Измеряем температуру c помощью термистора. Принцип работы термистора Терморезистор для измерения температуры

В электронике всегда приходится что-то измерять или оценивать. Например, температуру. С этой задачей успешно справляются терморезисторы - электронные компоненты на основе полупроводников, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры.

Здесь я не буду расписывать теорию физических процессов, которые происходят в терморезисторах, а перейду ближе к практике - познакомлю читателя с обозначением терморезистора на схеме, его внешним видом, некоторыми разновидностями и их особенностями.

На принципиальных схемах терморезистор обозначается вот так.

В зависимости от сферы применения и типа терморезистора обозначение его на схеме может быть с небольшими отличиями. Но вы всегда его определите по характерной надписи t или t° .

Основная характеристика терморезистора - это его ТКС . ТКС - это температурный коэффициент сопротивления . Он показывает, на какую величину изменяется сопротивление терморезистора при изменении температуры на 1°С (1 градус Цельсия) или 1 градус по Кельвину.

У терморезисторов несколько важных параметров. Приводить я их не буду, это отдельный рассказ.

На фото показан терморезистор ММТ-4В (4,7 кОм). Если подключить его к мультиметру и нагреть, например, термофеном или жалом паяльника, то можно убедиться в том, что с ростом температуры его сопротивление падает.

Терморезисторы есть практически везде. Порой удивляешься тому, что раньше их не замечал, не обращал внимания. Давайте взглянем на плату от зарядного устройства ИКАР-506 и попробуем найти их.

Вот первый терморезистор. Так как он в корпусе SMD и имеет малые размеры, то запаян на небольшую плату и установлен на алюминиевый радиатор - контролирует температуру ключевых транзисторов.

Второй. Это так называемый NTC-термистор (JNR10S080L ). О таких я ещё расскажу. Служит он для ограничения пускового тока. Забавно. Вроде терморезистор, а служит в качестве защитного элемента.

Почему то если заходит речь о терморезисторах, то обычно думают, что они служат для измерения и контроля температуры. Оказывается, они нашли применение и как устройства защиты.

Также терморезисторы устанавливаются в автомобильные усилители. Вот терморезистор в усилителе Supra SBD-A4240. Здесь он задействован в цепи защиты усилителя от перегрева.

Вот ещё пример. Это литий-ионный аккумулятор DCB-145 от шуруповёрта DeWalt. Вернее, его "потроха". Для контроля температуры аккумуляторных ячеек применён измерительный терморезистор.

Его почти не видно. Он залит силиконовым герметиком. Когда аккумулятор собран, то этот терморезистор плотно прилегает к одной из Li-ion ячеек аккумулятора.

Прямой и косвенный нагрев.

По способу нагрева терморезисторы делят на две группы:

Прямой нагрев. Это когда терморезистор нагревается внешним окружающим воздухом или током, который протекает непосредственно через сам терморезистор. Терморезисторы с прямым нагревом, как правило, используются либо для измерения температуры, либо температурной компенсации. Такие терморезисторы можно встретить в термометрах, термостатах, зарядных устройствах (например, для Li-ion батарей шуруповёртов).

Косвенный нагрев. Это когда терморезистор нагревается рядом расположенным нагревательным элементом. При этом он сам и нагревательный элемент электрически не связаны друг с другом. В таком случае, сопротивление терморезистора определяется функцией тока, протекающего через нагревательный элемент, а не через терморезистор. Терморезисторы с косвенным нагревом являются комбинированными приборами.

NTC-термисторы и позисторы.

По зависимости изменения сопротивления от температуры терморезисторы делят на два типа:

PTC-термисторы (они же позисторы ).

Давайте разберёмся, какая между ними разница.

Своё название NTC-термисторы получили от сокращения NTC - Negative Temperature Coefficient , или "Отрицательный Коэффициент Сопротивления". Особенность данных термисторов в том, что при нагреве их сопротивление уменьшается . Кстати, вот так обозначается NTC-термистор на схеме.

Обозначение термистора на схеме

Как видим, стрелки на обозначении разнонаправлены, что указывает на основное свойство NTC-термистора: температура увеличивается (стрелка вверх), сопротивление падает (стрелка вниз). И наоборот.

На практике встретить NTC-термистор можно в любом импульсном блоке питания. Например, такой термистор можно обнаружить в блоке питания компьютера. Мы уже видели NTC-термистор на плате ИКАР"а, только там он был серо-зелёного цвета.

На этом фото NTC-термистор фирмы EPCOS. Применяется для ограничения пускового тока.

Для NTC-термисторов, как правило, указывается его сопротивление при 25°С (для данного термистора это 8 Ом) и максимальный рабочий ток. Обычно это несколько ампер.

Данный NTC-термистор устанавливается последовательно, на входе сетевого напряжения 220V. Взгляните на схему.

Так как он включен последовательно с нагрузкой, то весь потребляемый ток протекает через него. NTC-термистор ограничивает пусковой ток, который возникает из-за заряда электролитических конденсаторов (на схеме С1). Бросок зарядного тока может привести к пробою диодов в выпрямителе (диодный мост на VD1 - VD4).

При каждом включении блока питания конденсатор начинает заряжаться, а через NTC-термистор начинает протекать ток. Сопротивление NTC-термистора при этом велико, так как он ещё не успел нагреться. Протекая через NTC-термистор, ток разогревает его. После этого сопротивление термистора уменьшается, и он практически не препятствует протеканию тока, потребляемого прибором. Таким образом, за счёт NTC-термистора удаётся обеспечить "плавный запуск" электроприбора и уберечь от пробоя диоды выпрямителя.

Понятно, что пока импульсный блок питания включен, NTC-термистор находится в "подогретом" состоянии.

Если в схеме происходит выход из строя каких-либо элементов, то, обычно резко возрастает и потребляемый ток. При этом нередки случаи, когда NTC-термистор служит своего рода дополнительным предохранителем и также выходят из строя из-за превышения максимального рабочего тока.

Выход из строя ключевых транзисторов в блоке питания зарядного устройства привел к превышению максимального рабочего тока этого термистора (max 4A) и он сгорел.

Позисторы. PTC-термисторы.

Термисторы, сопротивление которых при нагреве растёт , называют позисторами. Они же PTC-термисторы (PTC - Positive Temperature Coefficient , "Положительный Коэффициент Сопротивления").

Стоит отметить, что позисторы получили менее широкое распространение, чем NTC-термисторы.

Позисторы легко обнаружить на плате любого цветного CRT-телевизора (с кинескопом). Там он установлен в цепи размагничивания. В природе встречаются как двухвыводные позисторы, так и трёхвыводные.

На фото представитель двухвыводного позистора, который применяется в цепи размагничивания кинескопа.

Внутри корпуса между выводами-пружинами установлено рабочее тело позистора. По сути это и есть сам позистор. Внешне выглядит как таблетка с напылением контактного слоя по бокам.

Как я уже говорил, позисторы используются для размагничивания кинескопа, а точнее его маски. Из-за магнитного поля Земли или влияния внешних магнитов маска намагничивается, и цветное изображение на экране кинескопа искажается, появляются пятна.

Наверное, каждый помнит характерный звук "бдзынь", когда включается телевизор - это и есть тот момент, когда работает петля размагничивания.

Кроме двухвыводных позисторов широко применяются трёхвыводные позисторы. Вот такие.

Отличие их от двухвыводных заключается в том, что они состоят из двух позисторов-"таблеток", которые установлены в одном корпусе. На вид эти "таблетки" абсолютно одинаковые. Но это не так. Кроме того, что одна таблетка чуть меньше другой, так ещё и сопротивление их в холодном состоянии (при комнатной температуре) разное. У одной таблетки сопротивление около 1,3 ~ 3,6 кОм, а у другой всего лишь 18 ~ 24 Ом.

