ترمیستور چیست؟ چه مزایا و کاربردهایی دارد؟

برای دانستن اینکه ترمیستور چیست و چه کارایی دارد ابتدا بدانید این وسیله، قطعه‌ای نیمه هادی است که نسبت به تغییرات دمایی حساس بوده و از خود واکنش نشان می‌دهد. به همین دلیل بیشتر در ساخت وسایل الکتریکی و لوازم خانگی یا در محیط‌های صنعتی که نیاز به سنجش و اندازه‌گیری دما دارند مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله با ما همراه باشید تا در خصوص ویژگی‌ها و مزایایی که این وسیله دارد اطلاعات مفیدی را در اختیارتان قرار دهیم.

ترمیستور چیست؟

در حقیقت ترمیستور یا مقاومت حرارتی، قطعه‌ای است که مقاومت آن با نوسانات دما تغییر می‌کند، بنابراین به عنوان یک سنسور ارزان و دقیق برای اندازه‌گیری دما از آن استفاده می‌شود. مقاومت این سنسور به موادی که برای تولید آن به کار می‌رود وابستگی مستقیمی دارد و معمولاً از جنس پلیمر یا سرامیک تولید می‌گردد.

ترمیستورها برای بررسی و سنجش دمای اطراف محیط استفاده می‌شوند. این قطعات الکترونیکی به کمک یک مقاومت حرارتی با تشخیص دما بر روی تجهیزات اثر گذاشته و برای سنجش دما یا قطع اضافه بار به کار گرفته می‌شوند. بنابراین مقاومت‌های حرارتی را می‌توان در مجموعه‌ای از مدارها، تجهیزات و دستگاه‌هایی پیدا کرد که به عنوان وسیله‌ای برای کنترل کم هزینه دما به کار می‌روند. لازم به ذکر است با توجه به اینکه ترمیستورها نوعی مقاومت به حساب می‌آیند با واحد مقاومت یعنی اهم سنجیده می‌شوند.

عملکرد و ساختار ترمیستور

اصلی‌ترین عامل در عملکرد مقاومت حرارتی حساسیت آن به دما است. با شناخت رابطه دقیق بین چگونگی تاثیر دما بر مقاومت ترمیستور، می‌توان به راحتی مقاومت آن را حساب کرده و در نتیجه دمای آن را به دست‌آورد. بر این اساس برای پاسخ به سؤال ترمیستور چیست باید بدانید در ساخت مقاومت حرارتی دو یا چند پودر نیمه رسانا را از اکسیدهای فلزی با نوعی چسب مخصوص مخلوط می‌کنند تا یک ماده رقیق به وجود آید. سپس قطرات کوچکی از این مایع را بر روی سیم‌های لید قرار می‌دهند.

با گذاشتن این سیم‌ها داخل کوره‌هایی مشخص، در دمای تعیین شده، ماده رقیق بر روی سیم‌های لید یا الکترود جمع می‌شود تا اتصال الکتریکی به وجود آید. این اکسید فلز فراوری شده، با قرار گرفتن در یک پوشش شیشه‌ای خاصیت ضد آب پیدا کرده و پایداری بیشتری خواهد داشت. به این ترتیب قطعات کوچک مقاومت حرارتی ساخته می‌شوند.

متناسب با محل استفاده، انواع مختلفی از ترمیستورها به وجود می‌آیند که می‌توانند به شکل مهره‌های کوچک با قطر 0.15 میلی‌متر تا 1.5  میلی‌متر تولید گردند. همچنین ممکن است این محصولات به شکل دیسک‌ یا واشرهایی ساخته شوند که با فشار دادن مواد ترمیستور تحت فشار بالا، به شکل‌ استوانه‌ای مسطح با قطر 3 میلی‌متر تا 25 میلی‌متر تولید گردند. بنابراین اندازه‌های مختلفی از این محصولات در بازار وجود داشته که با مقاومت‌های مختلفی که دارند در وسایل متنوعی برای سنجش دما استفاده می‌شوند. انواع ترمیستور براساس کاربرد، بازه حرارت و نوع ضریب حرارتی با یکدیگر بسیار متفاوت هستند، در ادامه به انواع ترمیستور اشاره می کنیم.

