Découvrir le rôle des thermistances dans l'électronique moderne
Les thermistances, un Portmanteau de «thermique» et de «résistance», sont des résistances spécialisées avec des valeurs de résistance qui varient considérablement avec les changements de température.Contrairement aux résistances conventionnelles, qui sont conçues pour maintenir une résistance stable, les thermistances sont conçues pour avoir un coefficient de température substantiel, ce qui leur permet de répondre avec sensibilité aux fluctuations de température.Cette propriété unique rend les thermistances requises à travers un large éventail d'applications, de la détection de température et du contrôle à la protection du circuit.Cet article explore les rôles multiformes et divers types de thermistances, délimitant leurs mécanismes opérationnels, leurs caractéristiques structurelles et le rôle important qu'ils jouent dans la technologie moderne dans diverses industries.En examinant les nuances techniques du coefficient de température négative (NTC) et des thermistances de coefficient de température positif (PTC), aux côtés de variantes spéciales comme les silistors et les PTC de type commutateur, nous nous plongeons dans les subtilités technologiques qui définissent la fonctionnalité et l'application thermidistorées.
Catalogue
Demystifiant les thermistances
Une thermistance est un type de résistance qui modifie considérablement sa résistance avec les variations de température, ce qui le rend très utile dans de nombreuses applications.Le mot "thermistance" combine "thermique" et "résistance".Contrairement aux résistances standard qui maintiennent une résistance cohérente en ayant un coefficient de température minimal, les thermistances sont conçues pour avoir un coefficient de température important, ce qui leur permet de réagir rapidement aux changements de température.
Les thermistances sont principalement classées en fonction de leur coefficient de température.Ces thermistances diminuent dans la résistance à mesure que la température augmente.Ils sont couramment utilisés dans les systèmes de surveillance et de contrôle de la température car leur changement de résistance est prévisible avec des changements de température.En différence, les thermistances PTC augmentent de la résistance à mesure que la température augmente.Cette propriété les rend idéaux pour les rôles de protection des circuits, où ils aident à prévenir la surchauffe en réduisant le flux de courant lorsque les températures deviennent trop élevées.
Figure 2 Symbole du circuit de thermistance
Symbole de circuit des thermistances
Le symbole de circuit pour une thermistance est une version modifiée du symbole de résistance standard, représentée par un rectangle.Une ligne diagonale avec un segment vertical court traverse ce rectangle, le distinguant clairement dans des schémas électroniques.Bien qu'il existe certaines variations, comme l'utilisation du symbole de résistance zig-zag plus ancien, le rectangle avec la ligne diagonale et verticale est la plus courante et largement reconnue.Ce symbole standardisé garantit que les thermistances sont facilement identifiables, favorisant la cohérence et la clarté de la documentation de conception électronique.
Différents types de thermistances
Les thermistances sont des dispositifs résistifs dont la résistance varie considérablement avec la température, ce qui les rend utiles pour la détection et le contrôle précis de la température.
Figure 3 Coefficient de température négatif (NTC) Thermistances
Les thermistances NTC diminuent dans la résistance à mesure que la température augmente.Cette relation inverse suit l'équation de Steinhart-Hart, qui décrit avec précision la relation résistance-température.Les thermistances NTC sont fabriquées à partir de matériaux comme le manganèse, le nickel, les oxydes de cobalt et le cuivre, contribuant à leurs propriétés sensibles à la température.Largement utilisé dans les moteurs automobiles pour surveiller les températures fluides, dans l'électronique grand public pour éviter la surchauffe et dans les dispositifs médicaux où la précision est insistante.Protégez les circuits contre les surtensions du courant d'appel en augmentant progressivement la résistance lorsqu'ils chauffent, limitant ainsi l'écoulement du courant pendant le démarrage de l'appareil.
Figure 4 Coefficient de température positif (PTC) Thermistances
Les thermistances PTC augmentent leur résistance avec une augmentation de la température.Cette caractéristique est utile pour la limitation actuelle et la protection de surintensité.Les thermistances PTC sont généralement fabriquées à partir de titanate de baryum et d'autres céramiques polycristallines.Agir comme des fusibles auto-réinstallés dans les circuits.Lorsqu'un flux de courant élevé augmente la température, la résistance de la thermistance augmente, réduisant le débit de courant pour éviter les dommages.Servir d'éléments de chauffage autorégulatrices qui maintiennent une température constante sans avoir besoin de systèmes de contrôle séparés.
Figure 5
Un type de thermistance PTC à base de silicium, les silistors offrent une réponse linéaire aux changements de température, adaptée à des mesures de température précises sur une plage plus étroite par rapport aux thermistances d'oxyde métallique.
