Оглавление
- Области применения
- Исходный код программы
- Как проверить с помощью мультиметра
- Для температурной зависимости сопротивления позисторов характерен резкий, на несколько порядков, скачок сопротивления, при этом температуру скачкообразного изменения сопротивления можно изменять от значений ниже 0 °С до 240 °С.
- PTC
- Классификация термисторов
- Простой электронный термометр на однопереходном транзисторе
- Особенности конструкций
- Виды
- Проверка работоспособности
- Виды по типу нагрева
Области применения
Наибольшую популярность на практике получило использование термисторов в двух типовых областях.
Первый из них – применение этого компонента в качестве чувствительного элемента схем термостабилизации, в которых он выполняет функции термометра. В ряде случаев непосредственно воздействует на контролируемую схему в нужном направлении, стабилизируя ее характеристики в широком диапазоне изменения температур. Пример такой схемы показан на рисунке 3.
Вторая область – использование термисторов для прямого управления током, когда его включают последовательно с нагрузкой. В варианте позистора элемент ограничивает максимальный протекающий ток. При отрицательном ТКС термистор берет на себя функции пускового реле, обеспечивая дополнительное увеличение тока в момент запуска.
Исходный код программы
Полный код программы представлен в конце статьи, здесь же сначала рассмотрим его наиболее важные фрагменты.
Для выполнения математических операций в программе мы должны подключить заголовочный файл библиотеки “#include <math.h>”, а для работы с ЖК дисплеем – подключить библиотеку “#include <LiquidCrystal.h>». Далее в функции setup() мы должны инициализировать ЖК дисплей.
Arduino
Void setup(){
lcd.begin(16,2);
lcd.clear();
}
1 |
Voidsetup(){ lcd.begin(16,2); lcd.clear(); } |
Значение температуры мы будем рассчитывать в программе с помощью рассмотренного выше уравнения Стейнхарта-Харта.
Arduino
float a = 1.009249522e-03, b = 2.378405444e-04, c = 2.019202697e-07;
float T,logRt,Tf,Tc;
float Thermistor(int Vo) {
logRt = log(10000.0*((1024.0/Vo-1)));
T = (1.0 / (A + B*logRt + C*logRt*logRt*logRt));// рассчитываем значение температуры в кельвинах по формуле Stein-Hart
Tc = T — 273.15; // переводим температуру из кельвинов в градусы Цельсия
Tf = (Tc * 1.8) + 32.0; // переводим температуру в шкалу Фаренгейта
return T;
}
1 |
floata=1.009249522e-03,b=2.378405444e-04,c=2.019202697e-07; floatT,logRt,Tf,Tc; floatThermistor(intVo){ logRt=log(10000.0*((1024.0Vo-1))); T=(1.0(A+B*logRt+C*logRt*logRt*logRt));// рассчитываем значение температуры в кельвинах по формуле Stein-Hart Tc=T-273.15;// переводим температуру из кельвинов в градусы Цельсия Tf=(Tc*1.8)+32.0;// переводим температуру в шкалу Фаренгейта returnT; } |
Также в программе мы считываем значение с аналогового входа платы Arduino.
Arduino
lcd.print((Thermistor(analogRead(0))));
1 | lcd.print((Thermistor(analogRead()))); |
Внешний вид работы нашего проекта показан на следующем рисунке – на ЖК дисплее выводятся значения температуры в кельвинах, градусах Цельсия и по шкале Фаренгейта.
Схему можно запитать по кабелю USB или использовать адаптер на 12 В.
Далее представлен полный текст программы.
