Nhiệt điện trở Thermistor

1. Giới thiệu

1.1 Định nghĩa

Thermistor ( biến trở nhiệt độ ), ở trạng thái rắn, là thiết bị điện để phát hiện sự đổi khác nhiệt độ dựa trên điện trở vật tư biến hóa, nó được sử dụng trong nhiệt kế, điện trở nhiệt, tính năng tinh chỉnh và điều khiển dòng, … Điện trở nhiệt cũng là một điện trở nhạy cảm với nhiệt độ. Trong khi cặp nhiệt điện là đầu dò nhiệt độ linh động nhất và PRTD thì không thay đổi nhất, từ ngữ tốt nhất diên tả các thermistor là độ nhạy cảm. Trong 3 loại chính của cảm ứng, điện trở nhiệt có sự biến hóa so với nhiệt độ là lớn nhất .

1.2 Cấu tạo

Thermistor được cấu trúc từ hổn hợp các bột ocid. Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao. Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ đổi khác khi nhiệt độ đổi khác .

Điện trở nhiệt nói chung được tạo bởi các vật liệu bán dẫn. Mặc dù các hệ số nhiệt độ là dương, nhưng điên trở nhiệt lại có hệ số nhiệt độ âm, nghĩa là, điện trở của chúng giảm khi nhiệt độ tăng. Khi tính toán ngược lại như vậy trên độ bách phân, các điện trở nhiệt có thể nhận diện được sự thay đổi nhiệt độ trong 1 phút mà RTD hay cặp nhiệt điện không thể phát hiên được. Sự phản ứng tính nhạy cảm này không phải là hàm tuyến tính.Điện trở nhiệt là 1 thiết bị phi tuyến cùng với các tham số quá trình là rất lớn. Do đó,các điển trở nhiệt không được tiêu chuẩn hóa so với các RTD và Nhưng cặp nhiệt điện đã được tiêu chuẩn hóa. Đường cong của 1 điện trở nhiệt riêng biệt thì có thể được xấp xỉ qua phương trình Steinhart-Hart

1/T = A + B * lnR + C * (ln R)3

Trong đó:

• T: Nhiệt độ Kelvin
• R: điện trở của điện trở nhiệt
• A, B, C: Hằng số điều chỉnh đường cong
• A, B và C được tìm thấy bằng cách chọn 3 điểm trên đường cong dữ liệu và hệ 3 phương trình 3 ẩn.

Khi các điểm tài liệu được lựa chọn không quá 100 0C trongphạmvi nhiệt độ của điện trở nhiệt, thì sẽ tạo ra đường cong tương thích .
Việc đo lường và thống kê sẽ nhanh hơn bằng 1 phương trình đơn thuần hơn :

T = B/(lnR – A) – C

Trong đó A, B, C được tìm thây bằng việc lựa chọn 3 tọa độ ( R, T ) và giải ba phương trình đông thời. Phương trình này phải được vận dụng trong khoảng chừng nhiệt độ hẹp hơn để tiệm cận chinh xác của phương trình Steinhart_Hart .
Các sáng tạo lúc bấy giờ tương quan đến chất bán dẫn oxide cho thermistors để sử dụng như cảm ứng đa phần trong một khoanh vùng phạm vi nhiệt độ 200 – 5000C, một hiện thân trong đó gồm có 5 loại nguyên tố sắt kẽm kim loại 60 – 98.5 % của nguyên tử Mn, 0.1 – 5 % nguyên tử của Ni, 0.3 – 5 % của nguyên tử Cr, 0.2 – 5 % của nguyên tử Y và 0.5 – 28 % nguyên tử của Zr, các chất bán dẫn oxide cho các nhiệt điện trở có một tính năng tuyệt vời đặc trưng như bộ cảm ứng nhiệt độ để sử dụng trong khoanh vùng phạm vi nhiệt độ trung binh và cao ; đó là, đưa ra như một sự biến hóa điện trở nhỏ với thời hạn như trong ± 5 % ở nhiệt độ từ 200 – 5000C, nó thích hợp nhất cho các ứng dụng đo nhiệt độ mà độ an toàn và đáng tin cậy cao là thiết yếu ở nhiệt độ cao. Nhiệt điện trở chỉ tuyến tính trong khoảng chừng nhiệt độ nhất định 50 – 150D. C do vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm ứng đo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các mục tiêu bảo vệ, ngắt nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹt – mít. Cái Block lạnh nào cũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây động cơ .

2. Phân loại

Nhiệt điện trở có thể phân thành 2 loại: PTC và NTC
Sự phân loại dựa trên dấu của hệ số k trong công thức:

Trong đó :

• ∆R: Khoảng biến thiên điện trở
• ∆T: Khoảng biến thiên nhiệt độ
• k: Hệ số nhiệt
• Nếu k dương: điện trở tăng khi nhiệt độ tăng: PTC (positive temperature coefficient)
• Nếu k âm: điện trở giảm khi tăng nhiệt độ: NTC (negative temperature coefficient)

Thường dùng là loại NTC .

