Nhiệt điện trở Thermistor

1. Giới thiệu

1.1 Định nghĩa

Thermistor (biến trở nhiệt độ), ở trạng thái rắn, là thiết bị điện để phát hiện sự thay đổi nhiệt độ dựa trên điện trở vật liệu thay đổi, nó được sử dụng trong nhiệt kế, điện trở nhiệt, chức năng điều khiển dòng,…Điện trở nhiệt cũng là một điện trở nhạy cảm với nhiệt độ. Trong khi cặp nhiệt điện là đầu dò nhiệt độ linh hoạt nhất và PRTD thì ổn định nhất,từ ngữ tốt nhất diên tả các thermistor là độ nhạy cảm. Trong 3 loại chính của cảm biến, điện trở nhiệt có sự thay đổi đối với nhiệt độ là lớn nhất.

Bài viết tìm hiểu điện cơ bản:

1.2 Cấu tạo

Thermistor được cấu tạo từ hổn hợp các bột ocid. Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao. Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi.

Điện trở nhiệt nói chung được tạo bởi các vật liệu bán dẫn. Mặc dù các hệ số nhiệt độ là dương, nhưng điên trở nhiệt lại có hệ số nhiệt độ âm, nghĩa là, điện trở của chúng giảm khi nhiệt độ tăng. Khi tính toán ngược lại như vậy trên độ bách phân, các điện trở nhiệt có thể nhận diện được sự thay đổi nhiệt độ trong 1 phút mà RTD hay cặp nhiệt điện không thể phát hiên được. Sự phản ứng tính nhạy cảm này không phải là hàm tuyến tính.Điện trở nhiệt là 1 thiết bị phi tuyến cùng với các tham số quá trình là rất lớn. Do đó,các điển trở nhiệt không được tiêu chuẩn hóa so với các RTD và Nhưng cặp nhiệt điện đã được tiêu chuẩn hóa. Đường cong của 1 điện trở nhiệt riêng biệt thì có thể được xấp xỉ qua phương trình Steinhart-Hart

1/T = A + B * lnR + C * (ln R)3

Trong đó:

  • T: Nhiệt độ Kelvin
  • R: điện trở của điện trở nhiệt
  • A, B, C: Hằng số điều chỉnh đường cong
  • A, B và C được tìm thấy bằng cách chọn 3 điểm trên đường cong dữ liệu và hệ 3 phương trình 3 ẩn.

Khi các điểm dữ liệu được lựa chọn không quá 100 0C trongphạmvi nhiệt độ của điện trở nhiệt,thì sẽ tạo ra đường cong phù hợp.

Việc tính toán sẽ nhanh hơn bằng 1 phương trình đơn giản hơn:

T = B/(lnR – A) – C

Trong đó A, B, C được tìm thây bằng việc lựa chọn 3 tọa độ (R, T) và giải ba phương trình đông thời. Phương trình này phải được áp dụng trong khoảng nhiệt độ hẹp hơn để tiệm cận chinh xác của phương trình Steinhart_Hart.

Các sáng chế hiện nay liên quan đến chất bán dẫn oxide cho thermistors để sử dụng như cảm biến chủ yếu trong một phạm vi nhiệt độ 200 – 5000C, một hiện thân trong đó bao gồm 5 loại nguyên tố kim loại 60 – 98.5% của nguyên tử Mn, 0.1 – 5 % nguyên tử của Ni , 0.3 – 5 % của nguyên tử Cr, 0.2 – 5 % của nguyên tử Y và 0.5 - 28% nguyên tử của Zr, các chất bán dẫn oxide cho các nhiệt điện trở có một tính năng tuyệt vời đặc trưng như bộ cảm biến nhiệt độ để sử dụng trong phạm vi nhiệt độ trung binh và cao; đó là, đưa ra như một sự thay đổi điện trở nhỏ với thời gian như trong ± 5% ở nhiệt độ từ 200 - 5000C, nó thích hợp nhất cho các ứng dụng đo nhiệt độ mà độ tin cậy cao là cần thiết ở nhiệt độ cao. Nhiệt điện trở chỉ tuyến tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50 – 150D.C do vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹt – mít. Cái Block lạnh nào cũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây động cơ.

  

2. Phân loại

Nhiệt điện trở có thể phân thành 2 loại: PTC và NTC
Sự phân loại dựa trên dấu của hệ số k trong công thức:

Trong đó:

  • ∆R: Khoảng biến thiên điện trở
  • ∆T: Khoảng biến thiên nhiệt độ
  • k: Hệ số nhiệt
  • Nếu k dương: điện trở tăng khi nhiệt độ tăng: PTC (positive temperature coefficient)
  • Nếu k âm: điện trở giảm khi tăng nhiệt độ: NTC (negative temperature coefficient)

Thường dùng là loại NTC.

