الثرمستور هو جهاز مصمم لقياس درجة الحرارة ، ويتكون من مادة شبه موصلة ، والتي تغير مقاومتها بشكل كبير مع تغير بسيط في درجة الحرارة. بشكل عام ، الثرمستورات لها معاملات درجة حرارة سالبة ، مما يعني أن مقاومتها تقل مع زيادة درجة الحرارة.
السمة العامة للثرمستور
كلمة "الثرمستور" هي اختصار لمصطلحها الكامل: المقاوم الحساس للحرارة. هذا الجهاز عبارة عن مستشعر دقيق وسهل الاستخدام لأي تغيرات في درجة الحرارة. بشكل عام ، هناك نوعان من الثرمستورات: معامل درجة الحرارة السالب ومعامل درجة الحرارة الموجب. في أغلب الأحيان يستخدم النوع الأول لقياس درجة الحرارة.
تسمية الثرمستور في الدائرة الكهربائية موضحة في الصورة
مادة الثرمستورات هي أكاسيد معدنية بخصائص أشباه الموصلات. أثناء الإنتاج ، يتم إعطاء هذه الأجهزة النموذج التالي:
- قرص ؛
- قضيب ؛
- كروية مثل اللؤلؤ
يعتمد الثرمستور على مبدأ القوةتغير في المقاومة مع تغير طفيف في درجة الحرارة. في نفس الوقت ، عند قوة تيار معينة في الدائرة ودرجة حرارة ثابتة ، يتم الحفاظ على جهد ثابت.
لاستخدام الجهاز ، يتم توصيله بدائرة كهربائية ، على سبيل المثال ، بجسر ويتستون ، ويتم قياس التيار والجهد على الجهاز. وفقًا لقانون أوم البسيط R=U / I أحدد المقاومة. بعد ذلك ، ينظرون إلى منحنى اعتماد المقاومة على درجة الحرارة ، والذي وفقًا له يمكن تحديد درجة الحرارة التي تتوافق معها المقاومة الناتجة بالضبط. عندما تتغير درجة الحرارة تتغير قيمة المقاومة بشكل كبير ، مما يجعل من الممكن تحديد درجة الحرارة بدقة عالية.
مادة الثرمستور
مادة الغالبية العظمى من الثرمستورات هي سيراميك أشباه الموصلات. تتكون عملية تصنيعها من تلبيد مساحيق النتريدات وأكاسيد المعادن في درجات حرارة عالية. والنتيجة هي مادة لها تكوين أكسيد لها الصيغة العامة (AB)3O4أو (ABC)3O4، حيث A ، B ، C عناصر كيميائية معدنية. الأكثر استخدامًا هما المنجنيز والنيكل.
إذا كان من المتوقع أن يعمل الثرمستور في درجات حرارة أقل من 250 درجة مئوية ، فسيتم تضمين المغنيسيوم والكوبالت والنيكل في تركيبة السيراميك. تظهر سيراميك هذه التركيبة استقرار الخصائص الفيزيائية في نطاق درجة الحرارة المحدد.
سمة مهمة للثرمستورات هي موصليةها المحددة (متبادلة المقاومة). يتم التحكم في الموصلية عن طريق إضافة صغيرةتركيزات الليثيوم والصوديوم.
عملية تصنيع الأداة
تصنع الثرمستورات الكروية عن طريق تطبيقها على سلكين من البلاتين عند درجة حرارة عالية (1100 درجة مئوية). ثم يتم قطع السلك لتشكيل اتصالات الثرمستور. يتم وضع طلاء زجاجي على الأداة الكروية للختم.
في حالة الثرمستورات للقرص ، تتم عملية إجراء التلامس بوضع سبيكة معدنية من البلاتين والبلاديوم والفضة عليها ، ثم لحامها بطلاء الثرمستور.
الفرق من أجهزة كشف البلاتين
إلى جانب الثرمستورات شبه الموصلة ، هناك نوع آخر من أجهزة الكشف عن درجة الحرارة ، مادة العمل منها من البلاتين. تغير هذه الكواشف مقاومتها مع تغير درجة الحرارة بطريقة خطية. بالنسبة للثرمستورات ، هذا الاعتماد على الكميات الفيزيائية له طابع مختلف تمامًا.
