تويت
الثيرمستور
الثيرمستور؛ نوع من المقاومات التي تعتمد مقاومتها على درجة الحرارة ، تُستخدم الثيرمستورات على نطاق واسع كمحددات لمرور التيار الكهربائي ، وأجهزة استشعار لدرجة الحرارة و يطلق عليها الثيرمستور سلبي المعامل الحراري (NTC) ، وعناصر تسخين ذاتية التنظيم يطلق عليها الثيرمستور إيجابي المعامل الحراري (PTC).
1-أنواعه :
تنقسم الثيرمستورات إلى نوعين أساسيين :
الثيرمستور NTC : تنخفض المقاومة فيه بارتفاع درجة الحرارة، و يستخدم NTC)) عادة كمستشعر لدرجة الحرارة ، أو على التوالي بدائرة كمحدد للتيار الداخلي الحالي.
الثيرمستور PTC : تزداد المقاومة فيه بارتفاع درجة الحرارة، و يتم تثبيته عادة على التوالي ، و يستخدم في حالات الحماية من التيار الزائد أو لإعادة ضبط الصمامات.
تختلف الثيرمستورات عن أجهزة الاستشعار الحرارية (RTDs) حيث أن المواد المستخدمة في الثيرمستور هي بشكل عام سيراميك أو بوليمر ، بينما تستخدم ((RTDs المعادن النقية. تكون الثيرمستورات على شكل حبات وقضبان وأقراص ، لكن (RTDs) تكون بأشكال وأحجام مختلفة ، و استشعار درجة الحرارة أيضا يكون مختلفاً. تكون (RTDs) مفيدة على مدى درجات حرارة أكبر ، في حين أن الثيرمستورات تحقق عادة دقة أكبر ضمن نطاق درجة حرارة محدود ، عادةً من ] −90 إلى 130 [ درجة مئوية .
2 – تاريخ الثيرمستور :
تم اكتشاف أول ثيرمستور NTC) )في عام 1833 من قبل مايكل فاراداي حيث أجرى تجارب على سلوك شبه الموصل كبريتيد الفضة. لاحظ فاراداي أن مقاومة كبريتيد الفضة انخفضت بشكل كبير مع زيادة درجة الحرارة . (كانت هذه أيضًا أول ملاحظة موثقة للمواد شبه الموصلة) . ولصعوبة إنتاج الثيرمستورات في ذلك الوقت بسبب تطبيقات التكنولوجيا المحدودة ، فإن الإنتاج التجاري للثيرمستورات لم يبدأ حتى الثلاثينيات. اخترع صموئيل روبن ثيرمستوراً قابلاً للحياة تجارياً عام 1930.
3- نماذج التوصيل :
– الثيرمستور سلبي المعامل الحراري ((NTC:
تصنع العديد من ثيرمستورات ال ((NTC من قرص مضغوط أو قضيب أو صفيحة أو قطعة أو شريحة من مادة شبه موصلة مثل أكاسيد المعادن. وهي تعمل لرفع درجة حرارة أشباه الموصلات بزيادة عدد حاملات الشحنة النشطة ، وكلما ازداد عدد الشحنات المنقولة ، زادت قدرة المادة على التوصيل . في بعض المواد مثل أكسيد الحديديك (Fe2O3) و منشط التيتانيوم (Ti) تتنشط أشباه الموصلات من النوع n وتكون حاملة للشحنة .و في المواد مثل أكسيد النيكل (NiO) مع الليثيوم ((Li doping يتم إنشاء شبه موصل من النوع p حيث الثقوب هي حاملات الشحنة .
– الثيرمستور إيجابي المعامل الحراري PTC :
تصنع معظم ثيرمستورات ( (PTC من سيراميك الكريستالات المشبعة التي تحتوي على تيتانات الباريوم (BaTiO3) و مركبات أخرى التي لها خاصية أن ترتفع مقاومتها فجأة عند درجة حرارة معينة مثل تيتانات الباريوم .
نوع آخر من الثيرمستور هو( (silistor ، و يستخدم كمادة شبه موصلة . على عكس الترانزستورات PTC الخزفية . تكون العلاقة خطية بين المقاومة و درجة الحرارة .
و يمكن استخدام ثيرمانات الباريوم تيتانات كمدافئ ذاتية التحكم. عند جهد معين ، سيرتفع السيراميك لدرجة حرارة معينة ، ولكن الطاقة المستخدمة تعتمد على فقدان الحرارة في السيراميك.