Трёхвыводные позисторы также применяются в цепи размагничивания кинескопа, как и двухвыводные, но только схема их включения немного иная. Если вдруг позистор выходит из строя, а такое бывает довольно часто, то на экране телевизора появляются пятна с неестественным отображением цвета.

И конденсаторы. Маркировка на них не наносится, что затрудняет их идентификацию. По внешнему виду SMD-терморезисторы очень похожи на керамические SMD-конденсаторы.

Встроенные терморезисторы.

В электронике активно применяются и встроенные терморезисторы. Если у вас паяльная станция с контролем температуры жала , то в нагревательный элемент встроен тонкоплёночный терморезистор. Также терморезисторы встраиваются и в фен термовоздушных паяльных станций , но там он является отдельным элементом.

Стоит отметить, что в электронике наряду с терморезисторами активно применяются термопредохранители и термореле (например, типа KSD), которые также легко обнаружить в электронных приборах.

Теперь, когда мы познакомились с терморезисторами, пора .

А Вы знаете, что такое NTC термистор и какие у него характеристики?

Что такое термисторы NTC?

Термистор, встроенный в зонд из нержавеющей стали, представляет собой «отрицательный температурный коэффициент». Термисторы NTC — это резисторы с отрицательным температурным коэффициентом, что означает, что сопротивление уменьшается с повышением температуры. Они в основном используются как резистивные температурные датчики и токоограничивающие устройства. Коэффициент температурной чувствительности примерно в пять раз больше, чем у кремниевых температурных датчиков (силисторы) и примерно в десять раз больше, чем у датчиков температуры сопротивления (RTD). Датчики NTC обычно используются в диапазоне от -55 ° C до 200 ° C.

Нелинейность связи между сопротивлением и температурой, проявляемая резисторами NTC, представляла собой большую проблему при использовании аналоговых схем для точного измерения температуры, но быстрое развитие цифровых схем позволило решить эту задачу, позволяющую вычислять точные значения путем интерполяции таблиц поиска или путем решения уравнений которые приближаются к типичной кривой NTC.

Определение термистора NTC

Термистор NTC представляет собой термочувствительный резистор, сопротивление которого демонстрирует большое, точное и прогнозируемое снижение по мере того, как температура ядра резистора увеличивается в диапазоне рабочих температур.

Характеристики термисторов NTC

В отличие от RTD (температурные детекторы сопротивления), изготовленные из металлов, термисторы NTC обычно изготавливаются из керамики или полимеров. Различные используемые материалы приводят к различным температурным откликам, а также к другим характеристикам.

Реакция температуры

Хотя большинство термисторов NTC обычно подходят для использования в температурном диапазоне от -55 ° C до 200 ° C, где они дают наиболее точные показания, существуют специальные семейства термисторов NTC, которые могут использоваться при температурах, приближающихся к абсолютному нулю (-273,15 ° C), а также те, которые специально предназначены для использования выше 150 ° C.

Температурная чувствительность датчика NTC выражается как «процентное изменение на градус C». В зависимости от используемых материалов и особенностей производственного процесса типичные значения чувствительности к температуре колеблются от -3% до -6% на ° С.

Характеристическая кривая NTC

Как видно из рисунка, термисторы NTC имеют гораздо более крутой наклон сопротивления-температуры по сравнению с RTD платинового сплава, что приводит к лучшей температурной чувствительности. Тем не менее, RTD остаются наиболее точными датчиками, точность которых составляет ± 0,5% от измеренной температуры, и они полезны в температурном диапазоне от -200 ° C до 800 ° C, что намного шире, чем у датчиков температуры NTC.

Сравнение с другими датчиками температуры

По сравнению с RTD, NTC имеют меньший размер, более быстрый отклик, большую устойчивость к ударам и вибрации и имеют более низкую себестоимость. Они немного менее точны, чем RTD. По сравнению с термопарами точность, полученная от обоих, аналогична; однако термопары выдерживают очень высокие температуры (порядка 600 ° C) и используются вместо термисторов NTC, где их иногда называют пирометрами. Тем не менее, термисторы NTC обеспечивают большую чувствительность, стабильность и точность, чем термопары при более низких температурах, и используются с меньшими затратами электроэнергии и, следовательно, имеют более низкие общие затраты. Стоимость дополнительно снижается из-за отсутствия необходимости в схемах формирования сигнала (усилители, переводчики уровня и т. д.), Которые часто необходимы при работе с RTD и всегда необходимы для термопар.

Эффект самонагрева

Эффект самонагрева — это явление, которое происходит, когда ток протекает через термистор NTC. Поскольку термистор в основном является резистором, он рассеивает энергию в виде тепла, когда через него протекает ток. Это тепло генерируется в сердечнике термистора и влияет на точность измерений. Степень, в которой это происходит, зависит от количества протекающего тока, окружающей среды (будь то жидкость или газ, есть ли какой-либо поток над датчиком NTC и т. д.), Температурный коэффициент термистора, общее количество термистора области и т. д. Тот факт, что сопротивление датчика NTC и, следовательно, ток протекания через него, зависит от окружающей среды и часто используется в резервуарах для хранения жидкости.

Теплоемкость

Теплоемкость представляет собой количество тепла, необходимое для повышения температуры термистора на 1 ° C и обычно выражается в мДж / ° C. Знание точной теплоемкости имеет большое значение при использовании датчика термистора NTC в качестве ограничителя пускового тока, поскольку он определяет скорость отклика датчика температуры NTC.

Выбор и расчет кривой

Тщательный процесс отбора должен учитывать константу рассеяния термистора, постоянную времени термической обработки, значение сопротивления, кривую сопротивления-сопротивления и допуски, чтобы учесть в наиболее важных факторах.
Поскольку зависимость между сопротивлением и температурой (кривая R-T) сильно нелинейна, в практических схемах системы должны использоваться определенные приближения.

Приближение первого порядка

Одним приближением и простейшим в использовании является приближение первого порядка, в котором говорится, что:

формула приближения первого порядка: dR = k * dT

Где k — отрицательный температурный коэффициент, ΔT — разность температур, ΔR — изменение сопротивления, возникающее в результате изменения температуры. Это приближение первого порядка справедливо только для очень узкого температурного диапазона и может быть использовано только для таких температур, где k почти постоянна во всем диапазоне температур.

Бета-формула

Другое уравнение дает удовлетворительные результаты с точностью ± 1 ° C в диапазоне от 0 ° C до + 100 ° C. Он зависит от единственной константы материала β, которая может быть получена путем измерений. Уравнение можно записать в виде:

Бета-уравнение: R (T) = R (T0) * exp (бета * (1 / T-1 / T0))

Где R (T) — сопротивление при температуре T в Кельвине, R (T0) является точкой отсчета при температуре T0. Бета-формула требует двухточечной калибровки и обычно не более чем ± 5 ° C по всему полезному диапазону термистора NTC.

Уравнение Штейнхарта-Харта

Наилучшим приближением, известным на сегодняшний день, является формула Штейнхарта-Харта, опубликованная в 1968 году:

Уравнение Штейнхарта для точного приближения: 1 / T = A + B * (ln (R)) + C * (ln (R)) ^ 3

Где ln R — естественный логарифм сопротивления при температуре T в Кельвине, а A, B и C — коэффициенты, полученные из экспериментальных измерений. Эти коэффициенты обычно публикуются поставщиками термисторов в составе таблицы данных. Формула Штейнхарта-Харта, как правило, составляет около ± 0,15 ° С в диапазоне от -50 ° С до + 150 ° С, что является большим для большинства применений. Если требуется высокая точность, диапазон температур должен быть уменьшен, а точность лучше, чем ± 0,01 ° C в диапазоне от 0 ° C до + 100 ° C.

Выбор правильного приближения

Выбор формулы, используемой для получения температуры из измерения сопротивления, должен основываться на доступной вычислительной мощности, а также на фактических требованиях допуска. В некоторых приложениях приближение первого порядка более чем достаточно, в то время как в других случаях даже уравнение Штейнхарта-Харта удовлетворяет требованиям, а термистор должен быть откалиброван по пунктам, делая большое количество измерений и создавая таблицу поиска.