2.1 Nhiệt điện trở PTC

Là điện trở có hệ số nhiệt dương, có bản chất là một điện trở bán dẫn có điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. Ở nhiệt độ nhỏ hơn 110 0C điện trở của nó nhỏ cỡ trăm Ω và biến đổi không đáng kể. Khi nhiệt độ vượt quá 110 0C thì điện trở của nó tăng tới hàng ngàn mêga Ω.

Trên thị trường, nhiệt điện trở PTC thường có loại chính:

Điện trở silic nhạy nhiệt “Silistor”:

  • Thiết bị này thể hiện một hệ số nhiệt dương khá thống nhất khoảng + 0.77% hầu như suốt phạm vi hoạt động của chúng, nhưng nó còn thể hiện một vùng hệ số nhiệt âm khi nhiệt độ vượt quá 150°C.
  • Thường được dùng để cân bằng nhiệt độ của các thiết bị bán dẫn Silic trong khoảng nhiệt độ từ - 60°C đến +150°C.

PTC chuyển đổi:

  • Các thiết bị này làm từ vật liệu ceramic đa tinh thể thường có điện trở cao nhưngcó tính bán dẫn khi thêm vào tạp chất.
  • Thường được sản xuất từ Bari, chì và Titan với các phụ gia như Mangan, Silic, Tan tan và Ytri.Có đặc tính là điện trở nhiệt (có hệ số nhiệt âm rất nhỏ) cho đến khi thiết bị đạt đến nhiệt độ giới hạn, được gọi là nhiệt độ Curie – nhiệt độ chuyển đổi hay chuyển tiếp. Vượt qua nhiệt độ giới hạn này, hệ số nhiệt tăng mạnh lên hệ số nhiệt dương trong điện trở

2.2 Nhiệt điện trở NTC

Là điện trở có hệ số nhiệt âm, có bản chất là các điện trở bán dẫn có điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Điện trở của NTC giảm mạnh khi nhiệt độ gia tăng. Từ 0 0C đến 1500C điện trở của NTC giảm đi 100 lần.

Các nhiệt điện trở NTC thường làm từ các oxit kim loại, thông dụng nhất là các oxti của mangan, niken, coban, sắt, đồng và titan. Các nhiệt điện trở NTC thương mai được sản xuất dựa trên cơ sở kỹ thuật ceramic cho đến ngày nay. Hỗn hợp của hai hay nhiều oxit kim loại dạng bột được trộn với các chất kết dính thích hợp, tất cả được tạo hình, sấy khô và nung ở nhiệt độ cao. Bằng cách thay đổi các loại oxit được sử dụng, tỷ lệ tương đối của chúng, môi trường nung và nhiệt độ nung thì có thể đạt được điện trở suất và hệ số nhiệt mong muốn.

Nhiệt điện trở NTC thương mại có thể được phân thành 2 nhóm chính, phụ thuộc vào phương pháp các điện cực được gắn vào xương gốm. Mỗi nhóm có thể lại được phân nhỏ thành các loại khác nhau, trong đó, mỗi loại đặc trưng cho kỹ thuật tạo hình, gia công hay lắp ráp.

Loại 1: Dạng hạt: Các nhiệt điện trở dạng này có dây dẫn là hợp kim platin được kết khối trực tiếp trong xương ceramic. Loại nhiệt điện trở này được phân nhỏ thành các loại sau:

  • Bare Beads (Hạt trần)
  • Glass Coated Beads (Hạt được bọc thuỷ tinh)
  • Ruggedized Beads (Hạt chịu được va chạm)Miniature Glass Probes (Đầu dò thuỷ tinh cỡ nhỏ)
  • Glass Probes (đầu dò thuỷ tinh)
  • Glass Rods (Đũa thuỷ tinh)
  • Bead – in – Glass Enclosures (hạt bọc trong thuỷ tinh)

Loại 2: Có chỗ tiếp xúc bề mặt bị kim loại hoá.

  • Disks (Đĩa)
  • Chips (Mảnh, tấm)
  • Surface Mounts
  • Flakes (Tấm phiến)
  • Rods (Đũa)
  • Washes (Tấm lót, vòng đệm)

3. Tính chất

Hai tính chất đặc biệt quan trọng đối với điện trở nhiệt đó là: Nhiệt và điện

3.1 Nhiệt điện trở PTC

3.1.1 Thuộc tính nhiệt:

Quyết định bởi 3 thông số chính

  • Nhiệt dung

Là lượng nhiệt cần thiết cần cung cấp để điện trở nhiệt tăng lên 1 0C

  • Hằng số hấp thụ/tiêu tán

Thay đổi hệ số cường độ áp vào điện trở nhiệt dẫn tới thay đổi nhiệt độ vì quá trình tự gia nhiệt. Các yếu tố ảnh hưởng đến hằng số hấp thụ/tiêu tán có thể bao gồm: vật liệu làm dây dẫn, phương pháp lắp ráp, nhiệt độ môi trường, cách thức dẫn nhiệt hay đối lưu giữa các thiết bị và môi trường xung quanh, thậm chí cả hình dạng thiết bị của nó.

