Temparatüre Bağlı Dirençler

Elektro Seramikler Tarihçe
Seramik; Fransızca céramique, ve Yunanca keramos kelimelerinden
türetilmiş olup su ile karıştırılarak hamur haline getirilen kil'lerin
(kerameikos) yüksek sıcaklıklarda pişirilerek çanak ve çömleğin üretilme
sanatı olarak bilinir. Çanak ve çömlekten elektronik devre elemanlarına
doğru olan evrim günümüzde seramiğin bilimsel anlamını genişletmiştir.
Seramik; kil ve diğer silisyum içerikli inorganik metal oksit bileşiklerinin
yüksek sıcaklıklarda pişirilmeleri (sinterleme) sonucu üstün yapısal özelliğe
sahip çok kristalli malzemeleri ifade etmektedir.
Bağlayıcıları çimento, kireç veya kil olan yapılar geleneksel seramikler
olarak bilinir ve pişmiş hamurun (terra cotta) yapısına göre gözenekli
seramikler ve geçirimsiz seramikler olarak iki gruba ayrılırlar. Geleneksel
seramiklerin temel yapı malzemesi; plastikleştirici ve özlüleştirici öğelere
sahip kil'dir. Kilin yapı taşlarından biri olan kaolin beyaz seramik, ince
fayans ve porselende kullanılır. Yeni seramikler; metal oksit bileşiklerinin
sinterlenmesi sonucu elde edilen ve üstün elektrik, manyetik, mekanik,
ısısal ve kimyasal özellikleri olan (Al2O3, SiO2, Fe3O4 ve BaTiO3 gibi)
maddelerdir.
Seramiklerin ısıya ve kötü hava koşullarına karşı gösterdikleri
dayanıklılık çeşitli uygarlıklar tarafından gözlemlenmiş ve ilk kez Yenitaş
Dönemi'nde Tuna bölgelerinde şeritli kabartma, bezenekli ve perdahlı (sırlı
ve bezekli çömleklere sıvı halinde ince bir metal tabaka sürülerek elde
edilen seramik; Palafitta ve Cortaillod seramiği) olarak yapımına
başlanmıştır. Seramiği su geçirmez hale getirmek üzere kili saydam yada
ışık geçirmez bir tabakayla kaplama fikri (sırlama) Antikçağda doğmuştur.
Fayansın ortaya çıkmasına yol açan beyaz yada ışık geçirmeyen kalaylı sır
Ortadoğu'da kullanılmaya başlandı. İlk kez Çin'de üretilen porselen
Avrupa'daki (Aue) kaolin yataklarının bulunmasının ardından 1709
tarihinde Saksonya'da (Meisssen) üretildi.
Anadolu'da seramik yapımına Yenitaş döneminde (Çatalhöyük, Hacılar,
Beycesultan, Demircihöyük v.b.) başlanılmıştır. Osmanlı döneminde xıv.
Ve xv. yy'larda kırmızı hamurlu, beyaz astar üzerine mavi, lacivert, firuze
ve mor renkli sıratlı tekniği kullanılarak bezenmiş İznik seramiklerine
(Milet işi) rastlanır. xvıı. yy'da önemini yitirmeye başlayan İznik çini ve
seramik atölyelerinin yerini Kütahya atölyeleri almıştır. xviii. yy'da
bölgesel özellikler gösteren Çanakkale işi seramikleri ortaya çıkmıştır.
Kırmızı hamurlu, sıratlı tekniğiyle bezenmiş bu seramiklerin xix. yy.
örneklerinde yelkenli gemi yada mimari motifler kullanılmıştır. Öte yandan
çağdaş ressamlar seramik yapımına ilgi duymuşlar ve bir çok seramik
sanat eserleri üretmişlerdir (Gaugun’in pişmiş toprak ve gre'leri, Dufy'nin,
Rouault'nin ve Vilaminck’in fayansları ve Picasso’nun seramikleri v.b.).
Yeni seramikler; 20 yy'ın ilk yarısında yüksek kimyasal kararlılığı ve
üstün yapısal özelliklerinden dolayı çeşitli alanlarda kullanılmışlardır.
Örneğin, magnetit maddesi pusula iğnesi olarak kullanımının yanı sıra
kimyasal reaksiyonlarda negatif tepki göstermesi nedeniyle nitrat
minerallerinden halojenlerin ayrıştırılmasında anot olarak kullanılmıştır.
