Co je termistor a kde se používá?

V rozlehlosti továren a továren, v hlubinách pecí, kotlů a topných zařízení se rozvinul vážný boj mezi dvěma typy teplotních čidel – termistory a termočlánky. Každý z nich se považuje za nejlepší a nepostradatelný pro řízení tepelných procesů.

Termistory tvrdí: „Jsme kompaktní a levní, vysoce citliví a rychlí! Naše práce je založena na změně elektrického odporu, díky čemuž jsme ideální pro digitální systémy!“ Termočlánky namítají: “Ale můžeme pracovat při velmi vysokých teplotách, kam termistory nesmí!” A naše přesnost bude lepší.”

Na to odpovídají termistory: „Obejdeme se bez vysokých teplot! Můžeme být použiti pro přesné měření teploty.” “A jsme nepostradatelní tam, kde je třeba monitorovat velmi velké teplotní změny!” – počítadlo termočlánků.

Ve skutečnosti oba termistory a termočlánky zaujímají své místo ve světě tepelných procesů. Podívejme se podrobně na rozdíly mezi nimi a jaké ovládací zařízení je lepší vybrat kde.

Co je termistor

Jedná se o odpor, který vykazuje znatelné změny odporu při změnách teploty. Termistory mají předvídatelný vztah mezi odporem a teplotou, díky čemuž jsou užitečné v různých procesních aplikacích.

Pro svou kompaktní velikost, okamžitou odezvu na změny teploty a značnou citlivost jsou termistory žádané tam, kde je potřeba správně měřit a řídit kolísání teplot.

Co je termočlánek

Zařízení citlivé na teplotu, jehož činnost je založena na Seebeckově jevu (napětí se objeví, když jsou na okrajích spojeny dva různé kovy a jsou vystaveny tepelnému gradientu). Měření stupňů je možné, protože toto napětí koreluje s teplotním rozdílem mezi dvěma okraji termočlánku.

Taková zařízení se často používají v různých průmyslových odvětvích: ve výrobě, při petrochemických procesech, v topných a klimatizačních systémech a při laboratorních experimentech. Díky své přizpůsobivosti a spolehlivosti se staly nejoblíbenější možností pro měření teploty a sledování teploty.

Termistor vs. termočlánek

Zamysleme se nad tím, jak se od sebe liší termistory a termočlánky.

Stabilita termistoru je považována za průměrnou. Dávají výrazné kolísání odporu v důsledku citlivosti na změny teploty. Dlouhodobé používání může ovlivnit jejich přesnost měření.

Termočlánky obecně vykazují vynikající stabilitu; jsou méně náchylné na dobu používání a fyzické stárnutí.

1. teplotní gradient

Termistory se často vyrábějí pro rozsah -50. +150°C v závislosti na oblasti použití a typu provedení.

Termočlánek méně náladový vůči podmínkám, rozsah použití je -200…+ 2°C. To je určeno materiálem výroby a typem produktu.

1. Přesnost ukazatelů

Pro termistory je tento indikátor docela dobrý. Tvoří křivočarou závislost odporu na teplotě, což vede ke kvalitnímu sledování a řízení.

Správné hodnoty termočlánků závisí na typu a kalibraci, ale nejčastěji poskytují přijatelnou přesnost. Při sledování teplot v širokém rozsahu pomáhá dodatečná kalibrace, která vede k dobré přesnosti.

Případy použití

Termistory jsou potřeba v následujících situacích:

• teplotní kompenzace v elektronických domácích zařízeních;
• tepelné nastavení v topných a klimatizačních systémech;
• v nemocničních zařízeních pro nemocniční pacienty;
• použití průmyslových zařízení pro tepelnou regulaci a následnou změnu hodnot.

Termočlánek velmi snadno přizpůsobitelné většině objektů:

• vysokoteplotní operace (například výroba skla, oceli);
• sběr dat pro laboratorní úlohy;
• regulace teploty motorů pro automobily, letadla, kosmické lodě;
• teplotní profilování v potravinářském průmyslu.

