Thermistor là gì

Thermistor là gì? Đặc điểm và ứng dụng của Nhiệt Điện Trở

Thermistor hay Nhiệt điện trở (là chữ ghép nối giữa “Thermal” và “Resistor”) là một điện trở nhạy với nhiệt. Một thay đổi nhỏ của nhiệt độ dẫn đến sự thay đổi điện trở của thermistor, sự thay đổi này chính xác và có thể dự đoán được. Mức độ thay đổi điện trở phụ thuộc vào thành phần độc đáo của nó.

Lịch sử nhiệt điện trở

Michael Faraday; một nhà khoa học người Anh, lần đầu tiên phát hiện ra khái niệm nhiệt điện trở vào năm 1833 khi báo cáo về hoạt động bán dẫn của bạc sunfua.

Qua nghiên cứu của mình, ông nhận thấy rằng điện trở của bạc sunfua giảm khi nhiệt độ tăng lên. Khám phá này sau đó dẫn đến việc sản xuất thương mại nhiệt điện trở vào những năm 1930 khi Samuel Ruben phát minh ra nhiệt điện trở thương mại đầu tiên. Kể từ đó, công nghệ đã được cải thiện; mở đường cho các quy trình sản xuất được cải tiến; cùng với sự sẵn có của vật liệu chất lượng cao hơn.

Đọc thêm: Hiểu về Định Luật Faraday

Các loại nhiệt điện trở

Có hai loại nhiệt điện trở. Nhiệt điện trở NTC (Hệ số nhiệt độ âm) và nhiệt điện trở PTC (Hệ số nhiệt độ dương).

Sự khác biệt là nhiệt điện trở NTC thể hiện sự GIẢM điện trở khi nhiệt độ tăng lên, trong khi nhiệt điện trở PTC thể hiện sự TĂNG điện trở khi nhiệt độ tăng lên.

Các ứng dụng cho NTC và PTC Thermistors bao gồm:

  • Bù nhiệt độ
  • Đo nhiệt độ
  • Kiểm soát nhiệt độ
  • Giới hạn dòng điện xâm nhập

Lợi ích của NTC và PTC Thermistors

  • NTC Thermistors rất chắc chắn, đáng tin cậy và ổn định, đồng thời chúng được trang bị để xử lý các điều kiện môi trường khắc nghiệt và chống nhiễu tốt hơn các loại cảm biến nhiệt độ khác.
  • Kích thước nhỏ gọn: Các tùy chọn đóng gói cho phép chúng hoạt động trong không gian nhỏ hoặc chật hẹp; do đó chiếm ít diện tích hơn trên bảng mạch in.
  • Thời gian phản hồi nhanh: Kích thước nhỏ cho phép phản ứng nhanh với sự thay đổi nhiệt độ, điều này rất quan trọng khi cần phản hồi ngay lập tức.
  • Tiết kiệm chi phí: Không chỉ nhiệt điện trở ít tốn kém hơn so với các loại cảm biến nhiệt độ khác; nếu nhiệt điện trở đã mua có đường cong RT chính xác, không cần hiệu chuẩn nào khác trong quá trình lắp đặt hoặc trong thời gian hoạt động của nó.
  • Đối sánh điểm: Khả năng đạt được một điện trở cụ thể ở một nhiệt độ cụ thể.
  • Đối sánh đường cong: Các nhiệt điện trở có thể hoán đổi cho nhau với độ chính xác từ + 0,1˚C đến + 0,2˚C.

Các cân nhắc lựa chọn chung

Cho dù lắp đặt một hệ thống mới hay chỉ thay thế một thiết bị trong hệ thống hiện có, bạn nên cân nhắc những điểm chính này trước khi thực hiện lựa chọn của mình để đảm bảo kết quả mong muốn.

  • Điện trở cơ sở: Nếu bạn đang lắp đặt một ứng dụng mới, hãy nhớ chọn điện trở cơ sở phù hợp dựa trên các yêu cầu ứng dụng của bạn. Nếu bạn đang thay thế một nhiệt điện trở, hãy đảm bảo phù hợp với điện trở cơ sở hiện tại.
  • Điện trở so với Đường cong nhiệt độ: Nếu bạn đang lắp đặt một ứng dụng mới, hãy xác định mối quan hệ giữa điện trở và đường cong nhiệt độ chính xác. Nếu bạn đang thay thế một thiết bị, hãy đảm bảo khớp với thông tin từ nhiệt điện trở hiện có.
  • Bao bì nhiệt điện trở: Đảm bảo rằng bao bì đã chọn đáp ứng các yêu cầu ứng dụng của bạn.

