مقاومت PTC چیست و در صنعت چه کاربردی دارد ؟

بسیاری از دستگاه های الکتریکی و الکترومکانیکی برای عملکرد خوب و صحیح و پیشگیری از خراب شدن به کنترل دما نیاز دارند. در همین راستا دانستن اینکه PTC یا مقاومت PTC چیست و چه عملکردی در صنعت دارد خالی از لطف نیست.

به زبان ساده میتوان اینطور بیان کرد که این قطعه نوعی مقاومت متغییر است که بر خلاف انتظار معمولی که از یک مقاومت الکتریکی داریم رفتار متفاوتی بروز میدهد. قطعه PTC هرچه گرم تر شود مقاومت الکتریکی آن بیشتر میشود. این ویژگی باعث شده تا برخی اساتید از آن به عنوان یک فیوز خودکار یا سنسور دما یاد کنند.

در ادامه به بررسی دقیق تر این قطعه از جمله ساختار داخلی و مواد به کار رفته در ساخت و نحوه محافظت آن از مدار خواهیم پرداخت.

مقاومت ptc

PTC یا ترمیستور چیست ؟

برای درک این مطلب ابتدا باید بدانید که PTC یک نوع مقاومت است و برخلاف مقاومت های معمولی که در مدارهای ساده مشاهده میکنید و مقدار ثابتی دارند عمل میکند . ترمیستور PTC به شدت به تغییرات دما واکنش نشان میدهد .

ترمیستور چیست ؟

بیایید معنای لغوی ترمیستور را ریشه یابی کنیم. این لغت از دو بخش Thermal  و Resistor  تشکیل شده است که به ترتیب به معنای حرارت و مقاومت هستند. ترکیب این دو کلمه Thermistor را بوجود اورده است که به خوبی نشان میدهد که یک قطعه ترمیستور به گرما واکنش نشان داده و با تغییرات دمایی مقاومت متفاوتی از خود بروز میدهد.

PTC چیست ؟

PTC مخفف عبارت Positive temperature coefficient است که به معنای ضریب حرارتی مثبت است. یعنی رابطه ای مستقیم بین دما و مقاومت برقرار است. وقتی دمای محیط یا قطعه بالا میرود مقاومت الکتریکی آن نیز بیشتر میشود. و اگر دما پایین بیاید مقاومت هم کم کیشود. ( این رفتار دقیقا برعکس رفتار مقاومت های NTC است)

ترمیستور  PTC تا چه دمایی کار میکند ؟

بازه دمایی عملکرد این قطعات معمولا گسترده است و بسته به جنس و کیفیت ساخت متفاوت خواهد بود . معمولا این قطعات در بازه ای بین منفی 100 تا مثبت 300 درجه سانتیگراد کار میکنند. البته این بازه حدودی است و بسته به کیفیت ساخت و نوع مواد تشکیل دهنده در آن میتواند متفاوت باشد. لازم به ذکر است ترمیستور یا مقاومت پی تی سی در کنترل جریان و سنجش دما به مهندسان کمک میکند.

وقتی میگوییم مقاومت PTC چیست ؟ باید بدانید که این قطعه ابزاری هوشمند و فیزیکی است که پردازنده ای ندارد اما با تغییرات فیزیکی مواد داخلی اش جریان برق را کنترل و مدیریت میکند.

کاربرد مقاومت PTC

قابل پیش بینی است که کاربرد این قطعه در صنعت بسیار گسترده است و طیف وسیعی از کاربری ها را شامل میشود. بیشترین کاربرد این قطعه به ایمنی و حفاظت مدار ها مربوط میشود.

فرض کنید جریانی بیش از حد مجاز وارد مدار میشود، اگر مقاومت و مانعی وجود نداشته باشد قطعات حساس میسوزند یا آسیب می بینند. مثلا سیم پیچی موتورهای الکتریکی دچار سوختگی میشوند. یا فیوز ها میسوزند و باید تعویض شوند.

اما مقاومت های PTC ریست شونده هستند یعنی وقتی دما بالا رفت و مدار قطع شد پس از خنک شدن دوباره وصل میشوند و نیازی به تعویض کردن قطعه نیست.

از دیگر کاربرد های ریاج مقاومت های PTC میتوان به موارد دیگری اشاره کرد :

تجهیزات گرمایشی خود تظیم : چون با افزایش دما مقاومت زیاد میشود و شدت جریان کم میشود دما روی یک حد خاصی ثابت می ماند .

سنسور دما : در بازه هایی که رفتار قطعه خطی است میتوان از آن برای اندازه گیری دما استافده کرد .

راه انداز موتور های : در لحظه استارت موتورهای الکتریکی که نیاز به جریان اولیه مشخصی است .

PTC  از چه چیزی ساخته میشود ؟

سوال اینجاست که در ساخت این قطعات از چه متریال و موادی استفاده میشود که چنین رفتار جالبی از خود به نمایش میگذارند؟ پس از بررسی اینکه جنس مقاومت ptc از چیست ؟ به گروهی از مواد خاص بر میخوریم .