Конструкция и свойства термисторов NTC

Материалами, обычно используемыми при изготовлении NTC-резисторов, являются платина, никель, кобальт, железо и оксиды кремния, используемые в виде чистых элементов или керамики и полимеров. Термисторы NTC можно разделить на три группы, в зависимости от используемого производственного процесса.

Форма бисера или шарика. Эти термисторы NTC изготовлены из свинцовых проводов из платинового сплава, непосредственно спеченных в керамический корпус. Они обычно обеспечивают быстрое время отклика, лучшую стабильность и позволяют работать при более высоких температурах, чем дисковые и чип-датчики NTC, однако они более хрупкие. Обычно они запечатывают их в стекле, чтобы защитить их от механических повреждений во время сборки и улучшить их стабильность измерений. Типичные размеры колеблются от 0,075 до 5 мм в диаметре.

Диск и чип-термисторы

Термистор в виде диска. Терморезисторы NTC имеют металлизированные поверхностные контакты. Они больше и, как результат, имеют более медленное время реакции, чем резисторы NTC типа шариков. Однако из-за их размера они имеют более высокую константу диссипации (мощность, необходимая для повышения их температуры на 1 ° C), и поскольку мощность, рассеиваемая термистором, пропорциональна квадрату тока, они могут обрабатывать более высокие токи намного лучше, чем шариковый тип термисторов. Термисторы с типом диска производятся путем прессования смеси оксидных порошков в круглую матрицу, которые затем спекаются при высоких температурах. Чипы обычно изготавливают методом литья под давлением, где суспензию материала распределяют в виде толстой пленки, сушат и разрезают в форму. Типичные размеры колеблются от 0,25 до 25 мм в диаметре.

Стекловолокно с термистором NTC

Это датчики температуры NTC, запечатанные в воздухонепроницаемом стеклянном пузыре. Они предназначены для использования при температурах выше 150 ° C или для монтажа на печатной плате, где требуется прочность. Инкапсуляция термистора в стекле повышает стабильность датчика, а также защиту датчика от окружающей среды. Они изготавливаются герметично уплотняющими резисторами типа NTC в стеклянный контейнер. Типичные размеры колеблются от 0,4 до 10 мм в диаметре.

Термисторы NTC используются в широком спектре применений. Они используются для измерения температуры, температуры управления и температурной компенсации. Они также могут использоваться для обнаружения отсутствия или наличия жидкости, в качестве устройств ограничения тока в цепях питания, мониторинга температуры в автомобильных агрегатах и многих других. Датчики NTC можно разделить на три группы, в зависимости от электрической характеристики, используемой в агрегатах и устройствах.

Характеристика сопротивления-температуры

Приложения, основанные на характеристике сопротивления-времени, включают измерение температуры, контроль и компенсацию. К ним также относятся ситуации, в которых используется термистор NTC, так что температура датчика температуры NTC связана с некоторыми другими физическими явлениями. Эта группа агрегатов требует, чтобы термистор работал в условиях нулевой мощности, что означает, что ток проходящий через него поддерживается как можно на более низком уровне, чтобы избежать нагрева зонда.

Текущая временная характеристика

Устройствами, основанными на характеристике текущего времени, являются: временная задержка, ограничение пускового тока, подавление перенапряжений и многое другое. Эти характеристики связаны с теплоемкостью и постоянной диссипации используемого термистора NTC. Схема обычно полагается на термистор NTC, нагреваясь из-за проходящего через него тока. В какой-то момент это вызовет какое-то изменение в схеме, в зависимости от устройства, в котором оно используется.

Характеристика напряжения

Устройства, основанные на характеристике напряжения и тока термистора, обычно включают изменения условий окружающей среды или изменения схемы, которые приводят к изменениям рабочей точки на заданной кривой в цепи. В зависимости от применения это может использоваться для ограничения тока, температурной компенсации или измерения температуры.

Многоэтажное строительство

В России насчитывается более 100 миллионов единиц жилья, а большинство из них — «односемейные дома» или коттеджи. В городах, в пригородах и в сельской местности, собственные дома являются очень распространенным видом жилья.
Практика проектирования, строительства и эксплуатации зданий чаще всего является коллективной работой различных групп профессионалов и профессий. В зависимости от размера, сложности и цели конкретного проекта здания команда проекта может включать:
1. Разработчик недвижимости, который обеспечивает финансирование проекта;
Один или несколько финансовых учреждений или других инвесторов, которые предоставляют финансирование;
2. Органы местного планирования и управления;
3. Служба, который выполняет ALTA / ACSM и строительные обследования в рамках всего проекта;
4. Руководители зданий, которые координируют усилия различных групп участников проекта;
5. Лицензированные архитекторы и инженеры, которые проектируют здания и готовят строительные документы;

1.ЧТО ЭТО ТАКОЕ?
Терморезистор – это полупроводниковый резистор , в котором используется зависимость сопротивления полупроводника от температуры.
Терморезисторы характеризуются большим температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), значение которого превосходит аналогичный параметр у металлов в десятки и даже сотни раз.
Терморезисторы устроены очень просто и изготавливаются различной формы и размеров


Для того, чтобы более-менее представлять себе физические основы работы данного радиокомпонента, сначала следует познакомиться со строением и свойствами полупроводников (см. мою статью «Полупроводниковый диод»).
Краткое напоминание. В полупроводниках имеются свободные носители электрического заряда двух типов: «-» электроны и «+» дырки. При постоянной температуре окружающей среды они спонтанно образуются (диссоциация) и исчезают (рекомбинация). Средняя концентрация свободных носителей в полупроводнике остаётся неизменной – это динамическое равновесие. При изменении температуры происходит нарушение такого равновесия: если температура увеличивается, то концентрация носителей возрастает (проводимость увеличивается, сопротивление уменьшается), а если уменьшается, то и концентрация свободных носителей также падает (проводимость уменьшается, сопротивление возрастает).
Зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры показана на графике .
Как видно, если температура стремится к абсолютному нулю (-273,2С), то полупроводник становится почти идеальным диэлектриком. Если же температура сильно возрастает, то, наоборот, почти идеальным проводником. Но самым важным является то, что зависимость R(T) у полупроводника сильно выражена в диапазоне обычных температур, допустим, от -50С до +100С (можно взять немного шире).

Терморезистор был изобретён Самюэлем Рубеном в 1930г.

2.ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
2.1. Номинальное сопротивление – сопротивление терморезистора при 0°С (273,2К)
2.2. ТКС – это физическая величина, равная относительному изменению электрического сопротивления участка электрической цепи или удельного сопротивления вещества при изменении температуры на 1°С (1К).
Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы ) и положительным (позисторы ) ТКС. Их ещё называют NTC -термисторы (Negative temperature coefficient) и PTC -термисторы (Positive temperature coefficient) соответственно. У позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов – наоборот: при увеличении температуры сопротивление падает.
Величину ТКС обычно приводят в справочниках для температуры 20°С (293 К).

2.3. Интервал рабочих температур
Различают терморезисторы низкотемпературные (рассчитанные на работу при температуpax ниже 170 К), среднетемпературные (170–510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Кроме того, существуют терморезисторы, предназначенные для работы при 4,2 К и ниже и при 900–1300 К. Наиболее широко используются среднетемпературные терморезисторы с ТКС от -2,4 до -8,4 %/К и номинальным сопротивлением 1–106 Ом.