2.1 Nhiệt điện trở PTC

Là điện trở có thông số nhiệt dương, có thực chất là một điện trở bán dẫn có điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. Ở nhiệt độ nhỏ hơn 110 0C điện trở của nó nhỏ cỡ trăm Ω và biến đổi không đáng kể. Khi nhiệt độ vượt quá 110 0C thì điện trở của nó tăng tới hàng ngàn mêga Ω .

Trên thị trường, nhiệt điện trở PTC thường có loại chính:

Điện trở silic nhạy nhiệt “Silistor”:

• Thiết bị này thể hiện một hệ số nhiệt dương khá thống nhất khoảng + 0.77% hầu như suốt phạm vi hoạt động của chúng, nhưng nó còn thể hiện một vùng hệ số nhiệt âm khi nhiệt độ vượt quá 150°C.
• Thường được dùng để cân bằng nhiệt độ của các thiết bị bán dẫn Silic trong khoảng nhiệt độ từ – 60°C đến +150°C.

PTC chuyển đổi:

• Các thiết bị này làm từ vật liệu ceramic đa tinh thể thường có điện trở cao nhưngcó tính bán dẫn khi thêm vào tạp chất.
• Thường được sản xuất từ Bari, chì và Titan với các phụ gia như Mangan, Silic, Tan tan và Ytri.Có đặc tính là điện trở nhiệt (có hệ số nhiệt âm rất nhỏ) cho đến khi thiết bị đạt đến nhiệt độ giới hạn, được gọi là nhiệt độ Curie – nhiệt độ chuyển đổi hay chuyển tiếp. Vượt qua nhiệt độ giới hạn này, hệ số nhiệt tăng mạnh lên hệ số nhiệt dương trong điện trở

2.2 Nhiệt điện trở NTC

Là điện trở có thông số nhiệt âm, có thực chất là các điện trở bán dẫn có điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Điện trở của NTC giảm mạnh khi nhiệt độ ngày càng tăng. Từ 0 0C đến 1500C điện trở của NTC giảm đi 100 lần .

Các nhiệt điện trở NTC thường làm từ các oxit sắt kẽm kim loại, thông dụng nhất là các oxti của mangan, niken, coban, sắt, đồng và titan. Các nhiệt điện trở NTC thương mai được sản xuất dựa trên cơ sở kỹ thuật ceramic cho đến thời nay. Hỗn hợp của hai hay nhiều oxit sắt kẽm kim loại dạng bột được trộn với các chất kết dính thích hợp, tổng thể được tạo hình, sấy khô và nung ở nhiệt độ cao. Bằng cách biến hóa các loại oxit được sử dụng, tỷ suất tương đối của chúng, môi trường tự nhiên nung và nhiệt độ nung thì hoàn toàn có thể đạt được điện trở suất và thông số nhiệt mong ước .
Nhiệt điện trở NTC thương mại hoàn toàn có thể được phân thành 2 nhóm chính, phụ thuộc vào vào chiêu thức các điện cực được gắn vào xương gốm. Mỗi nhóm hoàn toàn có thể lại được phân nhỏ thành các loại khác nhau, trong đó, mỗi loại đặc trưng cho kỹ thuật tạo hình, gia công hay lắp ráp .
Loại 1 : Dạng hạt : Các nhiệt điện trở dạng này có dây dẫn là kim loại tổng hợp platin được kết khối trực tiếp trong xương ceramic. Loại nhiệt điện trở này được phân nhỏ thành các loại sau :

• Bare Beads (Hạt trần)
• Glass Coated Beads (Hạt được bọc thuỷ tinh)
• Ruggedized Beads (Hạt chịu được va chạm)Miniature Glass Probes (Đầu dò thuỷ tinh cỡ nhỏ)
• Glass Probes (đầu dò thuỷ tinh)
• Glass Rods (Đũa thuỷ tinh)
• Bead – in – Glass Enclosures (hạt bọc trong thuỷ tinh)

Loại 2 : Có chỗ tiếp xúc mặt phẳng bị sắt kẽm kim loại hoá .

• Disks (Đĩa)
• Chips (Mảnh, tấm)
• Surface Mounts
• Flakes (Tấm phiến)
• Rods (Đũa)
• Washes (Tấm lót, vòng đệm)

3. Tính chất

Hai đặc thù đặc biệt quan trọng quan trọng so với điện trở nhiệt đó là : Nhiệt và điện

3.1 Nhiệt điện trở PTC

3.1.1 Thuộc tính nhiệt:

Quyết định bởi 3 thông số kỹ thuật chính

• Nhiệt dung

Là lượng nhiệt thiết yếu cần phân phối để điện trở nhiệt tăng lên 1 0C

• Hằng số hấp thụ/tiêu tán

Thay đổi thông số cường độ áp vào điện trở nhiệt dẫn tới đổi khác nhiệt độ vì quá trình tự gia nhiệt. Các yếu tố tác động ảnh hưởng đến hằng số hấp thụ / tiêu tán hoàn toàn có thể gồm có : vật tư làm dây dẫn, chiêu thức lắp ráp, nhiệt độ môi trường tự nhiên, phương pháp dẫn nhiệt hay đối lưu giữa các thiết bị và thiên nhiên và môi trường xung quanh, thậm chí còn cả hình dạng thiết bị của nó .