عموما ترمیستور ها را از فلزات اکسید شده میسازند. موادی که به ضریب حرارتی مثبت برسند. پس در ساختار مقاومت PTC فزاتی از قبیل پلاتین و نیکل و مس و تنگستن یافت میشود.

استفاده از هریک از عناصر یاد شده باعث میشود که به گونه متفاوتی از ترمیستور با ویژگی خاصی برسیم .

• پلاتین پایداری بسیار بالایی دارد و در دماهای بالا مقاوم است .
• مس را میتوان در بازه های دمایی متفاوتی استفاده کرد.

استاندارد IEC60751 یکی از استاندارد های مهم در ساخن نمونه های مربوط به مقاومت PTC است و کیفیت ساختار را تنظیم میکند. در این استاندارد میتوانید چیز های بیشتری در مورد ساخت این قطعه بخوانید .

ساختار فیزیکی PTC چگونه است ؟

انواع مختلفی از این مقاومت بسته به محل نصب و نوع کاربرد وجود دارد . آنها به صورت دیسکی و مهره ای و میله ای و حتی تراشه هایی با پوشش شیشه ساخته میشوند. به طور مثال برای نصب بر روی برد موبایل از مدل های کوچک نصب سطحی استفاده میشود . در الکتروموتورهای صنعتی از مدل های دیسکی بزرگ تر میتوان استفاده کرد. اما تمام این ساختار ها بر یک پایه و با استفاده از اکسیدهای فلزی ساخته میشوند.

نحوه عملکرد ترمیستور PTC

عملکرد و مکانیزم این قطعه بسیار ساده و در عین حال کارامد است. وقتی جریان الکتریکی از هر قطعه عبور میکند مقداری گرما تولید میشود. در حالت عادی این گرما کم است و PTC مقاومت پایینی دارد و اجازه عبور جریان را میدهد.

اما وقتی خطایی رخ داده باشد و جریان بیشتر از حد مجاز شود (اضافه جریان) معادلات تغییر میکنند. در این موقع جریان زیاد باعث تولید گرمای داخلی در قطعات میشود و دما به سرعت بالا میرود. طبق قانون PTC و ضریب حرارتی مثبت، با افزایش دما مقاومت قطعه نیز به شدت و ناگهانی بالا میرود.

این مقاومت بالا مانند یک سد عمل کرده و مسیر جریان را محدود یا حتی مسدود میکند. در نتیجه این فعل و انفعالات مدار قطع میشود و قطعات دیگر از سوختن جان سالم به در میبرند.

این فرایند که توضیح داده شد دقیقا نشابه رفتار فیوز است. با این تفاوت که فیوز میسوزد و باید تعویض شود اما مقاومت PTC نمیسوزد. مادامی که جریان غیر مجاز است یا دما بالا است مقاومت بالا می ماند؛ به محض اینکه جریان کم شود یا دما پایین بیاید مقاومت دوباره کم میشود و مدار به حالت عادی برمیگردد.

در مبحث سنسور دما نیز نحوه عملکرد بر اساس میزان مقاومت و اهم است. یک مدار کنترلی دائما مقاومت را اندازه می گیرد. نسبت مقاومت و دما را میشود بر اساس نمودار محاسبه کرد . این رفتار خطی تا دمای 350 درجه سانتیگراد کار مهندسان را برای طراحی مدارهای کنترلی بسیار راحت میکند.

جدول رفتار ترمیستور های NTC در برابر تغییرات دما

جدول رفتار  ترمیستور PTC در برابر تغییرات دما

تفاوت ترمیستور NTC و PTC

ترمیستورها یا مقاومت های حرارتی (Negative Temperature Coefficient) NTC در برابر تغییرات گرمایی عکس العمل معکوس از خود بروز میدهند یعنی با افزایش دما مقاومت الکتریکی انها کم میشود . اما همانطور که در این مقاله مطرح شد مقاومت های PTC در برابر افزایش دما مقاومتشان افزایش می یابد.

انواع مقاومت PTC

معیار های مختلفی برای دسته بندی این مقاومت ها وجود دارد . میتوانیم آنها را بر اساس نوع فلز ساخته شده دسته بندی کنیم. دانستن اینکه ترمیستور مناسب برای کار ما کدام است بسیار مهم است.

پر کاربرد ترین ترمیستورهای ptc در صنعت

1. ترمیستورهای پلاتینی : دقت بسیار بالا – پایداری عالی در دراز مدت – وقتی نیاز به اندازه گیری دقیق دما داریم ترمیستور پلاتینی مناسب است.
2. ترمیستورهای نیکلی : ارزان تر – کاربرد عمومی – محدودیت در دماهای خیلی بالا

علاوه بر جنس فلز سازنده میتوان انها را بر اساس نحوه تغییر مقاومت دسته بندی کرد .

