ترمیستور چیست

ترمیستور چیست؟

ترمیستورها به بیان ساده انواعی از سنسورها هستند که با تغییر میزان دما در محیط اطراف، میزان مقاومت آن ها نیز تغییر پیدا می کند و بیشتر از هر نوع دیگر از انواع سنسورها، به شدت به دما وابسته است.

سنسور دمای ترمیستور به چه معناست؟

واژۀ ترمیستور (Thermistor) از ترکیب دو واژۀ Resistor و Thermal به دست آمده است. این دستگاه ها پسیو بوده و تغییرات مقاومت در این سنسورها به طور دقیقی متناسب با تغییرات دمای آن است. منظور از پسیو بودن این المان این است که فقط نقش مصرف کننده ی توان الکتریکی در مدارات را ایفا می کند.

نوع خروجی ترمیستور چگونه است؟

ولتاژ خروجی تولید شده ترمیستورها به صورت آنالوگ است و به دلیل تولید یک سیگنال خروجی الکتریکی نوعی ترنسدیوسر محسوب می شوند.

انواع دسته بندی مختلف ترمیستور

ترمیستورها دارای انواع مختلفی هستند که در دسته بندی های گوناگونی از نظر اندازه و مواد به کار رفته در ساخت قرار می گیرند. تغییرات میزان مقاومت با دما در این ترمیستورها به صورت غیر خطی و به صورت یک ضریب است که برای ترمیستورهای NTC این ضریب منفی و برای ترمیستورهای PTC، ضریب مثبت است.  

براساس شکل ظاهری

بر اساس شکل ظاهری ترمیستورها دارای  انواع مختلفی هستند که در ادامه ذکر شده اند:

1. مهره ای      
2. دیسکی
3. شیشه ای 

براساس نحوه ی عملکرد

ترمیستورهای ضریب دمای منفی سنسور (NTC)

ترمیستورهای ضریب دمای مثبت سنسور (PTC)

بر اساس نوع نصب

سنسورهای مقاومت حرارتی از نظر نوع نصب نیز به دو دسته تقسیم می شوند:

1. نصب بر روی سطح SMD 
2. نصب به صورت پایه دار

نکته: انواع نصب شده بر روی سطح به دلیل دارا بودن پایداری حرارتی بهتر و ابعاد کوچک تر دارای کاربرد بیشتری نسبت به نوع دیگر آن هستند. 

دلیل مهر و موم شدن ترمیستور

استفاده از ترمیستورهای مهر و موم شده جهت جلوگیری از بروز خطا به دلیل نفوذ رطوبت و گرد وغبار است.

ترمیستور NTC

در این نوع از ترمیستورها با افزایش دما مقدار مقاومت کاهش پیدا می کند و از ترمیستور نوع PTC رایج تر بوده و دارای حساسیت بالایی است به طوریکه با یک افزایش کوچک در دما، مقدار مقاومت به شدت کاهش پیدا کرده  و تغییرات به شدت غیرخطی می شود.

رابطه ی تغییرات مقاومت با دما در این سنسورها به صورت زیر بیان می شود: 

R_T=R₀ⅇ^B*(1/T-1/T0)

R0 : مقدار مقاومت در دمای  T₀ (برحسب کلوین)

RT: مقدار مقاومت در دمای T (بر حسب کلوین)

B : یک ضریب ثابت است که به صورت مقدار اسمی 4000 در نظر گرفته می شود و به جنس ماده بستگی دارد.

مزایای ترمیستور NTC 

• حساسیت بسیار بالاتر نسبت به PTC
• قابلیت عملکرد در بازۀ دمایی بالاتر
• دارای پاسخ زمانی سریع تر با دقت بالا
• امکان خوانش دقیق در مقدار به دست آمده
• فشردگی و حجم کم

معایب ترمیستور یا سنسور NTC

• وجود خطا در اندازه گیری بر اثر پدیدۀ خود-گرمایی
• تغییرات غیر خطی در خروجی با افزایش دما

در منحنی زیر رابطه مقاومت و دما در ترمیستور NTC نشان داده شده است:

منحنی مقاومت- دما ترمیستور NTC

ترمیستور PTC

ترمیستور PTC دارای ضریب مقاومت دمایی مثبت است.  نحوه ی عملکرد  PTC به این صورت است که با افزایش دما مقدار مقاومت این سنسور نیز بیشتر می شود و با کاهش دما نیز مقدار مقاومت در این سنسور کاهش می یابد. ضریب تغییرات دمایی در این سنسور مثبت بوده و این سنسورهای دما، بیشتر به عنوان محافظت کننده در مدارات و یا موتورها جهت جلوگیری از افزایش جریان و بروز آسیب وصدمه به آن ها استفاده می شوند. به طور کلی ، این سنسورها ارزان قیمت بوده و زمان پاسخ گویی سریعی را در بازۀ دمایی خود فراهم می کنند. 

مزایای ترمیستور PTC

• مقاومت بیشتر در برابر اضافه بار
• قابلیت راه اندازی ایمن و مطمئن موتور
• تغییرات خطی مقاومت نسبت به دما
• حجم کم
• قیمت ارزان

معایب ترمیستور PTC

• برخورداری از حساسیت کم تر در مقایسه با در مقایسه با نوع NTC.
• تأثیر پذیری دقت مقدار خوانده شده نسبت به پدیدۀ خودگرمایی
• بازۀ دمایی محدود تر در مقایسه با نوع  NTC

ترمیستورها در برنامه ها و فرآیندهای مختلفی از مصارف معمولی و خانگی گرفته تا صنعتی و تکنولوژی مانند هوا فضا کاربرد فراوانی دارند.

