ما هي خصائص الثرمستور؟

الثرمستور هو نوع من المقاومات التي تختلف مقاومتها بشكل كبير مع درجة الحرارة. كمورد للمكونات الإلكترونية، كثيرًا ما أواجه عملاء مهتمين بخصائص الثرمستورات، حيث تحدد هذه الخصائص تطبيقاتها في الدوائر الإلكترونية المختلفة. في هذه المدونة، سوف أتعمق في الخصائص الرئيسية للثرمستورات وأناقش آثارها في الاستخدام العملي.

1. درجة الحرارة - علاقة المقاومة

الخاصية الأساسية للثرمستور هي العلاقة بين درجة الحرارة والمقاومة. هناك نوعان رئيسيان من الثرمستورات بناءً على هذه العلاقة: الثرمستورات ذات معامل درجة الحرارة السلبية (NTC) والثرمستورات ذات معامل درجة الحرارة الإيجابية (PTC).

الثرمستورات NTC

الثرمستورات NTC هي النوع الأكثر استخدامًا. وتقل مقاومتهم مع زيادة درجة الحرارة. وذلك لأنه في الثرمستور NTC، مع ارتفاع درجة الحرارة، يتم إطلاق المزيد من حاملات الشحنة (الإلكترونات أو الثقوب) في نطاق التوصيل بسبب الإثارة الحرارية. يمكن تقريب العلاقة الرياضية بين المقاومة ($R_T$) ودرجة الحرارة ($T$) لثرمستور NTC من خلال معادلة Steinhart-Hart:

$\frac{1}{T}=A + B\ln(R_T)+C(\ln(R_T))^3$

حيث $A$ و$B$ و$C$ هي معاملات Steinhart - Hart، الخاصة بكل ثرمستور ويتم تحديدها من خلال المعايرة.

تستخدم الثرمستورات NTC على نطاق واسع في تطبيقات استشعار درجة الحرارة. على سبيل المثال، في نظام المروحة الذي يتم التحكم في درجة حرارته، يستشعر الثرمستور NTC درجة الحرارة المحيطة. مع زيادة درجة الحرارة، تقل مقاومة الثرمستور NTC، مما يغير الجهد عبر دائرة مقسم الجهد. يتم بعد ذلك استخدام تغيير الجهد هذا للتحكم في سرعة المروحة.

الثرمستورات PTC

من ناحية أخرى، تتمتع الثرمستورات PTC بمقاومة تزداد مع زيادة درجة الحرارة. هناك نوعان فرعيان من الثرمستورات PTC: الثرمستورات PTC السيليكونية والثرمستورات PTC الخزفية.

تتميز الثرمستورات PTC المصنوعة من السيليكون بزيادة خطية في المقاومة مع درجة الحرارة فوق نطاق معين. غالبًا ما يتم استخدامها في قياس درجة الحرارة الدقيق وتطبيقات التعويض.

تتميز الثرمستورات PTC الخزفية، والمعروفة أيضًا باسم الثرمستورات PTC التبديلية، بزيادة حادة في المقاومة عند درجة حرارة معينة تسمى درجة حرارة كوري. تحت درجة حرارة كوري، تكون مقاومة الثرمستور PTC الخزفي منخفضة نسبيًا. بمجرد أن تتجاوز درجة الحرارة درجة حرارة كوري، تزداد المقاومة بعدة مراتب من حيث الحجم. هذه الخاصية تجعل الثرمستورات PTC الخزفية مناسبة للحماية من التيار الزائد. على سبيل المثال، في شاحن البطارية، يمكن توصيل الثرمستور السيراميكي PTC على التوالي مع البطارية. إذا تجاوز التيار مستوى آمنًا، ترتفع درجة حرارة الثرمستور PTC، وتزداد مقاومته بشكل كبير، مما يحد من تدفق التيار ويحمي البطارية من الشحن الزائد.

2. الحساسية

تشير حساسية الثرمستور إلى التغير في المقاومة لكل وحدة تغير في درجة الحرارة. إنها خاصية مهمة لأنها تحدد مدى دقة الثرمستور في قياس التغيرات في درجات الحرارة.

بالنسبة للثرمستورات NTC، تكون الحساسية عادةً أعلى عند درجات الحرارة المنخفضة. يتم تعريف الحساسية ($\alpha$) على أنها التغير الجزئي في المقاومة لكل درجة مئوية تغير في درجة الحرارة:

$\alpha=\frac{1}{R}\frac{dR}{dT}$

وتعني الحساسية الأعلى أن التغير الطفيف في درجة الحرارة سيؤدي إلى تغير كبير في المقاومة، مما يسهل اكتشاف التغيرات في درجات الحرارة. ومع ذلك، قد تكون الثرمستورات عالية الحساسية أيضًا أكثر عرضة للضوضاء وعدم الاستقرار.