• Hằng số nhiệt thời gian

Lượng thời hạn thiết yếu để điện trở nhiệt biến hóa trên 60 % của phần chênh lệch giữa nhiệt độ bên trong ( tự gia nhiệt ) và nhiệt độ xung quanh sau khi ngắt điện. Hằng số này cũng chịu ảnh hưởng tác động bởi các yếu tố môi trường tự nhiên như hằng số hấp thụ. Các cuộc nghiên cứu và điều tra về đặc thù nhiệt của điện trở nhiệt PTC đều dựa trên cấu trúc thiết bị đơn thuần .

3.1.2 Thuộc tính điện

Các thuộc tính về điện như sau :

• Cường độ dòng điện – thời gian

Bất cứ sự biến hóa nào về lượng điện năng áp vào cho PTC sẽ gây ra một sự biến hóa nhiệt độ của nó. Thời gian mà nó cần cho thiết bị tăng hay giảm nhiệt là một yếu tố quan trọng trong các ứng dụng tương quan đến kiểm soát và điều chỉnh sự nóng chảy, thời hạn trễ, động cơ khởi động và sự khử từ .

• Điện trở – nhiệt độ

Mặc dù điện trở nhiệt PTC hoàn toàn có thể sử dụng để do nhiệt độ và ứng dụng điều khiển và tinh chỉnh chính sách điện Zero, nhưng chúng thường không được quản lý và vận hành theo cách đó. Dữ liệu thường không được trình diễn ở dạng bảng điện trở – nhiệt độ hay các phương trình nội suy. Tuy nhiên, có 1 số ít số lượng giới hạn đặc tính nhiệt điện trở quan trọng yên cầu sự hiểu biết của các nhà phong cách thiết kế hay người sử dụng thiết bị .

• Điện và điện trở cực tiểu

Các điện trở điện Zero của điện trở PTC thường được lao lý ở nhiệt độ tiêu chuẩn ( thường là ở 250C )
Điện trở cực tiểu : Điện trở cực tiểu của thiét bị PTC là giá trì thấp nhất của đường cong Điện trở – nhiệt mà điện trở hoàn toàn có thể đạt được. Đây là điểm ngay dưới nhiệt độ chuyển tiếp, nơi độ đốc của đường đặc tính chạm vào mốc zero khi thiết bị biến hóa từ thông số nhiệt âm nhỏ lên giá trị nhiệt dương lớn .

• Hệ số nhiệt

Độ dốc của sự biến hóa đường cong đặc tính điện trở – nhiệt từ một giá trị âm nhỏ ở dưới nhiệt độ chuyển tiếp sang một giá trị dương trên nhiệt độ chuyển tiếp. Giá trị dương cực đại của thông số nhiệt điên trở xảy ra trong vòng vài độ trên điểm chuyển tiếp .
Khi thiết bị trở nên nóng hơn, sự biến hóa giá trị dương của thông số nhiệt mở màn giảm dần, sau cuối trở lại hệ số âm. Tuy nhiên, điều này thường xảy ra ở nhiệt độ rất cao, vượt ra ngoài khoanh vùng phạm vi hoạt động giải trí thông thường so với các thiết bị được phong cách thiết kế .

• Nhiệt độ chuyển tiếp

Nhiệt độ chuyển tiếp là điểm mà tại đó đặc tính nhiệt điện trở mở màn tăng mạnh. Nhiệt độ này ứng với điểm Curie của vật tư, tuy nhiên, rất khó để xách định đúng mực nhiệt độ đó. Các nhà phân phối PTC xác định nhiệt độ này là điểm mà có một tỉ lệ dự kiến sống sót giữa điện trở cực tiểu ( hay điện trở điện zero ở 25 0C ) và điện trở ở nhiệt độ chuyển tiếp. Ví dụ, nhiệt kế xác định được điểm mà tại đó điện trở gấp 2 lần giá trị cực tiểu. Một số đơn vị sản xuất khác hoàn toàn có thể đưa ra một số lượng gấp 10 lần giá trị cực tiểu đó .

• Sự phụ thuộc vào điện áp

Sự phụ thuộc vào vào điện áp của điện trở nhiệt PTC được chăm sóc nhiều trong các cuộc nghiên cứu và điều tra, đàm đạo. Hình dưới cho thấy so với một PTC duy trì ở một nhiệt độ không đổi, điện trở giảm khi điện áp tăng. Vì vậy, bất kể sự giám sát đặc tính nhiệt – điện trở nào cũng phải xác định điệp áp đặt vào trong quy trình kiểm tra để việc thí nghiệm có ý nghĩa .
Hình : Sự phụ thuộc vào vào điện áp