1910'dan sonra çok kanallı telefon kablolarının ve radyoların
yaygınlaşması sonucu elektronik endüstrisindeki gelişmeler; ferrit'lerle
ilgili araştırmaların başlamasına neden olmuştur. Ferritler mikrodalga
teknolojisinde manyetik kayıt teyplerinde ve bilgisayarlarda ana bellek
elemanı olarak bir süre kullanılmışlardır.
Yüksek dayanıklılığa sahip seramikler, büyük negatif değerli sıcaklık
katsayılarına sahip metallerden daha farklı özellikler sergilediklerinden
sıcaklık metreleri başta olmak üzere yüksek sıcaklık fırınlarında ısıtma
elemanı (silisyum karbid) olarak kullanılmaktadırlar. Örneğin otomobillerin
ani ve yüksek sıcaklık değişimlerinin meydana geldiği ateşleme bujileri
seramik malzemelerden yapılır.
Geniş gözenekli seramiklerin d.c. dirençlerinin bölgesel atmosfer (nem
içeriği) ve oksitlenme potansiyeline bağlı olarak değiştiği uzun yıllardır
bilinmektedir. Bu duyarlılık aynı zamanda zehirli veya yanıcı bileşiklerin
algılanmasında kullanılmıştır. 1940'ların sonlarında titanyum ile
oluşturulan yüksek elektrik geçirgenliğe sahip dielektriklerin üretilmesiyle
farklı bir gelişme yaşanarak uygun boyut kombinasyonları ve kapasitans
değerleriyle seramikler uygulama alanlarını genişletmişlerdir. Alçak
basınçlarda katkılandırılarak elektriksel geçirgenliği arttırılan baryum
titanat'lı yüksek kapasitans değerli ve yüksek sıcaklık katsayısına sahip
resistörler elde edilmiştir. Ayrıca, kritik sıcaklığı 150K'in (yüksek basınç
altında) üzerinde olan süper-iletken seramik maddeler bulunmuş ve
dolayısıyla sıvı azot sıcaklığında çalışabilen teçhizatların geliştirilmesi
imkanı ortaya çıkmıştır.
ELEKTRONİK VE MANYETİK SERAMİKLER
SERT FERRİTLER:
Küçük elektrik motorları, dolap kapakları, oyuncaklar gibi çeşitli yerlerde
kullanılan baryum ve stronsiyum sert ferritlerin üretim koşulları
hammaddeye göre optimize edilerek isotropik sert ferrit üretim
teknolojileri çalışılmaktadır. Ayrıca buzdolabı kapaklarında conta olarak
kullanılan manyetik tozlar da geliştirilmektedir. MKTAE'nde geliştirilen
sert ferritin Br değeri 2125 Gauss, HC değeri 2000 Oersted ve (BH)max
değeri 1.1 Gauss-Oersted.106 dir. Ayrıca MKTAE'nde geliştirilen üretim
yöntemi ile kalsinasyon yapılmadan tek kademede ve daha düşük
sinterleme sıcaklığında aynı özellikleri gösteren manyetik seramik
malzemeler üretilmektedir.
PİEZOELEKTRİK SERAMİKLER:
Piezoelektrik seramikler yüksek voltaj, mekanik titreşim, akustik ve
ultrasonik titreşim üreteçlerinde ve frekans kontrol sistemlerinde
kullanılır. PZT seramikleri çakmaklarda gaz ateşleyici olarak, masa ve kol
saatlerinde, yüksek frekanslarda ses üretimi için ultrasonik cihazlarda,
tahribatsız muayene probları gibi çeşitli transdüserlarda kullanılmaktadır.
MKTAE'nde hidrofon, ultrasonik temizleyiciler, sonar ve tahribatsız
muayene prob transdüserleri için PZT seramikleri üretilmektedir.
PZT seramiklerin çapları ve kalınlıkları amaca uygun olarak değişebilir
1 µm hassasiyette paralellik sağlanmaktadır. Sonar ve ultrasonik
temizleyicilerde kullanılan 5-15 kHz'de çalışan yüksek güç transdüserleri
üretilmektedir.
Tahribatsız muayenede 25-40 kHz'de çalışan düşük güç transdüserleri
üretilmektedir.
MKTAE'nde üretilen PZT seramiklerin özellikleri aşağıdaki tabloda
gösterilmektedir.
YARI İLETKEN SERAMİKLER:
BARYUM TİTANAT SERAMİKLERİ: Sıcaklık artışı ile öz direnci artan baryum
titanat esaslı PTC (positive temperature coefficient ) termistörleri akım
limitleyici, ısı sensörü ve sivrisinek kovucularında, saç kurutucularında,
araba ve trenlerde sabit sıcaklık ısıtıcıları olarak kullanılmaktadır.
