ประเภทของเทอร์มิสเตอร์รายละเอียดลักษณะและหลักการทำงาน

ชื่อเทอร์มิสเตอร์ได้รับการออกแบบให้เป็นรูปแบบย่อสำหรับ 'ตัวต้านทานที่ไวต่อความร้อน' รูปแบบเต็มของเทอร์มิสเตอร์ให้แนวคิดทั่วไปและรายละเอียดของการกระทำซึ่งเป็นคุณสมบัติของเทอร์มิสเตอร์

โดย: S. Prakash

อุปกรณ์ประเภทต่างๆที่ใช้เทอร์มิสเตอร์ ได้แก่ อุปกรณ์หลากหลายประเภทเช่นเซ็นเซอร์อุณหภูมิและวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ให้การชดเชยอุณหภูมิ

แม้ว่าการใช้งานเทอร์มิสเตอร์จะไม่เหมือนกันกับทรานซิสเตอร์ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุในรูปแบบธรรมดา แต่สนามอิเล็กทรอนิกส์จะใช้เทอร์มิสเตอร์ในขนาดใหญ่

สัญลักษณ์ของวงจรเทอร์มิสเตอร์

สัญลักษณ์ที่เทอร์มิสเตอร์ใช้สำหรับการรับรู้คือสัญลักษณ์วงจรของตัวมันเอง

สัญลักษณ์วงจรของเทอร์มิสเตอร์ประกอบด้วยฐานซึ่งประกอบด้วยรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าตัวต้านทานมาตรฐานพร้อมกับเส้นทแยงมุมซึ่งผ่านฐานและประกอบด้วยส่วนแนวตั้งที่มีขนาดเล็ก

แผนภาพวงจรนิยมใช้สัญลักษณ์วงจรของเทอร์มิสเตอร์

ประเภทของเทอร์มิสเตอร์

เทอร์มิสเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นประเภทและประเภทต่างๆตามหลายวิธี

วิธีการเหล่านี้ในการจัดหมวดหมู่จะขึ้นอยู่กับลักษณะที่เทอร์มิสเตอร์ตอบสนองต่อการสัมผัสกับความร้อน

ความต้านทานของตัวเก็บประจุบางตัวจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในขณะที่สิ่งที่ตรงกันข้ามจะสังเกตได้ในเทอร์มิสเตอร์ประเภทอื่น ๆ ส่งผลให้ความต้านทานลดลง

ความคิดนี้สามารถขยายได้โดยเส้นโค้งของเทอร์มิสเตอร์ซึ่งแสดงได้ด้วยสมการของรูปแบบง่ายๆ:

ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานและอุณหภูมิ

ΔR = k x & ΔT

สมการข้างต้นประกอบด้วย:

ΔR = การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานสังเกตได้

ΔT = สังเกตการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

k = ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานของลำดับแรก

มีความสัมพันธ์แบบไม่เป็นเชิงเส้นระหว่างความต้านทานและอุณหภูมิในกรณีส่วนใหญ่ แต่ด้วยการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ น้อย ๆ ในความต้านทานและอุณหภูมิมีการเปลี่ยนแปลงในความสัมพันธ์เช่นกันซึ่งสังเกตได้และความสัมพันธ์จะกลายเป็นเส้นตรงในธรรมชาติ

ค่าของ“ k” อาจเป็นบวกหรือลบก็ได้ขึ้นอยู่กับชนิดของเทอร์มิสเตอร์

เทอร์มิสเตอร์ NTC (เทอร์มิสเตอร์ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบ): คุณสมบัติของเทอร์มิสเตอร์ NTC ช่วยให้สามารถลดความต้านทานได้เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและด้วยเหตุนี้ปัจจัย“ k” สำหรับเทอร์มิสเตอร์ NTC จึงเป็นลบ

เทอร์มิสเตอร์ PTC (เทอร์มิสเตอร์ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก): คุณสมบัติของเทอร์มิสเตอร์ NTC ทำให้สามารถเพิ่มความต้านทานเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและด้วยเหตุนี้ปัจจัย“ k” สำหรับเทอร์มิสเตอร์ NTC จึงเป็นบวก