انواع ترمیستور

به طور کلی انواع ترمیستور به دو دسته تقسیم می‌شوند که در ادامه به طور کامل به بررسی هر یک از آنها می‌پردازیم.

• ترمیستور NTC، مقاومت متغیر با ضریب حرارتی منفی

ترمیستورهای NTC نوعی مقاومت حرارتی بوده که دارای ضریب حرارت منفی هستند. به عبارت دیگر با افزایش دما مقاومت آنها کاهش پیدا کرده و بالعکس با کاهش دما مقاومت آنها افزایش می‌یابد. بنابراین می‌توان گفت در این نوع ترمیستورها دما و مقاومت قطعه مورد نظر رابطه عکسی با یکدیگر دارند. شایان ذکر است رابطه به دست آوردن مقاومت و دمای ترمیستور NTC از فرمول زیر انجام می‌شود که آشنایی با آن برای پاسخ به پرسش ترمیستور چیست بسیار حائز اهمیت است.

در این فرمول دمای مرجع 25 درجه سانتی‌گراد در نظر گرفته شده است و β عددی ثابت بوده که مقدار آن به ویژگی‌های ماده مورد نظر بستگی دارد. لازم به ذکر است اگر β افزایش پیدا کند به معنای تغییر مقاومت برای افزایش یکسان دما است. به عبارت دیگر نشان‌دهنده حساسیت  مقاومت حرارتی در برابر افزایش دما بوده و دقت بالای عملکرد قطعه مورد نظر را نشان می‌دهد.
سنسورهای NTC در مقایسه با RTD ها دارای اندازه کوچک‌تر، پاسخ سریعتر، مقاومت بیشتر و ارزان‌تر هستند. مقاومت حرارتی NTC کمی دقیق تر از مقاومت حرارتی RTD است. دقت ترمیستور NTC مشابه ترموکوپل ها است. با این حال ترموکوپل ها می توانند دمای بسیار بالا (در حد 600 درجه سانتیگراد) را تحمل کنند و در برخی کاربردها به جای ترمیستورهای NTC استفاده می شود. تفاوت ترمیستور و سنسور RTD را بصورت خلاصه در جدول زیر شرح داده ایم.

مزیت دیگر ترمیستورهای NTC، حساسیت، پایداری و دقت بیشتر آن ها در مقایسه با ترموکوپل ها در دمای پایین‌ است. و با قطعات کمتری در مدار فعال می شوند. کاربرد سنسورهای NTC در مدار الکتریکی علاوه بر کنترل و اندازه گیری دما، نقش جبران کننده گی حرات نیز در برخی مدارها دارند.

• ترمیستور PTC، مقاومت متغیر با ضریب حرارتی مثبت

ترمیستور PTC کاملاً عملکردی متفاوت با NTC دارد و یک ترمیستور ضریب حرارتی مثبت است. یعنی با افزایش دما مقاومت آن زیاد شده و با کاهش دما، مقاومت نیز کاهش پیدا می‌کند. بنابراین دما و مقاومت با یکدیگر نسبت مستقیمی دارند. استفاده از این نوع مقاومت حرارتی به اندازه نمونه قبلی رایج نیست و اغلب به عنوان نوعی محافظ در مدار استفاده می‌شود. در حقیقت نوع عملکرد مقاومت‌های PTC مانند یک دستگاه محدود کننده به حساب می‌آید که برای محافظت در لوازم مختلف به کار می‌رود.

مزایای استفاده از ترمیستور چیست؟

ترمیستورها قطعات مقاومتی بسیار دقیق، قابل اعتماد و پایداری هستند که در مقابل شرایط محیطی و ایمنی در برابر نویز، نسبت به سنسورهای دیگر از خود عملکرد بهتری نشان می‌دهند و مجهزتر هستند. به همین دلیل مزایای بیشتری نسبت به سنسورهای حرارتی دیگر دارند که در ادامه به معرفی آنها می‌پردازیم.

