Le mot « thermistance » est explicite : une RÉSISTANCE THERMIQUE est un dispositif dont la résistance change avec la température.

Les thermistances sont des dispositifs en grande partie non linéaires et présentent souvent de grandes variations de paramètres. C'est pourquoi de nombreux ingénieurs et concepteurs de circuits, même expérimentés, rencontrent des inconvénients lorsqu'ils travaillent avec ces appareils. Cependant, après avoir examiné ces appareils de plus près, vous constaterez que les thermistances sont en réalité des appareils assez simples.

Tout d'abord, il faut dire que tous les appareils qui changent de résistance en fonction de la température ne sont pas appelés thermistances. Par exemple, thermomètres résistifs, qui sont fabriqués à partir de petites bobines de fil torsadé ou de films métalliques pulvérisés. Bien que leurs paramètres dépendent de la température, ils fonctionnent différemment des thermistances. Généralement, le terme « thermistance » est appliqué aux capteurs sensibles à la température. semi-conducteur dispositifs.

Il existe deux classes principales de thermistances : le TCR négatif (coefficient de résistance de température) et le TCR positif.

Il existe deux types fondamentalement différents de thermistances fabriquées avec un TCR positif. Certaines sont fabriquées comme des thermistances NTC, tandis que d'autres sont en silicium. Les thermistances TCR positives seront décrites brièvement, en mettant l'accent sur les thermistances TCR négatives les plus courantes. Ainsi, sauf instructions particulières, nous parlerons de thermistances à TCR négatif.

Les thermistances NTC sont des dispositifs non linéaires très sensibles, à plage étroite, dont la résistance diminue à mesure que la température augmente. La figure 1 montre une courbe montrant l'évolution de la résistance en fonction de la température et est un exemple typique dépendance de la résistance à la température. La sensibilité est d'environ 4 à 5 %/o C. Il existe une large gamme de valeurs de résistance, et le changement de résistance peut atteindre plusieurs ohms et même des kilo-ohms par degré.

R. R o

Fig. 1 Les thermistances TCR négatives sont très sensibles et significativement

Les diplômes ne sont pas linéaires. R o peut être en ohms, kilo-ohms ou mégo-ohms :

1-rapport de résistance R/R o ; 2- température en °C

Les thermistances sont essentiellement des céramiques semi-conductrices. Ils sont fabriqués à partir de poudres d'oxydes métalliques (généralement des oxydes de nickel et de manganèse), parfois additionnées de petites quantités d'autres oxydes. Les oxydes en poudre sont mélangés avec de l'eau et divers liants pour obtenir une pâte liquide, qui prend la forme requise et est cuite à des températures supérieures à 1 000 °C.

Un revêtement métallique conducteur (généralement en argent) est soudé et les câbles sont connectés. La thermistance terminée est généralement recouverte de résine époxy ou de verre, ou enfermée dans un autre boîtier.

De la fig. 2, vous pouvez voir qu’il existe de nombreux types de thermistances.

Les thermistances se présentent sous la forme de disques et de rondelles d'un diamètre de 2,5 à environ 25,5 mm, et sous la forme de tiges de différentes tailles.

Certaines thermistances sont d'abord réalisées sous forme de grandes plaques, puis découpées en carrés. De très petites thermistances à billes sont fabriquées en brûlant directement une goutte de pâte sur deux bornes en alliage de titane réfractaire, puis en plongeant la thermistance dans du verre pour créer un revêtement.

Paramètres typiques

Dire « paramètres typiques » n'est pas tout à fait correct, car il n'existe que quelques paramètres typiques pour les thermistances. Il existe un nombre tout aussi important de spécifications disponibles pour une variété de types, de tailles, de formes, de valeurs nominales et de tolérances de thermistances. De plus, les thermistances produites par différents fabricants ne sont souvent pas interchangeables.

Vous pouvez acheter des thermistances avec des résistances (à 25 o C - la température à laquelle la résistance de la thermistance est généralement déterminée) d'un ohm à dix mégohms ou plus. La résistance dépend de la taille et de la forme de la thermistance, cependant, pour chaque type spécifique, les valeurs de résistance peuvent différer de 5 à 6 ordres de grandeur, ce qui est obtenu en changeant simplement le mélange d'oxydes. Lors du remplacement du mélange, le type de dépendance à la température de la résistance (courbe R-T) change également et la stabilité à haute température change. Heureusement, les thermistances suffisamment résistantes pour être utilisées à des températures élevées ont également tendance à être plus stables.

Les thermistances bon marché ont généralement des tolérances de paramètres assez importantes. Par exemple, les valeurs de résistance admissibles à 25 o C varient entre ± 20 % et ± 5 %. À des températures plus élevées ou plus basses, la dispersion des paramètres augmente encore plus. Pour une thermistance typique ayant une sensibilité de 4 % par degré Celsius, les tolérances de température mesurées correspondantes vont d'environ ±5 °C à ±1,25 °C à 25 °C. Les thermistances de haute précision seront abordées plus loin dans cet article.

Il a été dit précédemment que les thermistances sont des appareils à portée étroite. Cela doit être expliqué : la plupart des thermistances fonctionnent entre -80°C et 150°C, et certains appareils (généralement à revêtement de verre) fonctionnent à 400°C et à des températures plus élevées. Cependant, pour des raisons pratiques, la plus grande sensibilité des thermistances limite leur plage de température utile. La résistance d'une thermistance typique peut varier d'un facteur de 10 000 ou 20 000 à des températures allant de -80° C à +150° C. On peut imaginer la difficulté de concevoir un circuit qui fournit des mesures précises aux deux extrémités de cette plage (à moins que la commutation de gamme est utilisée). La résistance de la thermistance, évaluée à zéro degré, ne dépassera pas plusieurs ohms à

La plupart des thermistances utilisent la soudure pour connecter les fils en interne. Évidemment, une telle thermistance ne peut pas être utilisée pour mesurer des températures supérieures au point de fusion de la soudure. Même sans soudure, le revêtement époxy des thermistances ne dure qu'à une température ne dépassant pas 200°C. Pour des températures plus élevées, il est nécessaire d'utiliser des thermistances à revêtement de verre avec des fils soudés ou fusionnés.

Les exigences de stabilité limitent également l'utilisation de thermistances à des températures élevées. La structure des thermistances commence à changer lorsqu'elles sont exposées à des températures élevées, et la vitesse et la nature du changement sont largement déterminées par le mélange d'oxydes et la méthode de fabrication de la thermistance. Une certaine dérive dans les thermistances à revêtement époxy commence à des températures supérieures à 100°C environ. Si une telle thermistance fonctionne en continu à 150 °C, la dérive peut alors être mesurée de plusieurs degrés par an. Les thermistances à faible résistance (par exemple, pas plus de 1 000 ohms à 25 o C) sont souvent encore pires : leur dérive peut être remarquée lorsqu'elles fonctionnent à environ 70 o C. Et à 100 o C, elles deviennent peu fiables.

Les appareils bon marché avec des tolérances plus grandes sont fabriqués avec moins d’attention aux détails et peuvent produire des résultats encore pires. D'un autre côté, certaines thermistances à revêtement de verre correctement conçues ont une excellente stabilité même à des températures plus élevées. Les thermistances à billes revêtues de verre ont une très bonne stabilité, tout comme les thermistances à disque revêtues de verre plus récemment introduites. Il ne faut pas oublier que la dérive dépend à la fois de la température et du temps. Par exemple, il est généralement possible d'utiliser une thermistance à revêtement époxy lorsqu'elle est brièvement chauffée à 150°C sans dérive significative.

Lors de l'utilisation de thermistances, la valeur nominale doit être prise en compte dissipation de puissance constante. Par exemple, une petite thermistance à revêtement époxy a une constante de dissipation d'un milliwatt par degré Celsius dans l'air calme. En d’autres termes, un milliwatt de puissance dans une thermistance augmente sa température interne d’un degré Celsius, et deux milliwatts augmentent sa température interne de deux degrés, et ainsi de suite. Si vous appliquez une tension d'un volt à une thermistance d'un kilo-ohm ayant une constante de dissipation d'un milliwatt par degré Celsius, vous obtiendrez une erreur de mesure d'un degré Celsius. Les thermistances dissipent plus de puissance si elles sont plongées dans un liquide. La même petite thermistance à revêtement époxy mentionnée ci-dessus dissipe 8 mW/°C lorsqu'elle est placée dans une huile bien mélangée. Les thermistances plus grandes ont une dissipation plus constante que les appareils plus petits. Par exemple, une thermistance en forme de disque ou de rondelle peut dissiper une puissance de 20 ou 30 mW/o C dans l'air ; il faut rappeler que, tout comme la résistance d'une thermistance change en fonction de la température, sa puissance dissipée également changements.