NTC Thermistor

NTC Thermistors là phi tuyến tính, và như tên gọi của chúng cho thấy, điện trở của chúng giảm khi nhiệt độ tăng. Hiện tượng được gọi là hiện tượng tự đốt nóng có thể ảnh hưởng đến điện trở của nhiệt điện trở NTC. Khi dòng điện chạy qua nhiệt điện trở NTC, nó sẽ hấp thụ nhiệt khiến nhiệt độ của chính nó tăng lên.

NTC thermistor
NTC thermistor

Các ứng dụng

  • Đo nhiệt độ
  • Bù nhiệt độ
  • Kiểm soát nhiệt độ

Những lợi ích

  • Thời gian đáp ứng nhanh đến (± 1%).
  • Độ chính xác: Nhiệt điện trở NTC có dải chính xác từ 0,05 đến 0,20 ˚C với độ ổn định lâu dài. Các cảm biến nhiệt độ khác có thể trôi theo thời gian.
  • Bao bì: Nhiệt điện trở NTC có thể tùy chỉnh để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng khác nhau.
  • Khả năng chống nhiễu: Nhiệt điện trở NTC cung cấp khả năng miễn nhiễm tuyệt vời đối với nhiễu điện và điện trở dây hơn các loại cảm biến nhiệt độ khác.
  • Tiết kiệm chi phí: Do kích thước nhỏ và dễ sản xuất, các loại nhiệt điện trở NTC và PTC được chứng minh là những lựa chọn rất kinh tế.

Quy trình sản xuất NTC

Nhiệt điện trở NTC được sản xuất bằng cách sử dụng hỗn hợp các oxit kim loại như mangan, niken hoặc đồng; cùng với các chất liên kết và chất ổn định. Vật liệu được ép thành dạng tấm mỏng và thiêu kết ở nhiệt độ khắc nghiệt; làm cho các tấm mỏng sẵn sàng để được cắt thành các điện trở nhiệt kiểu chip nhỏ hơn, hoặc để ở dạng nhiệt điện trở đĩa.

Cấu hình

Nhiệt điện trở NTC có sẵn trong các cấu hình khác nhau như được liệt kê dưới đây:

  • Đĩa và chip: Chúng được cấu hình có hoặc không có lớp phủ với dây dẫn đồng đóng hộp với phản ứng nhanh đến (± 1%). Ngoài ra còn có một loạt các giá trị điện trở để phù hợp với mọi tình huống
  • Epoxy: Epoxy nhúng phủ và hàn giữa các dây Teflon / PVC đã được bao bọc. Kích thước nhỏ của chúng cho phép lắp đặt dễ dàng và chúng có thể khớp điểm hoặc đường cong
  • Bọc thuỷ tinh: Một sự lựa chọn tuyệt vời khi đối phó với các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Các cấu hình bao gồm dây dẫn hướng tâm hoặc dây dẫn hướng trục
  • Lắp ráp đầu dò: Có sẵn trong nhiều loại vỏ tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng
  • Lắp bề mặt: Các tùy chọn cấu hình bao gồm Bulk, Tape & Reel, Two-Sided và Wrap-around with Palladium Silver Termination. Được làm bằng Niken Barrier, những nhiệt điện trở này hoạt động hiệu quả trong các mạch điện chính xác

Bảng chú giải thuật ngữ nhiệt điện trở NTC

Hằng số tiêu tán – Dissipation constant (D.C. hoặc delta d): Hằng số tiêu tán là tỷ số thường được biểu thị bằng miliwat trên độ C (mw / ° C), ở nhiệt độ môi trường xác định, của sự thay đổi công suất tiêu thụ trong điện trở nhiệt so với sự thay đổi nhiệt độ cơ thể.