Примечание. В физике применяется так называемая шкала абсолютных температур (термодинамическая шкала). По ней самая низкая температура в природе (абсолютный ноль) принята за начало отсчёта. По этой шкале температура может быть только со знаком «+». Отрицательной абсолютной температуры не существует. Обозначение: Т, единица измерения 1К (Кельвин). 1К=1°С, поэтому формула перевода температуры из шкалы Цельсия в шкалу термодинамических температур очень проста: Т=t+273 (примерно) или, соответственно, наоборот: t=Т-273. Здесь t – температура по шкале Цельсия.
Соотношение шкал Цельсия и Кельвина показано на

2.4. Номинальная мощность рассеяния – это мощность, при которой терморезистор сохраняет свои параметры в заданных техническими условиями пределах в процессе эксплуатации.

3. РЕЖИМ РАБОТЫ
Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической вольт-амперной характеристики (ВАХ – ) выбрана рабочая точка. В свою очередь ВАХ зависит как от конструкции, размеров и основных параметров терморезистора, так и от температуры, теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между терморезистором и средой. Терморезисторы с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАХ используются для измерения и контроля температуры и компенсации температурных изменений параметров электрических цепей и электронных приборов. Терморезисторы с рабочей точкой на нисходящем участке ВАХ (с отрицательным сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности электро­магнит­ного излучения на СВЧ, стабилизаторов температуры и напряжения. Режим работы терморезистора, при котором рабочая точка находится также на ниспадающем участке ВАХ (при этом используется зависимость сопротивления терморезистора от температуры и теплопроводности окружающей среды), характерен для терморезисторов, применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких терморезисторов основано на возникновении релейного эффекта в цепи с терморезистором при изменении температуры окружающей среды или условий теплообмена терморезистора со средой.
Существуют терморезисторы особой конструкции – с косвенным подогревом. В таких терморезисторах имеется подогревная обмотка, изолированная от полупроводникового резистивного элемента (если при этом мощность, выделяющаяся в резистивном элементе, мала, то тепловой режим терморезистора определяется температурой подогревателя, а, следовательно, током в нём). Таким образом, появляется возможность изменять состояние терморезистора, не меняя ток через него. Такой терморезистор используется в качестве переменного резистора, управляемого электрически на расстоянии.
Из терморезисторов с положительным температурным коэффициентом наибольший интерес представляют терморезисторы, изготовленные из твёрдых растворов на основе BaTiO. Их и называют позисторами. Известны терморезисторы с небольшим положительным ТКС (0,5–0,7 %/К), выполненные на основе кремния с электронной проводимостью; их сопротивление изменяется с температурой примерно по линейному закону. Такие терморезисторы используются, например, для температурной стабилизации электронных устройств на транзисторах.
На рис. показана Зависимость сопротивления терморезистора от температуры. Линия 1 - для ТКС < 0, линия 2 - для ТКС > 0.

4. ПРИМЕНЕНИЕ
При использовании терморезисторов в качестве датчиков различают два основных режима.
В первом режиме температура терморезистора практически определяется только температурой окружающей среды. Ток, проходящий через терморезистор, очень мал и практически не нагревает его.
Во втором режиме терморезистор нагревается проходящим по нему током, а температура терморезистора определяется изменяющимися условиями теплоотдачи, например интенсивностью обдува, плотностью окружающей газовой среды и т. п.
Так как термисторы обладают отрицательным коэффициентом (NTC), а позисторы положительным коэффициентом (РТС), то и на схемах они будут обозначаться соответствующим образом .

NTC-термисторы – полупроводниковые резисторы, чувствительные к температуре, сопротивление которых снижается с повышением температуры.

Применение NTC-термисторов

РТС-термисторы - это керамические компоненты, сопротивление которых мгновенно возрастает, когда температура превышает допустимый предел. Эта особенность делает их идеальными для различного применения в современном электронном оборудовании.

Применение РТС -термисторов

Иллюстрации к применению терморезисторов:


- температурные датчики автомобилей, в системах регулировки скорости вращения кулеров, в медицинских термометрах


- в домаших метеостанциях, кондиционерах, микроволновках


- в холодильниках, чайниках, тёплых полах


- в посудомоечных машинах, датчиках расхода топлива автомобилей, датчиках расхода воды


- в картриджах лазерных принтеров, системах размагничивания CRT-мониторов, усиановках вентиляции и кондиционирования

5. Примеры радиолюбительских конструкций с применением терморезисторов

5.1. Устройство защиты ламп накаливания на терморезисторе
Для ограничения первоначального тока иногда достаточно включить последовательно с лампой накаливания постоянный резистор. В этом случае правильный выбор сопротивления резистора зависит от мощности ламп накаливания и от тока, потребляемого лампой. В технической литературе имеются сведения о результатах измерений бросков тока через лампу в ее холодном и разогретом состояниях при включении последовательно с лампой ограничительного резистора. Результаты измерений показывают, что броски тока через нить лампы накаливания составляют 140% от номинального тока, протекающего через нить в разогретом состоянии и при условии, если сопротивление последовательно включенного ограничительного резистора составляет 70-75% от номинального сопротивления лампы накаливания в рабочем состоянии. А из этого следует вывод, что ток предварительного прогрева нити лампы также составляет 70-75% от номинального тока.


К основным преимуществам схемы следует отнести то, что она исключает даже небольшие броски тока через нить лампы накаливания при включении. Обеспечивается это благодаря установленному в устройстве защиты терморезистору R3. В начальный момент включения в сеть терморезистор R3 имеет максимальное сопротивление, ограничивающее протекающий через этот резистор ток. При постепенном нагревании терморезистора R3 его сопротивление плавно уменьшается, в результате чего ток через лампу накаливания и резистор R2 также плавно нарастает. Схема устройства рассчитана таким образом, что при достижении на лампе накаливания напряжения 180- 200 В на резисторе R2 падает напряжение, что приводит к срабатыванию электромагнитного реле К1. При этом контакты реле KL1 и К1.2 замыкаются.
Обратите внимание на то, что в цепи ламп накаливания последовательно включен еще один резистор - R4, который также ограничивает броски тока и защищает схему от перегрузок. При замыкании контактов реле KL1 происходит подключение управляющего электрода тиристора VS1 к его аноду, а это в свою очередь приводит к открыванию тиристора, который в конечном счете шунтирует терморезистор R3, выключая его из работы. Контакты реле К1.2 шунтируют резисторR4, что приводит к увеличению напряжения на лампах накаливания Н2 и НЗ, и их нити начинают светиться более интенсивно.
Подключается устройство к сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц с помощью электрического соединителя X1 типа «вилка». Включение и выключение нагрузки обеспечивается переключателем S1. На входе устройства установлен плавкий предохранитель F1, защищающий входные цепи устройства от перегрузок и коротких замыканий при неправильном монтаже. Включение устройства в сеть переменного тока контролируется индикаторной лампой HI тлеющего разряда, которая разгорается сразу же после включения. Кроме этого, на входе устройства собран фильтр, защищающий от высокочастотных помех, которые проникают в сеть питания устройства.
При изготовлении устройства защиты ламп накаливания Н2 и НЗ использованы следующие комплектующие: тиристор VS1 типа КУ202К; выпрямительные диоды VD1-4 типа КДЮ5Б; индикаторная лампочка H1 типа ТН-0,2-1; лампы накаливания Н2, НЗ типа 60Вт-220-240В; конденсаторы С1-2 типа МБМ-П-400В-0,1 мкФ, СЗ - K50-3-10B-20 мкФ; резисторы R1 типа ВСа-2-220 кОм, R2 - ВСа-2-10 Ом, R3 - ММТ-9, R4 - проволочный самодельный с сопротивлением 200 Ом или типа C5-35-3BT-200 Ом; электромагнитное реле К1 типа РЭС-42 (паспорт РС4.569.151); электрический.соединитель X1 типа «вилка» с электрическим кабелем; переключатель S1 типа П1Т-1-1.
При сборке и ремонте устройства могут быть применены другие комплектующие. Резисторы типа ВСа можно заменить на резисторы типов МЛТ, МТ, С1-4, УЛИ; конденсаторы типа МБМ - на К40У-9, МБГО, К42У-2, конденсатор типа К50-3 - на К50-6, К50-12, К50-16; электромагнитное реле типа РЭС-42 - на реле типов РЭС-9 (паспорт РС4.524.200), РВМ-2С-110, РПС-20 (паспорт РС4.521.757); тиристор типа КУ202К - на КУ202Л, КУ202М, КУ201К, КУ201Л; терморезистор любой серии.
Для регулировки и налаживания устройства защиты ламп накаливания потребуется ИП и автотрансформатор, позволяющий увеличить напряжение питания переменного тока до 260 В. Напряжение подается на вход устройства X1, и измеряют его в точках А и Б, выставив автотрансформатором напряжение на лампах накаливания равным 200 В. Вместо постоянного резистора R2 устанавливают проволочный переменный резистор типа ППЗ-ЗВт-20 Ом. Плавно увеличивая сопротивление резистора R2 отмечают момент срабатывания реле K1. Перед проведением этой регулировки терморезистор R3 шунтируется короткозамкнутой перемычкой.
После проверки напряжения на лампах накаливания при временно замкнутых резисторах R2 и R3 снимают перемычки, устанавливают на место резистор R2 с соответствующим сопротивлением, проверяют время задержки срабатывания электромагнитного реле, которое должно быть в пределах 1,5-2 с. Если время срабатывания реле значительно больше, то сопротивление резистора R2 необходимо увеличить на несколько Ом.
Надо отметить, что это устройство имеет существенный недостаток: включение и выключение его может производиться только после того, как терморезистор R3 полностью остыл после нагревания и подготовлен к новому циклу включения. Время охлаждения терморезистора равно 100-120 с. Если терморезистор еще не охладился, то устройство сработает с задержкой только за счет включенного в схему резистора R4.

