الثرمستور: تعريفه وأنواعه وخصائصه واستخداماته

الثرمستور "Thermistor " أو المقاومة المتغيرة تبعاً للتغير في درجة الحرارة، هو احد أهم أنواع المقاومات الكهربائية ، ويستخدم بكثره في العديد من التطبيقات ، كما سنوضح ، وليس بغريب ان تجد في غسالة الملابس أو الثلاجة ثرمستور، أو غيرهم من الأجهزة فالثرمستور عنصر واسع الانتشار في دوائر التحكم المختلفة .

وسنتعرف في هذا المقال علي الثرمستور ما هو واشكاله واستخداماته ورموزه وخصائصه ومميزاته .

ما هو الثرمستور

يُعرَّف الثرمستور (أو المقاومة الحرارية thermal resistor) بأنه نوع من المقاومات تختلف مقاومته الكهربائية باختلاف التغيرات في درجة الحرارة. على الرغم من أن مقاومة جميع المقاومات سوف تتقلب قليلاً مع درجة الحرارة ، فإن الثرمستور حساس بشكل خاص للتغيرات في درجات الحرارة.

فالثرمستور هو مقاومة ذات حساسية عالية لتغيرات درجة الحرارة، وتصل دقتها إلى (0.2- 0.1) أوم لكل درجة حرارة مئوية، ويصنع من مواد شبه موصلة وبعض أكاسيد المعادن مثل الحديد والنيكل والكروم .

وعلى الرغم من أن الثرمستورات لا تعمل بشكل جيد في درجات الحرارة شديدة البرودة أو السخونة ، فهي المستشعر المفضل للعديد من التطبيقات المختلفة فتعتبر الثرمستورات مثالية عند الحاجة إلى قراءة دقيقة لدرجة الحرارة.

رموز الثرمستور وأشكاله

رموز الثرمستور

تمت صناعة الثيرمستور بأشكال مختلفة لتناسب التطبيقات المختلفة، كما ذكرنا آنفاً الثرمستور عنصر منتشر الاستخدام في الدوائر الالكترونية ، ويغطي بطبقة من السيراميك أو الزجاج ويوجد منه الاشكال التالية:

الشكل الأسطواني.
الشكل القرصي.
الشكل الحلقي.
الشكل الخرزي.

أنواع الثيرمستور Thermistor Types

يصنف الثير مستور إلى مجموعتين : الأولى ذات معامل حراري سالب NTC أي أن مقاومته تنخفض بازدياد درجة الحرارة. والثانية ذات معامل حراري موجب PTC أي أن مقاومته تزداد بازدياد درجة الحرارة ، ويدخل في صناعتها البلاتين، وحساسيتها أقل من حساسية NTC .

الثرمستور NTC

وهو المقاومة ذات المعامل الحراري السالب "Negative Temperature Coefficient" وتكتب مختصره ب"NTC" والبعض يسميها حساس NTC ، والثرمستور من نوع NTC فيه عندما تزداد درجة الحرارة تقل المقاومة، وعندما تنخفض درجة الحرارة تزداد المقاومة، فمثلا قد تنخفض المقاومة الكهربائية لبعض هذه العناصر من (10) ميغا أوم إلى (1) أوم عند تغير درجة الحرارة من (-100) درجة سيلسيوس إلى (400) درجة سيلسيوس.
ومن ثم فإن درجة الحرارة والمقاومة في الثرمستور NTC تتناسب عكسياً. وهو أكثر أنواع الثرمستور شيوعًا.

يمكنك التعرف الثرمستور NTC بشكل تفصيلي وتطبيقاتها المختلفة من هنا

الثرمستور PTC

وهو المقاومة ذات المعامل الحراري الموجب "Positive Temperature Coefficient " وتكتب مختصره ب"PTC" والثرمستور PTC له علاقة طردية بين درجة الحرارة والمقاومة عندما تزداد درجة الحرارة تزداد المقاومة، وعندما تنخفض درجة الحرارة تقل المقاومة، فمثلا قد تزداد قيمة المقاومة الكهربائية عشرة أضعاف تقريبا عندما تتغير درجة الحرارة من (100-) درجة سيلسيوس إلى (400) درجة سيلسيوس، ومن ثم فإن درجة الحرارة والمقاومة في الثرمستور PTC تتناسب طردياً.

على الرغم من أن الثرمستورات PTC ليست شائعة مثل الثرمستورات NTC ، إلا أنها تستخدم بشكل متكرر كشكل من أشكال حماية الدائرة. على غرار وظيفة الفواصم (الفيوزات) ، يمكن أن تعمل الثرمستورات PTC كجهاز لتحديد التيار.

بمعني عندما يمر التيار عبر جهاز ، فإنه يتسبب في قدر ضئيل من مقاومة التسخين. إذا كان التيار كبيرًا بما يكفي لتوليد حرارة أكثر مما يمكن للجهاز أن يفقده في محيطه ، فإن الجهاز يسخن. في الثرمستور PTC ، سيؤدي هذا التسخين أيضًا إلى زيادة مقاومته. هذا يسبب زيادة مقاومة الثرمستور PTC ، وبالتالي يحد من التيار. بهذه الطريقة ، يعمل كجهاز محدد للتيار - يحمي الدائرة.

يمكنك العترف على المقومة الحرارية PTC استخدامتها في الدائرة من خلال زيارة الموضوع التالي⇦ المقاومة الحرارية PTC

منحني خصائص الثرمستور

يوضح الشكل التالي العلاقة بين المقاومة النوعية للثيرمستور والتغير في درجة الحرارة .

خصائص الثرمستور

يلاحظ من المنحنى أن الثيرمستور NTC مقاومته تقل بارتفاع درجات الحرارة، والثير مستور PTC مقاومته تزداد بارتفاع درجات الحرارة، والعلاقة غير خطية.

وللتخلص من العلاقة غير الخطية وجعلها تقريبا خطية يوصل الثيرمستور NTC بالتوازي مع مقاومة كربونية فينتج منحنى كما في الشكل التالي علاقة خطية

خصائص الثرمستور

مميزات الثرمستور

للثرمستور عده مميزات وقد يكون أهمها دقته العالية وتوفر منه عدة أنواع حسب مادة التصنيع والشكل ومميزاته هي:

زمن الاستجابة صغير نسبياً.
حجم صغير.
له عدة اشكال .
الدقة العالية .
تكلفة قليلة.
اسقرارية عالية .

عيوب الثرمستور

مدى درجات الحرارة التي للثيرمستور أقل من الازدواج الحراري الثرموكابل"Thermocouple" والكواشف الحرارية RTD.
و أيضا صغر حجم الثير مستور يؤدي إلى ضعف قدرته على التبديد الحراري، وذلك نتيجة التأثيرات الحرارية التي تؤدي إلى زيادة نسبة الخطأ، ولا يستخدم في دارات ذات القدرات العالية، ويقتصر استخدامه على دارات ذات قدرات منخفضة نسبياً.

استخدامات الثرموستور

الثرمستورات مستخدمه في مجموعة متنوعة من التطبيقات. حيث يتم استخدامه على نطاق واسع كطريقة لقياس درجة الحرارة كمقياس حرارة في العديد من البيئات المختلفة. وتتضمن بعض الاستخدامات الأكثر شيوعًا للثرمستورات ما يلي:

موازين الحرارة الرقمية (منظمات الحرارة)
تطبيقات السيارات (لقياس درجات حرارة الزيت وماء الرداتير في السيارات والشاحنات)
الأجهزة المنزلية (مثل أفران الميكروويف والثلاجات والأفران والغسالات)
حماية الدائرة (أي الحماية من زيادة التيار)
البطاريات القابلة لإعادة الشحن (للتأكد من الحفاظ على درجة حرارة البطارية الصحيحة)
لقياس التوصيل الحراري للمواد الكهربائية
مفيد في العديد من الدوائر الإلكترونية الأساسية (على سبيل المثال مناسب للمبتدئين في الأردوينو Arduino)
تعويض درجة الحرارة (أي الحفاظ على المقاومة للتعويض عن التأثيرات الناتجة عن التغيرات في درجة الحرارة في جزء آخر من الدائرة)
تستخدم في دوائر جسر ويتستون

توصيل الثيرمستور بالدارة الكهربائية

سوف نأخذ دائرتين لفهم كيفية توصيل الثيرمستور بالدارة الكهربائية.

كيفية توصيل مقاومة (NTC) بالدارة الكهربائية للتحكم في عمل مروحة

يوضح الشكل السابق كيفية توصيل مقاومة (NTC) بالدارة الكهربائية للتحكم في عمل مروحة.

كيفية توصيل مقاومة (PTC) بالدارة الكهربائية للتحكم في درجة حرارة الترانزستور

يوضح الشكل السابق كيفية توصيل مقاومة (PTC) بالدارة الكهربائية للتحكم في درجة حرارة الترانزستور.

أيهما أفضل الثرمستور ام الثرموكابل؟

الثرموكابل او المزدوجة الحرارية Thermocouple هي احد اشهر مجسات قياس درجات الحرارة لمعلومات اكثر عنها تجدها في مقالنا السابق عن الثرموكابل .
وفيما يلي توضيح الاختلافات الرئيسية بين الثرمستور والمزدوجة الحرارية هي:
الثرمستورات

نطاق استشعار ضيق (55 إلى + 150 درجة مئوية - على الرغم من أن هذا يختلف باختلاف العلامة التجارية)
معامل الاستشعار = المقاومة
العلاقة غير الخطية بين معامل الاستشعار (المقاومة) ودرجة الحرارة
الثرمستورات NTC لها انخفاض أسي تقريبًا في المقاومة مع زيادة درجة الحرارة
جيد لاستشعار التغيرات الطفيفة في درجة الحرارة (من الصعب استخدام الثرمستور بدقة عالية على مدى أكثر من 50 درجة مئوية). دائرة الاستشعار بسيطة ولا تحتاج إلى تضخيم وهي بسيطة للغاية.
يصعب عادةً الحصول على دقة أعلى من درجة مئوية واحدة بدون معايرة.

المزدوجة الحرارية Thermocouples
لديك نطاق واسع من استشعار درجة الحرارة (النوع T = -200-350 درجة مئوية ؛ النوع J = 95-760 درجة مئوية ؛ النوع K = 95-1260 درجة مئوية ؛ الأنواع الأخرى تذهب إلى درجات حرارة أعلى) كما يمكن أن تكون دقيقة للغاية.
معامل الاستشعار = الجهد الناتج عن التقاطعات عند درجات حرارة مختلفة

الجهد الحراري"Thermocouple voltage" منخفض نسبيًا
علاقة خطية بين معامل الاستشعار (الجهد) ودرجة الحرارة

مصادر المقال
Thermistor: Definition, Uses & How They Work
كتاب الالكترونيات الصناعية (المناهج الفلسطينية).

إلكترون باشا