Termistör Nedir,  Ne İşe Yarar? Çeşitleri, Kullanım Alanları

Termistör nedir: Termistör ısınınca direnci değişen elektronik devre elemanıdır. Birçok maddenin elektriksel direnci sıcaklıkla değişmektedir. Sıcaklığa karşı hassas olan maddeler kullanılarak sıcaklık kontrolü ve sıcaklık ölçümü yapılır. Eğer bir sensörün ısı etkisiyle iç direnci değişiyorsa bu sensöre termistör denir.

Sıcaklık ile direnci değişen elektronik malzemelere;

term (sıcaklık), rezistör (direnç), kelimelerinin birleşimi olan termistör (terminstans)’dir.

 

Termistör Yapısı

Termistörün yapısı, termistör yarı iletken malzemeden yapılır. Termistör yapımında çoğunlukla oksitlenmiş manganez, nikel, bakır veya kobaltın karışımı kullanılır. Disk, çubuk, boncuk şeklinde olabilirler. Termistörler, bir çeşit direnç ve sensördür. En önemli özelliği ise ısı etkisi ile direncinin değişmesidir. Sabit değerli direnç olmayıp değişken değerli dirençlidir. 

Termistör Sembolü

Termistörler, ısı sensörleri, kendiliğinden sıfırlamalı aşırı akım koruyucularında kullanılır. Ayrıca kendiliğinden ayarlamalı ısıtma elementlerinde de kullanılır. Termistörler, termorezistiflerden (RTD) farklıdır. Termistörlerde polimer yada seramik malzemeler, RTD’ lerde ise saf metal kullanılır. Bunların sıcaklık tepkileri de farklıdır. RTD’ ler aşırı sıcak ortamlarda kullanılabilir. Termistörler sadece sınırlı sıcaklık değerlerine erişir, bu da normalde −90°C ile 130°C arasındadır.

Termistör de Sıcaklık İle Direnç Arasındaki İlişki

Termistör de sıcaklık ile direnç arasındaki ilişkinin birinci mertebeden yaklaşık olarak doğrusal olduğu varsayıldığında:

ΔR = k x ΔT olur.

Burada

• ΔR = dirençteki değişim
• ΔT = sıcaklıktaki değişim
• k = direncin birinci mertebeden sıcaklık katsayısı

Termistörler, işaretine bağlı olarak ikiye ayrılır. Eğer pozitif sayı (+) ise, sıcaklık arttıkça dirençte artar ve bu tür aletlere pozitif ısıl katsayılı (PTC) termistör veya pozistör adı verilir. Eğer negatif sayı (-) ise, sıcaklık arttıkça direnç azalır ve bu tür aletlere negatif ısıl katsayılı (NTC) termistör adı verilir. Dirençlerin  katsayısı mümkün olduğu kadar sıfıra yakın olacak biçimde imal edilir. Bundan dolayı, termistör değildir. Bu yüzden dirençleri, tüm sıcaklık değerlerinde hemen hemen sabit kalır.

Bazen k sıcaklık katsayısı yerine,  ^αT (alfa alt T) direnç sıcaklık katsayısı terimi kullanılır. Bunun açıklaması şu şekildedir:

^αT = 1 /R(T) dR /dT

Burada ^αT katsayısı, aşağıdaki a parametresi ile karıştırılmamalıdır.

Termistör de Steinhart–Hart Denklemi

1 / T = a+b In (R) + c In³ (R)

Yukarıdaki anlatılan doğrusal yaklaşım sadece belli sıcaklık aralıklarında çalışır. Tam sıcaklık ölçümleri için, cihazın direnç/sıcaklık eğrisi ayrıntılı olarak çıkartılmalıdır. Steinhart–Hart denklemi, üçüncü mertebeden yaklaşımı;

1 / T = a+b In (R) + c In³ (R)

Burada a, b ve c, Steinhart–Hart parametreleri olarak ad verilir ve her bir alet için belirlenmelidirler.

T, kelvin biriminden sıcaklık değeri;

R, ohm olarak dirençtir.

Direnci bir sıcaklık fonksiyonu olarak ifade etmek için yukarıdaki denklem;

Steinhart–Hart denklemindeki hata, 200 °C üzerindeki ölçümlerde genel olarak 0,02 °C’den daha küçüktür. Örnek olarak, (25 °C = 298,15 K) oda sıcaklığında, 3000 Ω dirençli bir termistördeki parametrelerin değerleri;

Termistör Çeşitleri

Termistör çeşitleri sıcaklık sabitine göre ikiye ayrılır.