Termočlánky jsou důležité pro čtení údajů v širokém rozsahu teplot, poskytují stabilitu v průběhu času a přizpůsobivost drsným podmínkám. Termistory jsou vhodné pro aplikace, kde je vyžadována přesnost v úzkém teplotním rozsahu. Rozhodnutí o výběru je založeno na aplikačních limitech a specifických teplotních potřebách.

Role teplotních senzorů v průmyslovém vytápění

Tam, kde je vyžadována přesná regulace a sledování teploty, hrají oba typy zařízení důležitou roli. Každý nabízí jedinečnou sadu výhod a použití v této situaci:

Termistory v průmyslovém vytápění

NTC je žádaný v průmyslových topných systémech. Generuje vysoce kvalitní zpětnou vazbu pro udržení přijatelných teplotních hodnot. Termistory mohou být instalovány v těsné blízkosti topných těles pro měření jejich výkonu. Jejich použití zvyšuje životnost komponent systému, zvyšuje energetickou účinnost a zabraňuje přehřívání.

V průmyslových topných systémech lze odporové vlastnosti NTC termistorů využít pro teplotní kompenzaci. Tím je zajištěno, že proces ohřevu zůstává konstantní a „nevázaný“ na kolísání parametrů prostředí.

Termistor se používá v topných zařízeních jako bezpečnostní opatření. Zazní alarm nebo vypne topný systém, pokud teplota překročí určitou prahovou hodnotu.

Termočlánky v průmyslovém vytápění

Díky schopnosti řídit extrémně vysoké teploty jsou ideální pro průmyslové aplikace vytápění ve stovkách a tisících stupňů. Díky své odolnosti mohou termočlánky odolat drsným průmyslovým prostředím, včetně vysokého tlaku a chemické atmosféry.

Rychlá odezva termočlánků na změny skutečných podmínek umožňuje rychle upravit teplotu v topných systémech.

Jsou přizpůsobeny pro různé topné systémy ve výrobě díky zavedení odrůd, z nichž každá je optimalizována pro určité teplotní rozsahy a podmínky prostředí. Instalace se provádí podél okruhu topného systému.

Za co si budete muset připlatit

Tento faktor pro termistory i termočlánky závisí na řadě faktorů.

1. Termočlánky v tomto kole prohrávají, protože poskytují větší přesnost měření. Za to musíte zaplatit.
2. Rozsah naměřených hodnot. Měření vysokých teplot vyžaduje dražší materiály a vylepšené výrobní technologie. Termočlánky mají výrazně vyšší pokrytí měřením.
3. Lineární parametry a design. Miniaturní snímače vyžadují větší finanční investice než velké. Termistory jsou větší.
4. Další možnosti: digitální výstup, tepelná kompenzace a další zvyšují cenu výrobků.
5. Objednané množství: velkoobchodní množství je levnější než malé sady.

Obecně lze říci, termočlánky jsou dražší než termistory stejné třídy přesnosti a funkčnosti. Rozdíl může být od 20-30% až po 2-3násobek. Ale termočlánky jsou odolnější při provozu v drsných podmínkách, což platí za vyšší náklady.

Termistory a termočlánky jsou nedílnou součástí průmyslového vytápění. Termistory, zejména typy NTC, poskytují přesné řízení a monitorování teploty v rámci specifikovaných limitů, což z nich dělá nejlepší volbu pro zachování spolehlivosti a bezpečnosti v provozech vyžadujících mírné teploty.

Termočlánky vynikají v drsném prostředí díky své odolnosti vůči širokému teplotnímu rozsahu a rychlé odezvě. Jejich přizpůsobivost se rozšiřuje i do horkých oblastí, jako jsou pece a pece.

Pro komplexní řízení tepelných procesů v širokém teplotním rozsahu je vhodné kombinovat termistory a termočlánky. To vám umožní spojit jejich výhody a vyřešit problémy co nejefektivněji. Rozhodnutí je založeno na jedinečných požadavcích na teplotu a environmentálních prvcích každé aplikace.

Nákup a následná instalace teploměrů se provádí až po provedení tepelně technických a inženýrských výpočtů s odůvodněním použití konkrétních zařízení. Mělo by být také navrženo schéma instalace termistorů a termočlánků v místě výroby.