Évolution des thermistances
L'idée que la résistance change avec la température est connue depuis le XIXe siècle.Michael Faraday a observé pour la première fois le coefficient de température négatif (NTC) dans le sulfure d'argent en 1833. Cependant, ce n'est que dans les années 40 que les thermistances d'oxyde métallique ont été produites commercialement.Après la Seconde Guerre mondiale, les progrès des technologies des semi-conducteurs ont conduit au développement de thermistances en germanium et au silicium cristallins.
Ces innovations ont considérablement élargi l'utilisation de thermistances, des capteurs de température simples aux mécanismes de contrôle complexes en milieu industriel.Cette progression présente non seulement les progrès technologiques, mais également le rôle croissant des thermistances dans les applications techniques quotidiennes et spécialisées.
Figure 6 Anatomie des thermistances
Anatomie des thermistances
Les thermistances se présentent sous différentes formes, y compris les disques plats, les perles et les tiges, pour répondre à différentes exigences d'application et de température.Chaque forme est conçue pour optimiser le contact thermique avec des surfaces ou s'adapter parfaitement à des appareils spécifiques.
Les thermistances d'oxyde métallique, qui fonctionnent efficacement entre 200 et 700 K, sont fabriquées à partir d'un mélange d'oxydes de manganèse, de nickel, de cobalt, de cuivre et de ferrique.Ces matériaux sont finement broyés, comprimés et frittés pour améliorer leur réponse thermique.
Pour les applications à basse température inférieures à 100 K, des thermistances semi-conductrices à base de germanium sont préférées.Ils offrent une sensibilité et une précision supérieures dans des environnements froids.
Figure 7 Spécification de la thermistance
Spécifications clés des thermistances
Lors de l'évaluation des thermistances, plusieurs spécifications clés sont désespérées.Il s'agit notamment de la résistance de la base, du coefficient de température, du facteur de dissipation thermique, de la dissipation maximale de puissance et de la plage de température opérationnelle.Ces paramètres sont détaillés dans les fiches techniques, qui sont nécessaires pour sélectionner la thermistance appropriée pour des applications spécifiques.
Les thermistances sont particulièrement utiles dans les appareils qui nécessitent une réponse rapide aux changements de température, comme les détecteurs d'incendie.Ils jouent également un rôle clé dans les circuits conçus pour un contrôle et une protection précis de la température, garantissant des performances et une sécurité optimales dans divers systèmes électroniques.
Diverses applications de thermistance
Les thermistances sont des composants dynamiques dans diverses industries en raison de leur sensibilité et de leur précision dans la mesure et le contrôle de la température.
Applications industrielles: Dans les contextes industriels, les thermistances garantissent des conditions de fonctionnement optimales.Les thermistances maintiennent des niveaux de température et d'humidité précis, désespérés pour les processus nécessitant un contrôle climatique strict.Ils surveillent les températures pendant la cuisson, la congélation et le stockage, garantissant la sécurité et la qualité des aliments.Des lectures de température précises à partir de thermistances sont utilisées pour maintenir l'intégrité de la réaction chimique.
Industrie automobile: Les thermistances améliorent la sécurité et l'efficacité des systèmes automobiles en mesurant les températures moteur de l'huile et du liquide de refroidissement, en aidant à la détection précoce de la surchauffe potentielle et en empêchant les dommages du moteur.Dans les véhicules électriques, les thermistances surveillent les températures de la batterie pour optimiser les performances et empêcher la surchauffe, prolonger la durée de vie de la batterie et améliorer la sécurité.
Électronique grand public et dispositifs ménagers: les thermistances sont intégrées dans de nombreux dispositifs ménagères et électroniques, ils surveillent les températures du processeur, activant les mécanismes de refroidissement lorsque cela est nécessaire pour éviter les dommages et assurer un fonctionnement efficace.Dans les thermostats intelligents, les thermistances surveillent et ajustent automatiquement les températures intérieures, améliorant l'efficacité énergétique.
Équipement médical: Dans les équipements médicaux, les thermistances sont influentes lorsque la précision est grave, ils maintiennent des températures stables nécessaires aux incubateurs néonatals et microbiologiques.Les thermistances assurent un contrôle précis de la température dans les appareils stockant le sang, les vaccins et autres matériaux biologiques, préservant leur viabilité.
Gestion de l'énergie: les thermistances jouent un rôle important dans la gestion de l'énergie.Ils surveillent et gèrent la température de divers composants, contribuant à une distribution énergétique efficace et à la minimisation des déchets.Dans les panneaux solaires et les éoliennes, les thermistances surveillent les températures pour optimiser les performances et éviter les dommages des extrêmes thermiques.