• Pozitif sıcaklık sabitine sahip dirençler (PTC)
• Negatif sıcaklık sabitine sahip dirençler (NTC)

PTC Direnç

PTC termistör İngilizce “Positive Temperature Coefficient” ifadesinin baş harflerinden oluşur. Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci artan devre elemanıdır.

PTC’ ler – 60 ºC ile +150 ºC arasındaki sıcaklıklar da kararlı bir şekilde çalışır. 0.1 ºC’ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektrik motorlarını fazla ısınmaya karşı korumak için tasarlanan devrelerde kullanılır. Ayrıca ısı seviyesini belirli bir değer aralığında tutulması gereken tüm işlemlerde kullanılabilir. PTC’ yi ohm metreye bağladığınızda ilk olarak oda sıcaklığında PTC’ nin üzerinde yazılı değeri okumanız gerekiyor. Daha sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığınızda direnci yükseliyor ise PTC sağlamdır. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyor ise PTC arızalıdır. Çoğu PTC termistör anahtarlamalıdır.

Farklı kullanım alanları vardır. Röleye paralel bağlanan PTC direnç rölenin, gecikmeli çekmesini sağlar. Floresan lambalardaki starterin yerine PTC direnç kullanılabilir.

NTC Direnç

NTC termistör İngilizce “Negative Temperature Coefficient” ifadesinin baş harflerinde oluşur.

Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci azalan devre elemanıdır. NTC’ ler -300 ºC ile +50 ºC arasındaki sıcaklıklar da kararlı bir şekilde çalışırlar. 0.1 ºC’ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. PTC’ lere göre kullanım alanları daha fazladır.

Çoğu NTC termistörler, bir baskılı diskten veya metal oksit pişirilmesi gibi dökme çipten ima edilir. Yarı iletkenin sıcaklığı arttığında, elektrik yükünü taşıyan elektronların sayısı da artar. Bir malzemede ne kadar fazla yük olursa, elektrik akımını o denli iletir.

Bu aşağıdaki şu formülle açıklanır:

I = n x A x v x e

• I = elektrik akımı (amper)
• n = taşınan yük yoğunluğu (miktar/m³)
• A = malzemenin kesit alanı (m²)
• v = taşınan yük hızı (m/s)
• e = bir elektronun yükü (e=1,602 x 10-¹⁹ coulomb)

Akım, ampermetre ile ölçülür. Sıcaklıktaki aşırı değişimlerde ayar gereklidir. Sıcaklıktaki küçük değişimlerde, eğer doğru yarı iletken kullanılmışsa, malzeme direnci sıcaklıkla doğru orantılıdır.

Çok farklı yarı iletken termistörler vardır:

Bunlar yaklaşık 0,01 kelvin ile 2.000 kelvin (−273,14 °C ile 1.700 °C) arasındadır.

Negatif sıcaklık sabitine sahip NTC dirençler; sıcaklıkla ters orantılı olarak direnç değeri değişen termistörlerdir. NTC dirençler, ısındığında direnç değerleri düşer.

(a) da bir NTC termistöre ait karakteristik eğrileri verilmiştir.

Yukarıda NTC termistör kareskteristik eğrileri verilmiştir. Buna göre;

• 40°C’ ye kadar ısıtılan bir ortamda termistör direncindeki değişim
• Farklı sıcaklıklardaki Akım-gerilim (I,V) bağıntısı

NTC’ nin Sağlamlk Kontrolü

NTC’ nin direnç değerini ölçmek için  ohmmetreye bağlanır. ilk olarak oda sıcaklığında NTC’ nin üzerinde yazılı değeri okunur. Daha sonra çakmak veya mum ile ısıtıldığında direnci azalırsa NTC sağlamdır. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyorsa NTC arızalıdır.

Kullanım Alanları 

NTC termistörlerin çok farklı kullanım alanları vardır.

• Elektronik termometrelerde.
• Arabaların radyatörlerin de.
• Amplifikatörlerin çıkış güç katlarında,
• Isı denetimli havyalarda.
• Su deposunda.
• Motor ve trafo da kullanılır.

NTC direnç motora seri bağlandığında, ilk önce küçük akım çeker ve motorun güvenli yol almasını sağlar. Röleye seri bağlanan ntc direnç röleyi gecikmeli olarak çalıştırır.

Termistör Rölesi