• Đặc tính Volt – Ampe

Đường cong Volt – Ampe xác định mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp ở bất kể điểm nào của trạng thái cân đối nhiệt. Rõ rang từ hình dưới cho thấy nhiệt độ và điện trở của PTC bị tác động ảnh hưởng bởi sự hấp thu / tiêu tán điện ( sự tự gia nhiệt ) và môi trường tự nhiên xung quanh. Bất cứ yếu tố nào đổi khác hằng số hấp thu cũng đổi khác hình dạng đường cong Volt – Ampe .
Các đặc tính dòng – áp so với hầu hết điện trở nhiệt PTC thường không được vẽ từ tài liệu đúng chuẩn. Thay vào đó, đơn vị sản xuất cung ứng một tài liệu hay thông số kỹ thuật kỹ thuật quan trọng nào đó được cho phép các nhà phong cách thiết kế hay người sử dụng hoàn toàn có thể phát minh sáng tạo ra kiểu mẫu lý tưởng cho thiết bị. Điều này giúp đơn giản hoá quy trình phong cách thiết kế, và tương thích với hầu hết các ứng dụng tương quan đến điện trở nhiệt PTC tự gia nhiệt .
Các kiểu mẫu lý tưởng của một điện trở nhiệt PTC được xem là cần có các điều kiện kèm theo như sau :
Điện trở của thiết bị là cân đối với điện trở cực tiểu tại toàn bộ các nhiệt độ dưới nhiệt độ chuyển tiếp

• Điện trở của thiết bị là vô cùng ở tất cả các nhiệt độ trên nhiệt độ chuyển tiếp
• Hằng số hấp thụ/tiêu tán không thay đổi trong khoảng nhiệt độ quan tâm.
• Sự phụ thuộc điện áp của thiết bị được bỏ qua.

Tương tự như các thiết bị NTC, đặc tính dòng – áp ở trạng thái không thay đổi của thiết bị PTC hoàn toàn có thể bị tác động ảnh hưởng bởi những biến hóa của môi trường tự nhiên xung quanh, bức xạ, thông số hấp thụ / tiêu tán và các thông số kỹ thuật điện trong mạch .

3.2 Nhiệt điện trở NTC

Tương tự PTC, NTC cũng có những đặc thù quan trọng về nhiệt và điện .

3.2.1 Thuộc tính nhiệt

Khi một điện trở nhiệt NTC được liên kết trong một mạch điện, dòng điện hấp thụ / tiêután khi nhiệt và nhiệt độ thiết bị điện trở nhiệt tăng lên trên nhiệt độ môi trường tự nhiên xungquanh .

Khoảng năng lượng được cung cấp phải bằng khoảng năng lượng bị mất đicộng với khoảng năng lượng được hấp thụ (khả năng lưu trữ năng lượng của thiết bị).

1. Khoảng năng lượng nhiệt được cung cấp cho điện trở nhiệt trong một mạch điện bằngvới lượng năng lượng hấp thụ/tiêu tán trong các điện trở nhiệt.
2. Khoảng năng lượng nhiệt bị mất từ điện trở nhiệt đến môi trường xung quanh là tỉ lệthuận với sự gia tăng nhiệt độ trong điện trở nhiệt đó.
3. Trong đó: δ: hằng số hấp thụ/tiêu tán. Hằng số này không phải là một hằng đúng nghĩa và được đo trong điều kiện cân bằng.
4. Khoảng năng lượng nhiệt được hấp thụ bởi điện trở nhiệt làm tăng một lượng cụ thể về nhiệt, Trong đó:
5. s: nhiệt riêng
6. m: khối lượng của điện trở nhiệt
7. c: nhiệt dung, phụ thuộc vào vật liệu và cấu tạo điện trở nhiệt

Vì vậy, phương trình truyền nhiệt cho một điện trở nhiệt NTC tại thời gian bất kể sau khidòng điện được áp vào mạch được bộc lộ như sau :

1. Kiểm tra trạng thái điện trở nhiệt trong điều kiện ổn định và tạm thời. Các phép giải của phương trình (5) khi dòng điện không đổi là:
2. Phương trình (6) cho thấy rằng khi một lượng điện đáng kể hấp thụ/tiêu tán trong một điện trở nhiệt, nhiệt độ của nó sẽ tăng lên trên nhiệt độ môi trường như một hàm thời gian. Các điều kiện tạm thời ở chế độ “mở”, và tất cả các ứng dụng đều dựa trên đặc tính dòng – thời gian vốn phụ thuộc vào phương trình (6)

Một điều kiện kèm theo của trạng thái cân đối đạt được khi dT / dt = 0 trong phương trình ( 5 ) hoặc khi t >> C / d trong phương trình ( 6 ). Trong điều kiện kèm theo ở trạng thái không thay đổi, khoảng chừng nhiệt bị mất bằng với lượng điện phân phối cho điện trở nhiệt. Do đó :
δ ( T – TA ) = δ ∆ T = P = ET * IT ( 7 )
Trong đó :

• ET: Trạng thái ổn định hay trạng thái tĩnh của điện áp điệnt rở nhiệt
• IT: dòng ở trạng thái ổn định
• Đặc tính volt – ampe được định ra từ phương trình (7). Khi dòng điện giảm trong điện trở nhiệt đến một lượng nhiệt tự gia nhiệt được xem là không đáng kể thì phương trình truyền nhiệt có thể được viết lại như sau:
• Như vậy đến nay, tất cả các cuộc thảo luận về các thuộc tính của điện trở nhiệt NTC đều dựa trên cấu trúc thiết bị đơn giản với một thời gian duy nhất không thay đổi.