Équations pour les thermistances

Il n’existe pas d’équation exacte pour décrire le comportement d’une thermistance ; il n’en existe que des équations approximatives. Considérons deux équations approximatives largement utilisées.

La première équation approximative, exponentielle, est tout à fait satisfaisante pour des plages de températures limitées, notamment lors de l'utilisation de thermistances de faible précision.

Electrotechnique / Electronique à semi-conducteurs / 8.2.1. Principe de fonctionnement des posisteurs

Un posistor est une thermistance semi-conductrice avec un coefficient de température de résistance positif.

En production de masse, les posistors sont fabriqués à base de céramique de titanate de baryum. Le titanate de baryum BaTiO 3 est un diélectrique avec une résistivité à température ambiante de 10 10 ...10 12 Ohm. cm, ce qui dépasse largement la résistivité des semi-conducteurs. Si toutefois on introduit dans la composition de céramiques de titanate de baryum, proche du rayon de l'ion titane, cela entraînera une diminution de la résistivité à 10...10 2 Ohms. cm, qui correspond à la résistivité des matériaux semi-conducteurs.

Le titanate de baryum semi-conducteur a une dépendance anormale de la résistivité à la température : dans une plage de température étroite, lorsqu'il est chauffé au-dessus du point de Curie, la résistivité du titanate de baryum semi-conducteur augmente de plusieurs ordres de grandeur.

Le mécanisme de conductivité électrique du titanate de baryum semi-conducteur en présence d'impuretés peut être représenté comme suit. Une impureté d'un élément des terres rares (par exemple le lanthane) remplace le baryum sur un site du réseau cristallin. Certains atomes de titane, maintenant la neutralité électrique de l'ensemble du cristal, capturent les électrons de valence en excès du lanthane, qui a une valence plus élevée que celle du baryum. Les électrons capturés, étant dans un état quasi-stable, se déplacent facilement sous l'influence d'un champ électrique et déterminent la conductivité électrique du matériau.

Dans le titanate de baryum semi-conducteur, il existe des ions titane tétravalents et trivalents. Les électrons peuvent être échangés entre des ions titane de différentes valences. Dans ce cas, chaque ion titane devient soit tri-, soit tétravalent. Ce processus est responsable de la conductivité électrique du titanate de baryum.

L'apparition de propriétés semi-conductrices dans les cristaux ioniques sous l'influence d'impuretés est également observée pour l'oxyde de nickel. Les semi-conducteurs produits par cette méthode sont parfois appelés semi-conducteurs à valence contrôlée.

La technologie de fabrication des posistors est similaire à la technologie de fabrication de produits à partir d'autres matériaux céramiques. Après avoir mélangé les composants initiaux et les substances contenant des éléments d'impuretés, la cuisson initiale de ce mélange est effectuée à une température d'environ 1 000 °C.

La masse solide obtenue est broyée puis façonnée en flans. La cuisson secondaire est effectuée à une température de 1 300...1 400 °C.

En conséquence, la couche résistive d'un posistor est constituée d'un grand nombre de contacts entre

sont des grains ou des cristallites de titanate de baryum semi-conducteur.

La résistance d'un posistor dépend de la résistance des couches superficielles appauvries des grains. La hauteur des barrières de potentiel de surface s'avère faible à des températures inférieures au point de Curie, lorsqu'une polarisation spontanée existe dans les grains et que le matériau a une constante diélectrique très élevée.

À des températures supérieures au point de Curie, le titanate de baryum subit une transformation de phase de l'état ferroélectrique à l'état paraélectrique. Dans ce cas, la polarisation spontanée disparaît, la constante diélectrique diminue fortement, la hauteur des barrières de potentiel superficielles sur les grains augmente et la résistance du posistor augmente (Fig. 8.3).

La zone de croissance de la résistance dépend du point Curie de la céramique. Le point Curie du titanate de baryum peut être déplacé vers les basses températures en remplaçant partiellement le baryum par du strontium. A l’inverse, le point de Curie peut être déplacé vers des températures plus élevées en remplaçant partiellement le baryum par du plomb.

Le remplacement partiel du titane par du zirconium, de l'étain ou du samarium réduit également le point de Curie. Cette régulation permet de créer des posistors dans lesquels un coefficient de température de résistance positif est observé dans différentes plages de température.

Parfois, du silicium monocristallin, du germanium et d'autres matériaux semi-conducteurs sont utilisés pour créer des posistors. Le principe de fonctionnement de tels posistors repose sur une diminution de la mobilité des porteurs de charge avec l'augmentation de la température

Thermistances

Désignation sur le schéma, variétés, application

En électronique, il y a toujours quelque chose à mesurer ou à évaluer. Par exemple, la température. Cette tâche est accomplie avec succès par les thermistances - des composants électroniques à base de semi-conducteurs dont la résistance varie en fonction de la température.

Ici, je ne décrirai pas la théorie des processus physiques qui se produisent dans les thermistances, mais je me rapprocherai de la pratique - je présenterai au lecteur la désignation de la thermistance sur le schéma, son apparence, certaines variétés et leurs caractéristiques.

Sur les schémas de circuit, la thermistance est désignée ainsi.

Selon le domaine d'application et le type de thermistance, sa désignation sur le schéma peut présenter de légères différences. Mais on peut toujours l'identifier grâce à son inscription caractéristique t ou t 0 .

La principale caractéristique d'une thermistance est sa Merci. TKS est coefficient de température de résistance. Il montre de quelle quantité la résistance de la thermistance change lorsque la température change de 1 0 C (1 degré Celsius) ou de 1 degré Kelvin.

Les thermistances ont plusieurs paramètres importants. Je ne les citerai pas, c’est une autre histoire.

La photo montre la thermistance MMT-4V (4,7 kOhm). Si vous le connectez à un multimètre et le chauffez, par exemple, avec un pistolet à air chaud ou une panne de fer à souder, vous pouvez vous assurer que sa résistance diminue avec l'augmentation de la température.

Les thermistances se trouvent presque partout. Parfois, vous êtes surpris de ne pas les avoir remarqués auparavant, de ne pas y avoir prêté attention. Jetons un coup d'œil à la carte du chargeur IKAR-506 et essayons de les trouver.

Voici la première thermistance. Comme il se trouve dans un boîtier SMD et qu'il est de petite taille, il est soudé sur une petite carte et installé sur un radiateur en aluminium - il contrôle la température des transistors clés.

Deuxième. Il s'agit de la thermistance dite NTC ( JNR10S080L). Je vais vous en dire plus à ce sujet. Il sert à limiter le courant de démarrage. C'est marrant. Cela ressemble à une thermistance, mais sert d'élément de protection.

Pour une raison quelconque, lorsque nous parlons de thermistances, on pense généralement qu’elles sont utilisées pour mesurer et contrôler la température. Il s'avère qu'ils ont trouvé une application comme dispositif de sécurité.

Des thermistances sont également installées dans les amplificateurs de voiture. Voici la thermistance de l'amplificateur Supra SBD-A4240. Ici, il est impliqué dans le circuit de protection contre la surchauffe de l'amplificateur.

Voici un autre exemple. Il s'agit d'une batterie lithium-ion DCB-145 provenant d'un tournevis DeWalt. Ou plutôt ses « abats ». Une thermistance de mesure est utilisée pour contrôler la température des cellules de la batterie.

Il est presque invisible.

Il est rempli de mastic silicone. Lorsque la batterie est assemblée, cette thermistance s'adapte étroitement à l'une des cellules de la batterie Li-ion.

Chauffage direct et indirect.

Selon la méthode de chauffage, les thermistances sont divisées en deux groupes :

Chauffage direct.

Qu'est-ce qu'une thermistance et son utilisation en électronique

C'est lorsque la thermistance est chauffée par l'air ambiant externe ou par un courant qui traverse directement la thermistance elle-même. Les thermistances chauffées directement sont généralement utilisées pour la mesure de la température ou la compensation de température. De telles thermistances peuvent être trouvées dans les thermomètres, les thermostats, les chargeurs (par exemple, pour les batteries Li-ion des tournevis).

Chauffage indirect. C'est lorsque la thermistance est chauffée par un élément chauffant à proximité. Dans le même temps, lui-même et l'élément chauffant ne sont pas connectés électriquement l'un à l'autre. Dans ce cas, la résistance de la thermistance est déterminée en fonction du courant circulant à travers l’élément chauffant et non à travers la thermistance. Les thermistances à chauffage indirect sont des appareils combinés.

