इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग के क्षेत्र में तापमान माप और नियंत्रण का बहुत महत्व है।कॉम्पैक्ट और कुशल तापमान सेंसर के रूप में, एक तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहे हैं। लेकिन एनटीसी थर्मिस्टर्स तापमान सेंसर कैसे प्राप्त करते हैं? उनके पास क्या अद्वितीय प्रदर्शन विशेषताएं हैं?और इंजीनियरों को विभिन्न अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एनटीसी थर्मिस्टर्स का चयन और अनुकूलन कैसे करना चाहिएयह लेख एनटीसी थर्मिस्टोर प्रौद्योगिकी, प्रमुख विशेषताओं और व्यावहारिक विचार का गहन विश्लेषण प्रदान करता है, जो इंजीनियरों और शोधकर्ताओं के लिए एक व्यापक तकनीकी गाइड प्रदान करता है।

1एनटीसी थर्मिस्टर्सः तापमान संवेदन का मूल

एनटीसी थर्मिस्टर्स विशेष अर्धचालक प्रतिरोधक हैं जिनकी परिभाषित विशेषता तापमान में वृद्धि के साथ प्रतिरोध में महत्वपूर्ण कमी है।यह अद्वितीय तापमान संवेदनशीलता उनकी सामग्री संरचना और भौतिक तंत्र से उत्पन्न होती हैएनटीसी थर्मिस्टर्स को आमतौर पर स्पिनल संरचना वाली पॉलीक्रिस्टलाइन अर्धचालक सिरेमिक सामग्री से निर्मित किया जाता है, जिनमें मुख्य रूप से मैंगनीज, निकल, कोबाल्ट, लोहा,और तांबा.

पारंपरिक धातु कंडक्टरों के विपरीत जहां विद्युत प्रतिरोध परमाणु कंपन से उत्पन्न होता है जो मुक्त इलेक्ट्रॉन आंदोलन को बाधित करता है,एनटीसी थर्मिस्टर्स मुक्त इलेक्ट्रॉनों और छेद जोड़े को शामिल करने वाले "हॉपिंग कंडक्शन" तंत्र पर काम करते हैंजैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, सामग्री के भीतर इन चार्ज वाहक की एकाग्रता बढ़ जाती है, चार्ज प्रवाह को बढ़ाती है और परिणामस्वरूप प्रतिरोध को कम करती है।इस प्रवाह तंत्र को बैंड सिद्धांत के माध्यम से समझाया जा सकता है, जो किसी सामग्री की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और उसके प्रवाहकीय गुणों के बीच अंतर्निहित संबंध को प्रकट करता है।

सामग्री संरचना और विनिर्माण प्रक्रियाओं को ठीक से नियंत्रित करके, इंजीनियर विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एनटीसी थर्मिस्टर्स के तापमान विशेषताओं को ठीक कर सकते हैं।

2एनटीसी थर्मिस्टर्स की मुख्य विशेषताएं

एनटीसी थर्मिस्टर्स में प्रतिरोध भिन्नता परिवेश के तापमान और स्वयं ताप प्रभाव दोनों से प्रभावित होती है। परिवेश का तापमान सभी बाहरी गर्मी स्रोतों को संदर्भित करता है,जबकि स्व-हीटिंग थर्मिस्टोर के माध्यम से वर्तमान गुजरता है जब जूल हीटिंग से परिणामएनटीसी थर्मिस्टोर की विशेषताओं का विश्लेषण आमतौर पर "बिना भार" और "लोड" स्थितियों के बीच अंतर करता है।

2.1 नो लोड एनटीसी थर्मिस्टोर विशेषताएं

बिना भार के परिस्थितियों में जहां स्व-गर्मता नगण्य है, एनटीसी थर्मिस्टोर का व्यवहार मुख्य रूप से सामग्री गुणों और परिवेश के तापमान से निर्धारित होता है।

2.1.1 प्रतिरोध-तापमान (R/T) विशेषताएं

एनटीसी थर्मिस्टोर के प्रतिरोध और पूर्ण तापमान के बीच संबंध एक घातीय फलन द्वारा अनुमानित किया जा सकता हैः

जहांः

• आर₁: तापमान T पर प्रतिरोध (Ω)₁(क)
• आर₂: तापमान T पर संदर्भ प्रतिरोध (Ω)₂(क)
• B: सामग्री स्थिर (K)

जबकि यह समीकरण एक गणितीय अनुमान प्रदान करता है,व्यावहारिक अनुप्रयोगों में आम तौर पर व्यापक आर/टी तालिकाओं का उपयोग किया जाता है जो पूरे ऑपरेटिंग तापमान रेंज में सटीक प्रतिरोध मान निर्दिष्ट करते हैं, सरल सूत्र की तुलना में अधिक सटीकता प्रदान करता है।

2.1.2 बी-मूल्य

बी-मूल्य एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है जो प्रतिरोध-तापमान वक्र के ढलान का प्रतिनिधित्व करता है, जो दर्शाता है कि तापमान परिवर्तनों के प्रति प्रतिरोध कितना संवेदनशील है। थर्मिस्टोर सामग्री द्वारा निर्धारित,यह गणना की जाती हैः

