استفاده از ترمیستور برای اندازه گیری دما

استفاده از ترمیستور برای اندازه گیری دما:
از ترمیستورها می توان برای اندازه گیری دما نیز استفاده کرد. همان طور که می دانیم، ترمیستور یک قطعه مقاومتی است و به همین دلیل، طبق قانون اهم، اگر جریانی از آن بگذرد، سبب ایجاد افت ولتاژ خواهد شد.

از آن جایی که ترمیستور یک سنسور پسیو است، هر گونه تغییر در مقاومت آن در اثر تغییر دما منجر به تغییر ولتاژ می شود.

ساده ترین راه برای استفاده از ترمیستور، به کار بردن آن به عنوان بخشی یک مدار مقسم ولتاژ است. همان طور که در شکل زیر می بینیم، یک ولتاژ ثابت به مقاومت و ترمیستور سری با آن اعمال شده و ولتاژ خروجی ترمیستور اندازه گیری می شود.

اگر برای مثال از یک ترمیستور 10 کیلواهمی با یک مقاومت سری 10 کیلواهمی استفاده کنیم، آن گاه ولتاژ خروجی در دمای پایه 25 درجه سانتی گراد برابر با نصف ولتاژ منبع خواهد بود.

وقتی مقاومت ترمیستور به دلیل تغییر دما تغییر کند، بخشی از ولتاژ منبع که روی ترمیستور قرار دارد نیز تغییر کرده و ولتاژی را تولید خواهد کرد که متناسب با کسری از مقاومت سری کل بین ترمینال های خروجی است.

مدار مقسم ولتاژ مثالی از یک مبدل مقاومت به ولتاژ است که در آن، مقاومت ترمیستور با دما تغییر می کند و در نتیجه، ولتاژ خروجی تولیدی متناسب با دما خواهد بود.

بنابراین، هرچه ترمیستور گرم تر شود، ولتاژ کمتر می شود. اگر جای مقاومت سریRSرا با ترمیستورRTH تعویض کنیم، آن گاه ولتاژ خروجی در جهت مخالف تغییر خواهد کرد؛ یعنی اگر ترمیستور داغ تر شود، ولتاژ خروجی بیشتر می شود.

می توان از ترمیستورهای NTC به عنوان بخشی از یک پیکربندی اندازه گیری دمای پایه با استفاده از مدار پل شکل زیر بهره برد.

رابطه بینR1 و R2 ولتاژ مرجعVREF را در مقدار مورد نیاز تنظیم می کند. برای مثال، اگر هر دو مقاومتR1وR2 مقدار یکسانی داشته باشند، ولتاژ مرجع برابر با نصف ولتاژ منبع تغذیه، یعنی VS/2 خواهد بود.

وقتی دما و در نتیجه مقاومت ترمیستور تغییر کند، ولتاژ نیز از مقدار VTH به مقداری بالاتر یا پایین تر از VREF تغییر می کند و یک سیگنال خروجی مثبت یا منفی تولید خواهد کرد که به تقویت کننده متصل به آن وارد می شود.

برای آنکه حساسیت و تقویت کنندگی بالا باشد، مدار تقویت کننده که در این مدار پایه پلِ حسِ دما به کار می رود، یک تقویت کننده تفاضلی است یا برای آنکه سوئیچینگ ON/OFF انجام شود، یک مدار ساده اشمیت-تریگر (Schmitt-Trigger) خواهد بود.

مشکلی که در عبور جریان از تریستور در این شرایط وجود دارد، این است که گرمای تولیدی ناشی از هبور جریان در ترمیستور که اثر خودگرمایی نامیده می شود، ممکن است روی مقدار مقاومت ترمیستور تأثیر داشته و نتیج اشتباهی تولید کند.

بنابراین، ممکن است اگر جریان گذرنده از ترمیستور خیلی بالا باشد، توان اتلافی افزایش یافته و در نتیجه دما زیاد شود و مقاومت را کاهش دهد. این کم شدن مقاومت سبب عبور جریان بیشتری می شود و در نتیجه دما افزایش خواهد یافت که به «فرار حرارتی» یا «مهارگسیختگی گرمایی» (Thermal Runaway) معروف است.

به عبارت دیگر، می خواهیم ترمیستور در اثر دمای خارجی داغ شود و اندازه گیری ها و نتایج بر این اساس باشد، نه براساس افزایش دمای خودش.

برای حل این مشکل، مقدار مقاومت RS باید به گونه ای انتخاب شود که یک پاسخ منطقی گسترده برای محدوده وسیعی از دماها فراهم کند که در آن ها ترمیستور به خوبی مورد استفاده قرار گیرد و به طور همزمان جریان را در بالاترین دما در یک مقدار ایمن محدود کند.

یک راه برای بهبود این وضعیت و داشتن یک تبدیل دقیق تر مقاومت در برابر دما (R/T)، راه اندازی ترمیستور با یک منبع جریان ثابت است.

تغییر مقاومت را می توان با استفاده از یک جریان مستقیم کوچک و معین (اندازه گیری شده) و عبور آن از ترمیستور اندازه گیری کرد.