  • Hằng số nhiệt thời gian

Lượng thời gian cần thiết để điện trở nhiệt thay đổi trên 60% của phần chênh lệch giữa nhiệt độ bên trong (tự gia nhiệt) và nhiệt độ xung quanh sau khi ngắt điện. Hằng số này cũng chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như hằng số hấp thụ. Các cuộc nghiên cứu về tính chất nhiệt của điện trở nhiệt PTC đều dựa trên kết cấu thiết bị đơn giản.

3.1.2 Thuộc tính điện

Các thuộc tính về điện như sau:

  • Cường độ dòng điện – thời gian

Bất cứ sự thay đổi nào về lượng điện năng áp vào cho PTC sẽ gây ra một sự thay đổi nhiệt độ của nó. Thời gian mà nó cần cho thiết bị tăng hay giảm nhiệt là một yếu tố quan trọng trong các ứng dụng liên quan đến điều chỉnh sự nóng chảy, thời gian trễ, động cơ khởi động và sự khử từ.

  • Điện trở – nhiệt độ

Mặc dù điện trở nhiệt PTC có thể sử dụng để do nhiệt độ và ứng dụng điều khiển chế độ điện Zero, nhưng chúng thường không được vận hành theo cách đó. Dữ liệu thường không được trình bày ở dạng bảng điện trở - nhiệt độ hay các phương trình nội suy. Tuy nhiên, có một số giới hạn đặc tính nhiệt điện trở quan trọng đòi hỏi sự hiểu biết của các nhà thiết kế hay người sử dụng thiết bị.

  • Điện và điện trở cực tiểu

Các điện trở điện Zero của điện trở PTC thường được quy định ở nhiệt độ tiêu chuẩn (thường là ở 250C)

Điện trở cực tiểu: Điện trở cực tiểu của thiét bị PTC là giá trì thấp nhất của đường cong Điện trở - nhiệt mà điện trở có thể đạt được. Đây là điểm ngay dưới nhiệt độ chuyển tiếp, nơi độ đốc của đường đặc tính chạm vào mốc zero khi thiết bị thay đổi từ hệ số nhiệt âm nhỏ lên giá trị nhiệt dương lớn.

  • Hệ số nhiệt

Độ dốc của sự thay đổi đường cong đặc tính điện trở - nhiệt từ một giá trị âm nhỏ ở dưới nhiệt độ chuyển tiếp sang một giá trị dương trên nhiệt độ chuyển tiếp. Giá trị dương cực đại của hệ số nhiệt điên trở xảy ra trong vòng vài độ trên điểm chuyển tiếp.

Khi thiết bị trở nên nóng hơn, sự thay đổi giá trị dương của hệ số nhiệt bắt đầu giảm dần, cuối cùng trở lại hệ số âm. Tuy nhiên, điều này thường xảy ra ở nhiệt độ rất cao, vượt ra ngoài phạm vi hoạt động bình thường đối với các thiết bị được thiết kế.

  • Nhiệt độ chuyển tiếp

Nhiệt độ chuyển tiếp là điểm mà tại đó đặc tính nhiệt điện trở bắt đầu tăng mạnh. Nhiệt độ này ứng với điểm Curie của vật liệu, tuy nhiên, rất khó để xách định chính xác nhiệt độ đó. Các nhà sản xuất PTC xác định nhiệt độ này là điểm mà có một tỉ lệ dự kiến tồn tại giữa điện trở cực tiểu (hay điện trở điện zero ở 25 0C) và điện trở ở nhiệt độ chuyển tiếp. Ví dụ, nhiệt kế xác định được điểm mà tại đó điện trở gấp 2 lần giá trị cực tiểu. Một số nhà sản xuất khác có thể đưa ra một con số gấp 10 lần giá trị cực tiểu đó.

  • Sự phụ thuộc vào điện áp

Sự phụ thuộc vào điện áp của điện trở nhiệt PTC được quan tâm nhiều trong các cuộc nghiên cứu, thảo luận. Hình dưới cho thấy đối với một PTC duy trì ở một nhiệt độ không đổi, điện trở giảm khi điện áp tăng. Vì vậy, bất cứ sự đo lường đặc tính nhiệt – điện trở nào cũng phải xác định điệp áp đặt vào trong quá trình kiểm tra để việc thí nghiệm có ý nghĩa.

Hình: Sự phụ thuộc vào điện áp

  • Đặc tính Volt – Ampe

Đường cong Volt – Ampe xác định mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp ở bất cứ điểm nào của trạng thái cân bằng nhiệt. Rõ rang từ hình dưới cho thấy nhiệt độ và điện trở của PTC bị ảnh hưởng bởi sự hấp thu/tiêu tán điện (sự tự gia nhiệt) và môi trường xung quanh. Bất cứ yếu tố nào thay đổi hằng số hấp thu cũng thay đổi hình dạng đường cong Volt – Ampe.

