أنواع الثرمستورات والتفاصيل المميزة ومبدأ العمل

أنواع الثرمستورات والتفاصيل المميزة ومبدأ العمل

تم ابتكار اسم الثرمستور كشكل قصير لـ 'المقاوم الحساس للحرارة'. يوفر الشكل الكامل للثرمستور فكرة عامة ومفصلة عن الإجراء الذي يمثل ميزة الثرمستور.



بقلم: S. Prakash

تشمل الأنواع المختلفة للأجهزة التي يستخدم فيها الثرمستور مجموعة واسعة من الأجهزة مثل مستشعرات درجة الحرارة والدوائر الإلكترونية حيث توفر تعويضًا لدرجة الحرارة.





على الرغم من أن استخدام الثرمستور ليس شائعًا مثل الترانزستورات والمقاومات والمكثفات بالشكل العادي ، فإن المجال الإلكتروني يستخدم الثرمستورات على نطاق واسع.

رمز الدائرة الثرمستور

الرمز الذي يستخدمه الثرمستور للتعرف عليه هو رمز الدائرة الخاص به.



رمز الثرمستور

يتكون رمز الدائرة الخاصة بالثرمستور من قاعدة مكونة من مستطيل مقاوم قياسي إلى جانب خط قطري يمر عبر القاعدة ويتكون من قسم رأسي بحجم صغير.

تستخدم مخططات الدائرة على نطاق واسع رمز الدائرة للثرمستور.

أنواع الثرمستور

يمكن تقسيم الثرمستور إلى أنواع وفئات مختلفة بناءً على عدد من الطرق المختلفة.

تستند هذه الطرق التي يتم بها تصنيفها أولاً إلى الطريقة التي يتفاعل بها الثرمستور مع التعرض للحرارة.

تزداد مقاومة بعض المكثفات مع زيادة درجة الحرارة بينما يلاحظ العكس في الأنواع الأخرى من الثرمستور مما يؤدي إلى انخفاض المقاومة.

يمكن توسيع هذه الفكرة من خلال منحنى الثرمستور الذي يمكن تصويره بمعادلة في شكل بسيط:

العلاقة بين المقاومة ودرجة الحرارة

ΔR = ك س & ΔT

تتكون المعادلة أعلاه من:

ΔR = لوحظ تغير المقاومة

ΔT = تغير درجة الحرارة الملحوظة

k = معامل درجة الحرارة للمقاومة من الدرجة الأولى

توجد علاقة غير خطية بين المقاومة ودرجة الحرارة في معظم الحالات. ولكن مع التغييرات الصغيرة المختلفة في المقاومة ودرجة الحرارة ، هناك تغيير في العلاقة كما لوحظ وتصبح العلاقة خطية في الطبيعة.

يمكن أن تكون قيمة 'k' موجبة أو سالبة حسب نوع الثرمستور.

NTC Thermistor (ترمستور معامل درجة الحرارة السالب): خاصية الثرمستور NTC تمكنه من تقليل مقاومته مع زيادة درجة الحرارة وبالتالي يكون عامل 'k' للثرمستور NTC سالبًا.

PTC Thermistor (ثيرمستور ذو معامل درجة حرارة موجب): خاصية الثرمستور NTC تمكنه من زيادة مقاومته مع زيادة درجة الحرارة وبالتالي يكون عامل 'k' لثرمستور NTC موجبًا.

طريقة أخرى يمكن من خلالها تمييز الثرمستور وتصنيفه بصرف النظر عن ميزة تغيير المقاومة الخاصة به تعتمد على نوع المادة المستخدمة في الثرمستور. المواد المستخدمة من نوعين رئيسيين:

أشباه موصلات بلورية واحدة

المركبات المعدنية بطبيعتها مثل الأكاسيد

الثرمستور: التطور والتاريخ

ظهرت ظاهرة التباين الملحوظ في المقاوم بسبب التغيرات في درجة الحرارة في أوائل القرن التاسع عشر.

هناك العديد من الطرق التي استمر فيها استخدام الثرمستور حتى الآن. لكن غالبية هذا الثرمستور يعاني من عيب أنه قادر على إظهار تباين صغير جدًا في المقاومة في التوافق مع النطاق الكبير لدرجات الحرارة.

يتم تضمين استخدام أشباه الموصلات بشكل عام في الثرمستورات التي تمكن الثرمستورات من إظهار اختلافات أكبر في المقاومة في المقابل لنطاق درجة الحرارة الكبير.