3.2.2 Thuộc tính điện

Gồm 3 đặc tính quan trọng :

• Dòng – thời gian

Trong vài phân tích về tính chất nhiệt của NTC, người ta quan sát thấy rằng sự tự gianhiệt của điện trở nhiệt là một hàm về thời gian.Một điều kiện nhất thời tồn tại trong mạch điện trở nhiệt từ thời điêm mà tại đó, lần đầu
tiên điện được áp vào từ 1 nguồi Thevenin (t = 0), cho tới thời điểm đạt trạng thái cânbằng (t >> τ). Nhìn chung, sự kích thích được coi là một hàm giai đoạn trong điện áp thông qua một nguồn tương đương Thevenin.

Trong suốt thời hạn này, dòng sẽ tăng từ một giá trị khởi đầu đến một giá trị sau cuối và sự biến hóa dòng này là một hàm thời hạn được gọi là đặc tính “ Dòng – Thời gian ”. Đặc tính này không đơn thuần là một mối quan hệ theo cấp số mũ. Khoảng biến hóa dòng khởi đầu sẽ thấp vì điện trở của điện trở nhiệt cao và điện trở nguồn thêm vào. Ki thiết bị khởi đầu từ gia niệt, điện trở sẽ giảm nhanh gọn và khoảng chừng biến hóa đổi khác dòng sẽ tăng lên. Cuối cùng, khi thiết bị đạt đến trạng thái cân đối, khoảng chừng biến hóa dòng sẽ giảm khi dòng chạm đến giá trị ở đầu cuối .
Các yếu tố ảnh hưởng tác động đến đặc tính dòng – thời hạn là nhiệt dung của thiết bị ( c ), hằngsố hấp thụ / tiêu tán của thiết bị ( d ), nguồn điện áp, nguồn điện trở và điện trở của thiết bịở nhiệt độ môi trường tự nhiên. Giá trị khởi đầu và hiện tại của dòng và thời hạn thiết yếu để đạt được giá trị dòng sau cuối hoàn toàn có thể được đổi khác khi cân đối bằng cách phong cách thiết kế mạch thích hợp .
Đặc tính dòng – thời hạn được sử dụng trong các ứng dụng : trì hoãn thời hạn, ngăn cản sự tăng vọt của dòng hay điện áp, bảo vệ dây tóc, bảo vệ sự quá tải và chuyển mạch liên tục .

• Dòng – điện áp

Một khi điện trở nhiệt tự gia nhiệt đạt đến trạng thái cân đối, vận tốc mất nhiệt của thiếtbị sẽ cân băng với điện được phân phối. Nó được bộc lộ bằng toán học dưới dạng phương trình :
δ ( T – TA ) = δ ∆ T = P = ET * IT

Nếu hằng số hấp thụ/tiêu tán thay đổi không đáng kể trong môi trường xác định và tậphợp các điều kiện, và xuất hiện đặc tính nhiệt – điện trở, phương trình trên có thể đượcgiải quyết cho đặc tính dòng – điện áp ổn định. Đặc tính này có thể được vẽ tên toạ độ hàm log – log nơi các đường điện trở không đổi có độ dốc +1 và các đường dòng điện có độ dốc -1 (như trong hình 5). Đối với một số ứng dụng, nó thuận tiện hơn để vẽ đặc
tính dòng – điệp áp trên toạ độ tuyến tính (như hình 6).

Khi lượng điện hấp thụ/tiêu tán trong điện trở nhiệt không đáng kể, đặc tính dòng – điện áp sẽ tiếp tuyến với một đường điện trở không đổi bằng với điện trở dòng zero của thiết bị ở nhiệt độ môi trường quy định.
Có nhiều ứng dụng dựa trên đặc tính dòng – điện áp tĩnh này. Những ứng dụng này có thể được phân loại lại theo kiểu kích thích được sử dụng đế thay đổi đặc tính dòng – điện áp.

• Điện trở – nhiệt độ

Có nhiều ứng dụng dựa trên đặc tính điện trở – nhiệt độ và cúng hoàn toàn có thể được phân thành các nhóm chung của nhiệt kế điện trở, sự điều khiển và tinh chỉnh nhiệt độ hay hiệu chỉnh nhiệt độ. Trong các cuộc tranh luận trước đây về đặc tính dòng – thời hạn và dòng – điện táp, các thiết bị được kiểm tra về việc quản lý và vận hành ở chính sách tự gia nhiệt ( gia nhiệt lên trên nhiệt độ môi trường tự nhiên bằng dòng điện bị hấp thụ / tiêu tán trong điện trở nhiệt ). Đối với hầu hết các ứng dụng dựa trên đặc tính điện trở – nhiệt độ, công dụng tự gia nhiệt là không mong ước và một thử nghiệm thao tác với một dòng điện gần zero .

