ترمیستور

ترمیستور

سنسورهای حرارتی یا ترمیستور چیست؟

ترمیستورها ، حسگرها یا سنسورهای نیمه هادی (نیم رساناهایی) هستند که دارای ضریب مقاومت گرمایی زیادی بوده و در صنعت و مهندسی کاربرد خیلی زیادی دارند. برا ی اندازه گیری و کنترل درجه حرارت از این ترمیستورها استفاده های زیادی می شود.

ترمیستور مقاومت حساس به دما است. کلمه thermistors مخفف و خلاصه شده عبارت temperature sensitive resistors است.

در کنترل خودکار (اتوماتیک)و در علم رباتیک ، فاصله سنجی و نیز در دماسنجهای خیلی دقیق و حساس بکار برده می‌شوند.

 

انواع ترمیستور

ترمیستور ها به طور کلی دو نوع هستند:ترمیستورهای دارای ضریب حرارتی منفی (NTC)و ترمیستورهای دارای ضریب حرارتی مثبت(PTC).

معمولا ترمیستور های PTCدر مدار های قدرت برای حفاظت در برابر جریان هجومی به کار برده می  شوند . از لحاظ  تجاری دو نوع ترمیستور PTCوجود دارد . اولین نوع شامل مقاومتهای سیلیکونی است که به سیلیستورها مشهور هستند. این ابزار آلات در بیشتر محدوده کاری خود دارای ضریب حرارتی مثبت نسبتا ثابتی می باشند.ولی معمولا در دماهای بالاتر ضریب حرارتی منفی  از خود نشان می دهند .سیلیستورها معمولا برای جبران حرارتی نیمه هادیهای  سیلیکونی به کار برده می شوند.نوع دیگر و معمولا پر کاربرد تر تمیستورهای PTCبه ترمیستورهای” Switching PTC”معروف هستند.این نوع ترمیستورها تا رسیدن به دمای بحرانی که دمای کوری نیز نامیده می شود دارای ضریب حرارتی منفی کوچک می باشند . با رسیدن به دمای کوری,این ابزار ها معمولا در کاربرد های کلیدزنی برای محدود سازی جریان در سطح مطمئن به کار می روند .ترمیستورهای PTCدر کنترل دما و کاربرد های منترلی به کار برده نمی شود,بنابراین در این مقاله مورد بررسی بیشتر قرار نخواهد گرفت.

ترمیستورهای  NTCقابلیتهای زیادی را برای اندازه گیری و کنترل دما ارائه می دهند.مقاومت الکتریکی  آنها با افزایش دما,کاهش می یابد(شکل زیر را ببینبد) و رابطه مقاومت -دمای آنها خیلی غیر خطی است.بسته به نوع مواد به کار رفته و روش ساخت ,ترمیستورها می توانند در یک محدوده دمایی از ۵۰تا۱۵۰ + درجه سانتی گراد به کار برده شوند .نقطه مرجع مقاومت  یک ترمیستور ,۲۵درجه سانتی گراد است و برای اکثر کاربرد ها ,مقاومت در این دما بین ۱۰۰اهم تا ۱۰۰ کیلو اهم می باشد.

دماسنج مقاومتی یا بارتر barertte دستگاهی است برای اندازه گیری چگالی شار تابشی که مدتها در آزمایشگاهها بکار ‌برده می شد. طرز کار آن بر پایه تغییر مقاومت الکتریکی پیل حساس نیم رسانایی در موقع گرم کردن آن استوار است که قبلا آن ها را از فلز می‌ساختند ولی به سبب گسترده کاربردشان، مشکلات زیادی به بار می‌آوردند.

برای اینکه مقاومت بارتر را در مقایسه با مقاومت سیمهای رابط بالا ببرند، ناچار بودند بارتر را از سیم نازک و دراز بسازند. به علاوه تغییر مقاومت فلزات با دما خیلی کم است و از این اندازه گیری دما به کمک بارتر فلزی به اندازه گیری خیلی دقیق مقاومت نیاز داشت.

بارترهای نیم رسانایی(ترمیستورها) این معایب را ندارند. مقاومت ویژه الکتریکی آنها آنچنان بالاست که یک بارتر می‌تواند فقط چند میلیمتر طول داشته باشد. با چنین ابعاد کوچکی ، ترمیستور خیلی زود به دمای محیط بیرون می‌رسد. همین امر به آن امکان می‌دهد که دمای اشیای کوچک (مثلا برگ گیاهان یا ناحیه‌هایی روی پوست بدن) را اندازه بگیرد.