ترمیستور PTC

در شکل زیر رابطه مقاومت و دما در ترمیستور نشان داده شده است: 

منحنی مقاومت- دما ترمیستور PTC

مقایسه بین ترمیستور و ترموکوپل

ترمیستور و ترموکوپل دو سنسوری هستند که در فرآیندهای مرتبط با دما استفاده می شوند. ولی این دو سنسور در نوع خروجی که تولید می کنند دارای تفاوت اساسی هستند. در ترمیستورها با تغییرات دما مقدار مقاومت به طور متناسب با دما تغییر کرده ولی در ترموکوپل ها با ایجاد تغییرات دمایی، خروجی تولید شده به صورت ولتاژی خواهد بود. این تفاوت اساسی می تواند در نوع فرآیندی که این سنسورها در آن به کار گرفته می شوند بسیار تعیین کننده باشد. تفاوت های دیگری نیز بین این دو موجود است که در ادامه به آن ها می پردازیم.

ویژگی های ترمیستور

• ترمیستور نوعی سنسور دمایی است که با تغییرات دما مقدار مقاومت آن دستخوش تغییر می شود.
• المان حس کننده در این سنسور مقاومت داخلی آن است.
• ترمیستور برای تبدیل دما به مقاومت، به منبع تغذیه خارجی نیاز دارد. در نتیجه یک المان پسیو محسوب شده و مصرف کننده ی توان است.
• میزان تغییرات مقاومت بر حسب دما در سنسورهای حرارتی مقاومتی به صورت غیر خطی است.
• در این سنسورها به دلیل ایجاد گرما به وسیله ی خود ترمیستور، امکان بروز خطا وجود دارد. 
• ترمیستور از آنجایی که دارای قابلیت اندازه گیری تغییرات دمایی کوچک و تولید مقدار مقاومتی بزرگ در خروجی است، حساسیت بالایی دارد.
• بازه ی دمایی عملکرد این سنسور عموماً بین 150- تا 200 درجه ی سانتی گراد بوده که نسبت به ترموکوپل محدودتر است.
• زمان پاسخ گویی در این سنسورهای دمایی سریع بوده و میزان آن 10 – 2/0 ثانیه است.
• ترمیستورها دارای شکل ها و اندازه های مختلف هستند.
• این سنسورها دارای قابلیت تغییر میزان جریان بوده که برای حافظت در برابر اضافه جریان مناسب هستند.
• به دلیل دارا بودن اندازه ی کوچک این ترمیستورها می توانند مقدار دما در یک نقطه ی خاص را مشخص کنند.

ویژگی های ترموکوپل

بازه ی دمایی عملکرد در ترموکوپل ها بسیار وسیع تر بوده و بین مقادیر  1250...200- سانتی گراد قرار دارد.
دقت ترموکوپل ها نسبت به ترمیستورها بسیار بالاتر است.
ترموکوپل ها دارای قیمت پایین تری نسبت به ترمیستورها هستند.
خروجی تولید شده در ترموکوپل ها به صورت مقدار ولتاژی است.
ترموکوپل ها دارای پاسخ زمانی کندتری نسبت به ترمیستورها هستند.

ترموکوپل نوع K

تفاوت بین ترمیستور و RTD

در توضیح این نکته ابتدا باید گفت که یک RTD، نیز نوعی سنسور دما است که مانند ترمیستور با تغییر دما مقدار مقاومت آن دستخوش تغییر می شود. به همین دلیل بد نیست نگاهی به تفاوت میان این دو سنسور دما بیاندازیم:

سنسور RTD Pt100 

ترمیستور

1) جنس مواد به کار رفته در ساخت

اولین تفاوت و اصلی ترین آن جنس مواد به کار رفته است که در ساخت ترمیستورها، ترکیبات اکسید فلز و سرامیک به کار رفته ولی از موادی مانند پلاتینیوم و نیکل برای ساخت ترموکوپل ها استفاده شده است. این تفاوت به کار رفته در ساخت دو سنسور اساس تفاوت در ویژگی های اندازه گیری دما است.

2) طول سیم

ترمیستورها نیاز دارند که از سیم های با طول زیاد جهت اندازه گیری استفاده کنند و اگرچه ترمیستورها در دمای کم، مقدار مقاومت بالاتری دارند (حساسیت بالا) امّا استفاده از یک سیم بلند می تواند بر صحت مقدار خوانده شده توسط ترمیستور تأثیر بگذارد. ولی RTD ها از سیم هایی استفاده می کنند که حداکثر تا 3 متر طول دارند.

3) بازه ی دمایی

بازه ی دمایی عملکرد RTD ها به طور کلی وسیع تر است به طوریکه تا 600 °c را اندازه گیری می کند امّا ترمیستورها حداکثر تا 250 °c را اندازه گیری می کنند و بازه ی دمایی کوچکتری دارند.

4) نوع فرآیند

RTD ها به دلیل بازه ی دمایی وسیع تری که دارند برای فرآیندها و کاربردهای صنعتی استفاده می شوند امّا ترمیستورها به دلیل بازه ی دمایی کوچکتری که دارند برای کاربردهایی مثل آبگرمکن ها، تهویه هوا و فریزها استفاده می شوند.