Arduino
#include <math.h>
#include «LiquidCrystal.h»
LiquidCrystal lcd(44,46,40,52,50,48);
float A = 1.009249522e-03, B = 2.378405444e-04, C = 2.019202697e-07;
float T,logRt,Tf,Tc;
float Thermistor(int Vo) { // функция для расчета значения температуры
logRt = log(10000.0*((1024.0/Vo-1)));
T = (1.0 / (A + B*logRt + C*logRt*logRt*logRt)); // рассчитываем значение температуры в кельвинах по формуле Стейнхарта-Харта
Tc = T — 273.15; // переводим температуру из кельвинов в градусы
Tf = (Tc * 1.8) + 32.0; // переводим температуру в шкалу Фаренгейта
return T;
}
void setup(){
lcd.begin(16,2);
lcd.clear();
}
void loop()
{
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(«Temp:»);
lcd.print((Thermistor(analogRead(0))));
lcd.print(«k «);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print((Tc));
lcd.print(» C ;»);
lcd.setCursor(9,1);
lcd.print((Tf));
lcd.print(» F»);
delay(800);
}
1 |
#include <math.h> LiquidCrystallcd(44,46,40,52,50,48); floatA=1.009249522e-03,B=2.378405444e-04,C=2.019202697e-07; floatT,logRt,Tf,Tc; floatThermistor(intVo){// функция для расчета значения температуры logRt=log(10000.0*((1024.0Vo-1))); T=(1.0(A+B*logRt+C*logRt*logRt*logRt));// рассчитываем значение температуры в кельвинах по формуле Стейнхарта-Харта Tc=T-273.15;// переводим температуру из кельвинов в градусы Tf=(Tc*1.8)+32.0;// переводим температуру в шкалу Фаренгейта returnT; } voidsetup(){ lcd.begin(16,2); lcd.clear(); } voidloop() { lcd.setCursor(,); lcd.print(«Temp:»); lcd.print((Thermistor(analogRead()))); lcd.print(«k «); lcd.setCursor(,1); lcd.print((Tc)); lcd.print(» C ;»); lcd.setCursor(9,1); lcd.print((Tf)); lcd.print(» F»); delay(800); } |
Как проверить с помощью мультиметра
Важный вопрос при эксплуатации термисторов — знание принципов их проверки. При оценке исправности нужно понимать, что термисторы бывают двух видов — с положительными и отрицательным температурным коэффициентом (об этом упоминалось выше). Следовательно, сопротивление детали снижается или уменьшается с ростом температуры.
С учетом этого факта для проверки термистора потребуется всего два элемента — паяльник для нагрева и мультиметр.
Алгоритм действий:
- Перевод прибора в режим замера сопротивления.
- Подключение щупов к клеммам терморезистора (расположение не имеет значения).
- Фиксация сопротивления на бумаге и поднесение нагретого паяльника к детали.
- Контроль сопротивления (оно растет или падает в зависимости от вида терморезистора).
- Если сопротивление снижается или увеличивается, полупроводник работает правильно.
Для примера можно использовать термистор NTC типа MF 72. В нормальном режиме он показывает сопротивление 6,9 Ом при обычной температуре.
После поднесения паяльника к изделию ситуация изменилась — сопротивление пошло в сторону снижения и остановилось на уровне двух Ом. По этой проверке можно сделать вывод, что терморезистор исправен.
Если сопротивление меняется резко или вообще не двигается, можно говорить о выходе детали из строя.
Стоит учесть, что такая проверка очень грубая. Для точного контроля нужно проверить температуру и сопротивление термистора, а после сравнить данные с официальными параметрами.
Для температурной зависимости сопротивления позисторов характерен резкий, на несколько порядков, скачок сопротивления, при этом температуру скачкообразного изменения сопротивления можно изменять от значений ниже 0 °С до 240 °С.
Терморезисторы с положительным ТКС (позисторы)
Предохранители в системах защиты по току и напряжению |
|||||||
Тип |
Номинальное сопротивление, Ом |
Тпер.,°С |
Температурный коэффициент сопротивления,не менее, %/°С(в интервале температур) |
Кратность изменения сопротивления,не менее(в интервале температур) |
Максимальное напряжение, В |
Ток опрокидывания, мА |
Номинальный ток, мА |
270…1500 |
60±10 |
12 (70…90°С) |
102 (25…100°С) |
300 |
10…30 |
5…15 |
|
10…1500 |
120±10 |
12; 13 (130…150°С) |
102; 103 (25…100°С) |
60…300 |
26…300 |
15…180 |
|
180; 270 |
– |
15 |
103 (25…100°С) |
– |
– |
– |
|
100 … 400 |
– |
15 |
103 (25…100°С) |
– |
– |
– |
Нагревательные элементы | ||||||
Тип | Номинальноесопротивление,Ом | Тпер, °С | Температурный коэффициентсопротивления,не менее, %/°С(в интервале температур) | Предельноенапряжение,В | Кратность изменения сопротивления, не менее(в интервале температур) | Максимальныйпусковой ток,мА |
ТРП-24 | 100…400 | – | 10 (70…100°С) | 35 | 102 (25…100°С) | – |
ТРП-24М | 300…600 | – | 10 (25…50°С) | 35 | 3 (5…25°С);10 (25…50°С); 102 (25…90°С) | – |
15 000…30 000 | 3 (5…25°С);10 (25…50°С) | |||||
ТРП-29 | 180±25%;820±25% | 120±10 | 15 (130…150°С) | 34; 115 | 102 (25…140°С) | 300 |
Датчики в системах тепловой защиты электрических машин | |||||||
Тип | Номинальноесопротивление,Ом | Классификационная температура, Ткл, °С | Сопротивление, Ом при температуре | Рабочеенапряжение,не более,В | Постоянная времени,не более,с | ||
(Ткл — 5)°С | (Ткл + 5)°С | (Ткл + 15)°С | |||||
ТРП-10 | 50 …150 | 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160 | <550 | >1330 | >4000 | 7,5 | 8 |
Области применения:
-
позисторы, работающие при мощности вызывающей разогрев позистора:
- предохранители в схемах защиты от перегрузок по току и напряжению с температурой переключения 60…120°С и рабочим напряжением до 300 В (ТРП-19, ТРП-27);
- высоконадежные и долговечные нагревательные элементы с автоматической стабилизацией температуры (ТРП-14, -16, -17, -18, -21, -24);
- переключатели в схемах пусковых устройств, в схемах размагничивания, в схемах задержки (ТРП-18);
2. позисторы, работающие при мощности не вызывающей разогрева позистора:
- элементы встроенной температурной защиты с интервалом рабочих температур 90…160°С (ТРП-10);
- термодатчики в схемах измерения и контроля температуры (ТРП-10, ТРП-24М).