Thermistances et posistors NTC.

En fonction de la dépendance du changement de résistance à la température, les thermistances sont divisées en deux types :

Thermistances CTN ;

Thermistances PTC (alias posistes).

Voyons quelle est la différence entre eux.

Thermistances CTN.

Les thermistances NTC tirent leur nom de l'abréviation NTC - Coefficient de température négatif , ou « Coefficient de résistance négatif ». La particularité de ces thermistances est que Lorsqu'elles sont chauffées, leur résistance diminue. À propos, c'est ainsi que la thermistance NTC est indiquée dans le schéma.

Désignation de la thermistance sur le schéma

Comme vous pouvez le voir, les flèches sur la désignation sont dans des directions différentes, ce qui indique la propriété principale de la thermistance NTC : la température augmente (flèche vers le haut), la résistance diminue (flèche vers le bas). Et vice versa.

En pratique, vous pouvez trouver une thermistance NTC dans n'importe quelle alimentation à découpage. Par exemple, une telle thermistance peut être trouvée dans l’alimentation d’un ordinateur.

Nous avons déjà vu la thermistance NTC sur la carte ICAR, seulement là, elle était de couleur gris-vert.

Cette photo montre une thermistance NTC d'EPCOS. Utilisé pour limiter le courant de démarrage.

Pour les thermistances NTC, en règle générale, sa résistance à 25 0 C est indiquée (pour une thermistance donnée, elle est de 8 Ohms) et le courant de fonctionnement maximum. Il s'agit généralement de quelques ampères.

Cette thermistance NTC est installée en série à l'entrée de tension secteur 220 V. Jetez un œil au schéma.

Puisqu’il est connecté en série avec la charge, tout le courant consommé le traverse. La thermistance NTC limite le courant d'appel, qui se produit en raison de la charge des condensateurs électrolytiques (dans le schéma C1). Un appel de courant de charge peut entraîner un claquage des diodes du redresseur (pont de diodes sur VD1 - VD4).

Chaque fois que l'alimentation est allumée, le condensateur commence à se charger et le courant commence à circuler à travers la thermistance NTC. La résistance de la thermistance NTC est élevée, puisqu'elle n'a pas encore eu le temps de chauffer. En circulant à travers la thermistance NTC, le courant la réchauffe. Après cela, la résistance de la thermistance diminue et n'interfère pratiquement pas avec le flux de courant consommé par l'appareil. Ainsi, grâce à la thermistance NTC, il est possible d'assurer un « démarrage en douceur » de l'appareil électrique et de protéger les diodes du redresseur des pannes.

Il est clair que lorsque l'alimentation à découpage est activée, la thermistance NTC est dans un état « chauffé ».

Si l'un des éléments du circuit tombe en panne, la consommation de courant augmente généralement fortement. Dans le même temps, il arrive souvent qu'une thermistance NTC serve de sorte de fusible supplémentaire et tombe également en panne en raison d'un dépassement du courant de fonctionnement maximum.

La défaillance des transistors clés de l'alimentation du chargeur a entraîné le dépassement du courant de fonctionnement maximum de cette thermistance (max 4A) et celle-ci a grillé.

Résistances PTC. Thermistances PTC.

thermistances, dont la résistance augmente lorsqu'elle est chauffée, sont appelés posistors. Ce sont également des thermistances PTC (PTC - Coefficient de température positif , "Coefficient de Résistance Positif").

Il convient de noter que les posistors sont moins répandus que les thermistances NTC.

Symbole d'un posistor dans le diagramme.

Les résistances PTC sont faciles à détecter sur la carte de n’importe quel téléviseur CRT couleur (avec un tube cathodique). Là, il est installé dans le circuit de démagnétisation. Dans la nature, il existe à la fois des posistors à deux bornes et des posistors à trois bornes.

La photo montre un représentant d'un posistor à deux bornes, utilisé dans le circuit de démagnétisation d'un kinéscope.

Le fluide de travail du posistor est installé à l'intérieur du boîtier entre les bornes à ressort. En fait, c'est le posistor lui-même. Extérieurement, cela ressemble à un comprimé avec une couche de contact pulvérisée sur les côtés.

Comme je l'ai déjà dit, les posistors servent à démagnétiser le tube cathodique, ou plutôt son masque. En raison du champ magnétique terrestre ou de l'influence d'aimants externes, le masque devient magnétisé et l'image couleur sur l'écran du kinéscope est déformée et des taches apparaissent.

Tout le monde se souvient probablement du son caractéristique « clang » lorsque le téléviseur s'allume - c'est le moment où la boucle de démagnétisation fonctionne.

En plus des posistors à deux bornes, les posistors à trois bornes sont largement utilisés.

Leur différence avec ceux à deux bornes est qu'ils sont constitués de deux posisteurs « pilules », installés dans un seul boîtier. Ces « comprimés » se ressemblent exactement. Mais ce n'est pas vrai. Outre le fait qu'un comprimé est légèrement plus petit que l'autre, leur résistance au froid (à température ambiante) est différente. Une tablette a une résistance d'environ 1,3 à 3,6 kOhm, tandis que l'autre n'a que 18 à 24 Ohm.

Dans le circuit de démagnétisation du kinéscope, des posistors à trois bornes sont également utilisés, comme ceux à deux bornes, mais leur circuit de connexion est légèrement différent. Si le posistor tombe soudainement en panne, et cela se produit assez souvent, des taches avec un affichage couleur non naturel apparaissent sur l'écran du téléviseur.

J'ai déjà parlé ici plus en détail de l'utilisation de posistors dans le circuit de démagnétisation des tubes cathodiques.

Tout comme les thermistances NTC, les posistors sont utilisés comme dispositifs de protection. Un type de posistor est un fusible à réarmement automatique.

Thermistances CMS.

Avec l'introduction active du montage CMS, les fabricants ont commencé à produire des thermistances pour le montage en surface. En apparence, ces thermistances diffèrent peu des condensateurs CMS en céramique. Les tailles correspondent aux séries standards : 0402, 0603, 0805, 1206. Il est quasiment impossible de les distinguer visuellement sur le circuit imprimé des condensateurs CMS à proximité.

Thermistances intégrées.

Les thermistances intégrées sont également activement utilisées en électronique. Si vous disposez d'une station de soudage avec contrôle de la température de la panne, une thermistance à couche mince est intégrée à l'élément chauffant. Des thermistances sont également intégrées au sèche-cheveux des stations de soudage à air chaud, mais il s'agit ici d'un élément distinct.

Il convient de noter qu'en électronique, outre les thermistances, on utilise activement des fusibles thermiques et des relais thermiques (par exemple, de type KSD), qui sont également faciles à trouver dans les appareils électroniques.

Maintenant que nous nous sommes familiarisés avec les thermistances, il est temps de connaître leurs paramètres.

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THERMORÉSISTANCES

Thermistance- une résistance semi-conductrice qui utilise la dépendance de la résistance électrique d'un matériau semi-conducteur à la température.

La thermistance se caractérise par un coefficient de résistance à la température (TCR) élevé, la simplicité de l'appareil, la capacité de fonctionner dans diverses conditions climatiques sous des charges mécaniques importantes et la stabilité des caractéristiques dans le temps.

Figure 2.1. Thermistances.

Construction Les thermistances sont fabriquées sous forme de tiges, tubes, disques, rondelles, billes et plaques minces, principalement par des méthodes de métallurgie des poudres. Leurs tailles peuvent varier de 1 à 10 microns à 1 à 2 cm.

Classification. Les thermistances sont classées selon leurs principaux paramètres.

par température de fonctionnement :

§ température ultra basse (température 4,2 K),

§ basse température (température inférieure à 170 K),

§ température moyenne (170-510 K)

§ haute température (supérieure à 570 K).

§ ultra-haute température (température 900-1300 K).

selon le signe TKS :

§ posistors (thermistances PTC) - thermistances avec un coefficient de résistance à la température positif (PTCR) ;

§ thermistances (thermistances NTC) - thermistances avec un coefficient de résistance à la température négatif (NTC) ;

puis la méthode de chauffage :

§ avec chauffage direct ;

§ avec chauffage indirect.

En plus de la classification selon les paramètres de base, les thermistances se distinguent également par leur objectif, par leurs méthodes de protection, par leur conception, par type de matériau, par technologie de fabrication et par mode de fonctionnement.