Termistor je polovodičová součástka, jejíž odpor závisí na teplotě. V závislosti na typu prvku se odpor může při zahřívání zvyšovat nebo snižovat. Existují dva typy termistorů:

• NTC (Negative Temperature Coefficient) – se záporným teplotním koeficientem odporu (TCR). Často se jim říká „termistory“.
• PTC (Positive Temperature Coefficient) – s kladným TCS. Říká se jim také “Pozistory”.

Důležité! Teplotní koeficient elektrického odporu je závislost odporu na teplotě. Popisuje, o kolik ohmů nebo procent nominální hodnoty se změní odpor prvku, když se jeho teplota zvýší o 1 stupeň Celsia. Například klasické rezistory mají kladný TCR (při zahřívání se zvyšuje odpor vodičů).

Termistory jsou nízkoteplotní (do 170K), středněteplotní (170-510K) a vysokoteplotní (900-1300K). Tělo prvku může být vyrobeno z plastu, skla, kovu nebo keramiky.

Konvenční grafické označení termistorů ve schématu připomíná běžné odpory, jen s tím rozdílem, že jsou přeškrtnuté proužkem a u nich je uvedeno písmeno t.

To je mimochodem označení pro jakékoliv rezistory, jejichž odpor se vlivem prostředí mění a druh ovlivňujících veličin je označen písmenem, t – teplota.

• Nominální odolnost při 25 stupních Celsia.
• Maximální proud nebo ztrátový výkon.
• Rozsah provozních teplot.
• TKS.

Zajímavým faktem: Termistor vynalezl v roce 1930 vědec Samuel Ruben.

Pojďme se blíže podívat na to, jak každý z nich funguje a proč je každý z nich potřebný.

NTC

Základní informace

Odpor NTC termistorů při zahřívání klesá, jejich TCR je negativní. Závislost odporu na teplotě ukazuje graf níže.

Zde vidíte, že při zahřátí klesá odpor NTC termistoru.

Takové termistory jsou vyrobeny z polovodičů. Princip činnosti spočívá v tom, že s rostoucí teplotou se zvyšuje koncentrace nosičů náboje, elektrony se pohybují do vodivostního pásma. Kromě polovodičů se používají oxidy přechodných kovů.

Věnujte pozornost takovému parametru, jako je koeficient beta. Bere se v úvahu při použití termistoru k měření teploty, ke zprůměrování grafu odporu proti teplotě a k provádění výpočtů pomocí mikrokontrolérů. Níže můžete vidět rovnici beta pro aproximaci křivky odporu termistoru.

Zajímavé: Ve většině případů se termistory používají v teplotním rozsahu 25-200 stupňů Celsia. V souladu s tím mohou být použity pro měření v těchto rozsazích, zatímco termočlánky pracují také při 600 stupních Celsia.

Kde se používá

Termistory se záporným TCR se často používají k omezení startovacích proudů elektromotorů, startovacích relé, k ochraně proti přehřátí lithiových baterií a v napájecích zdrojích ke snížení nabíjecích proudů vstupního filtru (kapacitního).

Výše uvedené schéma ukazuje příklad použití termistoru v napájecím zdroji. Tato aplikace se nazývá přímý ohřev (kdy se prvek sám zahřívá, když jím prochází proud). Na desce napájecího zdroje vypadá NTC rezistor takto.

Na obrázku níže můžete vidět, jak NTC termistor vypadá. Může se lišit velikostí, tvarem a méně často i barvou, nejčastější jsou zelená, modrá a černá.

Omezení startovacího proudu elektromotorů pomocí NTC termistoru se v domácích spotřebičích rozšířilo díky své snadné implementaci. Je známo, že při startování může motor spotřebovávat proud několikanásobně až desetinásobně vyšší, než je jeho jmenovitá spotřeba, zejména pokud motor není startován na volnoběh, ale pod zatížením.

Princip fungování tohoto schématu:

Když je termistor studený, jeho odpor je velký, zapneme motor a proud v obvodu je omezen aktivním odporem termistoru. Tento prvek se postupně zahřívá a jeho odpor klesá a motor se vrací do provozního režimu. Termistor je zvolen tak, že za tepla je odpor blízký nule. Na fotografii níže vidíte spálený termistor na desce mlýnku na maso Zelmer, kde je toto řešení použito.