4. Phương pháp xản xuất

Các sáng tạo lúc bấy giờ tương quan một chiêu thức sản xuất vật tư nhiệt điện trở nhiệtđộ cao có đặc thù nhiệt điện trở không thay đổi và một nhiệt điện trở nhiệt độ cao. Theo giải pháp này, các vật tư điện trở nhiệt thu được bằng cách trộn bột ( MnCr ) O 4 spinel và bột Y2O3 và bắn bột trộn ở nhiệt độ từ 1400 – 17000C, để tạo ra các thành phần của hỗn hợp phản ứng với nhau. Một giải pháp sản xuất vật tư nhiệt điện trở nhiệt độ cao, gồm có các bước :
· Trộn bột ( MnCr ) O4 spinel bột và Y2O3 để tạo thành một loại bột hỗn hợp, và bắn bột hỗn hợp ở nhiệt độ từ 1400 – 17000C. Phản ứng thành phần của bột trộn với nhau và tạo ra ( MnxCry ) O4 spinel và Y ( CrMn ) O3 Perovskite, trong đó 0 < x, y ≤ 2, và x + y = 3 . · Một chiêu thức theo nhu yếu 1, trong đó nồng độ của bột Y2O3 là 10 – 90 % mol so với số lượng tổng số của các bột ( MnCr ) O 4 spinel và bột Y2O3 trong hỗn hợp bột. Một giải pháp theo nhu yếu 1, trong đó tỷ suất mol của Mn : Cr trong ( MnCr ) O 4 bột spinel là 0.11 – 9 . · ( MnCr ) O4 là một vật tư nhiệt điện trở nhiệt độ cao và có điện trở suất cao và nhiệt độ cao thông số kháng. Mặt khác, YCrO3 là một loại vật tư nhiệt điện trở tương tự như và có điện trở suất thấp và nhiệt độ thấp thông số kháng. Do đó, nhiệt độ cao, nhiệt điện trở hoàn toàn có thể được cấp một điện trở suất mong ước và tương thích với nhiệt độ có thông số kháng bằng cách biến hóa tương thích tỷ suất trộn lẫn của ( MnCr ) O4 và YCrO3. Các vật tư nhiệt điện trở nhiệt độ cao có một loạt các đặc tính nhiệt điện trở không thay đổi . · Tuy nhiên, có 1 số ít yếu tố, như sau, trong các vật tư nhiệt điện trở trước. tính thuận tiện của một loại vật tư nhiệt điện trở trở thành hoàn toàn có thể do thống nhất phân tán ( MnCr ) O4 hạt và YCrO3 hạt trong vật tư. Như đã đề cập ở trên, chính bới cả hai ( MnCr ) O4 có điện trở suất tốt hơn và nhiệt độ tốt hơn thông số của sức đề kháng và YCrO3 có điện trở suất tồi tệ hơn và nhiệt độ tồi tệ hơn thông số của điện trở được thống nhất hỗn hợp và phân tán với nhau trong suốt các vật tư nhiệt điện trở, điện trở suất và nhiệt độ thông số kháng của vật tư nhiệt điện trở là giống hệt trong các vật tư nhiệt điện trở . · Để đẩy nhanh phản ứng của ( MnxCry ) O4 spinel và Y ( CrMn ) O3 Perovskite, nhiệt độ tốt nhất khoảng chừng 1400 đến khoảng chừng 17000C . · Khi nhiệt độ nung thấp hơn 14000C., lực link giữa chúng hoàn toàn có thể là không đủ. Khi nhiệt độ nung ở trên là hơn 17000C., một sự tăng trưởng không bình thường của các hạt hoàn toàn có thể được thực thi trong quy trình phản ứng .

·Hơn nữa, khi thực hiện bắn, nó có thể sử dụng thêm phụ bắn như SiO 2 năm 1650. CaO
và CaSiO3, đó là chất lỏng ở trạng thái trong một phạm vi nhiệt độ khoảng 1500 0C Bằng cách sử dụng các firing auxiliaries, nó rất dễ dàng để kiểm soát nhiệt độ nung hoặc thiêu kết đến trong một phạm vi là 15000C đến 16000C. Hơn nữa, điều này làm cho khối lượng vật liệu cách điện phải được tăng lên trong vật liệu nhiệt điện trở nhiệt độ cao, mà cho phép các giá trị điện trở được điều chỉnh nhẹ.