Các đặc tính dòng – áp đối với hầu hết điện trở nhiệt PTC thường không được vẽ từ dữ liệu chính xác. Thay vào đó, nhà sản xuất cung cấp một dữ liệu hay thông số kỹ thuật quan trọng nào đó cho phép các nhà thiết kế hay người sử dụng có thể sáng tạo ra kiểu mẫu lý tưởng cho thiết bị. Điều này giúp đơn giản hoá quá trình thiết kế, và phù hợp với hầu hết các ứng dụng liên quan đến điện trở nhiệt PTC tự gia nhiệt.

Các kiểu mẫu lý tưởng của một điện trở nhiệt PTC được xem là cần có các điều kiện như sau:

Điện trở của thiết bị là cân bằng với điện trở cực tiểu tại tất cả các nhiệt độ dưới nhiệt độ chuyển tiếp

  • Điện trở của thiết bị là vô cùng ở tất cả các nhiệt độ trên nhiệt độ chuyển tiếp
  • Hằng số hấp thụ/tiêu tán không thay đổi trong khoảng nhiệt độ quan tâm.
  • Sự phụ thuộc điện áp của thiết bị được bỏ qua.

Tương tự như các thiết bị NTC, đặc tính dòng – áp ở trạng thái ổn định của thiết bị PTC có thể bị ảnh hưởng bởi những thay đổi của môi trường xung quanh, bức xạ, hệ số hấp thụ/tiêu tán và các thông số điện trong mạch.

3.2 Nhiệt điện trở NTC

Tương tự PTC, NTC cũng có những tính chất quan trọng về nhiệt và điện.

3.2.1 Thuộc tính nhiệt

Khi một điện trở nhiệt NTC được kết nối trong một mạch điện,dòng điện hấp thụ/tiêután khi nhiệt và nhiệt độ thiết bị điện trở nhiệt tăng lên trên nhiệt độ môi trường xungquanh.

Khoảng năng lượng được cung cấp phải bằng khoảng năng lượng bị mất đicộng với khoảng năng lượng được hấp thụ (khả năng lưu trữ năng lượng của thiết bị).

  1. Khoảng năng lượng nhiệt được cung cấp cho điện trở nhiệt trong một mạch điện bằngvới lượng năng lượng hấp thụ/tiêu tán trong các điện trở nhiệt.
  2. Khoảng năng lượng nhiệt bị mất từ điện trở nhiệt đến môi trường xung quanh là tỉ lệthuận với sự gia tăng nhiệt độ trong điện trở nhiệt đó.
  3. Trong đó: δ: hằng số hấp thụ/tiêu tán. Hằng số này không phải là một hằng đúng nghĩa và được đo trong điều kiện cân bằng.
  4. Khoảng năng lượng nhiệt được hấp thụ bởi điện trở nhiệt làm tăng một lượng cụ thể về nhiệt, Trong đó:
  5. s: nhiệt riêng
  6. m: khối lượng của điện trở nhiệt
  7. c: nhiệt dung, phụ thuộc vào vật liệu và cấu tạo điện trở nhiệt

Vì vậy, phương trình truyền nhiệt cho một điện trở nhiệt NTC tại thời điểm bất kì sau khidòng điện được áp vào mạch được thể hiện như sau:

  1. Kiểm tra trạng thái điện trở nhiệt trong điều kiện ổn định và tạm thời. Các phép giải của phương trình (5) khi dòng điện không đổi là:
  2. Phương trình (6) cho thấy rằng khi một lượng điện đáng kể hấp thụ/tiêu tán trong một điện trở nhiệt, nhiệt độ của nó sẽ tăng lên trên nhiệt độ môi trường như một hàm thời gian. Các điều kiện tạm thời ở chế độ “mở”, và tất cả các ứng dụng đều dựa trên đặc tính dòng – thời gian vốn phụ thuộc vào phương trình (6)

Một điều kiện của trạng thái cân bằng đạt được khi dT/dt = 0 trong phương trình (5) hoặc khi t >> C/d trong phương trình (6). Trong điều kiện ở trạng thái ổn định, khoảng nhiệt bị mất bằng với lượng điện cung cấp cho điện trở nhiệt. Do đó:

δ(T - TA) = δ∆T = P = ET * IT (7)

Trong đó:

  • ET: Trạng thái ổn định hay trạng thái tĩnh của điện áp điệnt rở nhiệt
  • IT: dòng ở trạng thái ổn định
  • Đặc tính volt – ampe được định ra từ phương trình (7). Khi dòng điện giảm trong điện trở nhiệt đến một lượng nhiệt tự gia nhiệt được xem là không đáng kể thì phương trình truyền nhiệt có thể được viết lại như sau:
  • Như vậy đến nay, tất cả các cuộc thảo luận về các thuộc tính của điện trở nhiệt NTC đều dựa trên cấu trúc thiết bị đơn giản với một thời gian duy nhất không thay đổi.