Hằng số vật liệu – Material constant (Beta β): Hằng số vật chất của một điện trở nhiệt NTC là thước đo điện trở của nó ở một nhiệt độ so với điện trở của nó ở một nhiệt độ khác. Giá trị của nó có thể được tính theo công thức dưới đây và được biểu thị bằng độ ‘kelvin (° K). β = ln (R @ T2 / R @ T1) / (T2- 1 – T 1- 1)

Công suất định mức tối đa – Maximum power rating: Công suất định mức tối đa của điện trở nhiệt là công suất tối đa, được biểu thị bằng watt hoặc miliwatt (W hoặc mW), mà một điện trở nhiệt sẽ tiêu tán trong một khoảng thời gian dài với độ ổn định có thể chấp nhận được của các đặc tính của nó

Steinhart-Hart: Đây là một biểu thức thực nghiệm đã được xác định là biểu thức toán học tốt nhất để xác định mối quan hệ điện trở-nhiệt độ của nhiệt điện trở NTC và đầu dò nhiệt NTC

Hệ số nhiệt độ của điện trở – Temperature Coefficient of Resistance (Alpha, α): Tỷ số tại một nhiệt độ xác định, T, của tốc độ thay đổi của điện trở công suất bằng không với nhiệt độ thành điện trở công suất bằng không của nhiệt điện trở. Hệ số nhiệt độ; thường được biểu thị bằng phần trăm trên độ C (% / ˚C)

Dung sai nhiệt độ – Temperature tolerance: Dung sai nhiệt độ tương đương với mức độ biến thiên ˚C mà bạn có thể mong đợi từ một nhiệt điện trở ở một nhiệt độ cụ thể

Hằng số thời gian nhiệt – Thermal Time Constant (T.C. hoặc tau, t): Thời gian cần thiết để một nhiệt điện trở thay đổi 63,2% tổng chênh lệch giữa nhiệt độ ban đầu và cuối cùng của nó khi chịu sự thay đổi hàm theo bước nhiệt độ trong điều kiện công suất bằng không. Nó thường được biểu thị bằng giây

PTC Thermistors

Nhiệt điện trở hệ số nhiệt độ dương (PTC) cung cấp một cách tiếp cận thụ động để hạn chế dòng khởi động. Bằng cách triển khai điện trở nhiệt PTC, bạn có thể sẽ thấy giảm chi phí vận hành với độ tin cậy cao hơn; mà không ảnh hưởng đến bảo vệ.

PTC thermistors
PTC thermistors

Nhiệt điện trở PTC thay đổi về điện trở nếu có sự thay đổi về nhiệt độ môi trường hoặc thiết bị tự nóng lên vì nó hấp thụ dòng điện đến. Và, vì việc hạn chế dòng khởi động phụ thuộc vào điện trở chỉ định của một điện trở nhiệt PTC, nên việc lựa chọn đúng đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống.

Các loại nhiệt điện trở PTC

  • Nhiệt điện tử PTC chuyển mạch gốm
  • Silistor Silicon PTC Thermistors
  • Polymer PPTC Thermistors

Các ứng dụng nhiệt điện trở PTC chung

  • Thời gian trễ
  • Khử từ
  • Khởi động động cơ
  • Bảo vệ quá dòng

Nhiệt điện trở PTC chuyển mạch gốm

Loại nhiệt điện trở này thể hiện một đường cong nhiệt độ điện trở phi tuyến tính cao. Và, bởi vì Nhiệt điện trở PTC có điện trở hệ số nhiệt độ dương, chúng hiển thị một lượng nhỏ hệ số nhiệt độ âm cho đến khi chúng đạt đến điểm nhiệt độ tới hạn được gọi là “curie” hoặc trạng thái chuyển tiếp. Khi điều này xảy ra, thiết bị sẽ bắt đầu thể hiện hệ số nhiệt độ dương và điện trở tăng đáng kể.

Vật liệu sản xuất

Các nhiệt điện trở PTC chuyển mạch gốm được sản xuất bằng vật liệu gốm đa tinh thể có chứa bari titanate, đã được pha tạp chất với vật liệu đất hiếm để mang lại cho nó điện trở hệ số nhiệt độ dương.

