ما هو مستشعر درجة الحرارة NTC؟

ما هو مستشعر درجة الحرارة NTC؟

لفهم وظيفة وتطبيق مستشعر درجة الحرارة NTC، يجب علينا أولاً معرفة ما هو الثرمستور NTC.
كيفية عمل مستشعر درجة الحرارة NTC بشكل مبسط
الموصلات الساخنة أو الموصلات الدافئة هي مقاومات إلكترونية ذات معاملات حرارة سالبة (اختصارًا: NTC). عند مرور تيار كهربائي عبر المكونات، تنخفض مقاومتها مع ارتفاع درجات الحرارة. أما إذا انخفضت درجة حرارة المحيط (مثلًا في غلاف غمر)، فإن المكونات تتفاعل بمقاومة متزايدة. ونظرًا لهذا السلوك الخاص، يُطلق الخبراء على مقاومات NTC اسم ثيرمستور NTC.

تنخفض المقاومة الكهربائية عندما تتحرك الإلكترونات
تتكون مقاومات NTC من مواد شبه موصلة، تتراوح موصليتها عادةً بين موصلية المواد الموصلة وغير الموصلة. عند ارتفاع درجة حرارة المكونات، تتحرر الإلكترونات من ذرات الشبكة، فتترك مكانها في الهيكل وتنقل الكهرباء بشكل أفضل. والنتيجة: مع ارتفاع درجة الحرارة، يوصل الثرمستور الكهرباء بشكل أفضل بكثير، ما يؤدي إلى انخفاض مقاومته الكهربائية. تُستخدم هذه المكونات، من بين أمور أخرى، كمستشعرات لدرجة الحرارة، ولكن لهذا الغرض، يجب توصيلها بمصدر جهد ومقياس تيار.

تصنيع وخصائص الموصلات الساخنة والباردة
يمكن أن تتفاعل مقاومة NTC بشكل ضعيف جدًا، أو في بعض المناطق، بشكل قوي جدًا مع تغيرات درجات الحرارة المحيطة. ويعتمد هذا السلوك بشكل أساسي على تصنيع المكونات. وبهذه الطريقة، يُكيّف المُصنّعون نسبة خلط الأكاسيد أو تطعيم أكاسيد المعادن مع الظروف المطلوبة. كما يمكن أن تتأثر خصائص المكونات أيضًا بعملية التصنيع نفسها، على سبيل المثال، من خلال محتوى الأكسجين في جو الاحتراق أو معدل التبريد الفردي للعناصر.

مواد مختلفة لمقاومة NTC
تُستخدم مواد أشباه الموصلات النقية، أو أشباه الموصلات المركبة، أو السبائك المعدنية لضمان أداء الثرمستورات لخصائصها المميزة. تتكون هذه الأخيرة عادةً من أكاسيد معدنية (مركبات من المعادن والأكسجين) من المنغنيز، أو النيكل، أو الكوبالت، أو الحديد، أو النحاس، أو التيتانيوم. تُخلط هذه المواد مع عوامل رابطة، وتُضغط وتُلبّد. يُسخّن المُصنّعون المواد الخام تحت ضغط عالٍ لإنتاج قطع عمل بالخصائص المطلوبة.

الخصائص النموذجية للثرمستور في لمحة
تتوفر مقاومات NTC بنطاقات من أوم واحد إلى 100 ميغا أوم. يمكن استخدام مكوناتها في درجات حرارة تتراوح بين -60 و+200 درجة مئوية، مع تحقيق تفاوتات تتراوح بين 0.1 و20%. عند اختيار الثرمستور، يجب مراعاة عدة معايير. من أهمها المقاومة الاسمية، التي تشير إلى قيمة المقاومة عند درجة حرارة اسمية معينة (عادةً 25 درجة مئوية)، ويُشار إليها بحرف R كبير ودرجة الحرارة. على سبيل المثال، R25 لقيمة المقاومة عند 25 درجة مئوية. كما أن السلوك المحدد عند درجات حرارة مختلفة مهم أيضًا. يمكن تحديد ذلك باستخدام جداول أو معادلات أو رسومات بيانية، ويجب أن يتوافق تمامًا مع التطبيق المطلوب. ترتبط القيم المميزة الأخرى لمقاومات NTC بالتفاوتات، بالإضافة إلى حدود معينة لدرجة الحرارة والجهد.

مجالات مختلفة لتطبيق مقاومة NTC
كما هو الحال مع مقاومة PTC، فإن مقاومة NTC مناسبة أيضًا لقياس درجة الحرارة. تتغير قيمة المقاومة تبعًا لدرجة الحرارة المحيطة. لتجنب تزييف النتائج، يجب الحد من التسخين الذاتي قدر الإمكان. ومع ذلك، يمكن استخدام التسخين الذاتي أثناء تدفق التيار للحد من تيار الاندفاع. نظرًا لأن مقاومة NTC تكون باردة بعد تشغيل الأجهزة الكهربائية، فلا يتدفق منها سوى تيار ضئيل في البداية. بعد فترة من التشغيل، يسخن الثرمستور، وتنخفض المقاومة الكهربائية، ويتدفق تيار أكبر. بهذه الطريقة، تحقق الأجهزة الكهربائية أقصى أداء لها مع تأخير زمني معين.

تُضعف مقاومة NTC توصيل التيار الكهربائي عند درجات الحرارة المنخفضة. مع ارتفاع درجة حرارة المحيط، تنخفض مقاومة ما يُسمى بالموصلات الدافئة بشكل ملحوظ. يمكن استخدام السلوك الخاص لعناصر أشباه الموصلات بشكل أساسي لقياس درجة الحرارة، أو للحد من تيار الاندفاع، أو لتأخير التحكم المتنوع.