Le mode de fonctionnement des thermistances dépend de la partie de la caractéristique courant-tension statique (caractéristique voltampère) pour laquelle le point de fonctionnement est sélectionné. À son tour, la caractéristique courant-tension dépend à la fois de la conception, des dimensions et des principaux paramètres de la thermistance, ainsi que de la température, de la conductivité thermique de l'environnement et de la connexion thermique entre la thermistance et l'environnement. Les thermistances avec un point de fonctionnement sur la section initiale (linéaire) de la caractéristique courant-tension sont utilisées pour mesurer et contrôler la température et compenser les changements de température dans les paramètres des circuits électriques et des appareils électroniques. Les thermistances avec un point de fonctionnement dans la section descendante de la caractéristique courant-tension (avec résistance négative) sont utilisées comme relais de démarrage, relais temporisés, wattmètres de rayonnement électromagnétique dans les micro-ondes, stabilisateurs de température et de tension. Le mode de fonctionnement de la thermistance, dans lequel le point de fonctionnement se situe également sur la section descendante de la caractéristique courant-tension (cela utilise la dépendance de la résistance de la thermistance sur la température et la conductivité thermique de l'environnement), est typique des thermistances utilisées dans systèmes de contrôle thermique et d'alarme incendie, régulation du niveau des milieux liquides et granulaires ; l'action de telles thermistances est basée sur l'apparition d'un effet de relais dans le circuit avec la thermistance lorsque la température ambiante change ou les conditions d'échange thermique entre la thermistance et le milieu.

Riz. 2.2. Classification des thermistances.

Les principaux paramètres de la thermistance sont : la résistance nominale, le coefficient de température de résistance, la plage de température de fonctionnement, la dissipation de puissance maximale admissible.

Il existe des thermistances avec TCS négatif (thermistances) et positif (posistors). Elles sont également appelées thermistances NTC et thermistances PTC, respectivement. Pour les posistors, à mesure que la température augmente, la résistance augmente également, mais pour les thermistances, c'est l'inverse : à mesure que la température augmente, la résistance diminue.

Les thermistances TCR négatives sont fabriquées à partir d'un mélange d'oxydes de métaux de transition polycristallins (par exemple, MnO, CoO?, NiO, CuO), dopés avec Ge et Si, des semi-conducteurs de type A III B V, des semi-conducteurs vitreux et d'autres matériaux.

Des thermistances de conception spéciale sont également fabriquées - avec chauffage indirect. De telles thermistances ont un enroulement chauffé, isolé de l'élément résistif semi-conducteur (si la puissance libérée dans l'élément résistif est faible, le régime thermique de la thermistance est déterminé par la température de l'élément chauffant, c'est-à-dire le courant qu'il contient). Ainsi, il devient possible de changer l'état de la thermistance sans modifier le courant qui la traverse. Une telle thermistance est utilisée comme résistance variable commandée électriquement à distance.

Image conventionnelle des thermistances. Les thermistances sont un type de résistance, des éléments graphiques supplémentaires sont donc ajoutés à l'image d'une résistance ordinaire.

Riz. 2.3. Image conventionnelle des thermistances : a) image graphique générale ; b) thermistance (thermistance avec TKS négatif) ; c) posistor (thermistance avec TCS positif) ; d) thermistances à chauffage indirect.

Symbole des thermistances. Actuellement, l'industrie produit des thermistances conformes à trois normes GOST différentes : GOST 13453-64, GOST 13453-68, GOST 17598-72. En plus des normes en vigueur, les thermistances sont fabriquées par différents fabricants qui disposent de leur propre système de désignation. Selon la norme actuelle (GOST 13453-64, GOST 13453-68, GOST 17598-72), le symbole des résistances se compose des éléments suivants.

premier élément- une lettre ou une combinaison de lettres désignant une sous-classe de résistances :

TP - thermistance avec TKC négatif (thermistance),

TPP est un thermomètre avec TKC (posistor) positif.

deuxième élément— le(s) chiffre(s) indiquent le groupe de matériau résistif de l'élément :

1 - cobalt-manganèse,

2 - cuivre-manganèse,

3 - cuivre-cobalt-manganèse,

4 - nickel-cobalt-manganèse,

5 - à base de titanate de baryum dopé au germanium ;

6 - à base de solutions solides dopées dans le système BaTiO 3 - BaSnO 3 ;

8 - à base d'oxyde de vanadium non vanadium et d'un certain nombre de solutions solides non cristallines :

9 - à base de dioxyde de vanadium VO 2 ;

10 - basé sur le système (Ba, Sr) TiO 3 ;

11 - basé sur le système (Ba, Sr) (Ti, Sn) O 3 dopé au cérium.

troisième élément- résistance nominale et désignation par lettre de l'unité de mesure (Ohm, kOhm) ou numéro (chiffres) - indique le numéro d'enregistrement d'un type spécifique de résistance (pour les thermistances des années de production précédentes ;

quatrième élément- tolérance (%).

Par exemple, TP-2-33 kOhm ±20 %.— une thermistance avec TKC négatif, numéro de série de développement 2, résistance nominale 33 kOhm, tolérance ±20 %. Outre les nouvelles, il existe des thermistances des années de production précédentes. La base était la composition du matériau semi-conducteur à partir duquel leur élément sensible à la température était fabriqué. Par exemple, MMT— cuivre-manganèse ; KMT— cobalt-manganèse. Les stabilisateurs de tension sont désignés TP2/0.5; TP2/2; TP6/2. Les lettres représentent T(thermo) R( résistance) P.(chauffage direct).

Un posistor et une thermistance, quelle est la différence ?

Le nombre au numérateur indique la valeur de tension nominale en volts et le dénominateur indique le courant de fonctionnement moyen en millimètres. Capteurs de température TRP 68–01I – T(thermo), R( résistance). P.(chauffage direct), 68 – température de réponse, 0 C, 01 – numéro de série du développement de conception. ET - avec des fils isolés du corps

Les wattmètres micro-ondes des modèles plus anciens sont désignés T8, T9, TS-1 Et TS-2. La lettre Ш désigne ici une petite capacité shunt. Les développements ultérieurs sont désignés ST-3-29 et ST3-32. Les thermistances à chauffage indirect des anciennes conceptions pour les systèmes de contrôle avec rétroaction profonde sont désignées TKP-20, TKP-50 et TKP-350. Les chiffres indiquent la valeur de la résistance en Ohms. Plus tard, à ces fins, les thermistances ST1-21, ST3-21, ST1-27 et ST3-27 ont été développées. Dans les thermistances de haute stabilité TPA-1 et TPA-2, la lettre A désigne un matériau résistif à base de monocristaux de diamant semi-conducteur

Principaux paramètres et caractéristiques

Caractéristiques des thermistances. Une caractéristique des thermistances est leur caractéristique courant-tension statique. Il représente la dépendance du courant circulant à travers la thermistance sur la tension appliquée dans des conditions d'équilibre thermique entre celle-ci et l'environnement extérieur. Le type de caractéristique courant-tension statique non linéaire dépend de la résistance de l'élément sensible à la température, de sa conception, de ses dimensions hors tout, du degré de couplage thermique avec l'environnement et de la température extérieure.

Riz. 2.4. Dépendances en température de la résistance des thermistances avec TCS négatif (a) et positif (b)

Le type de caractéristiques courant-tension des thermistances à chauffage indirect dépend en grande partie du courant circulant dans l'enroulement de chauffage I p. Par conséquent, des caractéristiques de chauffage leur sont généralement données, établissant un lien entre la résistance de la thermistance et la puissance dissipée sur le chauffage enroulement.

Riz. 2.5. Caractéristiques de chauffage des thermistances à chauffage indirect

Paramètres de base des thermistances.

§ R n- résistance nominale - la résistance des thermistances à une certaine température ambiante, généralement 25°C ou 20°C.

§ Plage de température de fonctionnement T 2, T 1 ;

§ α - coefficient de température de résistance - caractérise la variation de la résistance de la thermistance en % lorsque la température change de 1 degré, généralement indiquée pour la même température que la résistance nominale.

§ Constante DANS- une valeur caractérisant la sensibilité à la température des thermistances dans une certaine plage de température. Déterminé par les propriétés physiques du matériau semi-conducteur, calculées par la formule :
, Où

R 1 - résistance de la thermistance, mesurée à la température T 1, Ohm ;
R 2 - résistance de la thermistance, mesurée à la température T 2, Ohm.

