیت و دقت بالا، قیمت مناسب و پاسخ سریع به تغییرات دما، در کاربردهای متنوعی از جمله پرینترهای سه بعدی (برای اندازه‌گیری دمای هات اند و بستر چاپ)، سیستم‌های تهویه مطبوع، دماسنج‌های دیجیتال، منابع علاوه بر این، ترمیستورهای NTC 100K در انواع مختلفی تولید می‌شوند، که یکی از رایج‌ترین آن‌ها، نوع شیشه‌ای است. پوشش شیشه‌ای این ترمیستورها، آن‌ها را در برابر رطوبت، گرد و غبار و عوامل محیطی دیگر محافظت می‌کند و پایداری حرارتی آن‌ها را افزایش می‌دهد.
اندازه کوچک، پاسخ سریع و دقت بالا، از دیگر ویژگی‌های مثبت این نوع Thermistor هستند. با این حال، باید توجه داشت که پوشش شیشه‌ای ترمیستور را در برابر ضربه و آسیب‌های فیزیکی محافظت می‌کند، اما باید از وارد کردن ضربه شدید به آن خودداری کرد. این نوع ترمیستورها به‌خصوص در محیط‌هایی که نیاز به اندازه‌گیری دقیق دما در شرایط سخت محیطی وجود دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انتخاب ترمیستور موردنیاز
هنگام انتخاب ترمیستور، اولین و مهم‌ترین گام، تعیین محدوده دمایی مورد نیاز برای کاربرد مورد نظر است؛ چرا که ترمیستورها برای بازه‌های دمایی خاصی طراحی شده‌اند و استفاده از آن‌ها در خارج از این محدوده‌ها، منجر به عدم دقت در اندازه‌گیری یا حتی آسیب به خود ترمیستور می‌شود.
به طور کلی، ترمیستورهای NTC برای دماهای پایین‌تر و PTC برای دماهای بالاتر مناسب هستند. پس از آن، باید به دقت اندازه‌گیری مورد نیاز توجه کرد. دقت ترمیستورها معمولاً با پارامترهایی نظیر تلرانس مقاومت و ضریب بتا (β) مشخص می‌شود و هرچه این مقادیر کمتر باشند، دقت Thermistor بیشتر است؛ انتخاب دقت مناسب به کاربرد شما بستگی دارد.
در مرحله بعد، باید نوع ترمیستور (NTC یا PTC) را با توجه به کاربرد و نحوه تغییر مقاومت با دما انتخاب کرد؛ ترمیستورهای NTC برای اندازه‌گیری دما و PTC برای حفاظت از مدارها مناسب هستند. مقدار مقاومت در دمای مرجع (معمولاً 25 درجه سانتی‌گراد) نیز از مشخصات مهم ترمیستور است و به عنوان نقطه مرجع برای محاسبه مقاومت در دماهای دیگر استفاده می‌شود؛ انتخاب مقدار مقاومت مناسب به نوع مدار و دستگاه اندازه‌گیری بستگی دارد.
سوالات متداول
نحوه عملکرد ترمیستورهای NTC چگونه است؟
در ترمیستورهای NTC، با افزایش دما، تعداد حامل‌های بار در ماده نیمه‌رسانا افزایش می‌یابد و در نتیجه، مقاومت کاهش می‌یابد.
نحوه عملکرد ترمیستورهای PTC چگونه است؟
در ترمیستورهای PTC، با افزایش دما، مقاومت به دلیل تغییرات در ساختار ماده نیمه‌رسانا افزایش می‌یابد.
کاربردهای ترمیستورها چیست؟
ترمیستورها در طیف گسترده‌ای از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله اندازه‌گیری دما، کنترل دما، حفاظت از مدارها، کاربردهای پزشکی و پرینترهای سه بعدی.
مزایای ترمیستورها چیست؟
حساسیت بالا به تغییرات دما، اندازه کوچک و قیمت مناسب، پاسخ سریع به تغییرات دما.
معایب ترمیستورها چیست؟
محدوده دمایی محدود، غیرخطی بودن رابطه مقاومت و دما، حساسیت به خودگرمایی.
از اینکه تا پایان این مقاله همراه ما بودید سپاسگزاریم. نظرات شما، ارزشمندترین دارایی ما برای ارتقای کیفیت محتوا است. لطفا دیدگاه‌های خود را در بخش نظرات یا از طریق شبکه‌های اجتماعی با ما به اشتراک بگذارید.
ترجمه و جمع آوری : واحد خدمات ، تحقیق و توسعه رباتیک صنعت