· Sau khi nung, đó là mong ước để các vật tư nhiệt điện trở tuổi nhiệt độ cao trong khoảng chừng từ khoảng chừng 30 đến 50 giờ ở một khoanh vùng phạm vi nhiệt độ mong ước như thể 1000 12000C. ( MnCr ) O4 là một hợp chất hóa học có cấu trúc tinh thể của các loại spinel, ví dụ, một công thức thành phần của Mn 1 Cr0. 5 1 0.5 O4 hoặc Mn1Cr 0.5 + x 10.5 – O4 và các loại tương tự như ( nếu 0 < x < 1.5 ) . · Phương pháp sản xuất của các sáng tạo hiện tại được diễn đạt ở sau. Để có được một loại vật tư nhiệt điện trở gồm có ( MnxCry ) O4 spinel và Y ( CrMn ) O3 Perovskite, ý tưởng hiện tại hoàn toàn có thể sử dụng ( MnCr ) O4 spinel bột và Y2O3 bột như việc mở màn từ nguyên vật liệu thô. Bằng cách trộn và nung cả hai loại bột, một số ít các nguyên tử Mn và Cr nguyên tử ( Mn và Cr ion ) trong spinel MnCr O4 vận động và di chuyển vào gần Y2O3 và sau đó phản ứng với Y2O3. Qua đó, Y ( CrMn ) O3 Perovskite được hình thành trong hỗn hợp được nung Quá trình này hoàn toàn có thể tạo ra một lực link can đảm và mạnh mẽ giữa ( Mn xCry ) O4 spinel và Y ( Cr. Mn ) O 3 Perovskite mà không nhận ra trong thẩm mỹ và nghệ thuật trước. Điều này được cho phép phân tán lực lượng link thống nhất ( MnxCr y ) O4 spinel và Y ( CrMn ) O3 Perovskite. Bởi vì các vật tư nhiệt điện trở cao của sáng tạo lúc bấy giờ là nhất thiết là một hỗn hợp đồng nhất của cả hai ( Mn x. Cr y ) O 4 spinel và Y ( Cr. Mn ) O 3 Perovskite, các nhiệt điện trở sử dụng vật tư này có các đặc thù nhiệt điện trở không thay đổi . · Như đã nêu ở trên, các sáng tạo lúc bấy giờ cung ứng vật tư nhiệt điện trở nhiệt độ cao và giải pháp sản xuất hiện. Tốt hơn khi nồng độ của Y 2 bột 3 O là trong khoanh vùng phạm vi 10-90 % mole so với tổng lượng ( Mn. Cr ) O 4 spinel bột và Y 2 O 3 bột trong bột hỗn hợp. Hỗn hợp của ( MnCr ) O 4 bột spinel và Y2O3 trong khoanh vùng phạm vi trên là năng lực phân phối vật tư nhiệt điện trở không thay đổi. Khi số lượng ngày càng tăng của bột Y2O3 là ít hơn 10 mole % và hơn 90 % mole, các giá trị điện trở của vật tư nhiệt điện trở trước và sau khi bắn được biến hóa đáng kể, và các nhiệt điện trở được làm từ một loại vật tư như vậy không hề được thực được sử dụng .

·Hơn nữa, khi số lượng tăng thêm của Y 2 O 3 là hơn 90 mol%, các thuộc tính kết dính của vật liệu nhiệt điện trở là trở nên tồi tệ, dẫn đến phản ứng giữa (Mn xCry)O4 spinel và Y(CrMn )O3 Perovskite là không đủ. Hơn nữa, các tính chất nhiệt điện trở của (MnxCry)O4 spinel được như vậy là điện trở
suất là cao khoảng 240 (Ω  cm) và nhiệt độ cao hệ số cản cao khoảng 12.500 (K) tại 7500C.

· Mặt khác, các gia tài nhiệt điện trở của Y ( CrMn ) O 3 Perovskite hình thành từ Y2O3 là như vậy mà là điện trở suất thấp, khoảng chừng 0,9 ( Ω  cm ) và một điện trở có thông số nhiệt độ thấp khoảng chừng 1500 ( K ) ở 750 ° C. Do đó, nó hoàn toàn có thể đổi khác vật tư nhiệt điện trở ( như thể thu được bằng cách trộn tiếp theo bắn ) bằng cách biến hóa số lượng tăng thêm của Y2O3 .
· Hơn nữa, các thành phần được trộn lẫn trong một loạt các tỷ suất trộn lẫn như vậy mà số tiền của mỗi thành phần có trong một dãy rộng là 10 đến 90 % mole. Kết quả là, hoàn toàn có thể để có được một loại vật tư nhiệt điện trở, các gia tài nhiệt điện trở trong số đó là lựa chọn qua một loạt các resistivities và thông số nhiệt độ của kháng chiến .
· Tốt hơn khi tỷ suất mol của Cr / Mn trong bột ( MnCr ) O4 spinel là thuộc khoanh vùng phạm vi 0.11 – 9 .
· Bằng cách sử dụng ( MnCr ) O4 spinel phân phối điều kiện kèm theo tỷ suất mol trên, hoàn toàn có thể để có được một hiệu quả spinel có một tinh thể biến dạng nhỏ, trong khi vận tốc của phản ứng giữa ( MnCr ) O4 spinel và ( CrMn ) O3 Perovskite là tăng cường, từ đó không thay đổi các đặc tính của vật tư nhiệt điện trở là được .
· Khi tỷ số mol của Cr / Mn nhỏ hơn 1.1, có năng lực là một phổ cập không bình thường của mangan sẽ xảy ra. Mặt khác, khi tỷ số mol của Cr / Mn là hơn 9, có năng lực là một lực lượng link giữa các hạt là thấp do phản ứng không đủ .
· Các sáng tạo lúc bấy giờ cũng hướng đến một nhiệt điện trở nhiệt độ cao của một cấu trúc nhiều lớp gồm có một mặt phẳng gốm có chứa alumina, một lớp vật tư nhiệt điện trở nhiệt độ cao trên mặt phẳng gốm, và gồm có một gốm trên lớp nhiệt điện trở, trong đó các vật tư nhiệt điện trở cho việc kiến thiết xây dựng gồm có các lớp nhiệt điện trở ( Mn xCry ) O4 spinel và Y ( CrMn ) O3 Perovskite và thu được bằng cách trộn ( MnCr ) O4 spinel bột và Y2O3 bột và bắn hỗn hợp ở nhiệt độ 1400 đến 1700 0C. Khi nhiệt độ vật tư nhiệt điện trở cao được sản xuất theo giải pháp trên, việc tách ( MnxCr y ) O4 spinel và Y ( CrMn ) O3 Perovskite không xảy ra trong vật tư nhiệt điện trở. Qua đó, hoàn toàn có thể để ngăn ngừa sự khuếch tán của ( Mn x Cry ) O4 spinel vào chất nền và giàn trải các alumina chứa .
· Do, thermistors nhiệt độ cao của sáng tạo lúc bấy giờ hoàn toàn có thể phân phối các thuộc tính nhiệt điện trở không thay đổi theo giải pháp trên. Các sáng tạo lúc bấy giờ cũng tương quan đến một nhiệt điện trở nhiệt độ cao gồm có một ống sắt kẽm kim loại, trong đó một vật tư nhiệt điện trở nhiệt độ cao được lưu giữ, trong đó các vật tư nhiệt điện trở cho việc thiết kế xây dựng gồm có các lớp nhiệt điện trở ( MnxCr y ) O4 spinel và ( CrMn ) O3 Perovskite và thu được bằng cách trộn ( MnCr ) O4 spinel bột và Y2O3 bột và bắn hỗn hợp ở nhiệt độ 1400 đến 1700 0C, nồng độ của Y2O3 là trong khoanh vùng phạm vi 10 – 90 % nốt ruồi so với số lượng tổng số của các ( MnCr ) O4 bột spinel và Y2O3 trong bột bột hỗn hợp, Điều này liệu nhiệt điện trở nhiệt độ cao được sản xuất theo chiêu thức trên. Qua đó, tách ( MnxCry ) O4 spinel và Y ( CrMn ) O3 Perovskite không xảy ra trong vật tư nhiệt điện trở .
· Vì vậy, các giải pháp trên hoàn toàn có thể phân phối các thermistors nhiệt độ cao có tính nhiệt điện trở không thay đổi .