चूंकि घातीय मॉडल एक अनुमान है, इसलिए बी-मूल्य पूरी तरह से स्थिर नहीं है, लेकिन तापमान सीमाओं में थोड़ा भिन्न होता है। मानक संकेतन जैसे बी_25/85उस तापमान सीमा (25°C से 85°C तक इस मामले में) को निर्दिष्ट करता है जिसके लिए बी-मूल्य की गणना की जाती है।

आम एनटीसी सामग्री के बी-मूल्य आमतौर पर 3000K से 5000K तक होते हैं। चयन आवेदन आवश्यकताओं पर निर्भर करता है और इसमें अन्य बाधाओं के साथ नाममात्र प्रतिरोध को संतुलित करना शामिल है,चूंकि सभी बी-मूल्य प्रत्येक एनटीसी पैकेज प्रकार के लिए उपयुक्त नहीं हैं.

2.1.3 तापमान गुणांक

तापमान गुणांक (α) तापमान के साथ प्रतिरोध परिवर्तन की सापेक्ष दर को परिभाषित करता हैः

यह गुणांक आमतौर पर नकारात्मक होता है, जो एनटीसी व्यवहार को दर्शाता है।इसकी परिमाण सीधे तापमान माप संवेदनशीलता को प्रभावित करती है √ उच्च गुणांक तापमान परिवर्तनों के लिए अधिक प्रतिक्रियाशीलता का संकेत देते हैं.

2.1.4 सहिष्णुता

सहिष्णुता नाममात्र प्रतिरोध मूल्यों से अनुमेय विचलन निर्दिष्ट करती है, आमतौर पर 25°C पर संदर्भित (हालांकि अन्य तापमान निर्दिष्ट किए जा सकते हैं) ।एक दिए गए तापमान पर कुल प्रतिरोध सहिष्णुता में संदर्भ प्रतिरोध सहिष्णुता और बी-मूल्य भिन्नता दोनों को ध्यान में रखा जाता है.

तापमान सहिष्णुता निम्नानुसार प्राप्त की जा सकती हैः

सटीक माप के लिए, सरलीकृत गणनाओं के बजाय मानकीकृत आर/टी तालिकाओं की सिफारिश की जाती है।

2.2 विद्युत भार विशेषताएं

2.2.1 थर्मल डिसिपेशन कॉन्स्टेंट (δ)_थ)

जब थर्मिस्टोर के माध्यम से धारा बहती है, तो जोल हीटिंग से स्व-हीटिंग होती है, जिसका वर्णन निम्न द्वारा किया गया हैः

इस प्रकार:

mW/K में व्यक्त, δ_थथर्मिस्टोर के तापमान को 1K तक बढ़ाने के लिए आवश्यक शक्ति को दर्शाता है। उच्च मान पर्यावरण में बेहतर गर्मी अपव्यय का अर्थ है।ध्यान दें कि प्रकाशित थर्मल विशेषताओं में आम तौर पर स्थिर हवा की स्थितियों का अनुमान लगाया जाता है_विभिन्न वातावरण या उत्पादन के बाद के प्रसंस्करण इन मूल्यों को बदल सकते हैं_.

2.2.2 वोल्टेज/वर्तमान विशेषताएं

निरंतर विद्युत शक्ति के अधीन, थर्मिस्टोर का तापमान स्थिर होने से पहले तेजी से बढ़ जाता है जब बिजली अपव्यय गर्मी उत्पादन को संतुलित करता है।तापीय संतुलन में वोल्टेज-वर्तमान संबंध है:

या

निरंतर तापमान पर वर्तमान के विरुद्ध वोल्टेज को ग्राफ करना चार विशिष्ट क्षेत्रों को प्रकट करता हैः

1. क्षुद्र स्व-गर्मी के साथ रैखिक क्षेत्र (तापमान संवेदन अनुप्रयोग)
2. अधिकतम वोल्टेज तक गैर-रैखिक वृद्धि
3. पीक वोल्टेज बिंदु
4. नकारात्मक प्रतिरोध क्षेत्र (वर्तमान-सीमित या तरल स्तर सेंसर अनुप्रयोगों में इस्तेमाल किया)

2.2.3 अधिकतम शक्ति (पी)₂₅)

पी₂₅थर्मिस्टोर 25°C पर स्थिर हवा में संभाल सकता है अधिकतम शक्ति का प्रतिनिधित्व करता है। इस स्तर पर ऑपरेशन डिवाइस को स्व-गर्म क्षेत्र में रखता है,जो आम तौर पर से बचा जाना चाहिए जब तक कि आवेदन द्वारा विशेष रूप से आवश्यक नहीं है.

2.2.4 थर्मल टाइम कॉन्स्टेंट (τ)

जब एक तापमान सेंसर पर T₁T पर वातावरण में रखा जाता है₂, इसका तापमान घातीय रूप से बदलता हैः

समय स्थिरांक τ (Tau 63.2) को कुल तापमान परिवर्तन का 63.2% होने के लिए आवश्यक समय के रूप में परिभाषित किया गया है। यह पैरामीटर काफी हद तक इस पर निर्भर करता हैः

• सेंसर डिजाइन (सामग्री, असेंबली)
• स्थापना विधि (सतह-माउंट, विसर्जन)
• पर्यावरण (वायु प्रवाह, तरल)