Nhiệt điện trở là một thiết bị được thiết kế để đo nhiệt độ và bao gồm một vật liệu bán dẫn, làm thay đổi đáng kể điện trở của nó với một sự thay đổi nhỏ về nhiệt độ. Nói chung, nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ âm, nghĩa là điện trở của chúng giảm khi nhiệt độ tăng.
Đặc tính chung của nhiệt điện trở
Từ "nhiệt điện trở" là viết tắt của thuật ngữ đầy đủ của nó: điện trở nhạy nhiệt. Thiết bị này là một cảm biến chính xác và dễ sử dụng cho bất kỳ sự thay đổi nhiệt độ nào. Nói chung, có hai loại nhiệt điện trở: hệ số nhiệt độ âm và hệ số nhiệt độ dương. Thông thường, loại đầu tiên được sử dụng để đo nhiệt độ.
Ký hiệu của nhiệt điện trở trong mạch điện được hiển thị trong ảnh.
Vật liệu của nhiệt điện trở là các oxit kim loại có tính chất bán dẫn. Trong quá trình sản xuất, các thiết bị này có dạng sau:
- đĩa;
- que;
- hình cầu như ngọc.
Nhiệt điện trở dựa trên nguyên tắc mạnhthay đổi điện trở với một sự thay đổi nhỏ của nhiệt độ. Đồng thời, ở cường độ dòng điện cho trước trong mạch và nhiệt độ không đổi, hiệu điện thế không đổi được duy trì.
Để sử dụng thiết bị, thiết bị được kết nối với một mạch điện, chẳng hạn như cầu Wheatstone, đồng thời đo dòng điện và điện áp trên thiết bị. Theo định luật đơn giản Ohm R=U / I xác định điện trở. Tiếp theo, họ xem xét đường cong phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, theo đó có thể nói chính xác nhiệt độ mà điện trở thu được tương ứng với nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi, giá trị điện trở thay đổi đột ngột, giúp xác định nhiệt độ với độ chính xác cao.
Chất liệu nhiệt điện trở
Chất liệu của đại đa số các nhiệt điện trở là gốm bán dẫn. Quá trình sản xuất nó bao gồm bột nung kết của nitrit và oxit kim loại ở nhiệt độ cao. Kết quả là một vật liệu có thành phần oxit có công thức chung là (AB)3O4hoặc (ABC)3O4, trong đó A, B, C là các nguyên tố hóa học kim loại. Thường được sử dụng nhất là mangan và niken.
Nếu nhiệt điện trở hoạt động ở nhiệt độ dưới 250 ° C, thì magiê, coban và niken được bao gồm trong thành phần gốm. Gốm sứ của chế phẩm này cho thấy sự ổn định của các đặc tính vật lý trong phạm vi nhiệt độ xác định.
Một đặc tính quan trọng của nhiệt điện trở là độ dẫn điện riêng của chúng (nghịch đảo của điện trở). Độ dẫn điện được kiểm soát bằng cách thêmnồng độ của lithium và natri.
Quy trình sản xuất dụng cụ
Nhiệt điện trở hình cầu được tạo ra bằng cách áp chúng vào hai dây bạch kim ở nhiệt độ cao (1100 ° C). Sau đó, dây được cắt để tạo hình các tiếp điểm nhiệt điện trở. Một lớp phủ thủy tinh được phủ lên thiết bị hình cầu để làm kín.
Trong trường hợp nhiệt điện trở đĩa, quá trình tạo ra các tiếp điểm là lắng đọng một hợp kim kim loại gồm bạch kim, palladi và bạc lên chúng, sau đó hàn nó với lớp phủ nhiệt điện trở.
Sự khác biệt so với máy dò bạch kim
Bên cạnh nhiệt điện trở bán dẫn, còn có một loại cảm biến nhiệt độ khác, vật liệu làm việc của nó là bạch kim. Các máy dò này thay đổi điện trở của chúng khi nhiệt độ thay đổi theo kiểu tuyến tính. Đối với nhiệt điện trở, sự phụ thuộc này của các đại lượng vật lý có một đặc điểm hoàn toàn khác.
Ưu điểm của nhiệt điện trở so với bản sao bạch kim như sau:
- Độ nhạy kháng cao hơn với sự thay đổi nhiệt độ trong toàn bộ phạm vi hoạt động.