3.2.2 Thuộc tính điện

Gồm 3 đặc tính quan trọng:

  • Dòng – thời gian

Trong vài phân tích về tính chất nhiệt của NTC, người ta quan sát thấy rằng sự tự gianhiệt của điện trở nhiệt là một hàm về thời gian.Một điều kiện nhất thời tồn tại trong mạch điện trở nhiệt từ thời điêm mà tại đó, lần đầu
tiên điện được áp vào từ 1 nguồi Thevenin (t = 0), cho tới thời điểm đạt trạng thái cânbằng (t >> τ). Nhìn chung, sự kích thích được coi là một hàm giai đoạn trong điện áp thông qua một nguồn tương đương Thevenin.

Trong suốt thời gian này, dòng sẽ tăng từ một giá trị ban đầu đến một giá trị cuối cùng và sự thay đổi dòng này là một hàm thời gian được gọi là đặc tính “Dòng – Thời gian”. Đặc tính này không đơn giản là một mối quan hệ theo cấp số mũ. Khoảng thay đổi dòng ban đầu sẽ thấp vì điện trở của điện trở nhiệt cao và điện trở nguồn thêm vào. Ki thiết bị bắt đầu từ gia niệt, điện trở sẽ giảm nhanh chóng và khoảng thay đổi thay đổi dòng sẽ tăng lên. Cuối cùng, khi thiết bị đạt đến trạng thái cân bằng, khoảng thay đổi dòng sẽ giảm khi dòng chạm đến giá trị cuối cùng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính dòng – thời gian là nhiệt dung của thiết bị (c), hằngsố hấp thụ/tiêu tán của thiết bị (d), nguồn điện áp, nguồn điện trở và điện trở của thiết bịở nhiệt độ môi trường. Giá trị ban đầu và hiện tại của dòng và thời gian cần thiết để đạt được giá trị dòng cuối cùng có thể được thay đổi khi cân bằng bằng cách thiết kế mạch thích hợp.

Đặc tính dòng – thời gian được sử dụng trong các ứng dụng: trì hoãn thời gian, ngăn cản sự tăng vọt của dòng hay điện áp, bảo vệ dây tóc, bảo vệ sự quá tải và chuyển mạch liên tiếp.

  • Dòng – điện áp

Một khi điện trở nhiệt tự gia nhiệt đạt đến trạng thái cân bằng, tốc độ mất nhiệt của thiếtbị sẽ cân băng với điện được cung cấp. Nó được thể hiện bằng toán học dưới dạng phương trình:

δ(T - TA) = δ∆T = P = ET * IT

Nếu hằng số hấp thụ/tiêu tán thay đổi không đáng kể trong môi trường xác định và tậphợp các điều kiện, và xuất hiện đặc tính nhiệt – điện trở, phương trình trên có thể đượcgiải quyết cho đặc tính dòng – điện áp ổn định. Đặc tính này có thể được vẽ tên toạ độ hàm log – log nơi các đường điện trở không đổi có độ dốc +1 và các đường dòng điện có độ dốc -1 (như trong hình 5). Đối với một số ứng dụng, nó thuận tiện hơn để vẽ đặc
tính dòng – điệp áp trên toạ độ tuyến tính (như hình 6).

Khi lượng điện hấp thụ/tiêu tán trong điện trở nhiệt không đáng kể, đặc tính dòng – điện áp sẽ tiếp tuyến với một đường điện trở không đổi bằng với điện trở dòng zero của thiết bị ở nhiệt độ môi trường quy định.
Có nhiều ứng dụng dựa trên đặc tính dòng – điện áp tĩnh này. Những ứng dụng này có thể được phân loại lại theo kiểu kích thích được sử dụng đế thay đổi đặc tính dòng – điện áp.

  • Điện trở – nhiệt độ

Có nhiều ứng dụng dựa trên đặc tính điện trở - nhiệt độ và cúng có thể được phân thành các nhóm chung của nhiệt kế điện trở, sự điều khiển nhiệt độ hay hiệu chỉnh nhiệt độ. Trong các cuộc thảo luận trước đây về đặc tính dòng – thời gian và dòng – điện táp, các thiết bị được kiểm tra về việc vận hành ở chế độ tự gia nhiệt (gia nhiệt lên trên nhiệt độ môi trường bằng dòng điện bị hấp thụ/tiêu tán trong điện trở nhiệt). Đối với hầu hết các ứng dụng dựa trên đặc tính điện trở - nhiệt độ, tác dụng tự gia nhiệt là không mong muốn và một thử nghiệm làm việc với một dòng điện gần zero.