§ Rmax— la puissance dissipative maximale est la puissance admissible à une température de 25 °C (ou une autre température spécifiée dans les spécifications), à laquelle pendant une durée donnée (durée de fonctionnement minimale) les paramètres des thermistances restent dans les limites établies dans les spécifications.

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Le mot « thermistance » est explicite : une RÉSISTANCE THERMIQUE est un dispositif dont la résistance change avec la température.

Les thermistances sont des dispositifs en grande partie non linéaires et présentent souvent de grandes variations de paramètres. C'est pourquoi de nombreux ingénieurs et concepteurs de circuits, même expérimentés, rencontrent des inconvénients lorsqu'ils travaillent avec ces appareils. Cependant, après avoir examiné ces appareils de plus près, vous constaterez que les thermistances sont en réalité des appareils assez simples.

Tout d'abord, il faut dire que tous les appareils qui changent de résistance en fonction de la température ne sont pas appelés thermistances. Par exemple, thermomètres résistifs, qui sont fabriqués à partir de petites bobines de fil torsadé ou de films métalliques pulvérisés. Bien que leurs paramètres dépendent de la température, ils fonctionnent différemment des thermistances. Généralement, le terme « thermistance » est appliqué aux capteurs sensibles à la température. semi-conducteur dispositifs.

Il existe deux classes principales de thermistances : le TCR négatif (coefficient de résistance de température) et le TCR positif.

Il existe deux types fondamentalement différents de thermistances fabriquées avec un TCR positif. Certaines sont fabriquées comme des thermistances NTC, tandis que d'autres sont en silicium. Les thermistances TCR positives seront décrites brièvement, en mettant l'accent sur les thermistances TCR négatives les plus courantes. Ainsi, sauf instructions particulières, nous parlerons de thermistances à TCR négatif.

Les thermistances NTC sont des dispositifs non linéaires très sensibles, à plage étroite, dont la résistance diminue à mesure que la température augmente. La figure 1 montre une courbe montrant l'évolution de la résistance en fonction de la température et est un exemple typique dépendance de la résistance à la température. La sensibilité est d'environ 4 à 5 %/o C. Il existe une large gamme de valeurs de résistance, et le changement de résistance peut atteindre plusieurs ohms et même des kilo-ohms par degré.

Fig. 1 Les thermistances TCR négatives sont très sensibles et significativement

Les diplômes ne sont pas linéaires. R o peut être en ohms, kilo-ohms ou mégo-ohms :

1-rapport de résistance R/R o ; 2- température en °C

Les thermistances sont essentiellement des céramiques semi-conductrices. Ils sont fabriqués à partir de poudres d'oxydes métalliques (généralement des oxydes de nickel et de manganèse), parfois additionnées de petites quantités d'autres oxydes. Les oxydes en poudre sont mélangés avec de l'eau et divers liants pour obtenir une pâte liquide, qui prend la forme requise et est cuite à des températures supérieures à 1 000 °C.

Un revêtement métallique conducteur (généralement en argent) est soudé et les câbles sont connectés. La thermistance terminée est généralement recouverte de résine époxy ou de verre, ou enfermée dans un autre boîtier.

De la fig. 2, vous pouvez voir qu’il existe de nombreux types de thermistances.

Les thermistances se présentent sous la forme de disques et de rondelles d'un diamètre de 2,5 à environ 25,5 mm, et sous la forme de tiges de différentes tailles.

Certaines thermistances sont d'abord réalisées sous forme de grandes plaques, puis découpées en carrés. De très petites thermistances à billes sont fabriquées en brûlant directement une goutte de pâte sur deux bornes en alliage de titane réfractaire, puis en plongeant la thermistance dans du verre pour créer un revêtement.

Paramètres typiques

Dire « paramètres typiques » n'est pas tout à fait correct, car il n'existe que quelques paramètres typiques pour les thermistances. Il existe un nombre tout aussi important de spécifications disponibles pour une variété de types, de tailles, de formes, de valeurs nominales et de tolérances de thermistances. De plus, les thermistances produites par différents fabricants ne sont souvent pas interchangeables.

Vous pouvez acheter des thermistances avec des résistances (à 25 o C - la température à laquelle la résistance de la thermistance est généralement déterminée) d'un ohm à dix mégohms ou plus.

La résistance dépend de la taille et de la forme de la thermistance, cependant, pour chaque type spécifique, les valeurs de résistance peuvent différer de 5 à 6 ordres de grandeur, ce qui est obtenu en changeant simplement le mélange d'oxydes. Lors du remplacement du mélange, le type de dépendance à la température de la résistance (courbe R-T) change également et la stabilité à haute température change. Heureusement, les thermistances suffisamment résistantes pour être utilisées à des températures élevées ont également tendance à être plus stables.

Les thermistances bon marché ont généralement des tolérances de paramètres assez importantes. Par exemple, les valeurs de résistance admissibles à 25 o C varient entre ± 20 % et ± 5 %. À des températures plus élevées ou plus basses, la dispersion des paramètres augmente encore plus. Pour une thermistance typique ayant une sensibilité de 4 % par degré Celsius, les tolérances de température mesurées correspondantes vont d'environ ±5 °C à ±1,25 °C à 25 °C. Les thermistances de haute précision seront abordées plus loin dans cet article.

Il a été dit précédemment que les thermistances sont des appareils à portée étroite. Cela doit être expliqué : la plupart des thermistances fonctionnent entre -80°C et 150°C, et certains appareils (généralement à revêtement de verre) fonctionnent à 400°C et à des températures plus élevées.

Cependant, pour des raisons pratiques, la plus grande sensibilité des thermistances limite leur plage de température utile. La résistance d'une thermistance typique peut varier d'un facteur de 10 000 ou 20 000 à des températures allant de -80° C à +150° C. On peut imaginer la difficulté de concevoir un circuit qui fournit des mesures précises aux deux extrémités de cette plage (à moins que la commutation de gamme est utilisée). La résistance de la thermistance, évaluée à zéro degré, ne dépassera pas plusieurs ohms à

La plupart des thermistances utilisent la soudure pour connecter les fils en interne. Évidemment, une telle thermistance ne peut pas être utilisée pour mesurer des températures supérieures au point de fusion de la soudure. Même sans soudure, le revêtement époxy des thermistances ne dure qu'à une température ne dépassant pas 200°C. Pour des températures plus élevées, il est nécessaire d'utiliser des thermistances à revêtement de verre avec des fils soudés ou fusionnés.

Les exigences de stabilité limitent également l'utilisation de thermistances à des températures élevées. La structure des thermistances commence à changer lorsqu'elles sont exposées à des températures élevées, et la vitesse et la nature du changement sont largement déterminées par le mélange d'oxydes et la méthode de fabrication de la thermistance. Une certaine dérive dans les thermistances à revêtement époxy commence à des températures supérieures à 100°C environ. Si une telle thermistance fonctionne en continu à 150 °C, la dérive peut alors être mesurée de plusieurs degrés par an. Les thermistances à faible résistance (par exemple, pas plus de 1 000 ohms à 25 o C) sont souvent encore pires : leur dérive peut être remarquée lorsqu'elles fonctionnent à environ 70 o C. Et à 100 o C, elles deviennent peu fiables.

Les appareils bon marché avec des tolérances plus grandes sont fabriqués avec moins d’attention aux détails et peuvent produire des résultats encore pires. D'un autre côté, certaines thermistances à revêtement de verre correctement conçues ont une excellente stabilité même à des températures plus élevées. Les thermistances à billes revêtues de verre ont une très bonne stabilité, tout comme les thermistances à disque revêtues de verre plus récemment introduites.

Il ne faut pas oublier que la dérive dépend à la fois de la température et du temps. Par exemple, il est généralement possible d'utiliser une thermistance à revêtement époxy lorsqu'elle est brièvement chauffée à 150°C sans dérive significative.

Lors de l'utilisation de thermistances, la valeur nominale doit être prise en compte dissipation de puissance constante. Par exemple, une petite thermistance à revêtement époxy a une constante de dissipation d'un milliwatt par degré Celsius dans l'air calme.

Paramètres de la thermistance

En d’autres termes, un milliwatt de puissance dans une thermistance augmente sa température interne d’un degré Celsius, et deux milliwatts augmentent sa température interne de deux degrés, et ainsi de suite. Si vous appliquez une tension d'un volt à une thermistance d'un kilo-ohm ayant une constante de dissipation d'un milliwatt par degré Celsius, vous obtiendrez une erreur de mesure d'un degré Celsius. Les thermistances dissipent plus de puissance si elles sont plongées dans un liquide. La même petite thermistance à revêtement époxy mentionnée ci-dessus dissipe 8 mW/°C lorsqu'elle est placée dans une huile bien mélangée. Les thermistances plus grandes ont une dissipation plus constante que les appareils plus petits. Par exemple, une thermistance en forme de disque ou de rondelle peut dissiper une puissance de 20 ou 30 mW/o C dans l'air ; il faut rappeler que, tout comme la résistance d'une thermistance change en fonction de la température, sa puissance dissipée également changements.