- Mức độ ổn định của thiết bị cao và độ lặp lại của các bài đọc.
- Kích thước nhỏ để phản ứng nhanh với sự thay đổi nhiệt độ.
Điện trở nhiệt điện trở
Đại lượng vật lý này giảm khi nhiệt độ tăng, và điều quan trọng là phải xem xét phạm vi nhiệt độ hoạt động. Đối với giới hạn nhiệt độ từ -55 ° C đến +70 ° C, nhiệt điện trở có điện trở 2200 - 10000 ohms được sử dụng. Đối với nhiệt độ cao hơn, hãy sử dụng thiết bị có điện trở lớn hơn 10 kOhm.
Không giống như máy dò bạch kim và cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở không có tiêu chuẩn cụ thể cho đường cong điện trở và nhiệt độ, và có rất nhiều đường cong điện trở để bạn lựa chọn. Điều này là do mỗi vật liệu nhiệt điện trở, như cảm biến nhiệt độ, có đường cong điện trở riêng.
Tính ổn định và độ chính xác
Những dụng cụ này ổn định về mặt hóa học và không bị phân hủy theo thời gian. Cảm biến nhiệt điện trở là một trong những công cụ đo nhiệt độ chính xác nhất. Độ chính xác của các phép đo của họ trong toàn bộ phạm vi hoạt động là 0,1 - 0,2 ° C. Xin lưu ý rằng hầu hết các thiết bị hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ 0 ° C đến 100 ° C.
Các thông số cơ bản của nhiệt điện trở
Các thông số vật lý sau là cơ bản cho từng loại nhiệt điện trở (giải mã tên bằng tiếng Anh):
- R25- điện trở của thiết bị tính bằng Ohms ở nhiệt độ phòng (25 ° С). Kiểm tra đặc tính nhiệt điện trở này rất đơn giản bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng.
- Dung sai R25- giá trị của dung sai sai lệch điện trở trên thiết bị từ giá trị cài đặt của nó ở nhiệt độ 25 ° С. Theo quy định, giá trị này không vượt quá 20% R25.
- Tối đa. Trạng thái ổn định hiện tại - tối đagiá trị của cường độ dòng điện tính bằng ampe kế có thể chạy qua thiết bị trong thời gian dài. Vượt quá giá trị này có nguy cơ làm giảm điện trở nhanh chóng và kết quả là điện trở nhiệt bị hỏng.
- Xấp xỉ. R trong tổng số Max. Dòng điện - giá trị này cho biết giá trị của điện trở tính bằng Ohms, mà thiết bị nhận được khi dòng điện tối đa đi qua nó. Giá trị này phải nhỏ hơn 1-2 bậc độ lớn so với điện trở của nhiệt điện trở ở nhiệt độ phòng.
- Tản. Rạn san hô. - hệ số thể hiện độ nhạy nhiệt độ của thiết bị đối với công suất mà nó hấp thụ. Hệ số này cho biết lượng công suất tính bằng mW mà nhiệt điện trở cần hấp thụ để tăng nhiệt độ của nó thêm 1 ° C. Giá trị này rất quan trọng vì nó cho biết bạn cần tiêu tốn bao nhiêu điện năng để làm nóng thiết bị đến nhiệt độ hoạt động của nó.
- Hằng số Thời gian Nhiệt. Nếu nhiệt điện trở được sử dụng làm bộ hạn chế dòng khởi động, điều quan trọng là phải biết thời gian nguội dần sau khi tắt nguồn để sẵn sàng bật lại. Vì nhiệt độ của nhiệt điện trở sau khi tắt giảm theo quy luật hàm số mũ, khái niệm "Hằng số thời gian nhiệt" được đưa ra - thời gian mà nhiệt độ của thiết bị giảm 63,2% chênh lệch giữa nhiệt độ hoạt động của thiết bị và nhiệt độ môi trường xung quanh.
- Tối đa. Tải điện dung tính bằng ΜF - lượng điện dung tính bằng microfarads có thể được phóng qua thiết bị này mà không làm hỏng thiết bị. Giá trị này được chỉ định cho một điện áp cụ thể,ví dụ: 220 V.