ترمیستورهای مدرن (ترمیستورهای نیم رسانا)

حساسیت ترمیستورهای امروزی چنان بالاست که تغییری به اندازه یک میلیونیم کلوین را می‌توان به کمک آنها آشکار سازی و اندازه گیری کرد. این وضع عملی بودن کاربرد آنها را در دستگاههای جدید به جای پیلهای ترموالکتریک برای اندازه گیری شدت تابش خیلی ضعیف نشان می‌دهد.

در ابتدا انرژی لازم برای آزاد شدن الکترون از حرکت گرمایی یعنی انرژی داخلی نیم رساناها ، تأمین می‌شد. ولی این انرژی را جسم می‌تواند در ضمن جذب انرژی نور به الکترون انتقال دهد. مقاومت چنین نیم رساناهایی بر اثر نور به مقدار زیادی کاهش می‌یابد. این پدیده را نور رسانش فوتو رسانش یا اثر فوتو الکتریکی ذاتی گویند.

اصطلاح ذاتی در اینجا تأکید بر این واقعیت دارد که الکترونهای آزاد شده با نور ، مانند انتشار الکترون از فلز درخشانی که به “اثر فوتوالکتریک غیر ذاتی“ معروف است، مرزهای جسم را ترک نمی‌کنند. این الکترونها در جسم باقی می‌مانند و دقیقا رسانندگی آن را تغییر می‌دهند. دستگاههایی که بر پایه این پدیده ساخته می‌شوند را در مقیاس صنعتی برای دستگاههای اعلان و خودکار بکار می‌برند (مانند دزدگیرها و ...).

فقط بخش کوچکی از الکترونهای آزاد نیم رسانا در حالت آزادند و در جریان شرکت می‌کنند. اما درست این است که بگوییم همین الکترونها بطور دائم در حالت آزادند و دیگران در حالت مقید. بر عکس ، در نیم رساناها همزمان دو فرآیند رخ می‌دهد:

از یک طرف با صرف انرژی داخلی یا انرژی نورانی فرآیند آزادسازی الکترونها اتفاق می‌افتد.

از طرف دیگر ، فرآیند ربایش الکترونهای آزاد ، یعنی ترکیب مجدد آنها با بعضی از یونهای باقیمانده (یعنی ، اتمهایی که الکترونهایشان را از دست داده‌اند) مشاهده می‌شود. بطور متوسط ، هر الکترون آزاد شده فقط مدت کوتاهی (از 3-10 تا 8-10 ثانیه) آزاد می‌ماند. همواره الکترونهایی وجود دارد که پیوسته جایشان را با الکترونهای مقید عوض می‌کنند. تعادل بین الکترونهای آزاد و مقید از نوع تعادل دینامیکی است.

 

مزایای  ترمیستورهای NTCبه صورت خلاصه در زیر آورده شده است:

حساسیت-یکی از مزایای ترمیستورها در مقایسه با ترموکوپل ها و RTD ها تغییر نسبتا زیاد آنها در میزان مقاومت به دلیل تغییر در دماست .معمولا به ازای هر درجه افزایش دما ,۵درصد از میزان مقاومت کاسته می شود.

کوچکی اندازه- ترمیستورها دارای اندازه های خیلی کوچکی هستندواین باعث می شود که به تغییرات دمایی خیلی سریع  پاسخ دهند.این خصوصیت در سیستم های کنترل بازخورد دما که به پاسخهای سریع احتیاج داریم,از اهمیت بالایی برخوردار است.

استحکام- اکثر ترمیستورها سخت هستند و می توانند شوک مکانیکی  و حرارتی و لرزش را بهتر از انواع دیگر سنسورها ی دما تحمل کنند.

اندازه گیری خارجی-ترمیستورها می توانند  برای  حس کردن دمای موقعیت های خارجی به کار برده شوند  واین کار را از طریق کابل های بلند انجام می دهند ,به این دلیل که مقاومت یک کابل بلند در مقایسه با مقاومت  نسبتا زیاد ترمیستور کم  است.

قیمت پایین-هزینه ترمیستورها کمتر از اکثر انواع دیگر سنسور های دما است.

قابلیت تعویض-ترمیستورها می توانند با تلرانس های خیلی نزدیک به هم ساخته شوند.در نتیجه بدون نیاز به تنظیم مجدد سیستم اندازه گیری ,می توان از ترمیستور ها به جای هم استفاده کرد.

 

 



برچسب ها:
،
،
،
،
،
  1. هیچ نظری تا کنون برای این مطلب ارسال نشده است، اولین نفر باشید...

    نوشتن دیدگاه

بالا