La résistance de tout conducteur dépend généralement de la température. La résistance des métaux augmente avec la chaleur. Du point de vue de la physique, cela s'explique par une augmentation de l'amplitude des vibrations thermiques des éléments du réseau cristallin et une augmentation de la résistance au mouvement d'un flux d'électrons dirigé. La résistance des électrolytes et des semi-conducteurs diminue lorsqu'ils sont chauffés - cela s'explique par d'autres processus.
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Comment fonctionne la thermistance
Dans de nombreux cas, le phénomène de dépendance à la température de la résistance est néfaste. Ainsi, la faible résistance du filament d'une lampe à incandescence à l'état froid provoque un grillage au moment de l'allumage. La modification de la valeur de la résistance des résistances fixes pendant le chauffage ou le refroidissement entraîne une modification des paramètres du circuit.
Les développeurs sont aux prises avec ce phénomène, les résistances sont produites avec un TCR réduit - le coefficient de température de la résistance. Ces articles sont plus chers que d'habitude. Mais il existe de tels composants électroniques dans lesquels la dépendance de la résistance à la température est prononcée et normalisée. Ces éléments sont appelés thermistances (résistances thermiques) ou thermistances.
Types et dispositif de thermistances
Les thermistances peuvent être divisées en deux grands groupes selon leur réponse aux changements de température :
- si la résistance chute lorsqu'elle est chauffée, ces thermistances sont appelées Thermistances NTC (avec coefficient de température de résistance négatif);
- si la résistance augmente pendant le chauffage, la thermistance a un TCR positif (caractéristique PTC) - ces éléments sont également appelés positeurs.
Le type de thermistance est déterminé par les propriétés des matériaux à partir desquels les thermistances sont fabriquées. Lorsqu'ils sont chauffés, les métaux augmentent la résistance, par conséquent, sur leur base (plus précisément, sur la base d'oxydes métalliques), des résistances thermiques avec un TCR positif sont produites. Les semi-conducteurs ont une relation inverse, de sorte que les éléments NTC sont fabriqués à partir d'eux. Les éléments thermiquement dépendants avec TCR négatif peuvent théoriquement être fabriqués à base d'électrolytes, mais cette option est extrêmement gênante dans la pratique. Son créneau est la recherche en laboratoire.
La conception des thermistances peut être différente. Ils sont produits sous forme de cylindres, billes, rondelles, etc. avec deux sorties (comme résistance conventionnelle). Vous pouvez choisir la forme la plus pratique pour l'installation sur le lieu de travail.
Caractéristiques principales
La caractéristique la plus importante de toute thermistance est son coefficient de température de résistance (TCR).Il montre à quel point la résistance change lorsqu'elle est chauffée ou refroidie de 1 degré Kelvin.
Bien que le changement de température, exprimé en degrés Kelvin, soit égal au changement en degrés Celsius, Kelvin est toujours utilisé dans les caractéristiques de résistance thermique. Cela est dû à l'utilisation généralisée de l'équation de Steinhart-Hart dans les calculs, et elle inclut la température en K.
Le TCR est négatif pour les thermistances NTC et positif pour les thermistances PTC.
Une autre caractéristique importante est la résistance nominale. C'est la valeur de résistance à 25°C. Connaissant ces paramètres, il est facile de déterminer l'applicabilité de la résistance thermique pour un circuit particulier.
De plus, pour l'utilisation de thermistances, des caractéristiques telles que la tension de fonctionnement nominale et maximale sont importantes. Le premier paramètre détermine la tension à laquelle l'élément peut fonctionner pendant une longue période, et le second - la tension au-dessus de laquelle les performances de la résistance thermique ne sont pas garanties.
Pour les posistors, un paramètre important est la température de référence - le point sur le graphique de la dépendance de la résistance au chauffage, auquel la caractéristique change. Il définit la zone de travail de la résistance PTC.
Lors du choix d'une thermistance, vous devez faire attention à sa plage de température. En dehors de la zone spécifiée par le constructeur, sa caractéristique n'est pas normalisée (cela peut entraîner des erreurs dans le fonctionnement de l'équipement) ou la thermistance y est généralement inopérante.
Désignation graphique conditionnelle
Sur les schémas, l'UGO de la thermistance peut différer légèrement, mais le signe principal de la résistance thermique est le symbole t à côté du rectangle symbolisant la résistance.Sans ce symbole, il est impossible de déterminer de quoi dépend la résistance - des UGO similaires ont, par exemple, varistances (la résistance est déterminée par la tension appliquée) et d'autres éléments.
Parfois, une désignation supplémentaire est appliquée à l'UGO, qui détermine la catégorie de la thermistance :
- NTC pour les éléments avec TCS négatif ;
- CTP pour les positeurs.
Cette caractéristique est parfois indiquée par des flèches :
- unidirectionnel pour PTC ;
- multidirectionnel pour NTC.