5.2. Простые терморегуляторы в блоках питания
Сначала - терморегулятор. При выборе схемы учитывались такие факторы, как ее простота, доступность необходимых для сборки элементов (радиодеталей), особенно применяемых в качестве термодатчиков, технологичность сборки и установки в корпус БП.
По этим критериям наиболее удачной оказалась схема В.Портунова. Она позволяет уменьшить износ вентилятора и снизить уровень шума, создаваемого им. Схема этого автоматического регулятора частоты вращения вентилятора показана на рис. . Датчиком температуры служат диоды VD1- VD4, включенные в обратном направлении в цепь базы составного транзистора VT1, VT2. Выбор в качестве датчика диодов обусловила зависимость их обратного тока от температуры, которая имеет более выраженный характер, чем аналогичная зависимость сопротивления терморезисторов. Кроме того, стеклянный корпус указанных диодов позволяет обойтись без каких-либо диэлектрических прокладок при установке на теплоотводе транзисторов блока питания. Немаловажную роль сыграла распространенность диодов и их доступность для радиолюбителей.


Резистор R1 исключает возможность выхода из строя транзисторов VTI, VT2 в случае теплового пробоя диодов (например, при заклинивании электродвигателя вентилятора). Его сопротивление выбирают, исходя из предельно допустимого значения тока базы VT1. Резистор R2 определяет порог срабатывания регулятора.
Следует отметить, что число диодов датчика температуры зависит от статического коэффициента передачи тока составного транзистора VT1,VT2. Если при указанном нa схеме сопротивлении резистора R2, комнатной температуре и включенном питании крыльчатка вентилятора неподвижна, число диодов следует увеличить. Необходимо добиться того, чтобы после подачи напряжения питания она уверенно начинала вращаться с небольшой частотой. Естественно, если при четырех диодах датчика частота вращения слишком высокая, число диодов следует уменьшить.

Устройство монтируют в корпусе блока питания . Одноименные выводы диодов VD1-VD4 спаивают вместе, расположив их корпусы в одной плоскости вплотную друг к другу Полученный блок приклеивают клеем БФ-2 (или любым другим термостойким, например, эпоксидным) к теплоотводу высоковольтных транзисторов с обратной стороны. Транзистор VT2 c припаянными к его выводам резисторами R1, R2 и транзистором VT1 (рис.2) устанавливают выводом эмиттера в отверстие «+12 В вентилятора» платы БП (раньше туда подключался красный провод от вентилятора). Налаживание устройства сводится к подбору резистора R2 спустя 2.. 3 мин после включения ПК и прогрева транзисторов БП. Временно заменив R2 переменным (100-150 кОм) подбирают такое сопротивление, чтобы при номинальной нагрузке теплоотводы транзисторов блока питания нагревались не более 40ºС.
Во избежание поражения электрическим током (теплоотводы находятся под высоким напряжением!) "измерять" температуру на ощупь можно, только выключив компьютер.
Простую и надежную схему предложил И. Лаврушов. Принцип ее работы тот же, что и в предыдущей схеме, однако в качестве датчика температуры применен терморезистор NTC (номинал 10 кОм некритичен). Транзистор в схеме выбран типа КТ503. Как определено опытным путем его работа является более устойчивой, чем других типов транзисторов. Подстроечный резистор желательно применить многооборотный, что позволит точнее настроить температурный порог срабатывания транзистора и, соответственно, частоту вращения вентилятора. Терморезистор приклеивается к диодной сборке 12 В. При отсутствии его можно заменить двумя диодами. Более мощные вентиляторы с током потребления больше 100 мА следует подключать через схему составного транзистора (второй транзистор КТ815).


Схемы двух других, относительно простых и недорогих регуляторов частоты вращения вентиляторов охлаждения БП, часто приводятся в интернете (CQHAM.ru). Их особенность в том, что в качестве порогового элемента применяется интегральный стабилизатор TL431. Довольно просто «добыть» эту микросхему можно при разборке старых БП ПК АТХ.
Автор первой схемы Иван Шор. При повторении выявилась целесообразность в качестве подстроечного резистора R1 применять многооборотный того же номинала. Терморезистор крепится на радиатор охлаждаемой диодной сборки (или на ее корпус) через термопасту КПТ-80.


Подобная схема, но на двух включенных параллельно КТ503 (вместо одного КТ815) на рис.5. При указанных номиналах деталей на вентилятор поступает 7В, повышаясь при нагреве терморезистора. Транзисторы КТ503 можно заменить на импортные 2SC945, все резисторы мощностью 0,25Вт.


Более сложная схема регулятора частоты вращения вентилятора охлаждения с успехом применяется в другом БП. В отличие от прототипа в ней применены «телевизионные» транзисторы. Роль радиатора регулируемого транзистора Т2 на ней выполняет свободный участок фольги, оставленный на лицевой стороне платы. Эта схема позволяет, кроме автоматического увеличения частоты вращения вентилятора при нагреве радиатора охлаждаемых транзисторов БП или диодной сборки, устанавливать минимальную пороговую частоту вращения вручную, вплоть до максимума.

5.3. Электронный термометр с точностью не менее 0,1 °С.
Его легко собрать самому по схеме, приведенной ниже. По сравнению с ртутным термометром электрический намного безопаснее, кроме того, если применить неинерционный терморезистор типа СТЗ-19, время измерения составляет всего 3 с.