Các ứng dụng
  • Bảo vệ quá nhiệt
  • Bảo vệ quá dòng
  • Bù nhiệt độ
  • Thời gian trễ
Cấu hình
  • Hướng tâm
  • Gắn bề mặt

Bảng chú giải thuật ngữ nhiệt điện trở PTC

  • Hằng số tiêu tán – Dissipation constant (DC hoặc delta d): Hằng số tiêu tán là tỷ số, thường được biểu thị bằng miliwatt trên độ C (mw / ° C), ở nhiệt độ môi trường xác định, của sự thay đổi công suất tiêu thụ trong điện trở nhiệt so với sự thay đổi nhiệt độ của nó.
  • Nhiệt dung – Heat capacity (Hc): Nhiệt dung của một điện trở nhiệt là nhiệt lượng cần thiết để tăng thân nhiệt của nó lên một độ C (1 ° C). Nhiệt dung là đánh giá chung của các nhiệt điện trở PTC tiêu chuẩn và được biểu thị bằng watt-giây trên inch khối trên độ C (watt-giây / in3 / ° C). Công suất nhiệt trên mối quan hệ đơn vị thể tích của các nhiệt điện trở PTC tiêu chuẩn là xấp xỉ 50 watt-giây / in3 / ° C.
  • Dòng điện trạng thái ổn định tối đa – Maximum steady state current (Imax): Dòng điện trạng thái ổn định tối đa là định mức của dòng điện cực đại, thường được biểu thị bằng ampe (A), được phép dẫn bằng điện trở nhiệt NTC giới hạn khởi động trong một khoảng thời gian dài.
  • Nhiệt độ hoạt động – Operating Temperature: Nhiệt độ hoạt động là một phạm vi nhiệt độ mà một điện trở nhiệt có thể hoạt động mà không bị hỏng.
  • Dòng điện chuyển mạch – Switch Current: Lượng dòng điện tối thiểu, thường được biểu thị bằng ampe (A), khi được dẫn bởi một điện trở nhiệt PTC tiêu chuẩn, được yêu cầu để làm cho nó chuyển sang trạng thái điện trở cao.
  • Nhiệt độ chuyển mạc – Switch Temperature: Nhiệt độ của một điện trở nhiệt PTC tiêu chuẩn tại đó điện trở của nó bắt đầu tăng với tốc độ nhanh.
  • Thời gian chuyển mạch – Switching Time: Khoảng thời gian cần thiết để PTC chuyển sang trạng thái điện trở cao.
  • Nhiệt độ chuyển tiếp chuyển mạch – Switch Transition Temperature: Gấp 2 lần Điện trở công suất bằng không của PTC (PTC’s zero power resistance) ở 25 ˚C.

Silicon PTC Thermistors

Nhiệt điện trở PTC silicon “Silistor” là thiết bị tuyến tính hiển thị hệ số nhiệt độ dương đáng kể. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ vượt quá 150 ° C, chúng rất có thể sẽ thể hiện hệ số nhiệt độ âm.

Các ứng dụng
  • Bù nhiệt nhiệt độ
  • Đầu dò nhiệt độ
Những lợi ích

Có gì đặc biệt về nhiệt điện trở silicon? Có một điều, silicon vốn là một vật liệu ổn định, vì vậy nếu bạn đang cần một nhiệt điện trở vừa mang lại sự ổn định vừa mang lại tuổi thọ hoạt động lâu hơn, thì nhiệt điện trở silicon sẽ là một lựa chọn tốt.

Các lợi ích khác bao gồm:

  • Hệ số nhiệt độ cao
  • Nhiều cấu hình
  • Độ tin cậy cao
Vật liệu sản xuất

Vật liệu được sử dụng để sản xuất nhiệt điện trở Silicon Silistor là hỗn hợp các vật liệu polyme như silicon đơn tinh thể bán dẫn cũng như các hạt dẫn điện khác.

Cấu hình

  • Chip SMD
  • Epoxy
  • Thủy tinh đóng gói
  • Đầu dò nhiệt độ

Nhiệt điện trở PPTC polyme

Nhiệt điện trở PPTC polyme (PPTC) là một điện trở nhiệt có hệ số nhiệt độ dương còn được gọi là “Cầu chì có thể đặt lại – Resettable Fuse” và chúng hiển thị hiệu ứng PTC phi tuyến. Bởi vì chúng là các thiết bị được kích hoạt bằng nhiệt, bất kỳ sự biến động nào về nhiệt độ môi trường xung quanh sẽ có tác động đến hiệu suất của nhiệt điện trở. Trong điều kiện hoạt động bình thường, Polymer PTC hiển thị điện trở tối thiểu so với phần còn lại của mạch, và nó có ít hoặc không có tác động hoặc ảnh hưởng đến toàn bộ hiệu suất của mạch.