La désignation de la lettre peut être différente - R, RK, TH, etc.
Comment vérifier la performance de la thermistance
Le premier contrôle de la thermistance consiste à mesurer la résistance nominale avec un multimètre conventionnel. Si la mesure est effectuée à température ambiante, qui n'est pas très différente de +25 ° C, alors la résistance mesurée ne doit pas différer de manière significative de celle indiquée sur le boîtier ou dans la documentation.
Si la température ambiante est supérieure ou inférieure à la valeur spécifiée, une petite correction doit être apportée.
Vous pouvez essayer de prendre la caractéristique de température de la thermistance - pour la comparer avec celle spécifiée dans la documentation ou pour la restaurer pour un élément d'origine inconnue.
Il existe trois températures disponibles pour créer avec une précision suffisante sans instruments de mesure :
- glace fondante (peut être prise au réfrigérateur) - environ 0 ° C;
- corps humain - environ 36 ° C;
- eau bouillante - environ 100 ° C
À partir de ces points, vous pouvez tirer une dépendance approximative de la résistance à la température, mais pour les posistors, cela peut ne pas fonctionner - sur le graphique de leur TKS, il y a des zones où R n'est pas déterminé par la température (en dessous de la température de référence).S'il y a un thermomètre, vous pouvez prendre une caractéristique en plusieurs points - en abaissant la thermistance dans l'eau et en la chauffant. Tous les 15 ... 20 degrés, il est nécessaire de mesurer la résistance et de tracer la valeur sur le graphique. Si vous devez prendre des paramètres supérieurs à 100 degrés, au lieu d'eau, vous pouvez utiliser de l'huile (par exemple, automobile - moteur ou transmission).
La figure montre les dépendances typiques de la résistance à la température - une ligne continue pour PTC, une ligne pointillée pour NTC.
Le cas échéant
L'utilisation la plus évidente des thermistances est comme capteurs de température. Les thermistances NTC et PTC conviennent à cet effet. Il suffit de sélectionner un élément en fonction de la zone de travail et de prendre en compte la caractéristique de la thermistance dans l'appareil de mesure.
Vous pouvez construire un relais thermique - lorsque la résistance (plus précisément, la chute de tension à travers celle-ci) est comparée à une valeur donnée, et lorsque le seuil est dépassé, la sortie commute. Un tel dispositif peut être utilisé comme dispositif de contrôle thermique ou comme détecteur d'incendie. La création de compteurs de température est basée sur le phénomène de chauffage indirect - lorsque la thermistance est chauffée à partir d'une source externe.
Toujours dans le domaine de l'utilisation des résistances thermiques, le chauffage direct est utilisé - la thermistance est chauffée par le courant qui la traverse. Les résistances NTC peuvent être utilisées de cette manière pour limiter le courant - par exemple, lors de la charge de gros condensateurs lorsqu'ils sont allumés, ainsi que pour limiter le courant de démarrage des moteurs électriques, etc. A froid, les éléments thermiquement dépendants ont une grande résistance.Lorsque le condensateur est partiellement chargé (ou que le moteur atteint sa vitesse nominale), la thermistance aura le temps de chauffer avec le courant qui circule, sa résistance chutera et n'affectera plus le fonctionnement du circuit.
De la même manière, vous pouvez prolonger la durée de vie d'une lampe à incandescence en incluant une thermistance en série avec elle. Cela limitera le courant au moment le plus difficile - lorsque la tension est activée (c'est à ce moment que la plupart des lampes tombent en panne). Après l'échauffement, il cessera d'affecter la lampe.
Au contraire, les thermistances à caractéristique positive sont utilisées pour protéger les moteurs électriques pendant le fonctionnement. Si le courant dans le circuit d'enroulement augmente en raison d'un moteur bloqué ou d'une charge excessive de l'arbre, la résistance PTC chauffera et limitera ce courant.
Les thermistances NTC peuvent également être utilisées comme compensateurs thermiques pour d'autres composants. Ainsi, si une thermistance NTC est installée en parallèle avec la résistance qui définit le mode transistor et a un TKS positif, le changement de température affectera chaque élément dans le sens opposé. En conséquence, l'effet de la température est compensé et le point de fonctionnement du transistor ne se décale pas.
Il existe des appareils combinés appelés thermistances à chauffage indirect. Un élément dépendant de la température et un élément chauffant sont situés dans un boîtier d'un tel élément. Il y a un contact thermique entre eux, mais ils sont isolés galvaniquement. En faisant varier le courant à travers le réchauffeur, la résistance peut être contrôlée.
Les thermistances aux caractéristiques différentes sont largement utilisées en ingénierie. En plus des applications standard, leur champ d'application peut être étendu.Tout n'est limité que par l'imagination et les qualifications du développeur.
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