АО «НИИ «Гириконд» разрабатывает и производит терморезисторы в различном конструктивном исполнении, ведутся разработки терморезисторов в чип исполнении.
Основные параметры и характеристики
|
||
|
||
|
PTC
В отличие от рассмотренных выше терморезисторов, PTC — термисторы, имеющие положительный коэффициент сопротивления. Это означает, что в случае нагрева детали увеличивается и ее сопротивление. Такие изделия активно применялись в старых телевизорах, оборудованных цветными телескопами.
Сегодня выделяется два типа PTC-терморезисторов (от числа выводов) — с двумя и тремя отпайками. Отличие трехвыводных изделий заключается в том, что в их состав входит два позитрона, имеющих вид «таблеток», устанавливаемых в одном корпусе.
Внешне может показаться, что эти элементы идентичны, но на практике это не так. Одна из «таблеток» имеет меньший размер. Отличается и сопротивление — от 1,3 до 3,6 кОм в первом случае, и от 18 до 24 Ом для второй такой таблетки.
Двухвыводные терморезисторы производятся с применением полупроводникового материала (чаще всего Si — кремний). Внешне изделие имеет вид небольшой пластинки с двумя выводами на разных концах.
Терморезисторы PTC применяются в разных сферах. Чаще всего их используют для защиты силового оборудования от перегруза или перегрева, а также поддержания температуры в безопасном режиме.
Главные направления применения:
- Защита электрических двигателей. Задача изделия состоит в защите обмотки от перегорания при клине ротора или в случае поломки системы охлаждения. Позистор играет роль датчика, подключаемого к управляющему прибору с исполняющим реле, контакторами и пускателями. При появлении форс-мажорной ситуации сопротивление растет, а сигнал направляется к управляющему элементу, дающему команду на отключение мотора.
- Защита трансформаторных обмоток от перегрева или перегруза. В такой схеме позистор устанавливается в цепи первичной обмотки.
- Нагревательный узел в пистолетах для приклеивания.
- В машинах для нагрева тракта впуска.
- Размагничивание ЭЛТ-кинескопов и т. д.
Классификация термисторов
Габариты и конструкция терморезисторов различны и зависят от области их применения.
Форма термисторов может напоминать:
- плоскую пластину;
- диск;
- стержень;
- шайбу;
- трубку;
- бусинку;
- цилиндр.
Самые маленькие терморезисторы в виде бусинок. Их размеры меньше 1 миллиметра, а характеристики элементов отличаются стабильностью. Недостатком является невозможность взаимной подмены в электрических схемах.
Классификация терморезисторов по числу градусов в Кельвинах:
- сверх высокотемпературные — от 900 до 1300;
- высокотемпературные — от 570 до 899;
- среднетемпературные — от 170 до 510;
- низкотемпературные — до 170.
Простой электронный термометр на однопереходном транзисторе
категория
Радиосхемы для дома
И. Нечаев. г. КурскРадио, 1992 год, № 8, стр 17- 18
В этой статье разговор пойдет о возможности конструировать приборы для измерения температуры на расстоянии- за переделами дома или, скажем, в балконном «овощехранилище».Схем, позволяющих выполнять данную функцию, достаточно много, но есть определенные особенности при выборе термочувствительного датчика.