4. Phương pháp xản xuất

Các sáng chế hiện nay liên quan một phương pháp sản xuất vật liệu nhiệt điện trở nhiệtđộ cao có tính chất nhiệt điện trở ổn định và một nhiệt điện trở nhiệt độ cao. Theo phương pháp này, các vật liệu điện trở nhiệt thu được bằng cách trộn bột (MnCr)O 4 spinel và bột Y2O3 và bắn bột trộn ở nhiệt độ từ 1400 – 17000C, để tạo ra các thành phần của hỗn hợp phản ứng với nhau. Một phương pháp sản xuất vật liệu nhiệt điện trở nhiệt độ cao, bao gồm các bước:

·Trộn bột (MnCr)O4 spinel bột và Y2O3 để tạo thành một loại bột hỗn hợp, và bắn bột hỗn hợp ở nhiệt độ từ 1400 – 17000C. Phản ứng thành phần của bột trộn với nhau và tạo ra (MnxCry)O4 spinel và Y(CrMn)O3 Perovskite , trong đó 0 < x, y ≤ 2, và x + y = 3.

·Một phương pháp theo yêu cầu 1, trong đó nồng độ của bột Y2O3 là 10 – 90 % mol so với số lượng tổng cộng của các bột (MnCr)O 4 spinel và bột Y2O3 trong hỗn hợp bột. Một phương pháp theo yêu cầu 1, trong đó tỷ lệ mol của Mn : Cr trong (MnCr)O 4 bột spinel là 0.11 – 9.

·(MnCr)O4 là một vật liệu nhiệt điện trở nhiệt độ cao và có điện trở suất cao và nhiệt độ cao hệ số kháng. Mặt khác, YCrO3 là một loại vật liệu nhiệt điện trở tương tự và có điện trở suất thấp và nhiệt độ thấp hệ số kháng. Do đó, nhiệt độ cao, nhiệt điện trở có thể được cấp một điện trở suất mong muốn và phù hợp với nhiệt độ có hệ số kháng bằng cách thay đổi phù hợp tỷ lệ pha trộn của (MnCr)O4 và YCrO3. Các vật liệu nhiệt điện trở nhiệt độ cao có một loạt các đặc tính nhiệt điện trở ổn định.

·Tuy nhiên, có một số vấn đề, như sau, trong các vật liệu nhiệt điện trở trước. tính thuận lợi của một loại vật liệu nhiệt điện trở trở thành có thể do thống nhất phân tán (MnCr)O4 hạt và YCrO3 hạt trong vật liệu. Như đã đề cập ở trên, bởi vì cả hai (MnCr)O4 có điện trở suất tốt hơn và nhiệt độ tốt hơn hệ số của sức đề kháng và YCrO3 có điện trở suất tồi tệ hơn và nhiệt độ tồi tệ hơn hệ số của điện trở được thống nhất hỗn hợp và phân tán với nhau trong suốt các vật liệu nhiệt điện trở, điện trở suất và nhiệt độ hệ số kháng của vật liệu nhiệt điện trở là đồng nhất trong các vật liệu nhiệt điện trở.

·Để đẩy nhanh phản ứng của (MnxCry)O4 spinel và Y(CrMn)O3 Perovskite, nhiệt độ tốt nhất khoảng 1400 đến khoảng 17000C.

·Khi nhiệt độ nung thấp hơn 14000C., lực liên kết giữa chúng có thể là không đủ. Khi nhiệt độ nung ở trên là hơn 17000C., một sự tăng trưởng bất thường của các hạt có thể được tiến hành trong quá trình phản ứng.

·Hơn nữa, khi thực hiện bắn, nó có thể sử dụng thêm phụ bắn như SiO 2 năm 1650. CaO
và CaSiO3, đó là chất lỏng ở trạng thái trong một phạm vi nhiệt độ khoảng 1500 0C Bằng cách sử dụng các firing auxiliaries, nó rất dễ dàng để kiểm soát nhiệt độ nung hoặc thiêu kết đến trong một phạm vi là 15000C đến 16000C. Hơn nữa, điều này làm cho khối lượng vật liệu cách điện phải được tăng lên trong vật liệu nhiệt điện trở nhiệt độ cao, mà cho phép các giá trị điện trở được điều chỉnh nhẹ.

·Sau khi nung, đó là mong muốn để các vật liệu nhiệt điện trở tuổi nhiệt độ cao trong khoảng từ khoảng 30 đến 50 giờ ở một phạm vi nhiệt độ mong muốn như là 1000 12000C. (MnCr)O4 là một hợp chất hóa học có cấu trúc tinh thể của các loại spinel, ví dụ, một công thức thành phần của Mn 1 Cr0.5 1 0.5 O4 hoặc Mn1Cr 0.5 + x 10.5 - O4 và các loại tương tự (nếu 0 < x <1.5).

