Termistor je pomerne lacným a aj efektívnym spôsobom použitia senzora pre merania teploty za predpokladu, že nehľadáte príliš vysokú presnosť. Jedná sa  v podstate rezistor, ktorého hodnota sa mení v závislosti od teploty. Tento efekt objavil Michael Faraday v roku 1893, hoci prvé použiteľné komerčné komponenty uzreli svetlo sveta až o sto rokov neskôr. Faraday pozoroval tento efekt v sulfide striebra, avšak moderné termistory sú zvyčajne vyrobené z keramických alebo polymérnych materiálov.

Najbežnejšie typy majú záporný teplotný koeficient a sú označované ako NTC, čo znamená, že ich odpor klesá s rastúcou teplotou. Najväčšou nevýhodou termistorov v porovnaní s drahším odporovým detektorom teploty (RTD) je skutočnosť, že ich teplotná odporová charakteristika nie je lineárna.

OBRÁZOK 1. Odpor typického 10K NTC termistora sa pohybuje od 150 K pri -25 °C do niekoľkých stoviek ohmov pri 125 °C, hoci krivka nie je ani zďaleka lineárna. V skutočnosti ide o záporný exponenciálny vzťah. Preto musíme použiť určitú formu linearizácie.

Termistor Vishay NTCALUG39A103G s menovitým odporom 10 kΩ

Na obrázku 1 je znázornený vzťah medzi teplotou a odporom typického termistora. Ide o model Vishay NTCALUG39A103G s menovitým odporom 10 kΩ. Je osadený do hliníkového oka vhodného na montáž napríklad na chladič. V technickom liste je uvedený menovitý odpor, ktorý sa meria pri menovitej teplote (zvyčajne 25 °C) spolu s údajom pre Beta (b) 3,984 Kelvina. Tieto údaje spoločne opisujú vzťah medzi odporom a teplotou prostredníctvom nepríjemnej exponenciálnej funkcie uvedenej nižšie.

R_T = R₀ e^{β(1/T - 1/T₀)}

V tejto rovnici je odpor R_T pri akejkoľvek danej teplote T, R₀ je vyššie uvedený menovitý odpor a T₀ je teplota, pri ktorej sa meria menovitý odpor. Všimnite si, že všetky teploty sú v Kelvinoch, takže ak chcete použiť túto rovnicu, musíte k teplotám v Celziových stupňoch pripočítať 273. Teplotu z ºC na K a naopak si môžete prekonvertovať nižšie.

Ak chcete postupovať opačne a vypočítať teplotu vzhľadom na odpor, pomôže vám zavedenie ďalšej premennej R∞. Ide o odpor pri T = ∞, čo prakticky nedáva zmysel, ale redukuje vyššie uvedenú rovnicu na:

R_∞ = R₀ e^-β/T₀

Pre náš termistor je to 15,6 × 10^-3Ω. Toto teraz môžeme použiť na výpočet teploty vzhľadom na odpor nášho termistora:

T = β / ln ( R_∞ / R_T )

V praxi pravdepodobne prevediete odpor termistora na napätie pomocou deliča napätia, ako je znázornené na obrázku 2. Umiestnením NTC termistora do hornej časti deliča získame napätie, ktoré sa zvyšuje s teplotou, ako je znázornené na obrázku 3. Použili sme sériový rezistor s výkonom 10 kΩ a zdroj 10,0 V. Obrázok ukazuje, že výstupné napätie má profil v tvare písmena S okolo červenej prerušovanej lineárnej priamky najlepšej zhody.

OBRÁZOK 2. Typická aplikácia využíva termistor v deliči napätia. Umiestnením termistora do hornej polohy sa dosiahne napätie, ktoré sa zvyšuje s teplotou.

OBRÁZOK 3. Plná čierna krivka znázorňuje výstup deliča napätia z obrázka 2 a bodkovaná červená krivka je priamka najlepšej zhody. Výstupné napätie sleduje a krivku v tvare písmena S s výraznou odchýlkou od ideálnej lineárnej závislosti napätia od teploty. Všimnite si, že pri strednej hodnote (približne 45 °C) je chyba obzvlášť vysoká.

Ak by sme chceli len zistiť stav prehriatia chladiča, stačilo by to. Použili by sme len komparátor na detekciu nárastu napätia nad vopred stanovenú hranicu.  Ak by sme chceli zistiť skutočnú teplotu, budeme musieť túto krivku linearizovať. Mohli by sme to urobiť napríklad digitalizáciou napätia a jeho následnou linearizáciou vo firmvéri buď pomocou vyhľadávacej tabuľky, alebo kusovou lineárnou aproximáciou. Ak však chceme zostať v analógovom svete, môžeme zlepšiť linearitu napätia vzhľadom na teplotu pridaním jedného rezistora paralelne s termistorom, ako je znázornené na obrázku 4.

OBRÁZOK 4. Pridanie rezistora paralelne s termistorom zlepšuje linearitu napätia a teploty. Hodnotu Rp sme zvolili tak, aby bola podobná odporu termistora pri 45 °C, aby sme maximalizovali linearitu v celom rozsahu teplôt.

Ak zvolíte paralelný rezistor R_p tak, aby sa jeho hodnota približne rovnala hodnote termistora v strede záujmového rozsahu, získate približnú lineárnu závislosť medzi napätím a teplotou, ako je znázornené na obrázku 5. V naľom prípade zvolíme hodnotu R_p 4,3 kΩ, čo je približne hodnota termistora pri teplote 45 °C. Teraz môžete vidieť, že krivka sa oveľa oveľa lepšie približuje červenej prerušovanej lineárnej priamke najlepšej zhody. Bingo!

OBRÁZOK 5. Pridanie paralelného rezistora výrazne zlepšuje linearitu. Toto zlepšenie ide na úkor dynamického rozsahu signálu, ktorý je teraz len asi 3 V v porovnaní s 9 V, ktoré sme videli na obrázku 3.

Samozrejme, toto zlepšenie linearity je samozrejme na úkor nutného zníženia dynamického rozsahu. Ašak dynamický rozsah a linearitu môžete pomerne úspešne optimalizovať starostlivým nastavením sériových a paralelných rezistorov. Lepšie výsledky dosiahnete aj vtedy, ak vás bude zaujímať len úzky rozsah teplôt. Tak ako všetko v elektronike, aj tu ide o kompromisy a riešenia.

Referencie:

„Termistor.“ Wikipedia

NTCALUG03A / LUG39A Mini Lug séria Vishay

„Thermistor App Notes“ Siemens Matsushita Components

Ceny u distribútorov a skladové zásoby

Skontrolujte skladové zásoby a ceny NTCALUG39A103G u distribútorov pomocou nižšie uvedených výsledkov. Pomocou tlačidiel „Kúpiť“ navštívte priamo stránku distribútora s dielmi.

---

---

---