ترمیستور چیست؟ انواع و کاربردهای آن چیست؟

هر سه مورد ترموکوپل، RTD و ترمیستورها از انواع سنسورهای دما می باشند. در همین ارتباط نگاهی به پست های ترموکوپل و سنسورهای دمای RTD بیندازید.

ترمیستور 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.

جنس ماده سازنده RTD از فلزات خالص مانند پلاتین، نیکل و … است که ضریب دمایی مثبت دارند. در واقع، با افزایش دما مقاومت آن­ها افزایش می یابد که این همان وظیفه اصلی RTD است. از RTD برای اندازه ­گیری تغییرات دمایی در مقیاس بزرگ استفاده می­شود.

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 رایج ترین 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 مقاومت بالایی نسبت به RTD ها میباشد. یک مقدار معمول برای مقاومت ترمیستورها 5000 اهم در 25 درجه سانتی گراد میباشد. در حالیکه این مقدار برای RTD  مقاومت 100 اهم است. در نتیجه مقاومت سیم های اتصال در مقایسه با مقاومت ترمیستورها  بسیار کوچک است و به همین دلیل سیم های اتصال خطایی در اندازه گیری به وجود نمی آورند و نیازی به آرایش های سه سیمه یا چهارسیمه برای اندازه گیری نمیباشد. ترمیستورها میتوانند در اندازه های بسیار کوچک  ساخته شوند بنابراین دارای پاسخ سریعتری نسبت به RTD ها هستند.

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.

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%