Équations pour les thermistances

Il n’existe pas d’équation exacte pour décrire le comportement d’une thermistance ; il n’en existe que des équations approximatives. Considérons deux équations approximatives largement utilisées.

La première équation approximative, exponentielle, est tout à fait satisfaisante pour des plages de températures limitées, notamment lors de l'utilisation de thermistances de faible précision.

Une thermistance est un élément sensible à la température en matériau semi-conducteur. Il se comporte comme une résistance sensible aux changements de température. Le terme « thermistance » est l’abréviation de résistance sensible à la température. Un matériau semi-conducteur est un matériau qui conduit mieux le courant électrique qu’un diélectrique, mais pas aussi bien qu’un conducteur.

Principe de fonctionnement de la thermistance

Comme les thermomètres à résistance, les thermistances utilisent les changements de valeur de résistance comme base de mesure. Cependant, la résistance de la thermistance est inversement proportionnelle aux changements de température, plutôt que directement proportionnelle. À mesure que la température autour de la thermistance augmente, sa résistance diminue et à mesure que la température diminue, sa résistance augmente.

Bien que les thermistances fournissent des lectures aussi précises que les thermomètres à résistance, les thermistances sont souvent conçues pour mesurer sur une plage plus étroite.

Thermistance : en détail dans un langage simple

Par exemple, la plage de mesure d'un thermomètre à résistance pourrait être de -32 °F à 600 °F, tandis qu'une thermistance mesurerait de -10 °F à 200 °F. La plage de mesure d'une thermistance particulière dépend de la taille et du type de matériau semi-conducteur utilisé.

Comme les thermomètres, les thermistances réagissent aux changements de température en modifiant proportionnellement la résistance, et les deux sont souvent utilisées dans les circuits en pont.

Dans ce circuit, le changement de température et la relation inverse entre la température et la résistance de la thermistance détermineront le sens du flux de courant. Sinon le circuit fonctionnera de la même manière que dans le cas d’un thermomètre à résistance. À mesure que la température de la thermistance change, sa résistance change et le pont devient déséquilibré. Un courant circulera désormais dans l'appareil et pourra être mesuré. Le courant mesuré peut être converti en unités de température à l'aide d'une table de conversion ou en calibrant l'échelle en conséquence.

Et ils appartiennent à la catégorie des dispositifs basés sur des semi-conducteurs. Ces appareils sont largement utilisés en génie électrique. Ils sont fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurs spéciaux présentant un coefficient de température négatif élevé. De nombreux appareils utilisent une thermistance dont le principe de fonctionnement repose sur la dépendance de la résistance électrique à la température. La qualité de tout dispositif dépend principalement des propriétés physiques du semi-conducteur, ainsi que de la forme et de la taille de la thermistance elle-même.

Thermistances : conception et principe de fonctionnement

Une thermistance est une thermistance avec un coefficient de résistance thermique négatif. Ces dispositifs sont fabriqués sous forme de tiges semi-conductrices et recouverts d'une couche protectrice de peinture émail.

La connexion aux autres pièces s'effectue à l'aide de capuchons et de bornes de contact, pour lesquels seul un environnement sec est adapté. Certains modèles de thermistances utilisent un boîtier métallique scellé pour les loger. Dans ce cas, ils deviennent résistants à toute influence agressive et peuvent être utilisés même avec une humidité intérieure élevée.

Pour que la conception de l'appareil soit hermétique, du verre et de l'étain sont utilisés. Les performances des thermistances sont améliorées lorsqu'une feuille métallique est utilisée pour envelopper les noyaux. Les conducteurs de descente sont constitués de fil de nickel. Les valeurs nominales de résistance dans divers appareils sont comprises entre 1 et 200 kOhm et la plage de température est comprise entre -100 et +1290C.

Le fonctionnement des thermistances est basé sur les propriétés de types individuels de conducteurs, modifiant les valeurs de résistance sous l'influence de différentes températures. Les principaux conducteurs utilisés dans ces appareils sont le cuivre pur et le platine. Il convient de noter que la valeur du coefficient de température négatif des thermistances dépasse largement les mêmes paramètres caractéristiques des métaux ordinaires.

Applications des thermistances

Les thermistances utilisées comme capteurs peuvent fonctionner selon deux modes. Dans le premier cas, le régime de température dépend uniquement de la température ambiante. Le courant traversant la thermistance est très faible et l'appareil ne chauffe pratiquement pas. Le deuxième mode consiste à chauffer la thermistance avec un courant électrique qui passe à l'intérieur. Dans ce cas, la valeur de la température dépendra de diverses conditions changeantes de transfert de chaleur. Il peut s'agir de la densité de l'environnement gazeux entourant l'appareil, de l'intensité du flux d'air et d'autres facteurs.

Chaque thermistance, dont le principe de fonctionnement repose sur une diminution de la résistance à mesure que la température augmente, est utilisée dans certains domaines de l'électrotechnique. Ils sont utilisés pour mesurer et compenser la température dans les gros appareils électroménagers - réfrigérateurs et congélateurs, lave-vaisselle et autres équipements. Ces appareils sont largement utilisés dans l’électronique automobile. Avec leur aide, la température du liquide de refroidissement ou de l'huile est mesurée, ainsi que les indicateurs de température des autres éléments de la voiture.

Dans un climatiseur, des thermistances sont installées dans le distributeur de chaleur. De plus, ils sont utilisés comme capteur de surveillance de la température ambiante. Les thermistances sont utilisées pour bloquer les portes des appareils de chauffage, elles sont installées dans les chauffages au sol et les chaudières à gaz. Les thermistances sont utilisées lorsqu'il est nécessaire de déterminer le niveau de liquides non standard, par exemple l'azote liquide. En général, ils sont les plus utilisés dans l’électronique industrielle.

Les résistances semi-conductrices dont la résistance dépend de la température sont appelées thermistances. Ils ont la propriété d'un coefficient de résistance à la température important, dont la valeur est plusieurs fois supérieure à celle des métaux. Ils sont largement utilisés en génie électrique.

Sur les schémas électriques, les thermistances sont désignées :

Conception et fonctionnement

Ils ont un design simple et sont disponibles en différentes tailles et formes.

Les semi-conducteurs contiennent deux types de porteurs de charge libres : les électrons et les trous. A température constante, ces supports se forment et disparaissent de manière aléatoire. Le nombre moyen de transporteurs gratuits est en équilibre dynamique, c'est-à-dire inchangé.

Lorsque la température change, l’équilibre est perturbé. Si la température augmente, le nombre de porteurs de charge augmente également et, à mesure que la température diminue, la concentration en porteurs diminue. La résistivité d'un semi-conducteur est influencée par la température.

Si la température s'approche du zéro absolu, alors le semi-conducteur a la propriété d'un diélectrique. Lorsqu'il est fortement chauffé, il conduit parfaitement le courant. La principale caractéristique de la thermistance est que sa résistance dépend le plus sensiblement de la température dans la plage de température habituelle (-50 +100 degrés).

Les thermistances populaires sont fabriquées sous la forme d’une tige semi-conductrice recouverte d’émail. Des électrodes et des capuchons de contact y sont connectés. De telles résistances sont utilisées dans des endroits secs.

Certaines thermistances sont placées dans un boîtier métallique scellé. Par conséquent, ils peuvent être utilisés dans des endroits humides avec des environnements extérieurs agressifs.

L'étanchéité du boîtier est réalisée à l'aide d'étain et de verre. Les tiges semi-conductrices sont enveloppées dans une feuille métallisée. Le fil de nickel est utilisé pour connecter le courant. La valeur nominale de la résistance est de 1 à 200 kOhm, température de fonctionnement de -100 +129 degrés.

Le principe de fonctionnement d'une thermistance repose sur la propriété de changer la résistance avec la température. Des métaux purs sont utilisés pour la fabrication : le cuivre et le platine.