Как правило в большинстве случаев при конструировании подобных устройств чаще всего радиолюбителями применяются терморезисторы. Они обладают достаточно широким тепловым коэффициентом сопротивления (далее ТКС)- до 8% на градус. Однако он сильно изменяется в зоне измеряемых температур. Если для домашних термометров на этот факт можно и закрыть глаза, то если речь идет о широком диапазоне температур (например как в нашем случае- от — 40 град. С, до +40 град.С.) то возникают определенные проблемы с градуировкой измерительной шкалы прибора- она просто потеряет свою линейность.
Мы знаем также что и самый обычных p-n переход любого полупроводникового прибора может служить в качестве термодатчика, однако ТКН простого перехода очень мал- не более 0,3% на градус, и это требует введение дополнительных усилительных цепей, значительно что усложняет конструкцию.
Как показал опыт, для использования в качестве термодатчика лучше всего подходят однопереходные транзисторы типа КТ117 (они применялись в блоках питания телевизоров 2\3УСЦТ и найти их особого труда не составит) если его соединить как показано на картинке
В результате такого включения получим терморезистор сопротивлением 5… 10 кОм с КТС примерно 0,7…0,9% на градус С. При этом во всем диапазоне температур шкала прибора будет линейной. Это свойство однопереходного транзистора и позволило использовать его в качестве термодатчика в приборе, схема которого показана на рисунке
Основой рассматриваемого электронного термометра служит измерительный мост на резисторах R2- R5 в одно плечо которого включен однопереходный транзистор VT1. В диагональ моста установлен микроамперметр PA1 с нулем посередине. Источником питания может служить двухполупериодный выпрямитель- для этой цели в схему введен параметрический стабилизатор на транзисторе VT2 и стабилитроне VD1. Если прибор будет эксплуатироваться короткое время (включил, посмотрел, выключил) то тогда можно использовать и 9- ти Вольтовую батарею типа «Крона», в этом случае цепи стабилизации можно из схемы исключить.
Суть прибора заключается в следующем: все резисторы в схеме установлены постоянные, изменяемым является только лишь сопротивление термодатчика роль которого играет транзистор. При изменении температуры окружающей среды ток через термодатчик будет меняться. Причем меняться ток будет как в сторону увеличения при повышении температуры, так и в сторону уменьшения при уменьшении температуры.Получается что остается только лишь при помощи подбора резисторов измерительного моста и регулировкой подстроечного резистора R1 установить показания стрелки прибора в нулевое положение при 0 градусов С.
При настройке прибора можно воспользоваться следующими рекомендациями- в качестве эталона «нулевой» температуры можно использовать тающий лед из холодильника. Получить температуру в 40… 50 градусов С. также труда не составит- можно просто нагреть духовку до нужной температуры. Таким образом можно установить нулевое положение прибора и максимальное положительное сделав соответствующие отметки на шкале. «Минусовую» отметку можно сделать на таком-же расстоянии как и «плюсовую» потому что шкала измерений будет линейна.
Все детали термометра монтируются на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита, эскиз которой показан на рисунке
Примерный внешний вид устройства показан ни следующем рисунке
Для данного термометра лучше всего подойдет микроамперметр типа М4206 на ток 50 мкА с нулем посередине шкалы. Если вдруг данного прибора в наличие не оказалось, то можно использовать любой другой микроамперметр на указанный ток (желательно с большой измерительной шкалой), но тогда в схему необходимо будет ввести дополнительную кнопку чтобы была возможность контролировать положительные и отрицательные температуры раздельно как показано на рисунке
Ну и под конец: при необходимости прибор можно снабдить несколькими термодатчиками, включив из по следующей схеме
Таким образом мы получим возможность контролировать температуру на нескольких объектах- например дома и на улице.
Особенности конструкций
По своей природе терморезисторы являются аналоговыми и делятся на два вида:
- металлические (позисторы),
- полупроводниковые (термисторы).
Позисторы
Материалом для терморезисторов можно использовать далеко не любые проводники тока, так как к этим устройствам предъявляются некоторые требования. Материал для их изготовления должен обладать высоким ТКС.
Для таких требований подходят медь и платина, не считая их высокой стоимости. Практически широко применяются медные образцы терморезисторов ТСМ, у которых линейность зависимости сопротивления от температуры намного выше. Их недостатком является малое удельное сопротивление, быстрая окисляемость. В связи с этим термосопротивления на основе меди имеют ограниченное применение, не более 180 градусов.
Позисторы PTC предназначены для ограничения тока при нагревании от более высокой рассеиваемой мощности. Поэтому их размещают последовательно в цепь переменного тока, чтобы уменьшить ток. Они (буквально любой из них) становятся горячими от слишком большого тока. Эти приспособления используют в устройстве защиты цепи, таком как предохранитель, в качестве таймера в схеме размагничивания катушек ЭЛТ-мониторов.