·Đối với những sáng chế hiện nay, nhiệt điện trở nhiệt độ cao có thể được gắn vào một ống kim loại. Trong trường hợp này, các vật liệu nhiệt điện trở là ngăn không được trực tiếp tiếp xúc với oxy hóa giảm bầu không khí hoặc ngọn lửa, mà nếu không làm cho vật liệu nhiệt điện trở được nhiệt xuống cấp.
Vì vậy, các phương pháp trên cụ thể cải thiện tuổi thọ của các phần tử nhiệt điện trở.

5. Ứng dụng

5.1 Ứng dụng của PTC

Dùng để bảo vệ động cơ điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch hay quá tải hoặc là điều khiển và tinh chỉnh mức độ nhiệt … Có thể được sử dụng để làm thiết bị số lượng giới hạn dòng giúp bảo vệ mạch điện, hoàn toàn có thể thay thế sửa chữa cho cầu chì. Dòng đi qua trong thiết bị gây ra một lượng nhỏ nhiệt điện trở. Nếu dòng đủ lớn để sinh ra nhiều nhiệt hơn so với nhiệt thiết bị mất ra môi trường tự nhiên xung quanh, thiết bị nóng lên làm điện trở tăng lên, và thế cho nên sinh ra nhiều nhiệt hơn. Điều này tạo ra một hiệu ứng tự tăng thêm dẫn đến điện trở tăng theo, giảm dòng và điện áp phân phối cho thiết bị .
PTC còn được sử dụng làm thời kế trong mạch cuộn khử từ cho hầu hết các màn hình hiển thị CRT và TV .

5.2 Ứng dụng của NTC

· Khi thao tác với dòng điện bé, NTC được dùng làm thiết bị đo nhiệt độ
· Khi thao tác với dòng điện lớn, NTC dùng để đo mức chất lỏng NTC hoàn toàn có thể được dùng để làm thiết bị số lượng giới hạn dòng xâm nhập trong mạch phân phối điện. Những điện trở nhiệt này thường lớn hơn nhiều so với điện trở nhiệt loại dùng để thống kê giám sát, và được phong cách thiết kế riêng cho ứng dụng này .

·NTC cũng thường được dùng trong các ứng dụng về tự động. Ví dụ, chúng theo dõi nhiệt độ làm mát, hay nhiệt độ dầu bên trong động cơ và dữ liệu cung cấp cho ECU, và gián tiếp đến bảng điều khiển.
NTC cũng có thể được dùng để theo dõi nhiệt độ của các lò ấp.

· NTC cũng thường được sử dụng trong các nhiệt kế kỹ thuật số văn minh, và để theo dõi nhiệt độ của pin khi đang sạc .

5.3 Một số hình ảnh

Cảm biến nhiệt điện trở

Dây điện trở

Source: https://suachuatulanh.edu.vn
Category : Tư Vấn Hỗ Trợ