Основу схемы составляет мост постоянного тока R4, R5, R6, R8. Изменение величины сопротивления терморезистора приводит к разбалансу моста. Напряжение разбаланса сравнивается с опорным напряжением, снимаемым с делителя-потенциометра R2. Ток, протекающий через R3, РА1, прямо пропорционален разбалансу моста, а значит и измеряемой температуре. Транзисторы VТ1 и VТ2 используются в качестве низковольтных стабилитронов. Их можно заменить на КТ3102 с любым буквенным индексом. Настройку прибора начинают с измерения сопротивления терморезистора при фиксированной температуре 20°С. После измерения R8 из двух резисторов R6 + R7 необходимо с высокой точностью подобреть такой же номинал сопротивления. После этого потенциометры R2 и R3 устанавливаются 1з среднее положение. Для калибровки термометра можно воспользоваться следующей методикой. В качестве источника образцовой температуры используется емкость с подогретой водой (лучше выбирать температуру ближе к верхнему пределу измерения), температуру которой контролируют образцовым термометром.
После включения питания выполняем следующие операции:
а) переводим переключатель S2 в положение "КАЛИБРОВКА" и резистором R8 устанавливаем стрелку на нулевую отметку шкалы;
б) помещаем терморезистор в емкость с водой, температура которой должна быть в пределах измеряемого диапазона;
в) устанавливаем переключатель в положение "ИЗМЕРЕНИЕ" и резистором R3 устанавливаем стрелку прибора на значение шкалы, которое будет равно измеряемой величине в соответствии с показаниями образцового термометра.
Операции а), б), в) повторяют несколько раз, после чего настройку можно считать законченной.

5.4. Приставка к мультиметру для измерения температуры


Простая приставка, содержащая шесть резисторов , позволяет использовать цифровой вольтметр (или мультиметр) для измерения температуры с разрешающей способностью 0,1°С и тепловой инерцией в 10...15 с. При таком быстродействии его можно применять и для измерения температуры тела. В измерительный прибор вносить изменений не требуется, а изготовление приставки доступно и начинающим радиолюбителям.
В качестве датчика применен полупроводниковый терморезистор СТЗ-19 с номинальным сопротивлением 10 кОм при t = 20°С. Вместе с дополнительным резистором R3 он образует одну половину измерительного моста. Вторая половина моста -делитель напряжения из резисторов R4 и R5. последним при калибровке устанавливают начальное значение выходного напряжения. Мультиметр используется в режиме измерения постоянного напряжения на пределах 200 или 2000 мВ. Соответствующим выбором сопротивления резистора R2 изменяют чувствительность измерительного моста.
Непосредственно перед измерением температуры переменным резистором R1 устанавливают напряжение питания измерительной цепи равным тому, при котором производилась первоначальная калибровка. Включают приставку для отсчета измеряемой температуры кнопочным выключателем SB1, а перевод из режима измерения в режим установки напряжения -переключателем SB2.
Расчет включаемого последовательно с терморезистором дополнительного резистора R3 производят по формуле R3 = Rtm(B - 2Тм)/(В + 2Тм), где RTm - сопротивление терморезистора в середине температурного диапазона; В - постоянная терморезистора; Тм -абсолютная температура в середине измерительног диапазона Т = t° + 273.
Такая величина R3 обеспечивает минимальное отклонение характеристики от линейной.
Постоянная терморезистора определяется по измерению сопротивлений RT1 и RT2 терморезистора при двух значениях температуры Т1 и Т2 и последующим вычислением по формуле B = ln(RT1/RT2)/(1/T-1/T2).
Напротив, при известных параметрах терморезистора с отрицательным ТКС его сопротивление для некоторой температуры Т можно определить по формуле Rt = R-r2oe(B/T"B^J3) , где Rt2o -сопротивление терморезистора при температуре 20°С.
Калибровку приставки производят в двух точках: Тк- = Тм+0,707(Т2-Т.)/2 и ТК2=Тм-0,707(12-10/2, где Тм = (Тт + Т2)/2, Ti и Т2 - начало и конец температурного диапазона.
В процессе первоначальной калибровки со свежим элементом питания сопротивление переменного резистора R1 устанавливают максимальным, чтобы по мере потери емкости и снижения напряжения элемента можно было сохранять напряжение на мосте неизменным (приставка потребляет ток около 8 мА). Регулированием подстроечных резисторов R2, R5 добиваются соответствия в трех знаках показаний цифрового индикатора мультиметра значениям температуры терморезистора Т«1 и Т«2, контролируемой точным термометром. При его отсутствии воспользуйтесь, например, медицинским термометром для контроля температуры в пределах его шкалы и стабильной температурой таяния льда - 0°С.
В качестве мультиметра автором использован М-830 фирмы Mastech. Резисторы R2, R5 лучше применить многооборотные (СП5-1В, СП5-14). a R1 - однооборотный, например ППБ: резисторы R3 и R4 - МЛТ-0,125. Для включения питания и переключения режима приставки можно взять кнопочные переключатели П2К без фиксации.
В изготовленной приставке были установлены границы диапазона измеряемой температуры - Т1 = 15°С: Т2 = 45°С. В случае измерений в диапазоне положительных и отрицательных значений температуры по шкале Цельсия индикация знака получается автоматически.

5.5. Термореле
Схема термореле показана на . Теплочувствительный элемент этого автомата - полупроводниковый терморезистор, сопротивление которого при понижении температуры резко увеличивается. Так при комнатной температуре (20 С) его сопротивление составляет 51 кОм, а при 5-7 С уже почти 100 кОм, то есть возрастает почти в два раза. Именно это его свойство и используется в автоматическом регуляторе температуры.


При нормальной температуре сопротивление терморезистора R1 относительно мало, и на базу транзистора VT1 подается постоянное смещение, которое удерживает его в открытом состоянии. С уменьшением температуры сопротивление терморезистора увеличивается, ток базы уменьшается, и транзистор начинает закрываться. Тогда триггер Шмидта, собранный на транзисторах VT2 и VT3, "опрокидывается" (VT2 открывается, а VT3 закрывается) и подает смещение в цепь базы транзистора Т4, в эмиттерную цепь которого включено электромагнитное реле. Транзистор VT4 открывается и включает реле К1. Подстроечным резистором R3 можно выбрать пороги срабатывания триггера и, следовательно, температуру, которую устройство будет автоматически поддерживать. Диод VD2, включенный в обратном направлении, шунтирует обмотку реле и предохраняет транзистор от пробоя при включении реле, когда в его обмотке возникает ЭДС самоиндукции. Одновременно со срабатыванием реле начинает светиться светодиод HL1, который используется в качестве индикатора работы всего устройства. Стабилитрон VD1 и резистор R9 образуют простейший параметрический стабилизатор напряжения для питания электронной схемы устройства, а конденсаторы С1 и С2 фильтруют выпрямленное диодным мостиком VD3-VD6 переменное напряжение.
Все детали для сборки устройства вы можете легко купить в магазине радиотоваров. Резисторы типа МЛТ, транзистор VT1 -МП41; VT2, VT3 и VT4 - МП26. Вместо них можно использовать любые p-n-p транзисторы, рассчитанные на напряжение не ниже 20 В. Реле K1 - типа РЭС-10 или аналогичное, срабатывающее при токе 10-15 мА с переключающими или размыкающими контактами. Если нужного вам реле подобрать не удастся, не отчаивайтесь. Заменив транзистор VT4 на более мощный, например ГТ402 или ГТ403, вы можете включить в его коллекторную цепь практически любое реле, применяющееся в транзисторной аппаратуре. Светодиод HL1 - любого типа, трансформатор T1 - ТВК-110.
Все детали, за исключением терморезистора R1, монтируются на печатной плате, которая находится в комнате вместе с электронным выключателем . Когда при понижении температуры реле срабатывает и замыкает контакты К 1.1, на управляющем электроде симистора VS1 появляется напряжение, которое его отпирает. Цепь замыкается.
Теперь о налаживании электронной схемы. Прежде чем подключать контакты реле 4 к тиристору VS1, терморегулятор необходимо испытать и настроить. Сделать это можно так.
Возьмите терморезистор, припаяйте к нему длинный провод в двухслойной изоляции и поместите в тонкую стеклянную трубочку, заклеив с обоих концов эпоксидной смолой для герметичности. Затем включите питание электронного регулятора, опустите трубочку с терморезистором в стакан со льдом и, вращая движок подстроечного резистора, добейтесь срабатывания реле.