Для информации. Что такое позистор? Прибор, электрическое сопротивление которого растет в зависимости от его температуры, называется позистором (PTC).
Примеры позисторов
Термисторы
Устройство с отрицательным температурным коэффициентом (это когда, чем выше температура, тем ниже сопротивление) называется терморезистором NTC.
Для информации. Все полупроводники имеют меняющееся сопротивление по мере увеличения или уменьшения температуры. В этом проявляется их сверхчувствительность.
Характеристики и обозначение термистора
Термисторы NTC широко используются в качестве ограничителей пускового тока, самонастраивающихся сверхтоковых защит и саморегулируемых нагревательных элементов. Обычно эти приборы устанавливаются параллельно в цепь переменного тока.
Их можно встретить повсюду: в автомобилях, самолетах, кондиционерах, компьютерах, медицинском оборудовании, инкубаторах, фенах, электрических розетках, цифровых термостатах, переносных обогревателях, холодильниках, печах, плитах и других всевозможных приборах.
Термистор используется в мостовых цепях.
Виды
Обнаружение и измерение температуры – очень важная деятельность, имеет множество применений: от простого домохозяйства до промышленного. Термодатчик – это устройство, которое собирает данные о температуре и отображает их в понятном для человека формате. Рынок температурного зондирования демонстрирует непрерывный рост из-за его потребности в исследованиях и разработках в полупроводниковой и химической промышленностях.
Термодатчики в основном бывают двух типов:
- Контактные. Это термопары, заполненные системные термометры, термодатчики и биметаллические термометры;
- Бесконтактные датчики. Это инфракрасные устройства, имеют широкие возможности в секторе обороны из-за их способности обнаруживать тепловую мощность излучения оптических и инфракрасных лучей, излучаемых жидкостями и газами.
Термопара (биметаллическое устройство) состоит из двух разных видов проводов (или даже скрученных) вместе. Принцип действия термопары основан на том, что скорости, с которыми расширяются два металла, между собой отличаются. Один металл расширяется больше, чем другой, и начинает изгибаться вокруг металла, который не расширяется.
Терморезистор – это своего рода резистор, сопротивление которого определяется его температурой. Последний обычно используют до 100 ° C, тогда как термопара предназначена для более высоких температур и не так точна. Схемы с использованием термопар обеспечивают милливольтные выходы, в то время как термисторные схемы – высокое выходное напряжение.
Важно! Основное достоинство терморезисторов заключается в том, что они дешевле термопар. Их можно купить буквально за гроши, и они просты в использовании
Проверка работоспособности
Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.
Один из видов: силовой Т122-25
Прозвонка мультиметром
Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.
На цифровых мультиметрах есть режим прозвонки, который позволяет проверять полупроводниковые приборы
Далее поочередно прикасаемся щупами к парам выводов:
- При подключении щупов к аноду и катоду, прибор должен показывать обрыв — «1» или «OL» в зависимости от мультиметра. Если отображаются иные показатели хоть в одном направлении, тиристор пробит.
- Между анодом и управляющим электродом (выводом) должно быть небольшое сопротивление в одном из направлений. В противоположном — обрыв. Если в обоих направлениях или обрыв, или небольшое сопротивление — элемент поврежден.
Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках
Схема проверки работоспособности тиристора мультиметром
На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между анодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.
При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)
Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:
Схема проверки тиристора при помощи лампочки и источника питания
- Плюс от источника питания подаем на анод.
- К катоду подключаем лампочку, второй ее вывод подключаем к минусу источника питания. Лампочка не горит, так как термистор заперт.
- Кратковременно (при помощи куска проволоки или сопротивления) соединяем анод и управляющий вывод.
- Лампочка загорается и продолжает гореть, хотя перемычка убрана. Термистор остается в открытом состоянии.
- Если выкрутить лампочку или выключить источник питания, то лампочка, естественно, погаснет.
- Если восстановить цепь/питание, она не загорится.
Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.
Виды по типу нагрева
Нагрев может быть таких типов (ему соответствует 2 типа термических резисторов):
- прямой. Температура самого элемента меняется под воздействием тока на нем или воздуха окружающей среды (климатические условия, среда помещения, прибора);
- косвенный. Температура повышается из-за элементов, окружающих датчик, находящихся непосредственного близко около него. При этом детали никак не связаны. Сопротивление полупроводника обусловлено трансформациями, модуляциями мощности, иных характеристик тока на ближайших элементах. Изделия с косвенным принципом применяются, например, в комбинированных мультиметрах.