Làm thế nào để kiểm tra nhiệt điện trở hoạt động?
Để kiểm tra sơ bộ nhiệt điện trở về khả năng sử dụng của nó, bạn có thể sử dụng đồng hồ vạn năng và mỏ hàn thông thường.
Trước hết, bật chế độ đo điện trở trên đồng hồ vạn năng và kết nối các tiếp điểm đầu ra của nhiệt điện trở với các cực vạn năng. Trong trường hợp này, phân cực không thành vấn đề. Đồng hồ vạn năng sẽ hiển thị một điện trở nhất định tính bằng ohm, nó sẽ được ghi lại.
Sau đó, bạn cần cắm mỏ hàn và đưa nó đến một trong các đầu ra nhiệt điện trở. Hãy cẩn thận để không làm cháy thiết bị. Trong quá trình này, bạn nên quan sát các số đọc của đồng hồ vạn năng, nó sẽ hiển thị điện trở giảm dần một cách trơn tru, sẽ nhanh chóng ổn định đến một số giá trị nhỏ nhất. Giá trị nhỏ nhất phụ thuộc vào loại nhiệt điện trở và nhiệt độ của mỏ hàn, thường nó nhỏ hơn vài lần so với giá trị đo lúc đầu. Trong trường hợp này, bạn có thể chắc chắn rằng nhiệt điện trở đang hoạt động.
Nếu điện trở trên đồng hồ vạn năng không thay đổi hoặc ngược lại, giảm mạnh, thì thiết bị đó không phù hợp để sử dụng.
Lưu ý rằng kiểm tra này là thô. Để kiểm tra chính xác thiết bị, cần phải đo hai chỉ số: nhiệt độ và điện trở tương ứng, sau đó so sánh các giá trị này với các giá trị do nhà sản xuất công bố.
Ứng dụng
Nhiệt điện trở được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực điện tử, trong đó điều quan trọng là phải theo dõi điều kiện nhiệt độ. Các lĩnh vực này bao gồmmáy tính, thiết bị có độ chính xác cao cho các cơ sở lắp đặt công nghiệp và các thiết bị để truyền các dữ liệu khác nhau. Vì vậy, nhiệt điện trở của máy in 3D được sử dụng như một cảm biến điều khiển nhiệt độ của giường sưởi hoặc đầu in.
Một trong những cách sử dụng phổ biến nhất đối với nhiệt điện trở là để hạn chế dòng khởi động, chẳng hạn như khi bật máy tính. Thực tế là tại thời điểm bật nguồn, tụ điện khởi động có công suất lớn bị phóng điện tạo ra dòng điện rất lớn trong toàn mạch. Dòng điện này có khả năng đốt cháy toàn bộ chip nên trong mạch có một điện trở nhiệt.
Thiết bị này tại thời điểm bật có nhiệt độ phòng và điện trở rất lớn. Sức đề kháng như vậy có thể làm giảm hiệu quả dòng điện đột ngột tại thời điểm bắt đầu. Hơn nữa, thiết bị nóng lên do dòng điện đi qua nó và tỏa nhiệt, và điện trở của nó giảm mạnh. Hiệu chuẩn của nhiệt điện trở sao cho nhiệt độ hoạt động của chip máy tính làm cho điện trở của nhiệt điện trở thực tế bằng 0 và không có sự sụt giảm điện áp trên nó. Sau khi tắt máy tính, nhiệt điện trở nhanh chóng nguội đi và phục hồi điện trở của nó.
Vì vậy, sử dụng một nhiệt điện trở để hạn chế dòng điện khởi động vừa tiết kiệm chi phí vừa khá đơn giản.
Ví dụ về nhiệt điện trở
Hiện tại có bán rất nhiều loại sản phẩm, sau đây là đặc điểm và lĩnh vực sử dụng của một số sản phẩm:
- Thermistor B57045-K với đai ốc siết, có điện trở danh định là 1kOhm với dung sai 10%. Được sử dụng làm cảm biến đo nhiệt độ trong thiết bị điện tử tiêu dùng và ô tô.
- Dụng cụ đĩaB57153-S, có định mức dòng điện tối đa là 1,8 A ở 15 ohms ở nhiệt độ phòng. Được sử dụng làm bộ giới hạn dòng khởi động.