مزايا الثرمستورات مقارنة بنظيراتها من البلاتين كالتالي:
- حساسية عالية للمقاومة للتغيرات في درجات الحرارة على مدى نطاق التشغيل بأكمله.
- مستوى عالٍ من استقرار الأداة وتكرار القراءات.
- صغير الحجم للاستجابة بسرعة للتغيرات في درجات الحرارة.
مقاومة الثرمستور
تتناقص هذه الكمية المادية مع زيادة درجة الحرارة ، ومن المهم مراعاة نطاق درجة حرارة التشغيل.لحدود درجة الحرارة من -55 درجة مئوية إلى +70 درجة مئوية ، يتم استخدام ثرمستورات بمقاومة 2200 - 10000 أوم. لدرجات حرارة أعلى ، استخدم أجهزة ذات مقاومة أكبر من 10 كيلو أوم.
على عكس أجهزة الكشف عن البلاتين والمزدوجات الحرارية ، لا تحتوي الثرمستورات على معايير محددة لمنحنيات المقاومة مقابل منحنيات درجة الحرارة ، وهناك مجموعة متنوعة من منحنيات المقاومة للاختيار من بينها. هذا لأن كل مادة الثرمستور ، مثل مستشعر درجة الحرارة ، لها منحنى المقاومة الخاص بها.
الاستقرار والدقة
هذه الأدوات مستقرة كيميائيًا ولا تتحلل بمرور الوقت. تعد مستشعرات الثرمستور من بين أكثر أدوات قياس درجة الحرارة دقة. دقة قياساتها على مدى التشغيل بأكمله هي 0.1 - 0.2 درجة مئوية. يرجى ملاحظة أن معظم الأجهزة تعمل في نطاق درجة حرارة من 0 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية.
المعلمات الأساسية للثرمستورات
المعلمات الفيزيائية التالية أساسية لكل نوع من الثرمستور (يتم تقديم فك تشفير الأسماء باللغة الإنجليزية):
- R25- مقاومة الجهاز في أوم في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية). التحقق من خاصية الثرمستور هذه سهل باستخدام مقياس متعدد.
- التسامح لـ R25- قيمة تحمل انحراف المقاومة على الجهاز من قيمته المحددة عند درجة حرارة 25 درجة مئوية. كقاعدة عامة ، هذه القيمة لا تتجاوز 20٪ من R25.
- ماكس. تيار الحالة المستقرة - الحد الأقصىقيمة التيار بالأمبير الذي يمكن أن يتدفق عبر الجهاز لفترة طويلة. إن تجاوز هذه القيمة يهدد بانخفاض سريع في المقاومة ، ونتيجة لذلك ، فشل الثرمستور.
- تقريبًا. R من ماكس. التيار - تُظهر هذه القيمة قيمة المقاومة بوحدة أوم ، التي يكتسبها الجهاز عندما يمر التيار الأقصى عبره. يجب أن تكون هذه القيمة 1-2 أوامر من حيث الحجم أقل من مقاومة الثرمستور في درجة حرارة الغرفة.
- ديسب. كويف. - معامل يوضح حساسية درجة حرارة الجهاز للقدرة التي يمتصها. يشير هذا العامل إلى مقدار الطاقة بالميغاواط التي يحتاج الثرمستور إلى امتصاصها من أجل زيادة درجة حرارته بمقدار 1 درجة مئوية. هذه القيمة مهمة لأنها توضح مقدار الطاقة التي تحتاجها لتسخين الجهاز لدرجة حرارة التشغيل.
- ثابت الوقت الحراري. إذا تم استخدام الثرمستور كمحدد للتيار الداخلي ، فمن المهم معرفة المدة التي سيستغرقها التبريد بعد إيقاف تشغيل الطاقة حتى تكون جاهزًا لتشغيلها مرة أخرى. نظرًا لانخفاض درجة حرارة الثرمستور بعد إيقاف تشغيله وفقًا لقانون أسي ، تم إدخال مفهوم "ثابت الوقت الحراري" - الوقت الذي تنخفض فيه درجة حرارة الجهاز بنسبة 63.2٪ من الفرق بين درجة حرارة التشغيل الجهاز ودرجة الحرارة المحيطة
- ماكس. سعة التحميل في ΜF - مقدار السعة في microfarads التي يمكن تفريغها من خلال هذا الجهاز دون إتلافه. يشار إلى هذه القيمة لجهد معين ،مثال: 220 V.