อีกวิธีหนึ่งที่เทอร์มิสเตอร์สามารถสร้างความแตกต่างและจัดประเภทนอกเหนือจากคุณสมบัติการเปลี่ยนแปลงความต้านทานนั้นขึ้นอยู่กับประเภทวัสดุที่ใช้สำหรับเทอร์มิสเตอร์ วัสดุที่ใช้มีสองประเภทใหญ่ ๆ :

เซมิคอนดักเตอร์ผลึกเดี่ยว

สารประกอบที่มีลักษณะเป็นโลหะเช่นออกไซด์

เทอร์มิสเตอร์: พัฒนาการและประวัติศาสตร์

ปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ในตัวต้านทานเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแสดงให้เห็นในช่วงต้นศตวรรษที่สิบเก้า

มีหลายวิธีที่เทอร์มิสเตอร์ยังคงใช้งานได้จนถึงปัจจุบัน แต่ส่วนใหญ่ของเทอร์มิสเตอร์นี้ทนทุกข์ทรมานจากข้อเสียที่พวกเขาสามารถแสดงความต้านทานที่แปรผันน้อยมากซึ่งสอดคล้องกับช่วงอุณหภูมิขนาดใหญ่

การใช้เซมิคอนดักเตอร์โดยทั่วไปจะมีนัยในเทอร์มิสเตอร์ซึ่งทำให้เทอร์มิสเตอร์สามารถแสดงความต้านทานที่แตกต่างกันมากขึ้นตามความสอดคล้องกับช่วงอุณหภูมิขนาดใหญ่

วัสดุที่ใช้ในการผลิตเทอร์มิสเตอร์มีสองประเภท ได้แก่ สารประกอบโลหะซึ่งเป็นวัสดุแรกที่ค้นพบสำหรับเทอร์มิสเตอร์

ในปีพ. ศ. 2376 ในขณะที่วัดความแปรผันของความต้านทานเทียบกับอุณหภูมิของซิลเวอร์ซัลไฟด์ฟาราเดย์ได้ค้นพบค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ แต่ความพร้อมใช้งานของออกไซด์ของโลหะในปริมาณมากเกิดขึ้นในเชิงพาณิชย์ในช่วงทศวรรษที่ 1940 เท่านั้น

การตรวจสอบเทอร์มิสเตอร์ซิลิกอนและเทอร์มิสเตอร์คริสตัลเจอร์เมเนียมได้ดำเนินการหลังสงครามโลกครั้งที่สองในขณะที่กำลังทำการศึกษาวัสดุเซมิคอนดักเตอร์

แม้ว่าเซมิคอนดักเตอร์และออกไซด์ของโลหะจะเป็นเทอร์มิสเตอร์สองประเภท แต่ช่วงอุณหภูมิที่ครอบคลุมจะแตกต่างกันดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องแข่งขันกัน

องค์ประกอบและโครงสร้างของเทอร์มิสเตอร์

บนพื้นฐานของการใช้งานที่จำเป็นต้องใช้เทอร์มิสเตอร์พร้อมกับช่วงของช่วงอุณหภูมิที่เทอร์มิสเตอร์จะใช้งานขนาดรูปร่างและประเภทวัสดุที่ใช้ในการผลิตเทอร์มิสเตอร์

ในกรณีที่การใช้งานที่พื้นผิวเรียบต้องสัมผัสกันอย่างสม่ำเสมอโดยเทอร์มิสเตอร์รูปร่างของเทอร์มิสเตอร์ในกรณีเหล่านี้เป็นแผ่นแบน

ในกรณีที่มีหัววัดอุณหภูมิที่จำเป็นต้องทำเทอร์มิสเตอร์ดังนั้นรูปร่างของเทอร์มิสเตอร์จะอยู่ในรูปของแท่งหรือลูกปัด ดังนั้นข้อกำหนดที่ยึดติดกับการใช้งานที่จะใช้เทอร์มิสเตอร์จะกำหนดรูปร่างทางกายภาพที่แท้จริงของเทอร์มิสเตอร์