5.6. Схема терморегулятора для стабилизации температуры нагревателя (500 Вт)


Терморегулятор, схема которого изображена ниже, предназначен для поддержания постоянной температуры воздуха в помещении, воды в сосудах, в термостатах, а также растворов в цветной фотографии. К нему можно подключать нагреватель мощностью до 500 Вт. Терморегулятор состоит из порогового устройства (на транзисторе Т1 и Т2), электронного реле (на транзисторе ТЗ и тиристоре Д10) и блока питания. Датчиком температуры служит терморезистор R5, включенный в цепь подачи напряжения на базу транзистора Т1 порогового устройства.
Если окружающая среда имеет необходимую температуру, транзистор Т1 порогового устройства закрыт, а Т2 открыт. Транзистор ТЗ и тиристор Д10 электронного реле в этом случае закрыты, и напряжение сети не поступает на нагреватель. При понижении температуры среды сопротивление терморезистора увеличивается, в результате чего напряжение на базе транзистора Т1 повышается. Когда оно достигает порога срабатывания устройства, транзистор Т1 откроется, а Т2 - закроется. Это приведет к открыванию транзистора ТЗ. Напряжение, возникающее на резисторе R9, приложено между катодом и управляющим электродом тиристора Д10 и будет достаточно для открывания его. Напряжение сети через тиристор и диоды Д6 - Д9 поступит на нагреватель.
Когда температура среды достигнет необходимой величины, терморегулятор отключит напряжение от нагревателя. Переменный резистор R11 служит для установки пределов поддерживаемой температуры.
В терморегуляторе применен терморезистор ММТ-4. Трансформатор Тр выполнен на сердечнике Ш12Х25. Обмотка I содержит 8000 витков провода ПЭВ-1 0,1, обмотка II - 170 витков провода ПЭВ-1 0,4.

5.7. ТЕРМОРЕГУЛЯТОР ДЛЯ ИНКУБАТОРА
Предложена схема простого и надежного в работе термореле для инкубатора. Отличается малым потреблением электроэнергии, выделение тепла на силовых элементах и балластном резисторе незначительно.
Предлагаю схему простого и надежного в работе термореле для инкубатора. Схема изготовлена, испытана, проверена в работе в непрерывном режиме в течение нескольких месяцев эксплуатации.
Технические данные:
Напряжение питания 220 В, 50 Гц
Коммутируемая мощность активной нагрузки до 150 Вт.
Точность поддержания температуры ±0,1 °С
Диапазон регулирования температуры от + 24 до 45°С.
Принципиальная схема устройства


На микросхеме DA1 собран компаратор. Регулировка заданной температуры производится переменным резистором R4. Термодатчик R5 подключен к схеме экранированным проводом в хлорвиниловой изоляции через фильтр C1R7 для уменьшения наводок. Можно применить двойной тонкий провод, свитый в жгут. Терморезистор необходимо поместить в тонкую полихлорвиниловую трубку.
Конденсатор С2 создает отрицательную обратную связь по переменному току. Питание схемы осуществляется через параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне VD1 типа Д814А-Д. Конденсатор С3 - фильтр по питанию. Балластный резистор R9 для уменьшения рассеиваемой мощности составлен из двух последовательно соединенных резисто¬ров 22 кОм 2 Вт. С этой же целью транзисторный ключ на VT1 типа КТ605Б, КТ940А подключен не к стабилитрону, а к аноду тиристора VS1.
Выпрямительный мост собран на диодах VD2-VD5 типа КД202К,М,Р, установленных на не-большие П-образные радиаторы из алюминия толщиной 1-2 мм площадью 2-2,5 см2 Тиристор VS1 также установлен на аналогичный ра¬диатор площадью 10-12 см2
В качестве нагревателя используются осветительные лампы HL1...HL4, включенные последовательно-параллельно для увеличения срока службы и исключения аварийных ситуаций в случае перегорания нити накала одной из ламп.
Работа схемы. Когда температура термодатчика меньше заданного уровня, выставленного потенциометром R4, напряжение на выводе 6 микросхемы DA1 близко к напряжению питания. Ключ на транзисторе VT1 и тиристоре VS1 открыт, обогреватель на HL1...HL4 подключен к сети. Как только температура достигнет заданного уровня, микросхема DA1 переключится, напряжение на ее выходе станет близким к нулю, тиристорный ключ закроется, и обогреватель отключится от сети. При отключении обогревателя температура начнет понижаться, и когда она станет ниже заданного уровня, снова включатся ключ и обогреватель.
Детали и их замена. В качества DA1 можно применить К140УД7, К140УД8, К153УД2 (Прим.ред. - подойдет практически любой операционный усилитель или компаратор). Конденсаторы любого типа на соответствующее рабочее напряжение. Терморезистор R5 типа ММТ-4 (или другой с отрицательным ТКС). Его номинал может быть от 10 до 50 кОм. При этом номинал R4 должен быть таким же.

Устройство, выполненное из исправных деталей, начинает работать сразу.
При испытании и работе следует соблюдать правила техники безопасности, так как устройство имеет гальваническую связь с сетью.

5.8. ТЕРМОСТАТ
Термостат предназначен для поддержания температуры в интервале 25-45°С с точностью не хуже 0,05С. При очевидной простоте схемы этот термостат обладает несомненным преимуществом перед аналогичными: в схеме нет элементов, работающих в ключевом режиме. Таким образом, удалось избежать импульсных помех, возникающих при коммутации нагрузки со значительным током потребления.


Нагревательными элементами являются проволочные резисторы (10 Ом, 10 Вт) и регулирующий транзистор П217В (может быть заменен любым современным кремниевым транзистором структуры р-п-р). Холодильником - радиатор. Терморезистор (ММТ-4 3,3 Ком) припаян к медному стаканчику, в который вставляется термостатируемая баночка. Вокруг стаканчика необходимо намотать несколько слоев термоизоляции и сделать термоизолирующую крышечку над баночкой.
Питание схемы осуществляется от стабилизированного лабораторного блока питания. При включении схемы начинается нагрев, о чем сигнализирует красный светодиод. По достижении заданной температуры яркость свечения красного светодиода уменьшается и начинает светиться зеленый. После окончания процесса «выбегания» температуры, оба светодиода светятся в полнакала – температура стабилизировалась.
Вся схема располагается внутри П-образного алюминиевого радиатора. Таким образом, все элементы схемы оказываются так же термостатированными, что повышает точность работы устройства.

5.9. Регулятор температуры, освещенности или напряжения
Этот простой электронный регулятор в зависимости от используемого датчика может выполнять функции регулятора температуры, освещенности или напряжения. За основу взято устройство, опубликованное в статье И. Нечаева "Регуляторы температуры жала сетевых паяльников" ("Радио", 1992, № 2 - 3, с. 22). Принцип его действия отличается от аналога только тем, что порог срабатывания транзистора VT1 регулируется резистором R5.


Регулятор некритичен к номиналам примененных элементов. Он работает при напряжении стабилизации стабилитрона VD1 от 8 до 15 В. Сопротивление терморезистора R4 - в пределах от 4,7 до 47 кОм, переменного резистора R5 - от 9,1 до 91 кОм. Транзисторы VT1, VT2 любые маломощные кремниевые структуры р-п-р и п-р-п соответственно, например, серий КТ361 и КТ315 с любым буквенным индексом. Конденсатор С1 может иметь емкость 0.22...1 мкф, а С2 - 0,5...1 мкф. Последний должен быть рассчитан на рабочее напряжение не менее 400 В.
Правильно собранное устройство в налаживании не нуждается. Чтобы оно выполняло функции регулятора освещенности, терморезистор R4 необходимо заменить на фоторезистор или фотодиод, соединенный последовательно с резистором, номинал которого подбирается экспериментально.
Авторский вариант описанной здесь конструкции используется для регулирования температуры в домашнем инкубаторе, поэтому для повышения надежности при открытом тринисторе VS1 подключенные к нагрузке осветительные лампы (четыре параллельно включенных лампы мощностью 60 Вт на напряжение 220 В) горят в полнакала. Эксплуатируя устройство в режиме регулятора освещенности, к точкам А-В следует подключить мостовой выпрямитель VD2- VD5. Его диоды подбирают в зависимости от регулируемой мощности.
При работе с регулятором важно соблюдать меры электробезопасности: его необходимо поместить в пластмассовый корпус, ручку резистора R5 выполнить из изоляционного материала и обеспечить хорошую электроизоляцию терморезистора R4.