وهناك نوع آخر من الثيرمستور PTC هو البوليمر ، و يباع تحت أسماء تجارية مثل( (Polyswitch، و ((Semifuse، و((Multifuse. وهو يتكون من البلاستيك مع حبيبات الكربون . عندما يكون البلاستيك باردًا، تكون حبيبات الكربون على اتصال ببعضها البعض، مما يشكل مسارًا موصلًا عبر الجهاز. عندما يسخن البلاستيك ، فإنه يتمدد ، مما يؤدي إلى إفراغ حبيبات الكربون ، وارتفاع مقاومة الجهاز ، وبالتالي زيادة التسخين وزيادة المقاومة. مثل الثيرمستور (BaT0iO3)، وهذا الجهاز مفيد للغاية للتحكم في الحرارة أو الدارة ، وليس لقياس درجة الحرارة.
4- تطبيقات الثيرمستور :
– الثيرمستور سلبي المعامل الحراري (NTC) :
كمقياس لدرجات الحرارة المنخفضة.
كجهاز استشعار في تطبيقات السيارات لمراقبة درجات حرارة السوائل مثل سائل تبريد المحرك ،وهواء الكابينة ، والهواء الخارجي أو درجة حرارة زيت المحرك ، وتغذية القراءات النسبية للتحكم في الوحدات مثل وحدة التحكم الإلكترونية ولوحة القيادة.
كما تُستخدم الثيرمستورات بشكل شائع في أنظمة الحرارة الرقمية الحديثة ؛لرصد درجة حرارة البطارية أثناء الشحن.
يدخل في صناعة معالجة الأغذية وتجهيزها ، خاصة في أنظمة تخزين الطعام وإعداده لأن الحفاظ على درجة الحرارة الصحيحة أمر بالغ الأهمية لمنع الأمراض التي تنتقل عن طريق الأغذية
الثيرمستور إيجابي المعامل الحراري ((PTC :
كسخان في صناعة السيارات لتوفير حرارة إضافية داخل المقصورة مع محرك الديزل أو لتسخين الديزل في الظروف المناخية الباردة قبل حقن المحرك.
في دوائر حماية بطارية الليثيوم .
في محرك الشمع الذي يعمل بالكهرباء لتوفير الحرارة اللازمة لتوسيع الشمع
الثيرمستور؛ نوع من المقاومات التي تعتمد مقاومتها على درجة الحرارة ، تُستخدم الثيرمستورات على نطاق واسع كمحددات لمرور التيار الكهربائي ، وأجهزة استشعار لدرجة الحرارة و يطلق عليها الثيرمستور سلبي المعامل الحراري (NTC) ، وعناصر تسخين ذاتية التنظيم يطلق عليها الثيرمستور إيجابي المعامل الحراري (PTC).
1-أنواعه :
تنقسم الثيرمستورات إلى نوعين أساسيين :
الثيرمستور NTC : تنخفض المقاومة فيه بارتفاع درجة الحرارة، و يستخدم NTC)) عادة كمستشعر لدرجة الحرارة ، أو على التوالي بدائرة كمحدد للتيار الداخلي الحالي.
الثيرمستور PTC : تزداد المقاومة فيه بارتفاع درجة الحرارة، و يتم تثبيته عادة على التوالي ، و يستخدم في حالات الحماية من التيار الزائد أو لإعادة ضبط الصمامات.
تختلف الثيرمستورات عن أجهزة الاستشعار الحرارية (RTDs) حيث أن المواد المستخدمة في الثيرمستور هي بشكل عام سيراميك أو بوليمر ، بينما تستخدم ((RTDs المعادن النقية. تكون الثيرمستورات على شكل حبات وقضبان وأقراص ، لكن (RTDs) تكون بأشكال وأحجام مختلفة ، و استشعار درجة الحرارة أيضا يكون مختلفاً. تكون (RTDs) مفيدة على مدى درجات حرارة أكبر ، في حين أن الثيرمستورات تحقق عادة دقة أكبر ضمن نطاق درجة حرارة محدود ، عادةً من ] −90 إلى 130 [ درجة مئوية .
2 – تاريخ الثيرمستور :
تم اكتشاف أول ثيرمستور NTC) )في عام 1833 من قبل مايكل فاراداي حيث أجرى تجارب على سلوك شبه الموصل كبريتيد الفضة. لاحظ فاراداي أن مقاومة كبريتيد الفضة انخفضت بشكل كبير مع زيادة درجة الحرارة . (كانت هذه أيضًا أول ملاحظة موثقة للمواد شبه الموصلة) . ولصعوبة إنتاج الثيرمستورات في ذلك الوقت بسبب تطبيقات التكنولوجيا المحدودة ، فإن الإنتاج التجاري للثيرمستورات لم يبدأ حتى الثلاثينيات. اخترع صموئيل روبن ثيرمستوراً قابلاً للحياة تجارياً عام 1930.