ช่วงของอุณหภูมิที่ใช้เทอร์มิสเตอร์ชนิดโลหะออกไซด์คือ 200-700 K

ส่วนประกอบที่ใช้ในการผลิตเทอร์มิสเตอร์เหล่านี้พบได้ในรุ่นของผงละเอียดซึ่งเผาและบีบอัดที่อุณหภูมิสูงมาก

วัสดุที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับเทอร์มิสเตอร์เหล่านี้ ได้แก่ นิกเกิลออกไซด์เฟอร์ริกออกไซด์แมงกานีสออกไซด์คอปเปอร์ออกไซด์และโคบอลต์ออกไซด์

อุณหภูมิที่ใช้เทอร์มิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ต่ำมาก เทอร์มิสเตอร์ซิลิกอนถูกใช้น้อยกว่าเทอร์มิสเตอร์เจอร์เมเนียมซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับอุณหภูมิที่อยู่ในช่วงที่ต่ำกว่าช่วง100ºของศูนย์สัมบูรณ์เช่น 100K

อุณหภูมิที่สามารถใช้เทอร์มิสเตอร์ซิลิกอนได้สูงสุด 250K หากอุณหภูมิเพิ่มขึ้นมากกว่า 250K เทอร์มิสเตอร์ซิลิกอนจะสัมผัสกับการตั้งค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก คริสตัลเดี่ยวใช้ในการผลิตเทอร์มิสเตอร์โดยระดับที่การเจือของคริสตัลจะเกิดขึ้นคือ 10 ^ 16 - 10 ^ 17 / cm3

การใช้งานของเทอร์มิสเตอร์

เทอร์มิสเตอร์สามารถใช้สำหรับการใช้งานประเภทต่างๆและยังมีแอปพลิเคชั่นอื่น ๆ อีกมากมายที่พบได้

คุณสมบัติที่น่าสนใจที่สุดของเทอร์มิสเตอร์ซึ่งทำให้เป็นที่นิยมในการนำมาใช้ในวงจรก็คือองค์ประกอบที่มีให้ในวงจรนั้นคุ้มค่ามากเนื่องจากทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและยังมีจำหน่ายในราคาถูก

ความจริงที่ว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นลบหรือบวกจะกำหนดแอพพลิเคชั่นที่สามารถใช้เทอร์มิสเตอร์ได้

ในกรณีที่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นลบเทอร์มิสเตอร์สามารถใช้สำหรับการใช้งานต่อไปนี้:

เครื่องวัดอุณหภูมิที่มีอุณหภูมิต่ำมาก: เทอร์มิสเตอร์ใช้ในการวัดอุณหภูมิของระดับต่ำมากในเทอร์มอมิเตอร์ที่มีอุณหภูมิต่ำมาก

เทอร์โมสตัทแบบดิจิตอล: เทอร์โมสตัทแบบดิจิตอลในยุคปัจจุบันใช้เทอร์มิสเตอร์กันอย่างแพร่หลายและทั่วไป

การตรวจสอบแบตเตอรี่: อุณหภูมิของแบตเตอรี่ตลอดระยะเวลาที่ชาร์จจะถูกตรวจสอบผ่านการใช้เทอร์มิสเตอร์ NTC

แบตเตอรี่บางชนิดที่ใช้ในอุตสาหกรรมสมัยใหม่มีความอ่อนไหวต่อการชาร์จไฟเกินรวมถึงแบตเตอรี่ Li-ion ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ในแบตเตอรี่ดังกล่าวสถานะการชาร์จจะถูกระบุอย่างมีประสิทธิภาพโดยอุณหภูมิและด้วยเหตุนี้จึงช่วยให้สามารถกำหนดเวลาที่ต้องยุติรอบการชาร์จได้

อุปกรณ์ป้องกันการเร่งด่วน: วงจรแหล่งจ่ายไฟใช้ เทอร์มิสเตอร์กทช ในรูปแบบของอุปกรณ์ที่ จำกัด กระแสไฟที่เร่งด่วน