1. اندازه مناسب: ترمیستورهای حرارتی اندازه بسیار کوچکی دارند و در فضاهای محدود می‌توان از آنها استفاده کرد. بنابراین گزینه مناسبی برای نصب بر روی بردهای مدار چاپی به حساب می‌آیند. شایان ذکر است این نکته پاسخ مناسبی برای سؤال ترمیستور چیست محسوب می‌شود.
2. زمان پاسخ‌دهی: ابعاد کوچک این محصولات زمان پاسخگوی آنها را نسبت به تغییرات دمایی کاهش داده و واکنش‌پذیری آنها را افزایش می‌دهد. بنابراین در لوازمی که نیاز باشد واکنش سریعی نسبت به تغییرات دمایی نشان دهند از این قطعات استفاده می‌کنند.
3. قیمت مناسب: ترمیستورها نسبت به دیگر سنسورهای دمایی از قیمت مناسب‌تری برخوردار هستند و اگر دارای منحنی حرارتی صحیحی باشند هنگام نصب، دوام بالایی از خود نشان داده و نیازی به استفاده از کالیبراسیون دیگری ندارند.
4. قابلیت تطبیق: این محصولات به راحتی در مقاومت‌ها و دماهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند و قابلیت تطبیق‌پذیری بالایی دارند.
5. دقت بالا: مقاومت‌های حرارتی از دقت بسیار بالایی برخوردار هستند و عملکرد آنها مطابقت زیادی با منحنی و اطلاعات کنترل کیفیت درج‌شده بر روی محصول دارد.

کاربردهای ترمیستور

مقاومت‌های حرارتی با توجه به مزایایی که دارند در صنایع مختلف، جایی که نیاز به کنترل دمایی باشد به راحتی به کار گرفته می‌شوند. بر این اساس باید بدانید ترمیستورهای PTC و NTC برای جبران درجه حرارت اندازه‌گیری دما، کنترل دما و محدودیت‌های جریان هجومی مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین با توجه به اندازه کوچکی که دارند به راحتی بر روی سنسورهای دمای دماسنج‌های دیجیتالی و ترموستات‌ها نصب می‌شوند. علاوه بر آن در صنعت خودرو برای اندازه‌گیری دمای مایع یخ‌کننده و روغن به کار می‌روند. کاربری ترمیستور بسیار متنوع است نمونه ای از کاربرد آن در مدارات الکترونیکی به عنوان محافظ مدار و قطعات الکترونیکی است. تصویر زیر ساده‌ترین مدار الکترونیکی کاربرد ترمیستور، به عنوان محافظ قطعات مدار است.مهم‌تر از همه، ترمیستورها گزینه مناسبی برای استفاده بر روی لوازم خانگی جهت تعیین مقدار مقاومت حرارتی هستند. این محصولات برای محافظت از مدارها در برابر اضافه بار که حاصل افزایش مقدار مقاومت است، کارایی دارند.

ترمیستورها در باتری‌های شارژی، تولید ولتاژ خروجی آنالوگ در پاسخ به تغییرات دمایی محیط، مانیتورینگ دما در سیستم‌های هواشناسی و لوازم الکتریکی خانگی مانند پکیج، لباسشویی و یخچال مورد استفاده قرار می‌گیرند. بنابراین شناخت کارایی این قطعات می‌تواند پاسخی برای سؤال ترمیستور چیست به حساب آید.

سخن پایانی

ترمیستورها قطعاتی هستند که با تغییرات دما مقدار مقاومت آنها تغییر پیدا کرده و در شرایط خاص برای کنترل نوسانات دمایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این محصولات در مدل‌های مختلفی تولید می‌شوند و حساسیت آنها به مایع، گاز یا جامد به نوع تولید و کارایی آنها بستگی دارد. با توجه به اینکه مقاومت‌های حرارتی بهترین راه برای اندازه‌گیری و کنترل دما در لوازم الکتریکی به حساب می‌آیند، استفاده از آنها در این لوازم از اهمیت بالایی برخوردار است.
منابع
https://www.omega.com/en-us/resources/thermistor