Réglages principaux

• Merci– coefficient de résistance thermique, est égal à la variation de résistance d'une section de circuit lorsque la température change de 1 degré. Si le TCS est positif, alors les thermistances sont appelées posistes(thermistances RTS). Et si le TCS est négatif, alors thermistances(Thermistances NTS). Pour les posistors, à mesure que la température augmente, la résistance augmente également, mais pour les thermistances, c'est le contraire qui se produit.
• Résistance nominale – c'est la valeur de la résistance à 0 degré.
• Plage de fonctionnement. Les résistances sont divisées en basse température (moins de 170K), moyenne température (de 170 à 510K), haute température (plus de 570K).
• Dissipation de puissance . Il s'agit de la quantité de puissance dans laquelle la thermistance, pendant le fonctionnement, garantit que les paramètres spécifiés sont maintenus conformément aux conditions techniques.

Types et caractéristiques des thermistances

Tous les capteurs de température en production fonctionnent sur le principe de la conversion de la température en un signal de courant électrique, qui peut être transmis à grande vitesse sur de longues distances. Toutes les quantités peuvent être converties en signaux électriques en les convertissant en code numérique. Ils sont transmis avec une grande précision et traités par informatique.

Thermistances métalliques

Tous les conducteurs de courant ne peuvent pas être utilisés comme matériau pour les thermistances, car celles-ci ont certaines exigences. Le matériau pour leur fabrication doit avoir un TCR élevé et la résistance doit dépendre de la température selon un graphique linéaire sur une large plage de températures.

De plus, un conducteur métallique doit être inerte aux actions agressives de l'environnement extérieur et reproduire des caractéristiques de haute qualité, ce qui permet de changer de capteur sans réglages ni instruments de mesure particuliers.

Le cuivre et le platine conviennent bien à de telles exigences, malgré leur coût élevé. Les thermistances basées sur celles-ci sont appelées platine et cuivre. Les résistances thermiques TSP (platine) fonctionnent à des températures de -260 à 1 100 degrés. Si la température est comprise entre 0 et 650 degrés, ces capteurs sont utilisés comme échantillons et étalons, car dans cette plage, l'instabilité ne dépasse pas 0,001 degrés.

Les inconvénients des thermistances en platine incluent la non-linéarité de la conversion et leur coût élevé. Par conséquent, des mesures précises des paramètres ne sont possibles que dans la plage de fonctionnement.

Les échantillons de cuivre bon marché de thermistances TCM sont pratiquement largement utilisés, dans lesquels la linéarité de la dépendance de la résistance à la température est beaucoup plus élevée. Leur inconvénient est une faible résistivité et une instabilité aux températures élevées, une oxydation rapide. À cet égard, les résistances thermiques à base de cuivre ont une utilisation limitée, pas plus de 180 degrés.

Pour l'installation de capteurs en platine et en cuivre, une ligne à 2 fils est utilisée à une distance de l'appareil allant jusqu'à 200 mètres. Si la distance est plus grande, on les utilise alors dans lesquels le troisième conducteur sert à compenser la résistance des fils.

Parmi les inconvénients des thermistances en platine et en cuivre, on peut noter leur faible vitesse de fonctionnement. Leur inertie thermique atteint plusieurs minutes. Il existe des thermistances à faible inertie dont le temps de réponse ne dépasse pas quelques dixièmes de seconde. Ceci est obtenu grâce à la petite taille des capteurs. De telles résistances thermiques sont réalisées à partir de microfils dans une coque en verre. Ces capteurs ont une faible inertie, sont étanches et très stables. Bien que de petite taille, ils présentent une résistance de plusieurs kOhms.

Semi-conducteur

De telles résistances sont appelées thermistances. Si nous les comparons avec des échantillons de platine et de cuivre, ils ont une sensibilité accrue et une valeur TCR négative. Cela signifie que lorsque la température augmente, la résistance de la résistance diminue. Les thermistances ont un TCR bien supérieur à celui des capteurs en platine et en cuivre. Avec de petites tailles, leur résistance atteint 1 mégohm, ce qui ne permet pas d'influencer la mesure de la résistance des conducteurs.

Pour les mesures de température, les thermistances à base de semi-conducteurs KMT, constituées d'oxydes de cobalt et de manganèse, ainsi que les résistances thermiques MMT à base d'oxydes de cuivre et de manganèse sont devenues très populaires. La dépendance de la résistance à la température sur le graphique présente une bonne linéarité dans la plage de température -100 +200 degrés. La fiabilité des thermistances à base de semi-conducteurs est assez élevée, leurs propriétés sont suffisamment stables dans le temps.

Leur principal inconvénient réside dans le fait que lors de la production en série de telles thermistances, il n'est pas possible de garantir la précision nécessaire de leurs caractéristiques. Par conséquent, une résistance individuelle sera différente d'un autre échantillon, tout comme les transistors, qui d'un même lot peuvent avoir des facteurs de gain différents, il est difficile de trouver deux échantillons identiques. Ce point négatif crée la nécessité d'un réglage supplémentaire de l'équipement lors du remplacement de la thermistance.

Pour connecter les thermistances, un circuit en pont est généralement utilisé, dans lequel le pont est équilibré par un potentiomètre. À mesure que la résistance change en raison de la température, le pont peut être équilibré en ajustant le potentiomètre.

Cette méthode de configuration manuelle est utilisée dans les laboratoires d’enseignement pour démontrer le fonctionnement. Le régulateur potentiomètre est équipé d'une échelle graduée en degrés. En pratique, dans les schémas de mesure complexes, cet ajustement s’effectue automatiquement.

Application des thermistances

Il existe deux modes de fonctionnement des capteurs de température. Dans le premier mode, la température du capteur est déterminée uniquement par la température ambiante. Le courant qui traverse la résistance est faible et ne peut pas la chauffer.

En mode 2, la thermistance est chauffée par le courant circulant et sa température est déterminée par les conditions de transfert de chaleur, par exemple la vitesse de soufflage, la densité du gaz, etc.

Thermistances sur les schémas (NTS) et résistances (RTS) ont respectivement des coefficients de résistance négatifs et positifs, et sont désignés comme suit :

Applications des thermistances

• Mesure de température.
• Appareils électroménagers : congélateurs, sèche-cheveux, réfrigérateurs, etc.
• Electronique automobile : mesure d'antigel et de refroidissement d'huile, contrôle des gaz d'échappement, systèmes de freinage, température intérieure.
• Climatiseurs : distribution de chaleur, contrôle de la température ambiante.
• Verrouillage des portes des appareils de chauffage.
• Industrie électronique : stabilisation de la température des lasers et des diodes, ainsi que des bobinages de bobines de cuivre.
• Dans les téléphones portables pour compenser le chauffage.
• Limitation du courant de démarrage des moteurs, lampes d'éclairage, .
• Contrôle du remplissage de liquide.

Application des posisteurs

• Protection contre les moteurs.
• Protection contre la fusion en cas de surcharge de courant.
• Pour retarder l'heure d'allumage des alimentations à découpage.
• Écrans d'ordinateur et tubes cathodiques de télévision pour démagnétiser et prévenir la distorsion des couleurs.
• Dans les démarreurs de compresseur de réfrigérateur.
• Blocage thermique des transformateurs et des moteurs.
• Dispositifs de mémoire d'informations.
• Comme réchauffeurs de carburateur.
• Dans les appareils électroménagers : fermeture de la porte d'un lave-linge, dans un sèche-cheveux, etc.

Une thermistance (thermistance) est un élément électronique à semi-conducteurs qui ressemble à une résistance fixe, mais qui présente une caractéristique de température prononcée. Ce type d'appareil électronique est généralement utilisé pour modifier la tension de sortie analogique en fonction des changements de température ambiante. En d'autres termes, les propriétés électriques de la thermistance et le principe de fonctionnement sont directement liés au phénomène physique - la température.

Une thermistance est un élément semi-conducteur sensible à la température fabriqué à partir d'oxydes métalliques semi-conducteurs. A généralement la forme d'un disque ou d'une boule avec des fils métallisés ou de connexion.

De telles formes permettent à la valeur résistive de varier proportionnellement à de petits changements de température. Pour les résistances standards, une modification de la résistance due à l’échauffement semble être un phénomène indésirable.

Mais ce même effet semble réussir dans la construction de nombreux circuits électroniques nécessitant une détermination de la température.

Ainsi, étant un dispositif électronique non linéaire à résistance variable, la thermistance est bien adaptée pour fonctionner comme capteur à thermistance. Ces types de capteurs sont largement utilisés pour surveiller la température des liquides et des gaz.

En tant que dispositif à semi-conducteurs composé d'oxydes métalliques très sensibles, la thermistance fonctionne au niveau moléculaire.

