Một trong những loại cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất trên thị trường là điện trở nhiệt, một phiên bản rút gọn của "điện trở nhạy nhiệt". Thermistors là bộ cảm biến chi phí thấp rất chắc chắn và mạnh mẽ. Các thermistor là cảm biến nhiệt độ của sự lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi độ nhạy cao và độ chính xác tốt. Thermistors được giới hạn trong một ứng dụng phạm vi nhiệt độ hoạt động nhỏ do phản ứng phi tuyến tính của chúng với nhiệt độ.
Xây dựng
Thermistors là hai thành phần dây làm bằng oxit kim loại thiêu kết có sẵn trong một số loại gói để hỗ trợ một loạt các ứng dụng. Gói nhiệt điện trở phổ biến nhất là một hạt thủy tinh nhỏ có đường kính từ 0,5 đến 5mm với hai dây. Thermistors cũng có sẵn trong các gói có thể gắn trên bề mặt, đĩa và được nhúng vào đầu dò kim loại hình ống. Các thermistors hạt thủy tinh khá gồ ghề và mạnh mẽ, với chế độ thất bại phổ biến nhất là thiệt hại cho hai dây dẫn. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng đòi hỏi mức độ chắc chắn hơn, các bộ cảm biến kiểu ống dò kim loại giúp bảo vệ tốt hơn.
Lợi ích
Thermistors có nhiều ưu điểm, bao gồm độ chính xác, độ nhạy, độ ổn định, thời gian đáp ứng nhanh, điện tử đơn giản và chi phí thấp. Mạch để giao tiếp với một thermistor có thể đơn giản như một điện trở kéo lên và đo điện áp trên điện trở nhiệt. Tuy nhiên, phản ứng nhiệt với nhiệt độ rất phi tuyến tính và chúng thường được điều chỉnh theo phạm vi nhiệt độ nhỏ giới hạn độ chính xác của chúng đối với cửa sổ nhỏ trừ khi sử dụng các mạch tuyến tính hoặc các kỹ thuật bù khác. Phản ứng phi tuyến tính làm cho các thermistors rất nhạy cảm với những thay đổi về nhiệt độ. Ngoài ra, kích thước nhỏ và khối lượng của một thermistor cho chúng một khối lượng nhiệt nhỏ cho phép một thermistor phản ứng nhanh chóng với sự thay đổi về nhiệt độ.
Hành vi
Các thermistors có sẵn với hệ số nhiệt độ âm hoặc dương (NTC hoặc PTC). Một thermistor với một coeffecient nhiệt độ tiêu cực trở nên ít điện trở khi nhiệt độ tăng lên trong khi một thermistor với một nhiệt độ tích cực coeffecient tăng sức đề kháng khi nhiệt độ của nó tăng lên. PTC thermistors thường được sử dụng trong loạt với các thành phần mà hiện tại dâng có thể gây ra thiệt hại. Là các thành phần điện trở, khi dòng điện chạy qua chúng, các thermistor tạo ra nhiệt gây ra sự thay đổi về điện trở. Kể từ khi thermistors hoặc là yêu cầu nguồn hiện tại hoặc nguồn điện áp để làm việc, tự sưởi ấm gây ra sự thay đổi điện trở là một thực tế không thể tránh khỏi với thermistors. Trong hầu hết các trường hợp, các hiệu ứng tự sưởi là tối thiểu và chỉ cần có sự đền bù khi cần có độ chính xác cao.
Chế độ hoạt động
Thermistors được sử dụng trong hai chế độ hoạt động ngoài sức đề kháng điển hình so với chế độ hoạt động nhiệt độ. Chế độ điện áp so với hiện tại sử dụng thermistor trong điều kiện trạng thái ổn định, tự làm nóng. Chế độ này thường được sử dụng cho các đồng hồ đo lưu lượng mà sự thay đổi dòng chảy của chất lỏng trên điện trở nhiệt sẽ làm thay đổi công suất tiêu tan bởi điện trở nhiệt, điện trở và dòng điện hoặc điện áp tùy thuộc vào cách nó được điều khiển. Một thermistor cũng có thể được vận hành ở chế độ hiện tại theo thời gian, nơi điện trở nhiệt phải chịu dòng điện. Dòng điện sẽ làm cho nhiệt trở nên tự nóng, tăng sức đề kháng trong trường hợp của một điện trở nhiệt NTC và bảo vệ một mạch điện từ một điện áp cao. Ngoài ra, một điện trở nhiệt PTC trong cùng một ứng dụng có thể được sử dụng để bảo vệ khỏi sự dâng cao hiện tại.
Các ứng dụng
Các thermistors có một loạt các ứng dụng, phổ biến nhất là cảm biến nhiệt độ trực tiếp và triệt tiêu dao động. Các đặc tính của bộ cảm biến nhiệt NTC và PTC cho các ứng dụng bao gồm:
- Chỉ số mức chất lỏng
- sự cân bằng nhiệt độ
- Đo lưu lượng
- Vacuum Gages
- Bảo vệ nhiệt
- Kiểm soát tăng độ khuếch đại
- Mạch trễ thời gian
- Công tắc nhiệt
Tuyến tính
Do phản ứng phi tuyến tính của các thermistor, các mạch tuyến tính thường được yêu cầu để cung cấp độ chính xác tốt trong một phạm vi nhiệt độ. Phản ứng kháng phi tuyến tính với nhiệt độ của một điện trở nhiệt được đưa ra bởi phương trình Steinhart-Hart, cung cấp khả năng chống chịu tốt cho phù hợp với đường cong nhiệt độ. Tuy nhiên, tính chất phi tuyến tính dẫn đến độ chính xác kém trong thực tế trừ khi sử dụng chuyển đổi kỹ thuật số tương tự độ phân giải cao. Thực hiện một tuyến tính phần cứng đơn giản của một loạt song song, loạt, hoặc song song và hàng loạt với thermistor cải thiện đáng kể tuyến tính của một phản ứng thermistors và mở rộng cửa sổ nhiệt độ hoạt động của thermistor với chi phí của một số độ chính xác. Các giá trị điện trở được sử dụng trong các mạch tuyến tính nên được chọn để đặt giữa cửa sổ nhiệt độ để đạt hiệu quả tối đa.