·Phương pháp sản xuất của các sáng chế hiện tại được mô tả ở sau. Để có được một loại vật liệu nhiệt điện trở bao gồm (MnxCry)O4 spinel và Y(CrMn)O3 Perovskite, phát minh hiện tại có thể sử dụng (MnCr)O4 spinel bột và Y2O3 bột như việc bắt đầu từ nguyên liệu thô. Bằng cách trộn và nung cả hai loại bột, một số các nguyên tử Mn và Cr nguyên tử (Mn và Cr ion) trong spinel MnCr O4 di chuyển vào gần Y2O3 và sau đó phản ứng với Y2O3. Qua đó, Y(CrMn)O3 Perovskite được hình thành trong hỗn hợp được nung Quá trình này có thể tạo ra một lực liên kết mạnh mẽ giữa (Mn xCry)O4 spinel và Y (Cr.Mn) O 3 Perovskite mà không nhận ra trong nghệ thuật trước. Điều này cho phép phân tán lực lượng liên kết thống nhất (MnxCr y)O4 spinel và Y(CrMn)O3 Perovskite. Bởi vì các vật liệu nhiệt điện trở cao của sáng chế hiện nay là nhất thiết là một hỗn hợp đồng nhất của cả hai (Mn x.Cr y) O 4 spinel và Y (Cr.Mn) O 3 Perovskite, các nhiệt điện trở sử dụng vật liệu này có các tính chất nhiệt điện trở ổn định.

·Như đã nêu ở trên, các sáng chế hiện nay cung cấp vật liệu nhiệt điện trở nhiệt độ cao và phương pháp sản xuất hiện.Tốt hơn khi nồng độ của Y 2 bột 3 O là trong phạm vi 10-90% mole đối với tổng lượng (Mn.Cr) O 4 spinel bột và Y 2 O 3 bột trong bột hỗn hợp. Hỗn hợp của( MnCr)O 4 bột spinel và Y2O3 trong phạm vi trên là khả năng cung cấp vật liệu nhiệt điện trở ổn định. Khi số lượng gia tăng của bột Y2O3 là ít hơn 10 mole% và hơn 90% mole, các giá trị điện trở của vật liệu nhiệt điện trở trước và sau khi bắn được thay đổi đáng kể, và các nhiệt điện trở được làm từ một loại vật liệu như vậy không thể được thực được sử dụng.

·Hơn nữa, khi số lượng tăng thêm của Y 2 O 3 là hơn 90 mol%, các thuộc tính kết dính của vật liệu nhiệt điện trở là trở nên tồi tệ, dẫn đến phản ứng giữa (Mn xCry)O4 spinel và Y(CrMn )O3 Perovskite là không đủ. Hơn nữa, các tính chất nhiệt điện trở của (MnxCry)O4 spinel được như vậy là điện trở
suất là cao khoảng 240 (Ω  cm) và nhiệt độ cao hệ số cản cao khoảng 12.500 (K) tại 7500C.

·Mặt khác, các tài sản nhiệt điện trở của Y(CrMn)O 3 Perovskite hình thành từ Y2O3 là như vậy mà là điện trở suất thấp, khoảng 0,9 (Ω  cm) và một điện trở có hệ số nhiệt độ thấp khoảng 1500 (K) ở 750 ° C. Do đó, nó có thể thay đổi vật liệu nhiệt điện trở (như là thu được bằng cách trộn tiếp theo bắn) bằng cách thay đổi số lượng tăng thêm của Y2O3.

·Hơn nữa, các thành phần được trộn lẫn trong một loạt các tỷ lệ pha trộn như vậy mà số tiền của mỗi thành phần có trong một dãy rộng là 10 đến 90% mole.Kết quả là, có thể để có được một loại vật liệu nhiệt điện trở, các tài sản nhiệt điện trở trong số đó là lựa chọn qua một loạt các resistivities và hệ số nhiệt độ của kháng chiến.

·Tốt hơn khi tỷ lệ mol của Cr/Mn trong bột (MnCr)O4 spinel là thuộc phạm vi 0.11 – 9.

· Bằng cách sử dụng (MnCr)O4 spinel đáp ứng điều kiện tỷ lệ mol trên, có thể để có được một kết quả spinel có một tinh thể biến dạng nhỏ, trong khi tốc độ của phản ứng giữa (MnCr)O4 spinel và (CrMn)O3 Perovskite là tăng tốc, từ đó ổn định các đặc tính của vật liệu nhiệt điện trở là được.

·Khi tỷ số mol của Cr/Mn nhỏ hơn 1.1, có khả năng là một phổ biến bất thường của mangan sẽ xảy ra. Mặt khác, khi tỷ số mol của Cr / Mn là hơn 9, có khả năng là một lực lượng liên kết giữa các hạt là thấp do phản ứng không đủ.

