Điện trở nhiệt (Thermistor)

I. Tìm hiểu nhiệt điện trở là gì?

Nhiệt điện trở là gì? Thật ra chúng là một thiết bị biến trở nhiệt độ có tên tiếng Anh là Thermistor. Chúng mang đến công dụng để phát hiện ra những sự thay đổi liên quan đến yếu tố nhiệt độ dựa theo điện trở kháng của loại vật liệu tiếp xúc bị thay đổi. Nhiệt điện trở rất nhạy cảm với nhiệt độ và có khả năng cản trở dòng điện tốt. Khi vật có điện trở càng cao thì khả năng dẫn điện sẽ kém và ngược lại thì những vật liệu có điện trở càng thấp thì khả năng dẫn điện sẽ càng cao.

Sở dĩ nó có tên gọi là nhiệt điện trở là do trở kháng của những linh kiện sẽ có sự thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Chính vì tính chất này nên ngày nay có rất nhiều nhiệt điện trở được tạo ra nhằm phục vụ nhiều nhu cầu sử dụng khác nhau của con người.

Hai ký hiệu điện trở nhiệt thường thấy nhất là PTC và NTC.

II. Cấu tạo của điện trở nhiệt

Trong một thiết bị sẽ có cấu tạo từ nguyên liệu chính là hỗn hợp bột oxit, thường được tạo nên từ 2 đến 3 loại bột oxit kim loại khác nhau được phân chia theo mức tỷ lệ và khối lượng nhất định. Hiện nay thì hỗn hợp sử dụng sẽ thường là niken 80% và crom 20%. Hỗn hợp này sau đó được nén chặt lại để tạo khối và được bọc trọng một lớp gốm có cách nhiệt, mang nung trong nhiệt độ cao. Có 2 đầu tiếp điểm kiến nối được đưa ra bên ngoài.

III. Phân loại

Nhiệt điện trở PTC – nhiệt điện trở số dương

Chúng còn gọi là thuận điện trở nghĩa là khi mà nhiệt độ tăng thì trở kháng cũng sẽ tăng theo. Với loại này thì ở mức nhiệt độ dưới 110 độ C thì điện trở nhỏ và không có nhiều biến đổi nhưng khi tăng nhiệt độ vượt ngưỡng 110 độ C thì trở kháng của chúng có thể lên đến con số hàng nghìn mega ôm.

Trong nhiệt điện trở số dương cũng chia làm 2 loại nhỏ là:

• Nhiệt Silistor hay điện trở sillic: hệ số nhiệt điện loại này so với số dương khá đồng nhất, mức sai số chỉ tầm 0.77%. Chúng còn thể hiện được 1 vùng hệ số nhiệt độ âm nếu nhiệt độ vượt ngưỡng 150 độ C. Do đó thường được dùng để cân bằng nhiệt của các thiết bị bán dẫn Sillic ở khoảng nhiệt từ – 60 độ C đến 150 độ C
• Nhiệt điện trở PTC chuyển đổi: là linh kiện làm từ nguyên vật liệu ceramic đa tinh thể có mức điện trở cao, khi được thêm các tạp chất (Bari, Titan, Chì,..) cùng các chất phụ gia khác như Silic, Tan tan, Mangan,.. thì chúng sẽ dần có tính bán dẫn. Khi thiết bị vượt qua mức nhiệt giới hạn thì hệ số nhiệt sẽ tăng mạnh lên hệ số dương trong nhiệt điện trở

Nhiệt điện trở NTC – nhiệt điện trở số âm

Nhiệt điện trở này còn có tên gọi khác là nghịch điện trở. Chúng sẽ có trở kháng giảm khi mà nhiệt độ tăng. Nguyên nhân của tình trạng này là khi nhiệt độ tăng thì chúng trở thành các điện trở bán dẫn có nhiệt độ giảm, phần trở kháng giảm mạnh (sẽ giảm 100 lần trong mức nhiệt từ 0 độ C đến 1500 độ C)

Với loại nhiệt điện trở NCT thương mại sẽ được chia làm 2 loại là Slaff dạng hạt và dạng có chỗ tiếp xúc với bề mặt kim loại hóa.

IV. Nguyên lý hoạt động

Cách thức mà thiết bị nhiệt điện trở hoạt động là dựa theo nguyên lý điện trở kim loại tăng khi nhiệt độ tăng (hiện tượng nhiệt điện trở suất). Đồng nghĩa là khi nhiệt độ môi trường có thay đổi sẽ khiến cho điện trở của nhiệt điện trở thay đổi theo. Chính nhờ điều này mà người ta sẽ vận dụng nó để đo đạc giá trị điện trở thay đổi và suy ra được giá trị của nhiệt độ.

Mức dải nhiệt độ đo thông thường của các nhiệt điện trở sẽ nằm trong khoảng mức từ -50 độ C đến 150 độ C.

V. Ứng dụng

1. Cảm biến nhiệt độ

• Được sử dụng trong các thiết bị đo nhiệt độ như:
  • Nhiệt kế điện tử
  • Cảm biến nhiệt độ trong ô tô
  • Cảm biến nhiệt độ trong điều hòa không khí

2. Bảo vệ quá nhiệt

• Trong mạch điện, điện trở nhiệt có thể ngắt mạch khi nhiệt độ quá cao, bảo vệ các linh kiện quan trọng như:
  • Động cơ điện
  • Biến áp
  • Mạch nguồn

3. Hạn chế dòng khởi động (Inrush Current Limiter - ICL)

• Dùng NTC Thermistor để hạn chế dòng khởi động cao trong:
  • Nguồn xung (Switching Power Supply)
  • Bộ sạc pin
  • Mạch điện có tụ lớn

4. Bù nhiệt (Temperature Compensation)

• Dùng trong mạch đo lường để bù trừ sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến linh kiện, ví dụ:
  • Cảm biến áp suất
  • Đồng hồ đo chính xác

5. Kiểm soát nhiệt độ trong thiết bị gia dụng

• Được dùng trong:
  • Máy nước nóng
  • Bếp từ
  • Lò nướng
  • Máy giặt

6. Ứng dụng trong y tế

• Cảm biến nhiệt độ trong các thiết bị y tế như:
  • Lò ấp trẻ sơ sinh
  • Máy đo thân nhiệt
  • Máy hỗ trợ hô hấp