Wszystkie rezystory cechują się pewną zależnością od temperatury, opisaną przez ich współczynnik temperaturowy. W większości rezystorów o stałej lub zmiennej wartości współczynnik ten jest minimalny, natomiast w przypadku termistorów rezystancja zależy od temperatury w znacznie większym stopniu. Rezystancja większości metali rośnie wraz z temperaturą, jednak w przypadku termistorów jej zmiana jest ujemna, tzn. wartość rezystancji maleje ze wzrostem temperatury. Cechą charakterystyczną tych elementów jest wysoki współczynnik temperaturowy oraz fakt, iż rezystancja nie jest funkcją liniową temperatury absolutnej.
Pomiar temperatury jest jednym z najczęstszych wymogów w wielu branżach: przemyśle petrochemicznym, motoryzacji, lotnictwie, a także w elektronice użytkowej i w wielu innych. Zapotrzebowanie na termistory wzrosło szczególnie w sektorze motoryzacyjnym – głównie za sprawą takich zastosowań, jak kontrola układu napędowego, systemy bezpieczeństwa i sterowania pojazdem oraz pojazdy na paliwa alternatywne.
Termistory NTC są rezystorami o ujemnym współczynniku temperaturowym, co oznacza, że ich rezystancja maleje ze wzrostem temperatury. Ze względu na swoją dobrą stabilność i dokładność, są używane jako rezystancyjne czujniki temperatury w zastosowaniach domowych i przemysłowych, na przykład w lotnictwie i motoryzacji, a także do pomiaru temperatury w układach sterowania i kompensacji obwodów. Termistory NTC są uznawane za najbardziej efektywny sposób elektronicznego pomiaru temperatury w obszarze przemysłu stosowany w ostatnich dziesięcioleciach.
Wiele termistorów NTC jest wytwarzanych z prasowanych dysków lub odlewanych półprzewodników w rodzaju spiekanych tlenków metali. Ich działanie opiera się na zjawisku zwiększania liczby swobodnych elektronów pod wpływem temperatury, które przechodzą do pasma przewodnictwa, a zatem mogą przenosić ładunek. Typowe termistory NTC cechują się zmianą rezystancji o 2% wartości nominalnej (R25) w całym zakresie temperaturowym. Dokładna zależność jest w przybliżeniu funkcją wykładniczą, co oznacza znacznie większą zmianę rezystancji w niskich temperaturach i mniejszą w wysokich temperaturach (patrz wykres powyżej). Czujniki NTC zazwyczaj stosuje się w zakresie temperaturowym od -40°C do +150°C.
Oferta termistorów: struktura i technologia
Współczesne zastosowania elektroniczne (mierniki temperatury i czujniki nagrzewania, detektory ognia, końcówki do pomiaru mocy, układy kompensacji temperatury itp.) wymagają użycia elementów cienkowarstwowych. Tworzenie precyzyjnych termistorów zawsze było praco- i czasochłonne. Głównymi przeszkodami w uzyskaniu wysokiej produktywności są proces starzenia i brak odpowiednich technik mocowania wyprowadzeń.
Opracowane przez firmę Panasonic tanie termistory zatopione w szkle są wytwarzane z użyciem niezwykle stabilnych i precyzyjnych elementów NTC. Powstałe w ten sposób układy uzyskują wysoką niezawodność i stabilność długoterminową nawet w przypadku narażenia na trudne warunki środowiskowe lub temperaturowe. Podczas procesu wypalania, szklane komponenty zewnętrznej elektrody topią się, tworząc na skutek reakcji chemicznej silnie izolującą warstwę między warstwą ceramiczną a zewnętrzną elektrodą. Dzięki temu użytkownicy są w stanie uzyskać wysoką dokładność pomiaru temperatury – ujemny współczynnik temperaturowy rezystancji wynoszący około -5%/°C jest dziesięciokrotnie wyższy, niż w przypadku metali i około 5 razy wyższy, niż w przypadku krzemowych czujników temperatury. Ponadto równomierne wymiary i rozmieszczenie wyprowadzeń na osiach sprawiają, że układy są łatwe do automatycznego montażu.
Firma CODICO oferuje układy NTC Panasonic w obudowach o małych rozmiarach, które są odpowiednie do projektów o dużej gęstości upakowania. Układy do montażu powierzchniowego są dostępne w wymiarach 01005, 0201, 0402 i 0603. Do wyboru dostępny jest szeroki zakres współczynników temperaturowych (B) oraz rezystancji. Niezawodna wielowarstwowa struktura monolityczna i unikalna struktura elektrod pozwalają na pracę w zakresie temperaturowym od -40°C do +150°C. Układy są zgodne z normą automotive AEC-Q200.
Przykład zastosowania
Czujniki temperatury oparte na termistorach NTC stanowią podstawowy komponent ładowarek i zabezpieczeń baterii litowo-jonowych. Dostarczają one dane o temperaturze niezbędne do utrzymania baterii litowo-jonowej w optymalnych warunkach podczas ładowania.
Dokładna kontrola temperatury podczas ładowania pozwala wydłużyć żywotność baterii i uniknąć awarii. Zbyt niska temperatura baterii spowalnia ładowanie, natomiast zbyt wysoka temperatura stwarza ryzyko awarii. Baterie litowo-jonowe typowo nagrzewają się o 5°C podczas ładowania trwającego 2-3 godziny. Taki wzrost temperatury jest normalny i następuje na skutek reakcji chemicznej towarzyszącej ładowaniu. Aby uniknąć ryzyka awarii, temperatura baterii nie może jednak wzrosnąć o więcej niż 10°C w czasie ładowania.
Termistory NTC stanowią odpowiednie rozwiązanie dostarczające informację zwrotną o temperaturze do kontrolerów. Kontrolerami tymi są układy analogowo-cyfrowe, które wykorzystują czujniki temperaturowe zamocowane bezpośrednio na bateriach Li-IoN. Na podstawie otrzymanych informacji kontroler jest w stanie skompensować zbyt niską lub wysoką temperaturę baterii, czy też zbyt wysoką temperaturę otoczenia, jak również całkowicie zatrzymać ładowanie, jeśli bateria osiągnie temperaturę krytyczną. Kontroler ładowania wymaga wielu czujników temperatury zamocowanych na baterii – przynajmniej jednego do monitorowania każdego ogniwa.
Więcej informacji o wyżej przedstawionych produktach można uzyskać, kontaktując się z CODICO. Przedstawicielem handlowym firmy w Polsce jest Paweł Pajda, pawel.pajda@codico.com, tel. +48 12 417 10 83.