المواد المستخدمة في تصنيع الثرمستور من نوعين بما في ذلك المركبات المعدنية التي كانت أول المواد التي تم اكتشافها للثرمستور.

في عام 1833 ، أثناء قياس التباين في المقاومة فيما يتعلق بدرجة حرارة كبريتيد الفضة ، اكتشف فاراداي معامل درجة الحرارة السالب. لكن توافر الأكاسيد المعدنية على نطاق واسع تجاريًا لم يحدث إلا في الأربعينيات من القرن الماضي.

تم إجراء التحقيق في الثرمستور السليكوني وثرمستور الجرمانيوم البلوري بعد الحرب العالمية الثانية أثناء دراسة مواد أشباه الموصلات.

على الرغم من أن أشباه الموصلات والأكاسيد المعدنية نوعان من الثرمستور ، إلا أن نطاقات درجات الحرارة التي تغطيها مختلفة وبالتالي لا تحتاج إلى التنافس.

تكوين وهيكل الثرمستور

على أساس التطبيقات التي يحتاج فيها الثرمستور إلى استخدامه جنبًا إلى جنب مع نطاق نطاق درجة الحرارة الذي سيعمل فيه الثرمستور على الأحجام والأشكال ونوع المادة المستخدمة في تصنيع الثرمستور.

في حالة التطبيقات التي يجب أن يكون فيها السطح المسطح على اتصال دائم بواسطة الثرمستور ، يكون شكل الثرمستور في هذه الحالات عبارة عن أقراص مسطحة.

في حالة وجود مجسات درجة الحرارة التي يجب صنع الثرمستور من أجلها يكون شكل الثرمستور على شكل قضبان أو خرز. وبالتالي ، فإن المتطلبات التي تلتزم بالتطبيقات التي سيتم استخدام الثرمستور من أجلها توجه الشكل المادي الفعلي للثرمستور.

نطاق درجة الحرارة التي يستخدم فيها الثرمستور من نوع الأكسيد المعدني هو 200-700 كلفن.

تم العثور على المكون المستخدم لتصنيع هذه الثرمستورات في نسخة مسحوق ناعم يتم تلبيده وضغطه عند درجة حرارة عالية جدًا.

المواد الأكثر استخدامًا لهذه الثرمستورات تشمل أكسيد النيكل وأكسيد الحديديك وأكسيد المنغنيز وأكسيد النحاس وأكسيد الكوبالت.

درجات الحرارة التي تستخدم فيها الثرمستورات شبه الموصلة منخفضة للغاية. يتم استخدام الثرمستورات السيليكونية بشكل متكرر أقل من الثرمستورات الجرمانيوم التي تستخدم على نطاق أوسع لدرجات الحرارة التي تقع في النطاق الذي يقل عن 100 درجة من الصفر المطلق أي 100 كلفن.

درجة الحرارة التي يمكن من أجلها استخدام الثرمستور السيليكوني تصل إلى 250 كلفن كحد أقصى. إذا زادت درجة الحرارة أكثر من 250 كلفن ، فإن الثرمستور السليكوني يختبر الإعداد في معاملات درجة الحرارة الإيجابية. يتم استخدام بلورة مفردة لتصنيع الثرمستور حيث يكون المستوى الذي يتم عنده تنعيم البلورة هو 10 ^ 16 - 10 ^ 17 / سم 3.

تطبيقات الثرمستور

يمكن استخدام الثرمستور للعديد من أنواع التطبيقات المختلفة ، وهناك العديد من التطبيقات الأخرى التي توجد فيها.

الميزة الأكثر جاذبية للثرمستور التي تجعلها شائعة الاستخدام في الدوائر هي أن العناصر التي توفرها في الدوائر فعالة للغاية من حيث التكلفة لأنها تؤدي بشكل فعال ومع ذلك فهي متوفرة بسعر رخيص.

حقيقة أن معامل درجة الحرارة سالبًا أو موجبًا يحدد التطبيقات التي يمكن استخدام الثرمستور فيها.

في حالة كان معامل درجة الحرارة سالبًا ، يمكن استخدام الثرمستور للتطبيقات التالية:

موازين الحرارة ذات درجة الحرارة المنخفضة للغاية: تستخدم الثرمستورات لقياس درجة حرارة المستويات المنخفضة جدًا في موازين الحرارة ذات درجة الحرارة المنخفضة جدًا.

