اندازه گیری دما با ترمیستور

اندازه گیری دما با ترمیستور

ترمیستور چیست ؟ انواع و کاربردهای آن چیست؟

به مقاومت های حساس به دما که از مواد نیمه هادی ساخته می شود، ترمیستور(thermistor) می گویند که این کلمه مخفف عبارت temperature sensitive resistors است. اندازه گیری دما با ترمیستور ها هم همانند سنسورهای دمای RTD می باشد، ترمیستورها هم همانند RTD ها، یک مقاومت حساس به دما هستند که اصول عملکرد آنها مشابه  RTD ها می باشد.تفاوت آنها با RTD در نوع مقاومت بکار رفته است. ترمیستورها معمولاً از مواد نیمه رسانا تشکیل شده اند. در ترمیستور مقاومت الکتریکی با دما به طور غیر خطی تغییر می کند. رنج دمای آن ۷۰- تا ۱۵۰ و نهایتا ۳۱۶ درجه سانتیگراد می باشد.

ضریب دمایی یک مقاومت، درصد تغییرات مقاومت به ازای یک درجه تغییر در دما می باشد. بیشتر ترمیستورها دارای ضریب دمایی منفی می باشند، اگرچه ممکن است دارای ضریب دمایی مثبت نیز باشند. ضریب دمایی منفی به این معناست که مقاومت آنها با افزایش دما کاهش می یابد. ضریب دمایی میتواند به اندازه چندین درصد باشد که به مدار آشکارساز اجازه تشخیص تغییرات جزئی در دما را می دهد. میتوان گفت ترمیستور حساس ترین سنسور دما می باشد. تغییر مقاومت ترمیستور توسط مدار پل وتستون اندازه گیری می شود.

دسته بندی ترمیستورها : 

ترمیستورها به دو دسته ضریب دمایی منفی (NTC (Negative Temperature Coefficient و ضریب دمایی مثبت (PTC (Positive Temperature Coefficient تقسیم می شوند. در NTC با افزایش دما مقاومت ترمیستور کاهش می یابد و در PTC با افزایش دما مقاومت آن افزایش می یابد. اغلب ترمیستورهای موجود و کاربردی NTC هستند. ترمیستورها در اشکال مختلفی ساخته می¬شوند که رایجترین آن ها، دیسکی، مهره ای و میله ای است که در شکل زیر نمونه ای از آنها آورده شده است:

 

ترمیستورهای NTC قابلیت های زیادی را برای اندازه گیری و کنترل دما ارائه می دهند. مقاومت الکتریکی آنها با افزایش دما، کاهش می یابد (شکل زیر را ببینید) و رابطه مقاومت – دمای آنها خیلی غیر خطی است. بسته به نوع مواد به کار رفته و روش ساخت، ترمیستورها می توانند در یک محدوده دمایی از ۵۰- تا ۱۵۰+ درجه سانتی گراد به کار برده شوند. نقطه مرجع مقاومت یک ترمیستور، ۲۵ درجه سانتی گراد است و برای اکثر کاربردها، مقاومت در این دما ۱۰۰ کیلو اهم می باشد.

تفاوت ترمیستور با RTD

ترمیستورها دارای مقاومتهای بالایی نسبت به RTD ها می باشند. یک مقدار معمول برای مقاومت ترمیستورها ۵۰۰۰ اهم در ۲۵ درجه سانتیگراد میباشد.در حالیکه این مقدار برای RTD این مقدار ۱۰۰ اهم میباشد.درنتیجه مقاومت سیمهای اتصال در مقایسه با مقاومت ترمیستور بسیار کوچک است و به همین دلیل سیمهای اتصال خطایی در اندازه گیری بوجود نمیآورند و نیازی به آرایش های سه سیمه یا چهار سیمه برای اندازه گیری نمی باشد. ترمیستورها میتوانند در اندازه های بسیار کوچک ساخته شوند بنابراین دارای پاسخ سریعتری نسبت به RTD ها میباشند.

نمودار مقایسه RTD با ترمیستور

مزایای اندازه گیری دما با ترمیستور

حساسیت : یکی از مزایای ترمیستورها در مقایسه با ترموکوپل ها و RTD ها، تغییر نسبتا زیاد آنها در میزان مقاومت به دلیل تغییر در دماست. معمولا به ازای هر درجه افزایش دما، ۵ درصد از میزان مقاومت کاسته می شود.

کوچکی اندازه : ترمیستورها دارای اندازه های خیلی کوچکی هستند و این باعث می شود که به تغییرات دمایی خیلی سریع پاسخ دهند. این خصوصیت در سیستم های کنترل بازخورد دما که به پاسخ های سریع احتیاج داریم، از اهمیت بالایی برخوردار است.

استحکام : اکثر ترمیستورها می توانند برای حس کردن دمای موقعیت های خارجی به کار برده شوند و این کار را از طریق کابل های بلند انجام می دهند، به این دلیل که مقاومت یک کابل بلند در مقایسه با مقاومت نسبتا زیاد ترمیستور کم است.

قیمت پایین : هزینه ترمیستورها کمتر از اکثر انواع دیگر سنسورهای دما است.

قابلیت تعویض : ترمیستورها می توانند با تلرانس های خیلی نزدیک به هم ساخته شوند. در نتیجه بدون نیاز به تنظیم مجدد سیستم اندازه گیری، می توان از ترمیستورها به جای هم استفاده کرد.

معایب اندازه گیری دما با ترمیستور

  • این وسایل دارای خروجی کاملاً غیر خطی می باشند

  •  دقت آنها کمتر از RTD ها می باشد

  • ترمیستورها شکننده تر از RTD و یا ترموکوپل هستند و باید دقت فراوانی در نصب آنها کرد
  • در دماهای بالا، در مقایسه با RTD و ترموکوپل زودتر خراب می شوند
  • عمر کوتاه تری نسبت به ترموکوپل و RTD ها دارند
  • پدیده خودگرمایی در ترمیستورها حادتر از RTD ها می باشد.

شکل زیر غیر خطی بودن یک NTC نشان می دهد :

کاربرد ها :

با توجه به هزینه کم و حساسیت بالای ترمیستورها، اغلب برای تشخیص وضعیت های آلارم فرایند از ترمیستورها استفاده می شود؛ مانند دمای سیم پیچ موتورها، دمای یاتاقان ها و….

پارامتر های مهم برای انتخاب ترمیستور :

  • نوع ترمیستور : NTC یا PTC
  • مقاومت به طور مثال ۱ کیلو اهم
  • شکل ظاهری : دیسکی، مهره ای یا میله ای
  • رنج دمایی که بیشترین رنج -۷۳ to 316°C می باشد
  • خطا بطور مثال : R25=100KΩ ±۵%