Les électrons de Valence deviennent actifs et reproduisent un TCR négatif, ou passifs et reproduisent alors un TCR positif.

En conséquence, les appareils électroniques - les thermistances - démontrent une très bonne résistivité reproductible, tout en conservant des caractéristiques de performance qui permettent un fonctionnement productif dans la plage de températures allant jusqu'à 200ºC.

Application des thermistances dans la pratique

L'application de base dans ce cas concerne les capteurs de température résistifs. Cependant, ces mêmes éléments électroniques, appartenant à la famille des résistances, peuvent être utilisés avec succès en série avec d'autres composants ou dispositifs.

Circuits simples pour connecter des thermistances, montrant le fonctionnement d'appareils comme des capteurs de température - une sorte de convertisseurs de tension dus aux changements de résistance

Ce circuit de connexion permet de contrôler le courant circulant dans le composant. Ainsi, les thermistances agissent également comme des limiteurs de courant.

Les thermistances sont produites en différents types, à base de différents matériaux et diffèrent en taille en fonction du temps de réponse et de la température de fonctionnement.

Il existe des versions scellées des appareils qui sont protégées de la pénétration de l'humidité. Il existe des modèles pour des températures de fonctionnement élevées et de taille compacte.

Il existe trois types de thermistances les plus courants :

• balle,
• disque,
• encapsulé.

Les appareils fonctionnent en fonction des changements de température :

1. Pour diminuer la valeur résistive.
2. Pour augmenter la valeur résistive.

Autrement dit, il existe deux types d'appareils :

1. Avoir un TCS négatif (NTC).
2. TCS positif (PTC).

Coefficient TCS négatif

Les thermistances TCR NTC négatives diminuent leur valeur résistive à mesure que la température externe augmente. En règle générale, ces appareils sont souvent utilisés comme capteurs de température, car ils sont idéaux pour presque tous les types d'appareils électroniques nécessitant un contrôle de la température.

La réponse négative relativement importante d'une thermistance NTC signifie que même de petits changements de température peuvent modifier considérablement la résistance électrique de l'appareil. Ce facteur rend les modèles NTC idéaux pour une mesure précise de la température.

Circuit d'étalonnage (vérification) de la thermistance : 1 - alimentation ; 2 - sens du courant ; 3—élément électronique à tester, thermistance ; 4 - microampèremètre d'étalonnage

Les thermistances NTC, qui réduisent la résistance à mesure que la température augmente, sont disponibles avec différentes résistances de base. Généralement, les résistances de base sont à température ambiante.

Par exemple : 25 ºC est pris comme point de température de contrôle (de base). À partir de là, les valeurs des appareils, par exemple, des dénominations suivantes sont construites :

• 2,7 kOhms (25 ºC),
• 10 kOhms (25 ºC)
• 47 kOhms (25ºC)….

Une autre caractéristique importante est la valeur « B ». La valeur de « B » est une constante déterminée par le matériau céramique à partir duquel la thermistance est fabriquée.

La même constante détermine le gradient de la courbe du rapport résistif (R/T) dans une certaine plage de température entre deux points de température.

Chaque matériau de thermistance a une constante de matériau différente et donc une courbe résistance-température individuelle.

Ainsi, la constante « B » détermine une valeur résistive à la base T1 (25ºC) et une autre valeur à T2 (par exemple à 100ºC).

Par conséquent, la valeur de B déterminera la constante matérielle de la thermistance limitée par la plage de T1 et T2 :

B*T1/T2 (B*25/100)

p.s. Les valeurs de température dans les calculs sont prises en étalonnage Kelvin.

Il s’ensuit qu’ayant la valeur « B » (d’après les caractéristiques du fabricant) d’un appareil particulier, l’ingénieur électronicien n’aura qu’à créer un tableau de températures et de résistances afin de construire un graphique approprié en utilisant l’équation normalisée suivante :

B (T1/T2) = (T2 * T1 / T2 – T1) * ln(R1/R2)

où : T 1, T 2 – températures en degrés Kelvin ; R 1, R 2 – résistances aux températures correspondantes en Ohms.

Par exemple, une thermistance NTK avec une résistance de 10 kOhm a une valeur « V » de 3455 dans la plage de température de 25 à 100 ºC.

Le point évident est que les thermistances changent de résistance de façon exponentielle avec les changements de température, la caractéristique n'est donc pas linéaire. Plus il y a de points de contrôle définis, plus la courbe est précise.

Utiliser une thermistance comme capteur actif

Étant donné que l'appareil est un type de capteur actif, il nécessite un signal d'excitation pour fonctionner. Tout changement de résistance résultant d'un changement de température est converti en changement de tension.

L'industrie produit des thermistances de différentes conceptions, y compris des thermistances de haute précision et protégées de manière fiable, destinées à être utilisées dans des systèmes de haut niveau.

Le moyen le plus simple d'obtenir cet effet consiste à utiliser une thermistance dans le cadre d'un circuit diviseur de potentiel, comme le montre la figure ci-dessous. Une tension constante est fournie au circuit de résistance et de thermistance.

Par exemple, un circuit est utilisé dans lequel une thermistance de 10 kOhm est connectée en série avec une résistance de 10 kOhm. Dans ce cas, la tension de sortie à la base T = 25ºC sera la moitié de la tension d'alimentation.

Ainsi, un circuit diviseur de potentiel est un exemple de simple convertisseur résistance-tension. Ici, la résistance de la thermistance est régulée par la température, suivie de la formation d'une valeur de tension de sortie proportionnelle à la température.

En termes simples : plus le corps de la thermistance est chaud, plus la tension de sortie est faible.

Pendant ce temps, si la position de la résistance série, RS et de la thermistance R TH est modifiée, le niveau de tension de sortie passera au vecteur opposé. Autrement dit, plus la thermistance chauffe, plus le niveau de tension de sortie sera élevé.

Les thermistances peuvent également être utilisées dans le cadre d'une configuration de base utilisant un circuit en pont. La connexion entre les résistances R1 et R2 fixe la tension de référence à la valeur requise. Par exemple, si R1 et R2 ont les mêmes valeurs de résistance, la tension de référence est la moitié de la tension d'alimentation (V/2).

Un circuit amplificateur construit à l'aide de ce circuit en pont de sonde thermique peut agir comme un amplificateur différentiel haute sensibilité ou comme un simple circuit déclencheur de Schmitt avec fonction de commutation.

Connexion d'une thermistance à un circuit en pont : R1, R2, R3 sont des résistances fixes ordinaires ; Rt - thermistance ; A - appareil de mesure microampèremètre

Il y a un problème avec la thermistance (effet d'auto-échauffement). Dans de tels cas, la puissance dissipée I 2 R est assez élevée et crée plus de chaleur que le corps du dispositif ne peut en dissiper. En conséquence, cette chaleur « supplémentaire » affecte la valeur résistive, entraînant de fausses lectures.

L'un des moyens de se débarrasser de l'effet « d'auto-échauffement » et d'obtenir un changement plus précis de la résistance sous l'influence de la température (R/T) consiste à alimenter la thermistance à partir d'une source de courant constant.

Thermistance comme régulateur de courant de démarrage

Les appareils sont traditionnellement utilisés comme convertisseurs résistifs sensibles à la température. Cependant, la résistance de la thermistance change non seulement sous l'influence de l'environnement, mais des changements sont également observés en raison du courant électrique circulant à travers l'appareil. L'effet du même "auto-échauffement".

Divers équipements électriques à composant inductif :

• les moteurs,
• transformateurs,
• lampes électriques,
• autre,

soumis à des courants d’appel excessifs lors de la première mise sous tension. Mais si une thermistance est connectée en série dans le circuit, le courant initial élevé peut être efficacement limité. Cette solution contribue à augmenter la durée de vie des équipements électriques.

Les thermistances à faible TCR (à 25 °C) sont généralement utilisées pour réguler le courant d'appel. Les soi-disant limiteurs de courant (limiteurs de surtension) modifient la résistance à une valeur très faible lorsqu'un courant de charge passe.

Lors de la première mise sous tension de l'équipement, le courant de démarrage traverse une thermistance froide dont la valeur résistive est assez élevée. Sous l'influence du courant de charge, la thermistance chauffe et la résistance diminue lentement. Cela permet une régulation en douceur du courant dans la charge.

Les thermistances NTC sont très efficaces pour assurer une protection contre les courants d'appel trop élevés. L'avantage ici est que ce type de dispositif est capable de gérer efficacement des courants d'appel plus élevés que les résistances standards.

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