Polymer PPTC thermistors
Polymer PPTC thermistors

Tuy nhiên, nếu hệ thống mạch điện ở trạng thái sự cố, PPTC sẽ phản hồi bằng cách chuyển sang trạng thái điện trở cao hoặc trạng thái “nhả” (tripping state). Khi bạn đã loại bỏ các điều kiện lỗi, PPTC sẽ tự đặt lại và mạch trở lại điều kiện hoạt động bình thường.

Các ứng dụng
  • Kiểm soát quy trình và bảo vệ thiết bị y tế
  • Điện tử dân dụng
  • Ô tô
  • Telcom
Vật liệu sản xuất

Các vật liệu hữu cơ tinh thể không dẫn điện, trộn với các hạt đen cacbon được sử dụng để tạo ra nhiệt điện trở polymer, đó là nguyên nhân khiến chúng trở nên dẫn điện.

Những lợi ích

Bạn nên xem xét các nhiệt điện trở PPTC nếu bạn gặp tình trạng quá dòng thường xuyên và hoặc ứng dụng yêu cầu thời gian hoạt động liên tục. Bạn không thể phủ nhận rằng chi phí linh kiện không phải là mối quan tâm duy nhất. Nhu cầu về các công nghệ nhỏ hơn như thiết bị đeo được sẽ không biến mất và việc bảo vệ mạch điện là rất quan trọng. Chi phí sửa chữa bảo hành có thể nhanh chóng cao hơn chi phí của các cảm biến bảo vệ chúng.

Các lợi ích khác bao gồm:

  • Có thể đặt lại
  • Kích thước nhỏ gọn
  • Tổn thất điện năng tối thiểu.
  • Điện trở thấp

Cấu hình

  • Hướng tâm
  • Gắn bề mặt

Bảng chú giải thuật ngữ nhiệt điện trở PPTC Polymeric

  • Dòng điện giữ (Hold current): Dòng điện giữ là dòng điện ở trạng thái ổn định tối đa có thể đi qua cầu chì có thể đặt lại PPTC ở 23 ˚C mà không làm cho nó hoạt động.
  • Dòng điện tối đa (Maximum Current): Dòng điện tối đa là dòng điện sự cố lớn nhất có thể chạy qua PPTC.
  • Điện trở ban đầu tối đa (Maximum Initial Resistance): Đây là điện trở tối đa của PPTC ở trạng thái ban đầu ở 23 ˚C.
  • Điện áp tối đa (Maximum Voltage): Điện áp tối đa là lượng điện áp lớn nhất mà PPTC có thể tiếp xúc.
  • Điện trở ban đầu tối thiểu (Minimum Initial Resistance): Đây là điện trở tối thiểu của PPTC ở trạng thái ban đầu ở 23 ˚C.
  • Post Trip R1: Đây là điện trở lớn nhất của PPTC một giờ sau khi nó bị trip.
  • Công suất tiêu tán (Power Dissipation): Công suất tiêu tán là lượng điện năng tiêu tán khi PPTC ở trạng thái vấp.
  • Thời gian ngắt mạch (Time to Trip): Đây là thời gian cần thiết để PPTC chuyển sang trạng thái ngắt khi một dòng điện cụ thể được áp dụng.
  • Dòng điện ngắt (Trip Current): Dòng điện kích hoạt là dòng điện tối thiểu chạy qua PPTC sẽ làm cho nó chuyển hướng ở 23 ˚C.

Cảm ơn bạn đã đọc bài chia sẻ

Chúc Bạn thành công!

Tâm Mr. – Admin

Bài viết được tham khảo và dịch từ Ametherm

Bài viết cùng chuyên mục:

  1. Bộ điều khiển nhiệt độ, Cẩm nang toàn tập
  2. Các loại Cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
  3. Thermocouple là gì?
  4. Pt100 là gì?
  5. Hướng dẫn xác định màu dây dẫn cảm biến nhiệt độ Pt100, can nhiệt theo tiêu chuẩn
  6. Bộ điều khiển PID là gì?

Thư viện bài viết:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.