Nevýhodou tohoto provedení je, že při restartu, kdy termistor ještě nevychladl, nedochází k omezení proudu.

Pro ochranu žárovek je neobvyklé amatérské použití termistoru. Níže uvedený diagram ukazuje možnost omezení proudového rázu při rozsvícení takových žárovek.

Pokud je k měření teploty použit termistor, nazývá se tento provozní režim nepřímý ohřev, tzn. je vytápěna externím zdrojem tepla.

Zajímavé: Termistory nemají žádnou polaritu, takže je lze použít v obvodech se stejnosměrným i střídavým proudem bez obav z přepólování.

značkování

Termistory mohou být označeny buď abecedně, nebo obsahují barevné značení ve formě kroužků, kroužků nebo pruhů. Způsobů písmenného označení je přitom mnoho – záleží na výrobci a typu konkrétního prvku. Jedna z možností:

V praxi, pokud se používá k omezení zapínacího proudu, se nejčastěji vyskytují diskové termistory, které jsou označeny takto:

5D-20

Kde první číslo označuje odpor při 25 stupních Celsia – 5 Ohmů a „20“ je průměr, čím větší je, tím více energie může rozptýlit. Příklad toho můžete vidět na obrázku níže:

K rozluštění barevných značek můžete použít níže uvedenou tabulku.

Vzhledem k velkému množství možností značení můžete při dekódování udělat chybu, takže pro přesné dekódování je lepší vyhledat technickou dokumentaci pro konkrétní komponent na webu výrobce.

PTC

Základní informace

PTC rezistory, jak bylo řečeno, mají pozitivní TCR, to znamená, že jejich odpor se při zahřívání zvyšuje. Jsou vyrobeny z titaničitanu barnatého (BaTiO₃). Pozistor má následující graf teploty a odporu:

Kromě toho musíte věnovat pozornost jeho charakteristikám proudového napětí:

Provozní režim závisí na volbě pracovního bodu pozistoru na charakteristice proud-napětí, například:

• Lineární řez se používá k měření teploty;
• Sekce po proudu se používá u spouštěcích relé, časových relé, měření EMI výkonu v mikrovlnách, požárních poplachů a dalších.

Rozsah použití pozistorů je poměrně široký. Používají se především v obvodech pro ochranu zařízení a zařízení před přehřátím nebo přetížením, méně často pro měření teploty a také jako autostabilizační topná tělesa. Stručně si uveďme příklady použití:

1. Ochrana elektromotoru. PTC termistor instalovaný v přední části každého vinutí elektromotoru (u jednorychlostního třífázového 3, u dvourychlostního 6 atd.) zabraňuje vyhoření vinutí v případě zaseknutí rotoru nebo selhání systému nuceného chlazení . Jak toto schéma funguje? Pozistor se používá jako snímač připojený k řídicímu zařízení s výkonnými relé, spouštěči a stykači. V případě nouze se jeho odpor zvýší a tento signál se přenese do řídícího orgánu, motor se vypne.
2. Pro ochranu vinutí transformátoru před přehřátím a (nebo) přetížením je pozistor instalován v sérii s primárním vinutím.
3. Demagnetizační systém pro obrazovky CRT televizorů a monitorů. Mimochodem, tato část často selhává a při opravách je třeba se setkat s tímto případem, v tomto případě selže pojistka.
4. Topné těleso v lepicích pistolích. Například v autech pro zahřátí sacího traktu níže uvedená fotografie ukazuje XX kanálové topení karburátoru Pierburg.

Termistory jsou skupina zařízení, která dokážou převádět teplotu na elektrický signál, který se čte měřením poklesu napětí nebo proudu v obvodu, kde je instalován. Nebo sami mohou být regulačním orgánem, pokud to jeho parametry umožňují. Jednoduchost a dostupnost těchto zařízení umožňuje jejich široké využití jak pro profesionální návrh zařízení, tak pro radioamatérskou praxi.