เทอร์มิสเตอร์ NTC ในขณะที่ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ป้องกันการเร่งด่วนจะป้องกันการไหลของกระแสจำนวนมากที่จุดเปิดเครื่องและโดยการให้ความต้านทานสูงในระดับเริ่มต้น

หลังจากนี้เทอร์มิสเตอร์จะได้รับความร้อนและทำให้ระดับความต้านทานเริ่มต้นที่ได้รับจากการลดลงอย่างมากจึงทำให้การไหลของกระแสไฟฟ้าจำนวนมากในระหว่างการทำงานปกติของวงจร

เทอร์มิสเตอร์ที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ของแอพพลิเคชั่นนี้ได้รับการออกแบบตามดังนั้นจึงมีขนาดใหญ่กว่าเมื่อเทียบกับเทอร์มิสเตอร์ชนิดวัด

ในกรณีที่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวกเทอร์มิสเตอร์สามารถใช้สำหรับการใช้งานต่อไปนี้:

อุปกรณ์ จำกัด กระแส: วงจรอิเล็กทรอนิกส์ใช้เทอร์มิสเตอร์ PTC ในรูปแบบของอุปกรณ์ จำกัด กระแส

เทอร์มิสเตอร์ PTC ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ทางเลือกสำหรับฟิวส์ที่ใช้กันทั่วไป ไม่มีผลข้างเคียงที่ไม่เหมาะสมหรือเกิดจากความร้อนซึ่งเกิดขึ้นในปริมาณเล็กน้อยเมื่ออุปกรณ์ประสบกับการไหลของกระแสในสภาวะปกติ

แต่ในกรณีที่การไหลของกระแสผ่านอุปกรณ์มีขนาดใหญ่มากอาจส่งผลให้ความต้านทานเพิ่มขึ้นเนื่องจากความร้อนอาจไม่กระจายไปในบริเวณโดยรอบเนื่องจากอุปกรณ์อาจไม่สามารถทำได้

ส่งผลให้เกิดความร้อนมากขึ้นจึงทำให้เกิดผลตอบรับเชิงบวก อุปกรณ์ได้รับการปกป้องจากความร้อนและความผันผวนของกระแสดังกล่าวเนื่องจากสังเกตเห็นการตกของกระแสไฟฟ้าเมื่อความต้านทานเพิ่มขึ้น

แอพพลิเคชั่นที่เทอร์มิสเตอร์สามารถใช้งานได้มีหลากหลาย เทอร์มิสเตอร์สามารถใช้เพื่อตรวจจับอุณหภูมิได้อย่างน่าเชื่อถือราคาถูก (คุ้มค่า) และเรียบง่าย

อุปกรณ์ต่างๆที่เทอร์มิสเตอร์สามารถใช้ได้ ได้แก่ เทอร์โมสตัทและสัญญาณเตือนไฟไหม้ เทอร์มิสเตอร์สามารถใช้งานได้โดยลำพังและพร้อมกับอุปกรณ์อื่น ๆ ในกรณีหลังนี้เทอร์มิสเตอร์สามารถใช้เพื่อให้มีความแม่นยำในระดับสูงโดยทำให้เป็นส่วนหนึ่งของสะพานวีทสโตน

นอกจากนี้เทอร์มิสเตอร์ยังใช้ในรูปแบบของอุปกรณ์ชดเชยอุณหภูมิ

ในตัวต้านทานเปอร์เซ็นต์มากจะมีความต้านทานเพิ่มขึ้นซึ่งสังเกตได้จากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่สอดคล้องกันเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวก

ในกรณีที่การใช้งานมีความต้องการความเสถียรสูงจึงใช้เทอร์มิสเตอร์ที่มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ สิ่งนี้เกิดขึ้นได้เมื่อวงจรรวมเทอร์มิสเตอร์เพื่อต่อต้านผลกระทบของส่วนประกอบที่เกิดขึ้นเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวก