Điện Trở Nhiệt Là Gì? Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Của Thermistor
Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào mà các thiết bị điện tử có thể “cảm nhận” được nhiệt độ? Bí mật nằm ở một linh kiện nhỏ bé nhưng vô cùng quan trọng, đó chính là điện trở nhiệt. Vậy, điện trở nhiệt là gì? Chúng hoạt động như thế nào và có những ứng dụng gì trong cuộc sống? Hãy cùng TKTECH khám phá trong bài viết này.
Điện trở là gì?
Trước khi tìm hiểu về khái niệm điện trở nhiệt, chúng tôi xin được phép nhắc lại khái niệm điện trở là gì? Điện trở là một đại lượng vật lý, biểu hiện cho khả năng cản trở dòng điện của các loại vật liệu. Hiểu đơn giản thì một vật có điện trở càng cao thì khả năng dẫn điện càng kém hoặc thậm chí là cách điện. Ngược lại, những vật liệu có điện trở càng thấp thì độ dẫn điện lại càng cao. Các vật liệu có điện trở bằng 0 được gọi là vật liệu siêu dẫn điện.
Vậy điện trở nhiệt là gì?
Điện trở nhiệt (hay còn gọi là Thermistor) là một loại linh kiện điện tử có điện trở thay đổi khi nhiệt độ của nó thay đổi. Các thermistor được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo nhiệt độ và điều khiển nhiệt độ. Điện trở của thermistor có thể giảm hoặc tăng khi nhiệt độ thay đổi, tùy thuộc vào loại thermistor.
Sở dĩ có tên gọi này là vì trở kháng của các linh kiện này sẽ thay đổi rõ rệt khi có sự thay đổi về nhiệt độ. Với đặc điểm này, chúng được ứng dụng rất phổ biến và hầu như có mặt trong khắp các thiết bị điện gia dụng, như: Nồi cơm điện, bếp từ, tủ lạnh, điều hòa, ấm đun nước siêu tốc…
Thermocouple là gì?
Thermocouple là một thiết bị chuyên dùng để đo nhiệt độ trong các ứng dụng có nhiệt độ cao. Thermocouple còn được gọi là cặp nhiệt điện, hay can nhiệt, là một trong những cảm biến nhiệt độ được sử dụng nhiều nhất trong mọi lĩnh vực công nghiệp. Thiết bị này có khả năng chuyển đổi nhiệt độ cần đo thành tín hiệu điện áp.
Cấu tạo của điện trở nhiệt là gì?
Nhiệt điện trở là một linh kiện gồm 2 tiếp điểm kết nối, được cấu tạo từ hỗn hợp các bột oxit. Hỗn hợp này thường được tạo ra bởi hai hoặc ba loại oxit kim loại với oxit kẽm với một tỉ lệ và khối lượng nhất định, sau đó được nén chặt trong một vỏ bọc gốm & vật liệu cách nhiệt. Sau cùng là tiến hành nung nóng ở nhiệt độ cao.
Gần như các dây điện trở nhiệt đều sử dụng nichrome 80/20. Trong đó: 80% là niken & 20% là crom. Đây là một vật liệu vô cùng lý tưởng do độ đề kháng tương đối cao & có khả năng tạo ra một lớp dính của crom oxit nếu chúng được làm nóng ở nhiệt độ cao.
Nguyên lý hoạt động của điện trở nhiệt là gì?
Nguyên lý hoạt động của các hệ số nhiệt điện trở nói chung là khi dòng điện chạy qua dây điện trở nhiệt có sự thay đổi về nhiệt độ thì trở kháng trong điện trở này cũng thay đổi theo. Tuy nhiên, nguyên lý vận hành của các loại điện trở nhiệt cũng có sự khác nhau theo từng loại.
Điện trở nhiệt PTC – nhiệt điện trở hệ số dương
PTC (Positive temperature coefficient) còn được gọi là thuận điện trở. Nghĩa là khi nhiệt độ tăng thì trở kháng tăng theo. Ở nhiệt độ nhỏ hơn 110oC, điện trở của chúng nhỏ & sự biến đổi cũng không đáng kể. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ vượt quá 110oC thì trở kháng của các loại điện trở này có thể lên đến hàng ngàng meega Ω. Dây trở nhiệt PTC lại tiếp tục được chia làm 02 loại, bao gồm:
Điện sở Silic hay nhiệt Silistor: Hệ số nhiệt điện trở này thể hiện số dương khá thống nhất, khoảng +0.77% trong suốt phạm vi hoạt động của chúng. Ngoài ra, chúng còn thể hiện 1 vùng hệ số nhiệt độ âm nếu nhiệt độ vượt quá 150oC. Vì vậy các thiết bị này thường được sử dụng để cân bằng nhiệt của những thiết bị bán dẫn Silic trong khoảng nhiệt độ cao từ -60oC đến +150oC.
Điện trở nhiệt PTC chuyển đổi: Là những linh kiện được làm từ Ceramic đa tinh thể, có điện trở cao nhưng khi được thêm tạp chất thì chúng sẽ có tính bán dẫn. Cụ thể là được làm từ Bari, Titan, Chì cùng các chất phụ gia như Silic, Mangan, Tan Tan,…
Đặc tính của nó là điện trở nhiệt, cho đến khi thiết bị đạt mức nhiệt độ giới hạn – hay còn gọi là nhiệt độ Curie, nhiệt độ chuyển tiếp hoặc chuyển đổi. Nếu vượt qua ngưỡng nhiệt độ này, hê số nhiệt sẽ tăng mạnh lên hệ số dương trong điện trở.
Nhiệt điện trở NTC – Nhiệt điện trở hệ số nhiệt âm
NTC (Negative temperature coeficient) còn gọi là nghịch điện trở. Loại điện trở nhiệt này có trở kháng giảm khi nhiệt độ tăng. Điều này xảy ra do khi nhiệt độ tăng à chúng biến thành các điện trở bán dẫn có nhiệt độ giảm. Trở kháng giảm mạnh (trong mức 0oC – 1500oC, điện trở sẽ giảm đi 100 lần).
Về chất liệu, các loại điện trở thường được làm từ các oxit kim loại nhưng điện trở NTC thương mại lại được sản xuất theo công nghệ Ceramic. Vì vậy, nhiệt điện trở NTC thương lại lại được chia thành 02 loại là: Slaff dạng hạt và dạng có chỗ tiếp xúc với bề mặt kim loại hóa.
Ứng dụng của điện trở nhiệt là gì?
Điện trở nhiệt có ưu điểm là độ nhạy cao và chi phí thấp, nhưng nhược điểm là không thể sử dụng trong các môi trường có nhiệt độ quá cao.
- Đo nhiệt độ: Thermistor có thể được sử dụng trong các bộ cảm biến nhiệt độ để đo và theo dõi nhiệt độ trong nhiều môi trường khác nhau.
- Điều khiển nhiệt độ: Chúng cũng được dùng trong các hệ thống điều khiển nhiệt độ tự động, như trong các máy lạnh, tủ lạnh hoặc thiết bị gia dụng.
- Bảo vệ mạch điện: Trong các ứng dụng điện tử, PTC thermistor có thể được sử dụng để bảo vệ mạch khỏi quá nhiệt hoặc quá dòng.
Hy vọng rằng bài viết này đã cung cấp cho bạn những kiến thức bổ ích về điện trở nhiệt là gì. Đây là một linh kiện quan trọng trong nhiều thiết bị điện tử và đóng vai trò không thể thiếu trong việc đo lường, kiểm soát và bù trừ nhiệt độ. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào hoặc muốn tìm hiểu thêm về chủ đề này, đừng ngần ngại để lại bình luận bên dưới. TKTECH luôn sẵn sàng giải đáp và chia sẻ kiến thức cùng bạn.
