Termistor je nelineárny odporový prvok, ktorý mení svoj odpor v závislosti na zmene teploty. Tento efekt je využívaný v mnohých aplikáciách, ako napríklad v teplomeroch, termostatoch a senzoroch teploty. Avšak termistory majú jednu zvláštnu vlastnosť, ktorá sa nazýva hysterézia.

Definícia

Hysterézia je pojem pre správanie dynamického systému, pri ktorom výstupná veličina nezávisí len od nezávisle premennej vstupnej veličiny, ale aj od predchádzajúceho stavu systému (tzv. "pamäťový efekt" systému). Prejavuje sa teda ako všeobecná vlastnosť dynamických systémov v rôznych oblastiach. Aby sme mohli predpovedať budúci vývoj systému, potrebujeme poznať buď jeho vnútorný stav, alebo postupnosť minulých stavov. Zdroj Wikipedia

Hysterézia je fenomén, kedy hodnota výstupnej veličiny závisí nielen na súčasnej hodnote vstupnej veličiny, ale aj na histórii jej zmien. V prípade termistora to znamená, že jeho odpor sa môže meniť rôznym spôsobom pri zahriatí a ochladení. To môže viesť k odlišným výstupným hodnotám pri rovnakých vstupných podmienkach v závislosti od toho, či sa teplota zvyšuje alebo klesá. Hysterézia termistora môže byť spôsobená niekoľkými faktormi, ako napríklad zmenou jeho odporu pri rôznych teplotách, časovými oneskoreniami v reakcii na zmenu teploty a vnútornými tepelnými gradientmi. Tieto faktory môžu viesť k rôznym hodnotám odporu v závislosti od toho, či sa teplota zvyšuje alebo klesá, a teda k hysterézie.

Vzťah odporu termistora voči teplote

Preto je dôležité mať na pamäti hysteréziu termistora pri navrhovaní obvodov, ktoré ho využívajú ako senzor teploty. Môže sa to dosiahnuť použitím korekčných faktorov, aby sa zabezpečila presnejšia a konzistentnejšia odpoveď na zmenu teploty. V praxi môže byť hysterézia termistora aj výhodou. V určitých aplikáciách sa môže využiť na zabezpečenie stabilitu teploty a minimalizáciu fluktuácií. Napríklad pri termostatoch, kde je potrebné udržiavať konštantnú teplotu, môže sa využiť hysterézia termistora na spustenie a zastavenie vykurovacieho systému. To môže viesť k úsporám energie a zvýšeniu životnosti vykurovacieho systému.

Určitou formou kompenzácie hysterézie termistora, je jeho kalibrácia, o čom sme si písali v v predchádzajúcom článku pod názvom "Kalibrácia termistora, spôsoby a význam kalibrácie", kde sme si do podrobna vysvetlili pricípy a spôsoby kalibrácie termistora.

V závislosti od aplikácie a potrieb je dôležité zvážiť výhody a nevýhody hysterézie termistora a rozhodnúť sa, ako s ňou naložiť. Pri návrhu senzorov teploty je nutné zohľadniť vlastnosti termistorov a ich hysterézie, aby boli senzory čo najpresnejšie a najspoľahlivejšie. Je dôležité poznamenať, že hysterézia termistora môže byť rôzna pre rôzne typy a výrobcov termistorov. Preto je dôležité zohľadniť konkrétny typ termistora pri navrhovaní obvodov a aplikácií.

Výhody a nevýhody hysterézie termistora závisia od konkrétnej aplikácie a použitia. Avšak, ak sa s ňou správne pracuje a využíva sa jej výhoda, môže byť užitočnou vlastnosťou pre mnohé aplikácie, najmä v oblasti teplomerov a termostatov.

Pre názorné grafické zobrazenie závislosti odporu PTC termistora vo vzťahu k teplote kliknite na tlačidlo nižšie. Vložte údaj o teplote v rozmedzí od -50 do 150 °C a hodnota odporu termistora sa automaticky dopočíta. Zároveň sa zobrazí graf zo vsťahom teplota / odpor.

Graf závislosti odporu PTC termistora na teplote

Výpočet hysterézie termistora - NTC a PTC

Vypočítanie hysterézie termistora závisí od konkrétneho typu termistora, pretože NTC (z angl. negative temperature coefficient) a PTC (z angl. positive temperature coefficient) termistory majú rôzne matematické vzorce na výpočet ich odporu v závislosti od teploty.

Pre NTC termistor sa zvyčajne používa Steinhart-Hartova rovnica, ktorá vyjadruje vzťah medzi teplotou a odporom NTC termistora:

Tento vzorec sa používa na výpočet teploty z odporu NTC termistora.

Tento vzorec môžeme prepísať na tvar lineárneho vzorca:

ln(R) = (1/B) * (1/T - 1/T0) - ln(R0)

kde:

R je odpor NTC termistora pri teplote T (v ohmoch), R0 je odpor NTC termistora pri teplote T0 (v ohmoch), T je aktuálna teplota (v Kelvinoch), T0 je referenčná teplota (v Kelvinoch), B, C a D sú konštanty materiálu

Potom môžeme použiť lineárnu regresiu na nájdenie koeficientov B, C a D, na základe ktorých môžeme určiť teplotu pre daný odpor.

Pre PTC termistory sa používajú iné matematické vzorce na výpočet odporu v závislosti od teploty, avšak v zásade ide o podobný postup ako pre NTC termistory.

Pre výpočet hysterézie PTC termistora je potrebné zaznamenať závislosť jeho odporu na teplote. Existujú rôzne matematické vzorce, ktoré opisujú túto závislosť pre rôzne typy PTC termistorov. Jedným z takýchto vzorcov je napríklad:

R = R₀ * (1 + alpha * (T - T₀)),

kde R je odpor termistora pri teplote T, R₀ je odpor termistora pri referenčnej teplote T₀, a alpha je teplotný koeficient rezistivity PTC materiálu. Pre PTC termistory je tento koeficient kladný, čo znamená, že s rastúcou teplotou sa zvyšuje aj odpor termistora.

Je dôležité poznamenať, že hysterézia PTC a NTC termistorov môže byť ovplyvnená mnohými faktormi, ako sú napríklad teplotné cykly, znečistenie a preťaženie. Preto je dôležité pri návrhu senzorov teploty a iných aplikácií zohľadniť aj tieto faktory a zabezpečiť, aby senzorová odpoveď bola čo najpresnejšia a konzistentnejšia.

Záver

V súhrne, hysterézia termistora je dôležitá vlastnosť, ktorá ovplyvňuje jeho použitie v aplikáciách, kde sa využíva na meranie teploty. Pri návrhu senzorov teploty a iných aplikácií je potrebné zohľadniť hysteréziu a zabezpečiť, aby bola senzorová odpoveď na zmenu teploty čo najpresnejšia a konzistentnejšia.