5.10. Питание лампы дневного света постоянным током
В этих устройствах пары контактов разъема каждой нити накала можно соединить вместе и подключить к «своей» цепи - тогда в светильнике будет работать даже лампа с перегоревшими нитями.


Схема варианта устройства, рассчитанного на питание люминесцентной лампы мощностью 40 Вт и более, приведена на рис. . Здесь мостовой выпрямитель выполнен на диодах VD1-VD4. А «пусковые» конденсаторы C2, C3 заряжаются через терморезисторы R1, R2 с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Причем в один полупериод заряжается конденсатор С2 (через терморезистор R1 и диод VDЗ), а в другой - СЗ (через терморезистор R2 и диод VD4). Терморезисторы ограничивают ток зарядки конденсаторов. Поскольку конденсаторы включены последовательно, напряжение на лампе EL1 достаточно для ее зажигания.
Если терморезисторы будут в тепловом контакте с диодами моста, их сопротивление при нагревании диодов возрастет, что понизит ток зарядки.


Дроссель, служащий балластным сопротивлением, не обязателен в рассматриваемых устройствах питания и может быть заменен лампой накаливания, как это показано на рис. . При включении устройства в сеть происходит разогрев лампы EL1 и терморезистора R1. Переменное напряжение на входе диодного моста VD3 возрастает. Конденсаторы С1 и С2 заряжаются через резисторы R2, R3. Когда суммарное напряжение на них достигнет напряжения зажигания лампы EL2, произойдет быстрая разрядка конденсаторов - этому способствуют диоды VD1,VD2.
Дополнив обычный светильник с лампой накаливания данным устройством с люминесцентной лампой, можно улучшить общее или местное освещение. Для лампы EL2 мощностью 20 Вт EL1 должна быть мощностью 75 или 100 Вт, если же EL2 применена мощностью 80 Вт, EL1 следует взять мощностью 200 или 250 Вт. В последнем варианте допустимо изъять из устройства зарядно-разрядные цепи из резисторов R2, R3 и диодов VD1, VD2.

На этом я заканчиваю обзор ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ.
Несколько слов ещё об одном радиокомпоненте – варисторе .
Я не планирую делать о нём отдельную статью, поэтому - коротко:
ВАРИСТОР – это также полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Причём, при увеличении напряжения сопротивление варистора уменьшается. Всё элементарно. Чем больше напряжённость внешнего электрического поля, тем больше электронов «срывает» оно с оболочек атома, тем больше образуется дырок – количество свободных носителей заряда возрастает, проводимость – тоже, а сопротивление уменьшается. Это в том случае, если полупроводник чистый. На практике всё гораздо сложнее. Тирит, вилит, лэтин, силит - полупроводниковые материалы на основе карбида кремния. Оксид цинка - новый материал для варисторов. Как видим, чистых полупроводников здесь нет.


Варистор обладает свойством резко уменьшать свое сопротивление с единиц ГОм (ГигаОм) до десятков Ом при увеличении приложенного к нему напряжения выше пороговой величины. При дальнейшем увеличении напряжения сопротивление уменьшается ещё сильнее. Благодаря отсутствию сопровождающих токов при скачкообразном изменении приложенного напряжения, варисторы являются основным элементом для производства устройств защиты от импульсных перенапряжений .


На этом знакомство с семейством резисторов можно считать законченным.

НАЗАД на страницу РАДИОкомпоненты

Терморезистор (или термистор) — это такой резистор, который меняет свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры.

Существует два вида термисторов: PTC — с положительным температурным коэффициентом, и NTC — с отрицательным. Положительный коэффициент означает, что с повышением температуры сопротивление термистора растёт. NTC-термистор ведет себя противоположным способом.

Также термисторы отличаются номинальным сопротивлением, которое соответствует комнатной температуре — 25 C°. Например, популярными являются термисторы с номиналом 100 кОм и 10 кОм. Такие термисторы часто используют в 3D-принтерах.

В этом уроке мы будет использовать термистор NTC 100K в стеклянном корпусе. Вот такой:

Подключение термистора к Ардуино

Чтобы измерить сопротивление термистора, подключим его в качестве нижнего плеча делителя напряжения. Среднюю же точку делителя подключим к аналоговому входу Ардуино — A0. Подобный способ использовался в .

Подробно об аналоговых входах Ардуино мы говорили на уроке:

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Какое сопротивление должен иметь резистор в верхнем плече делителя? Как правило, используют резистор с сопротивлением, совпадающим по порядку с номиналом термистора. В нашем уроке мы используем резистор на R1 = 102 кОм, его легко получить последовательным соединением двух резисторов на 51 кОм.

Программа для вычисления сопротивления термистора

Первая программа, которую мы напишем, будет вычислять сопротивление термистора в Омах.

#define SERIAL_R 102000 // сопротивление последовательного резистора, 102 кОм const byte tempPin = A0; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(tempPin, INPUT); } void loop() { int t = analogRead(tempPin); float tr = 1023.0 / t - 1; tr = SERIAL_R / tr; Serial.println(tr); delay(100); }

Результат работы программы:

Можно заметить, что измеренное сопротивление термистора меньше 100 кОм, значит температура окружающей среды ниже 25 C°. Следующий шаг — вычисление температуры в градусах Цельсия.

Программа для вычисления температуры на термисторе

Чтобы вычислить значение температуры используют формулу Стейнхарта — Харта:

Уравнение имеет параметры A,B и C, которые нужно брать из спецификации к датчику. Так как нам не требуется большой точности, можно воспользоваться модифицированным уравнением (B-уравнение):

В этом уравнении неизвестным остается только параметр B, который для NTC термистора равен 3950. Остальные параметры нам уже известны:

• T0 — комнатная температура в Кельвинах, для которой указывается номинал термистора; T0 = 25 + 273.15;
• T — искомая температура, в Кельвинах;
• R — измеренное сопротивление термистора в Омах;
• R0 — номинальное сопротивление термистора в Омах.

Модифицируем программу для Ардуино, добавив расчет температуры:

#define B 3950 // B-коэффициент #define SERIAL_R 102000 // сопротивление последовательного резистора, 102 кОм #define THERMISTOR_R 100000 // номинальное сопротивления термистора, 100 кОм #define NOMINAL_T 25 // номинальная температура (при которой TR = 100 кОм) const byte tempPin = A0; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(tempPin, INPUT); } void loop() { int t = analogRead(tempPin); float tr = 1023.0 / t - 1; tr = SERIAL_R / tr; Serial.print("R="); Serial.print(tr); Serial.print(", t="); float steinhart; steinhart = tr / THERMISTOR_R; // (R/Ro) steinhart = log(steinhart); // ln(R/Ro) steinhart /= B; // 1/B * ln(R/Ro) steinhart += 1.0 / (NOMINAL_T + 273.15); // + (1/To) steinhart = 1.0 / steinhart; // Invert steinhart -= 273.15; Serial.println(steinhart); delay(100); }

Результат:

Уже лучше! Программа показывает нам температуру в градусах Цельсия. Как и ожидалось, она немного ниже 25 C°.

Задания

1. Термометр с дисплеем. Подключим к схеме символьный ЖК дисплей, и напишем программу, которая каждые 100 миллисекунд будет выводить на него температуру.
2. Сигнализация перегрева. Добавим в схему зуммер и напишем программу, которая будет непрерывно вычислять температуру. В программе также должно быть условие: если температура превышает 70 C°, то включаем зуммер.