منظمات الحرارة الرقمية: تستخدم منظمات الحرارة الرقمية الحديثة الترموستات على نطاق واسع وشائع.

شاشات حزمة البطارية: تتم مراقبة درجة حرارة عبوات البطارية طوال الفترة التي يتم شحنها فيها من خلال استخدام الثرمستورات NTC.

بعض البطاريات المستخدمة في صناعة العصر الحديث حساسة تجاه الشحن الزائد بما في ذلك بطاريات Li-ion المستخدمة على نطاق واسع. في مثل هذه البطاريات ، تتم الإشارة إلى حالة الشحن الخاصة بها بشكل فعال من خلال درجة الحرارة وبالتالي تمكين تحديد الوقت الذي تحتاج فيه دورة الشحن إلى إنهاء.

أجهزة الحماية في الاندفاع: تستخدم دوائر إمداد الطاقة الثرمستورات NTC في شكل أجهزة تحد من تيار الاندفاع.

5 أوم NTC الثرمستور قطر 11 ملم

تعمل الثرمستورات NTC أثناء عملها كأجهزة حماية الاندفاع على منع تدفق كميات كبيرة من التيار عند نقطة التشغيل ومن خلال توفير مستوى أولي من المقاومة العالية.

بعد ذلك ، يتم تسخين الثرمستور وبالتالي ينخفض ​​مستوى المقاومة الأولي الذي يوفره بشكل كبير مما يسمح بتدفق كميات عالية من التيار أثناء التشغيل العادي للدائرة.

تم تصميم الثرمستورات المستخدمة لغرض هذا التطبيق وفقًا لذلك ، وبالتالي فإن حجمها أكبر مقارنةً بالثرمستورات من نوع القياس.

في حالة كان معامل درجة الحرارة موجبًا ، يمكن استخدام الثرمستور للتطبيقات التالية:

أجهزة التحديد الحالية: تستخدم الدوائر الإلكترونية الثرمستورات PTC في شكل أجهزة تحديد التيار.

تعمل الثرمستورات PTC كجهاز بديل للصمامات الأكثر استخدامًا. لا توجد أي آثار جانبية أو غير ضرورية بسبب الحرارة التي تتولد بكميات صغيرة عندما يتعرض الجهاز لتدفق تيار خلال الظروف العادية.

ولكن في حالة كان تدفق التيار عبر الجهاز كبيرًا جدًا ، فقد يؤدي ذلك إلى زيادة المقاومة نظرًا لأن الحرارة قد لا تتبدد في المناطق المحيطة نظرًا لأن الجهاز قد لا يتمكن من القيام بذلك.

ينتج عن هذا توليد المزيد من الحرارة وبالتالي إنتاج ظاهرة تأثير ردود الفعل الإيجابية. الجهاز محمي بمثل هذه الحرارة والتقلبات في التيار حيث يتم ملاحظة الانخفاض في التيار عندما تكون هناك زيادة في المقاومة.

التطبيقات التي يمكن فيها استخدام الثرمستورات هي واسعة النطاق. يمكن استخدام الثرمستورات لاستشعار درجات الحرارة بطريقة موثوقة ورخيصة (فعالة من حيث التكلفة) وبسيطة.

تشمل الأجهزة المختلفة التي يمكن استخدام الثرمستورات فيها منظمات الحرارة وأجهزة إنذار الحريق. يمكن استخدام الثرمستورات بمفردها جنبًا إلى جنب مع الأجهزة الأخرى. في الحالة الأخيرة ، يمكن استخدام الثرمستور لتوفير دقة درجات عالية بجعله جزءًا من جسر ويتستون.

أيضًا ، يتم استخدام الثرمستورات في شكل أجهزة تعويض درجة الحرارة.

في نسبة كبيرة من المقاومات ، هناك زيادة في المقاومة والتي لوحظت مع زيادة مقابلة في درجة الحرارة بسبب معامل درجة الحرارة الإيجابي.

في حالة وجود متطلبات عالية للاستقرار من خلال التطبيقات ، يتم استخدام الثرمستور الذي يمتلك معامل درجة حرارة سالبة. يتم تحقيق ذلك عندما تدمج الدائرة الثرمستور من أجل مواجهة تأثيرات المكون الناتجة بسبب معامل درجة الحرارة الإيجابي.




السابق: استكشاف أنواع المقاومات واختلافات عملها التالي: أنواع المحرِّضات ، التصنيف وكيف تعمل