Recherche et développement: Dans les laboratoires, les thermistances conviennent pour un contrôle précis de la température dans les expériences et les environnements de test, assurant des conditions expérimentales cohérentes.
Aérospatiale et défense: les thermistances sont graves dans les applications aérospatiales et de défense, ils surveillent et contrôlent la cabine, l'équipement et les températures du moteur pour améliorer les performances et la sécurité dans des conditions difficiles.Les thermistances maintiennent les températures de l'équipement dans des limites de fonctionnement sûres dans le vide de l'espace.
Figure 8 Thermistance PTC de commutation en céramique
Exploration des thermistances PTC de commutation en céramique
Les thermistances PTC de commutation en céramique ont une relation de résistance non linéaire unique.En dessous du point de Curie, leur résistance diminue légèrement avec la température.Cependant, à mesure que la température atteint le point de Curie, leur résistance augmente considérablement en raison d'un coefficient de température positif.
Ce changement de résistance nette au point de Curie est dynamique pour les applications nécessitant un contrôle précis sur les variations de résistance liées à la température.Ces thermistances sont particulièrement efficaces pour la gestion thermique et les fonctions de protection dans les circuits électroniques.Ils aident à prévenir la surchauffe en limitant le flux de courant lorsque les températures deviennent trop élevées.
Conclusion
En général, en raison de leur adaptabilité à une large gamme de températures et de la réactivité dynamique aux changements de température, les thermistances se distinguent comme des pièces décisives dans le panthéon des dispositifs électroniques.De l'automobile à l'aérospatiale, l'électronique grand public à la gestion de l'énergie, les applications des thermistances sont aussi diverses que dangereuses.Ils améliorent non seulement l'efficacité opérationnelle et la sécurité, mais jouent également un rôle clé dans la progression de la recherche et du développement dans divers domaines scientifiques.Le développement et le raffinement en cours de la technologie thermilistance, souligné par les progrès historiques et les innovations des matériaux, continuent d'étendre leur utilité, garantissant que les thermistances restent à l'avant-garde des applications sensibles à la température.
La capacité des thermistances à s'adapter à un éventail de demandes opérationnelles - que ce soit par la détection rapide de température ou une limitation de courant efficace - les rend inestimables dans les applications technologiques quotidiennes et hautement spécialisées.L'avenir des thermistances, alimentés par des progrès continus dans la science des matériaux et l'ingénierie électronique, promet une intégration et une fonctionnalité encore plus importantes dans un monde de plus en plus automatisé et soucieux de l'énergie.
Questions fréquemment posées [FAQ]
1. À quoi sert une thermistance?
Une thermistance est principalement utilisée pour mesurer la température.C'est un type de résistance dont la résistance change de manière significative et prévisible avec les changements de température.Cette propriété le rend idéal pour la détection et le contrôle de la température dans des appareils comme les thermostats, les capteurs automobiles et les appareils électroménagers.
2. Quel est le principe de travail de la thermistance?
Une thermistance fonctionne sur le principe que sa résistance électrique change avec la température.Ce changement est dû aux propriétés du matériau semi-conducteur à partir de laquelle la thermistance est effectuée.Lorsque la température augmente, la résistance d'un coefficient de température négatif (NTC) diminue et pour une thermistance de coefficient de température positif (PTC), la résistance augmente.
3. La thermistance augmente-t-elle avec la température?
Que la résistance d'une thermistance augmente ou diminue avec la température dépend de son type.Pour une thermistance NTC, la résistance diminue à mesure que la température augmente.Inversement, pour une thermistance PTC, la résistance augmente à mesure que la température augmente.
4. Comment une thermistance mesure-t-elle la résistance?
Pour mesurer la résistance à l'aide d'une thermistance, vous pouvez le connecter à un circuit simple, y compris une source d'alimentation, et mesurer la tension à travers la thermistance.En utilisant la loi d'Ohm (v = IR), où v est la tension, i est courant et R est une résistance, vous pouvez calculer la résistance de la thermistance à partir de la tension et des valeurs de courant.
5. Comment utiliser une thermistance pour mesurer la température?
Pour utiliser une thermistance pour la mesure de la température, incorporez-la dans un circuit de diviseur de tension connecté à une source d'alimentation.La tension à travers la thermistance est ensuite mesurée.Cette tension est liée à la résistance de la thermistance, qui change avec la température.En calibrant les lectures de tension contre les températures connues, vous pouvez créer un profil qui vous permet de convertir les futures mesures de tension directement en lectures de température.