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، يك مقاومت حساس به دما هستند که اصول عملكرد آنها مشابه  RTD ها می باشد.تفاوت آنها با RTD در نوع مقاومت بكار رفته است. ترميستورها معمولاً از مواد نيمه رسانا تشكيل شده اند. در ترمیستور مقاومت الکتریکی با دما به طور غیر خطی تغییر می کند. رنج دمای آن 70- تا 150 و نهایتا 316 درجه سانتیگراد می باشد.

ضريب دمايي يك مقاومت، درصد تغييرات مقاومت به ازاي يك درجه تغيير در دما مي باشد. بيشتر ترميستورها داراي ضريب دمايي منفي مي باشند، اگرچه ممكن است داراي ضريب دمايي مثبت نيز باشند. ضريب دمايي منفي به اين معناست كه مقاومت آنها با افزايش دما كاهش مي يابد. ضريب دمايي ميتواند به اندازه چندين درصد باشد كه به مدار آشكارساز اجازه تشخيص تغييرات جزئي در دما را مي دهد. ميتوان گفت ترميستور حساس ترين سنسور دما مي باشد. تغيير مقاومت ترميستور توسط مدار پل وتستون اندازه گيري مي 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 50- تا 150+ درجه سانتی گراد به کار برده شوند. نقطه مرجع مقاومت یک ترمیستور، 25 درجه سانتی گراد است و برای اکثر کاربردها، مقاومت در این دما 100 کیلو اهم می باشد.

تفاوت ترمیستور با RTD

ترميستورها داراي مقاومتهاي بالايي نسبت به RTD ها مي باشند. يك مقدار معمول براي مقاومت ترميستورها ۵۰۰۰ اهم در ۲۵ درجه سانتيگراد ميباشد.در حاليكه اين مقدار براي RTD این مقدار ۱۰۰ اهم میباشد.درنتيجه مقاومت سيمهاي اتصال در مقايسه با مقاومت ترميستور بسيار كوچك است و به همين دليل سيمهاي اتصال خطايي در اندازه گيري بوجود نميآورند و نيازي به آرايش هاي سه سيمه يا چهار سيمه براي اندازه گيري نمي باشد. ترميستورها ميتوانند در اندازه هاي بسيار كوچك ساخته شوند بنابراين داراي پاسخ سريعتري نسبت به RTD ها ميباشند.

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، 5 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

  • اين وسايل داراي خروجي كاملاً غير خطي مي باشند

  •  دقت آنها كمتر از RTD ها مي باشد

  • ترمیستورها شكننده تر از RTD و يا ترموكوپل هستند و بايد دقت فراواني در نصب آنها كرد
  • در دماهاي بالا، در مقايسه با RTD و ترموكوپل زودتر خراب می شوند
  • عمر كوتاه تري نسبت به ترموکوپل و RTD ها دارند
  • پديده خودگرمايي در ترميستورها حادتر از RTD ها مي 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 1 کیلو اهم
  • شکل ظاهری : دیسکی، مهره ای یا میله ای
  • رنج دمایی که بیشترین رنج -73 to 316°C می باشد

  • خطا بطور مثال : R25=100KΩ ±5%