3. الدقة

الدقة هي خاصية حاسمة أخرى للثرمستورات. إنه يشير إلى مدى توافق المقاومة المقاسة مع درجة الحرارة الفعلية. تتأثر دقة الثرمستور بعدة عوامل، بما في ذلك عملية التصنيع والمعايرة والظروف البيئية.

أثناء عملية التصنيع، يمكن أن تؤدي الاختلافات في تركيب المواد وبنيتها إلى اختلافات في خصائص مقاومة درجات الحرارة والمقاومة للثرمستورات. لذلك، المعايرة الصحيحة ضرورية لضمان قياس درجة الحرارة بدقة. تتضمن المعايرة قياس مقاومة الثرمستور عند عدة درجات حرارة معروفة ومن ثم استخدام نقاط البيانات هذه لتحديد معاملات ستينهارت-هارت.

يمكن أن تؤثر العوامل البيئية مثل الرطوبة والضغط والإجهاد الميكانيكي أيضًا على دقة الثرمستورات. على سبيل المثال، يمكن أن تسبب الرطوبة العالية امتصاص الرطوبة في مادة الثرمستور، مما قد يغير خصائصها الكهربائية.

4. وقت الاستجابة

زمن استجابة الثرمستور هو الوقت الذي يستغرقه الثرمستور للوصول إلى نسبة محددة (عادة 63.2%) من قيمة مقاومته النهائية عند تعرضه لتغير تدريجي في درجة الحرارة. إنها خاصية مهمة في التطبيقات التي تحتاج إلى اكتشاف التغيرات السريعة في درجات الحرارة، كما هو الحال في دوائر الحماية الحرارية.

يعتمد زمن استجابة الثرمستور على حجمه المادي وشكله والتوصيل الحراري للوسط المحيط به. بشكل عام، تتمتع الثرمستورات الأصغر بأوقات استجابة أقصر لأنها تحتوي على كتلة حرارية أقل. على سبيل المثال، تتمتع الثرمستورات المثبتة على السطح عادةً بأوقات استجابة أسرع مقارنةً بالثرمستورات الأكبر حجمًا عبر الفتحات.

5. التدفئة الذاتية

عندما يتدفق تيار عبر الثرمستور، فإنه يبدد الطاقة على شكل حرارة وفقًا للصيغة $P = I^2R$، حيث $I$ هو التيار و$R$ هي مقاومة الثرمستور. يمكن أن يؤدي هذا التسخين الذاتي إلى ارتفاع درجة حرارة الثرمستور عن درجة الحرارة المحيطة، مما يؤدي إلى خطأ في قياس درجة الحرارة.

يتميز تأثير التسخين الذاتي بثابت التبدد ($\delta$)، والذي يتم تعريفه على أنه الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة الثرمستور بمقدار 1 درجة مئوية فوق درجة الحرارة المحيطة. لتقليل تأثير التسخين الذاتي، يجب إبقاء التيار المتدفق عبر الثرمستور منخفضًا قدر الإمكان. في بعض التطبيقات، يتم استخدام مصدر تيار ثابت لضمان تيار مستقر ومنخفض من خلال الثرمستور.

التطبيقات وعروض منتجاتنا

تُستخدم الثرمستورات في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك قياس درجة الحرارة والتحكم فيها، والحماية من التيار الزائد، وتحديد تيار التدفق. باعتبارنا موردًا للمكونات الإلكترونية، فإننا نقدم مقاومات حرارية عالية الجودة ذات خصائص ممتازة. بالإضافة إلى الثرمستورات، فإننا نقدم أيضًا مجموعة متنوعة من المكونات الإلكترونية الأخرى مثلمكثف محرك التيار المتردد CBB65,مكثف بداية CD60، ومكثف بدء تشغيل محرك التيار المتردد CBB61.

إذا كنت مهتمًا بالثرمستورات الخاصة بنا أو المكونات الإلكترونية الأخرى، فنحن نرحب بك للاتصال بنا للشراء وإجراء المزيد من المناقشات. لدينا فريق محترف يمكنه تزويدك بمعلومات مفصلة عن المنتج والدعم الفني لمساعدتك في اختيار المكونات الأكثر ملاءمة لتطبيقاتك.

مراجع

• "الثرمستورات: النظرية والتصميم والتطبيقات" بقلم جون دبليو هورتون
• "الأجهزة الإلكترونية ونظرية الدوائر" بقلم روبرت إل. بويلستاد ولويس ناشلسكي
• أوراق بيانات الشركة المصنعة لمختلف الثرمستورات