كيفية اختبار الثرمستور للتشغيل؟
لفحص تقريبي للثرمستور لإمكانية صيانته ، يمكنك استخدام مقياس متعدد ومكواة لحام عادية.
بادئ ذي بدء ، قم بتشغيل وضع قياس المقاومة على المتر المتعدد وقم بتوصيل جهات اتصال خرج الثرمستور بأطراف أجهزة القياس المتعددة. في هذه الحالة ، لا يهم القطبية. سيظهر المتر المتعدد مقاومة معينة بالأوم ، يجب تسجيلها.
ثم تحتاج إلى توصيل مكواة اللحام وإحضارها إلى أحد مخرجات الثرمستور. احرص على عدم حرق الجهاز. خلال هذه العملية ، يجب ملاحظة قراءات جهاز القياس المتعدد ، ويجب أن يُظهر مقاومة متناقصة بسلاسة ، والتي ستستقر بسرعة إلى حد أدنى من القيمة. تعتمد القيمة الدنيا على نوع الثرمستور ودرجة حرارة لحام الحديد ، وعادة ما تكون عدة مرات أقل من القيمة المقاسة في البداية. في هذه الحالة يمكنك التأكد من أن الثرمستور يعمل.
إذا لم تتغير المقاومة على المتر المتعدد أو على العكس من ذلك انخفضت بشكل حاد ، فهذا يعني أن الجهاز غير مناسب لاستخدامه.
لاحظ أن هذا الفحص تقريبي. لإجراء اختبار دقيق للجهاز ، من الضروري قياس مؤشرين: درجة حرارته والمقاومة المقابلة ، ثم مقارنة هذه القيم مع تلك التي ذكرها المصنع.
التطبيقات
تُستخدم الثرمستورات في جميع مجالات الإلكترونيات التي من المهم فيها مراقبة ظروف درجة الحرارة. وتشمل هذه المجالاتأجهزة الكمبيوتر والمعدات عالية الدقة للتركيبات الصناعية وأجهزة لنقل البيانات المختلفة. لذلك ، يتم استخدام الثرمستور ثلاثي الأبعاد للطابعة كجهاز استشعار يتحكم في درجة حرارة سرير التسخين أو رأس الطباعة.
أحد الاستخدامات الأكثر شيوعًا للثرمستور هو الحد من تدفق التيار ، كما هو الحال عند تشغيل الكمبيوتر. الحقيقة هي أنه في اللحظة التي يتم فيها تشغيل الطاقة ، يتم تفريغ مكثف البدء ، الذي يتمتع بسعة كبيرة ، مما يخلق تيارًا هائلاً في الدائرة بأكملها. هذا التيار قادر على حرق الشريحة بأكملها ، لذلك يتم تضمين الثرمستور في الدائرة.
كان هذا الجهاز في وقت التشغيل يتمتع بدرجة حرارة الغرفة ومقاومة كبيرة. يمكن أن تقلل هذه المقاومة بشكل فعال من الارتفاع الحالي في وقت البدء. علاوة على ذلك ، يسخن الجهاز بسبب مرور التيار خلاله وإطلاق الحرارة ، وتقل مقاومته بشكل حاد. إن معايرة الثرمستور تجعل درجة حرارة تشغيل رقاقة الكمبيوتر تتسبب في مقاومة الثرمستور إلى الصفر عمليًا ، ولا يوجد انخفاض في الجهد عبرها. بعد إيقاف تشغيل الكمبيوتر ، يبرد الثرمستور بسرعة ويستعيد مقاومته.
لذا فإن استخدام الثرمستور للحد من تدفق التيار هو أمر فعال من حيث التكلفة وبسيط إلى حد ما.
أمثلة على الثرمستورات
حاليا ، مجموعة واسعة من المنتجات معروضة للبيع ، وهنا خصائص ومجالات استخدام بعضها:
- الثرمستور B57045-K بإبزيم صامولة ، لديه مقاومة اسمية 1kOhm بتسامح 10٪. يستخدم كمستشعر لقياس درجة الحرارة في إلكترونيات المستهلك والسيارات.
- B57153-S أداة القرص ، لها الحد الأقصى لتصنيف التيار 1.8 أمبير عند 15 أوم في درجة حرارة الغرفة. تستخدم كمحدد تيار تدفق.