1. برخی تغییر مقاومت ملایم و خطی دارند و برای دما سنجی مناسب هستند
2. برخی دیگر در یک دمای خاص تغییرمقاومت شدید و ناگهانی میدهند و برای محافظت از مدار مناسب است.

مزایای استفاده از مقاومت PTC

1. پاسخ دهی و رفتار خطی تا دماهای بالا (350 درجه ) باعث شده که آنها را جایگزین بسیاری از سنسور های قدیمی کنند و می توان با اطمینان بالایی روی داده های خروجی آن حساب کرد. توجیه اقتصادی نیز یکی دیگر از مزایای استفاده از این قطعه است.
2. PTC ها نسبت به سنسور های پیشرفته تر مانند RTD ها قیمت کم تری دارند.
3. حساسیت بالای ترمیستور ها در برابر تغییر دما نسبت به سنسورهای دیگر از مزایای دیگر این قطعات است.
4. اندازه کوچک از دیگر مزایای آنها است . و PTC زا قادر میسازد تا در انواع دستگاه های الکترونیکی کوچک مانند موبایل و تبلت مورد استفاده قرار گیرد.
5. عدم نیاز به جایگزینی و تعویض ویژگی و مزیت دیگر این قطعه است. خاصیت ریست شوندگی به انها این امکان را میدهد که بر خلاف فیوز که میسود و هزینه تعمیر و نگهداری را بالا میبرد بیشتر مورد استفاده قرار گیرند.
6. در مقایسه با RTDها که معمولا از فلزهای خاص ساخته میشوند و گران هستند ، ترمیستورها از ترکیبات اکسید فلزی ساخته میشوند و ارزان تر هستند.
7. بازه دمایی ترمیستور ها محدود تر از RTDها استو در بازه محدود بین صد تا 300 درجه عملکرد خوب و سریع ارایه میدهند.

معایب ترمیستورها

1. عملکرد به شدت غیر خطی در دماهای بالای 350 و پایین صد درجه
2. مصرف کننده توان
3. نامناسب برای بازه های دمایی وسیع
4. عملکرد در بازه دمایی محدود در مقایسه با سایر انواع سنسور ها مانند RTDها

راه اندازی موتور الکتریکی با استفاده از مقاومت PTC

بعضی از الکتروموتورها دارای سیم پیچی راه انداز هستند و فقط در زمان راه اندازی موتور به انها نیاز است. با استفاده از یک مقاومت یا ترمیستور PTC به صورت سری با سیم پیچ راه انداز میتوان خروجی سیم پیچ راه انداز را از مدار خارج کرد.

به این صورت که در ابتدای برقراری جریان ترمیستور سرد است و مقاومت کم است ولی با گذر زمان و افزایش جریان مقاومت مذکور گرم می شود و مقاومت افزایش پیدا میکند ، در نتیجه این اتفاق و قطع کردن جریان توسط PTC سیم پیچ راه انداز از مدار خارج خواهد شد.

بیشتر بخوانید : آینده گیربکس های صنعتی با سنسور های هوشمند، اینترنت اشیاء و آنالیز های پیشگیرانه

سوالات متداول

PTC با مقاومت معمولی چه تفاوتی دارد؟

مقاومت معمولی دارای مقدار اهم ثابتی است و تغییرات دما تاثیر کمی روی آن دارد اما مقاومت پی تی سی نسبت به دما بسیار واکنشی عمل میکند و میزان مقاومتش نسبت به دما به صوت قابل پیش بینی ای تغییر میکند .

از PTC در چه مواردی استفاده میشود ؟

• در مدارهای محدود کننده جریان هجومی در منابع تغذیه
• در موتور های الکتریکی برای جلوگیری از اضافه جریان
• تجهیزات گرمایشی خود تنظیم
• سنسورهای دما در سیستم های صنعتی

جمع بندی

در این مقاله بررسی کردیم که مقاومت یا ترمیستور PTC چیست و چه کاربردی دارد. این قطعه با واکنش سریع به افزایش دما ( که قاتل دستگاه های الکتریکی است) و با افزایش مقاومت و سد کردن راه جریان اضافه از سوختگی و خرابی دستگاه ها و اسیب به مدار ها جلوگیری میکند و به نوعی مانند یک فیوز ریست شونده عمل میکند.

ساختار و مواد سازنده این قطعه را بررسی کردیم و دسته بندی های مختلف بر اساس جنس و نوع واکنش آنها را بر شمردیم. از مزایا و معایبشان گفتیم و اینکه هزینه های کمتری نسبت به فیوزها و کنترل کننده های دما دارند صحبت کردیم. در نهایت باید بگوییم که استفاده از آنها در الکتروموتورها نیز باعث میشود تا از سوختگی و از کار افتادگی موتور و خوابیدن خطوط تولید جلوگیری شود.