·Các sáng chế hiện nay cũng hướng đến một nhiệt điện trở nhiệt độ cao của một cấu trúc nhiều lớp bao gồm một bề mặt gốm có chứa alumina, một lớp vật liệu nhiệt điện trở nhiệt độ cao trên bề mặt gốm, và bao gồm một gốm trên lớp nhiệt điện trở, trong đó các vật liệu nhiệt điện trở cho việc xây dựng bao gồm các lớp nhiệt điện trở (Mn xCry)O4 spinel và Y(CrMn)O3 Perovskite và thu được bằng cách trộn (MnCr)O4 spinel bột và Y2O3 bột và bắn hỗn hợp ở nhiệt độ 1400 đến 1700 0C. Khi nhiệt độ vật liệu nhiệt điện trở cao được sản xuất theo phương pháp trên, việc tách (MnxCr y)O4 spinel và Y(CrMn)O3 Perovskite không xảy ra trong vật liệu nhiệt điện trở. Qua đó, có thể để ngăn chặn sự khuếch tán của (Mn x Cry)O4 spinel vào chất nền và trang trải các alumina chứa.

·Do, thermistors nhiệt độ cao của sáng chế hiện nay có thể cung cấp các thuộc tính nhiệt điện trở ổn định theo phương pháp trên. Các sáng chế hiện nay cũng liên quan đến một nhiệt điện trở nhiệt độ cao bao gồm một ống kim loại, trong đó một vật liệu nhiệt điện trở nhiệt độ cao được lưu giữ, trong đó các vật liệu nhiệt điện trở cho việc xây dựng bao gồm các lớp nhiệt điện trở (MnxCr y)O4 spinel và  (CrMn)O3 Perovskite và thu được bằng cách trộn (MnCr)O4 spinel bột và Y2O3 bột và bắn hỗn hợp ở nhiệt độ 1400 đến 1700 0C, nồng độ của Y2O3 là trong phạm vi 10 – 90 % nốt ruồi đối với số lượng tổng cộng của các (MnCr)O4 bột spinel và Y2O3 trong bột bột hỗn hợp, Điều này liệu nhiệt điện trở nhiệt độ cao được sản xuất theo phương pháp trên. Qua đó, tách (MnxCry)O4 spinel và Y(CrMn)O3 Perovskite không xảy ra trong vật liệu nhiệt điện trở.

·Vì vậy, các phương pháp trên có thể cung cấp các thermistors nhiệt độ cao có tính nhiệt điện trở ổn định.

·Đối với những sáng chế hiện nay, nhiệt điện trở nhiệt độ cao có thể được gắn vào một ống kim loại. Trong trường hợp này, các vật liệu nhiệt điện trở là ngăn không được trực tiếp tiếp xúc với oxy hóa giảm bầu không khí hoặc ngọn lửa, mà nếu không làm cho vật liệu nhiệt điện trở được nhiệt xuống cấp.
Vì vậy, các phương pháp trên cụ thể cải thiện tuổi thọ của các phần tử nhiệt điện trở.

5. Ứng dụng

5.1 Ứng dụng của PTC

Dùng để bảo vệ động cơ điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch hay quá tải hoặc là điều khiển mức độ nhiệt… Có thể được sử dụng để làm thiết bị giới hạn dòng giúp bảo vệ mạch điện, có thể thay thế cho cầu chì.Dòng đi qua trong thiết bị gây ra một lượng nhỏ nhiệt điện trở. Nếu dòng đủ lớn để sinh ra nhiều nhiệt hơn so với nhiệt thiết bị mất ra môi trường xung quanh, thiết bị nóng lên làm điện trở tăng lên, và vì vậy sinh ra nhiều nhiệt hơn. Điều này tạo ra một hiệu ứng tự tăng thêm dẫn đến điện trở tăng theo, giảm dòng và điện áp cung cấp cho thiết bị.

PTC còn được sử dụng làm thời kế trong mạch cuộn khử từ cho hầu hết các màn hình CRT và TV.

5.2 Ứng dụng của NTC

·Khi làm việc với dòng điện bé, NTC được dùng làm thiết bị đo nhiệt độ

·Khi làm việc với dòng điện lớn, NTC dùng để đo mức chất lỏng NTC có thể được dùng để làm thiết bị giới hạn dòng xâm nhập trong mạch cung cấp điện. Những điện trở nhiệt này thường lớn hơn nhiều so với điện trở nhiệt loại dùng để đo lường, và được thiết kế riêng cho ứng dụng này.

·NTC cũng thường được dùng trong các ứng dụng về tự động. Ví dụ, chúng theo dõi nhiệt độ làm mát, hay nhiệt độ dầu bên trong động cơ và dữ liệu cung cấp cho ECU, và gián tiếp đến bảng điều khiển.
NTC cũng có thể được dùng để theo dõi nhiệt độ của các lò ấp.

·NTC cũng thường được sử dụng trong các nhiệt kế kỹ thuật số hiện đại, và để theo dõi nhiệt độ của pin khi đang sạc.

5.3 Một số hình ảnh

Cảm biến nhiệt điện trở 

Dây điện trở