3- نماذج التوصيل :
– الثيرمستور سلبي المعامل الحراري ((NTC:
تصنع العديد من ثيرمستورات ال ((NTC من قرص مضغوط أو قضيب أو صفيحة أو قطعة أو شريحة من مادة شبه موصلة مثل أكاسيد المعادن. وهي تعمل لرفع درجة حرارة أشباه الموصلات بزيادة عدد حاملات الشحنة النشطة ، وكلما ازداد عدد الشحنات المنقولة ، زادت قدرة المادة على التوصيل . في بعض المواد مثل أكسيد الحديديك (Fe2O3) و منشط التيتانيوم (Ti) تتنشط أشباه الموصلات من النوع n وتكون حاملة للشحنة .و في المواد مثل أكسيد النيكل (NiO) مع الليثيوم ((Li doping يتم إنشاء شبه موصل من النوع p حيث الثقوب هي حاملات الشحنة .
– الثيرمستور إيجابي المعامل الحراري PTC :
تصنع معظم ثيرمستورات ( (PTC من سيراميك الكريستالات المشبعة التي تحتوي على تيتانات الباريوم (BaTiO3) و مركبات أخرى التي لها خاصية أن ترتفع مقاومتها فجأة عند درجة حرارة معينة مثل تيتانات الباريوم .
نوع آخر من الثيرمستور هو( (silistor ، و يستخدم كمادة شبه موصلة . على عكس الترانزستورات PTC الخزفية . تكون العلاقة خطية بين المقاومة و درجة الحرارة .
و يمكن استخدام ثيرمانات الباريوم تيتانات كمدافئ ذاتية التحكم. عند جهد معين ، سيرتفع السيراميك لدرجة حرارة معينة ، ولكن الطاقة المستخدمة تعتمد على فقدان الحرارة في السيراميك.
وهناك نوع آخر من الثيرمستور PTC هو البوليمر ، و يباع تحت أسماء تجارية مثل( (Polyswitch، و ((Semifuse، و((Multifuse. وهو يتكون من البلاستيك مع حبيبات الكربون . عندما يكون البلاستيك باردًا، تكون حبيبات الكربون على اتصال ببعضها البعض، مما يشكل مسارًا موصلًا عبر الجهاز. عندما يسخن البلاستيك ، فإنه يتمدد ، مما يؤدي إلى إفراغ حبيبات الكربون ، وارتفاع مقاومة الجهاز ، وبالتالي زيادة التسخين وزيادة المقاومة. مثل الثيرمستور (BaT0iO3)، وهذا الجهاز مفيد للغاية للتحكم في الحرارة أو الدارة ، وليس لقياس درجة الحرارة.
4- تطبيقات الثيرمستور :
– الثيرمستور سلبي المعامل الحراري (NTC) :
كمقياس لدرجات الحرارة المنخفضة.
كجهاز استشعار في تطبيقات السيارات لمراقبة درجات حرارة السوائل مثل سائل تبريد المحرك ،وهواء الكابينة ، والهواء الخارجي أو درجة حرارة زيت المحرك ، وتغذية القراءات النسبية للتحكم في الوحدات مثل وحدة التحكم الإلكترونية ولوحة القيادة.
كما تُستخدم الثيرمستورات بشكل شائع في أنظمة الحرارة الرقمية الحديثة ؛لرصد درجة حرارة البطارية أثناء الشحن.
يدخل في صناعة معالجة الأغذية وتجهيزها ، خاصة في أنظمة تخزين الطعام وإعداده لأن الحفاظ على درجة الحرارة الصحيحة أمر بالغ الأهمية لمنع الأمراض التي تنتقل عن طريق الأغذية
الثيرمستور إيجابي المعامل الحراري ((PTC :
كسخان في صناعة السيارات لتوفير حرارة إضافية داخل المقصورة مع محرك الديزل أو لتسخين الديزل في الظروف المناخية الباردة قبل حقن المحرك.
في دوائر حماية بطارية الليثيوم .
في محرك الشمع الذي يعمل بالكهرباء لتوفير الحرارة اللازمة لتوسيع الشمع