MKTAE'nde PTCR özelliği en az 105 olan ve 1.5-15 kOhm arasında Curie
sıcaklığı 130-150oC olan sabit sıcaklık ısıtıcılarında kullanılan baryum
titanat seramikleri üretilmektedir. İsteğe bağlı olarak değişik özelliklerde
ve çeşitli boyut ve kalınlıklarda üretmek mümkündür.
ÖZEL DİRENÇLER
GERİLİMLE DEĞİŞEN DİRENÇ (VDR-Voltage dependent Resistör):
VDR veya Varistör olarak tanınan direnç;gerilim miktarı ile ters orantılı
olarak çalışan bir devre elemanıdır.
Aşağıda çeşitli Varistör örnekleri görülmektedir.
SICAKLIKLA DEĞİŞEN DİRENÇ (TERMİSTÖR):
İkiye ayrılır;
a) NTC-Negatif sıcaklık katsayılı direnç = bulunduğu ortamdaki ısı miktarı
ile ters orantılı olarak direnci değişen bir devre elemanıdır. Isı miktarı
yükseldikçe direnci azalır,azaldıkça artar.
b) PTC-Pozitif sıcaklık katsayılı direnç =Isı miktarı ile doğru orantılıdır.Isı
yükseldikçe direnci artar, azaldıkça direnci azalır.
SICAKLIK KONTROL CIHAZLARI
TERMOKUPL : Fırın içi sıcaklığı ölçmede kullanılan, kullanım sıcaklıklarına
göre NiCrNi, PtRdPt olarak çeşitlere ayrılan farklı çap ve uzunluklarda
mevcut ölçüm aletleridir.
DIGITAL GOSTERGE : Fırın içi sıcaklığını gösteren tek ve çift kontaklı,
digital ısı göstergeleridir.
HASSAS ISI KONTROL HALKALARI :
Seramik ürünlerin pişiriminde, ürün kalitesini belirleyen önemli
etkenlerden biri olan optimal sıcaklık kontrolünün sağlanmasında
kullanılan seramik ısı kontrol halkalarıdır. Kullanım sıcaklığı aralığına göre
4 çeşiti vardır. Isı aralıkları : 970-1250C (pembe), 1130-1400 C (yeşil),
1340-1520 C (sarı), 1450-1750C (beyaz). Hassas ısı ölçümünün gerekli
olduğu seramik, porselen ve tuğla üretimi, toz metalürjisi, tek ve çok
katmanlı kondansatör üretimi belli başlı kullanım alanlarıdır.
TERMOCOUPLE
Termocouple(TC), iki homojen, iletken, kimyasal olarak farklı metalden
oluşur. Bu metaller, birbirlerine lehimlenmiş olarak (sıcak veya ölçülü
birleşme) veya serbest olarak (referans veya soğuk birleşme)
bulunurlar.Termokapl uçları arasındaki sıcaklık farkı bir elektromotor
kuvvetine(E.M.F.) sebep olur. Bu EMF lineer olmayan bir gidişat gösterir.
Bu da dönüşüm tablosunda, 0 C deki soğuk birleşmede gösterilmiştir.
-Rezistans termometresi (TR), özdirenç değerlerinin sıcaklık değişikliğine
bağlı olan saf metal malzemeden yapılan pasif bir öğedir.Kullanılan
malzeme platinyum veya nikel olabilir. Böyle elementler genelde 0 C de
100 olan ve sıcaklıkla lineer olarak artan değere sahiptirler. Sıcaklık
sensörünün seçimi, ortamın ambiyansına, kullanım alanına, sıcaklık
değerine ve ölçümde istenen hassasiyete göre olmalıdır.
Aşağıdaki tabloda TC ve TR’ın özellikleri verilmiştir:
Etkenler
Sıcaklık dağılımı
Maliyet
Enerji gereksinimi
Isınma
Sağlamlık
Dayanıklılık
Sinyal/Çıkış
Boyut
Hassasiyet
Titreşme dayanıklılığı
TC
-20 ila +2000 C
Düşük
Yok
Yok
İyi
Çok İyi
(mv) nonlineer
çok küçük olabilme ihtimali var
ihtimali var
Gövde boyunca ya da uçta
Daha uygun
TR
-200 ila +850 C
Yüksek
Var
Var
Çok iyi
İyi
(ohm) lineer
tamamen küçük
Sadece uçta
Az uygun
TC/RT VE ÇALIŞMA SICAKLIKLARI LİMİTLERİ
Termocoupleın çalışma sıcaklığının aralığı, kullanılan telinin çapına
bağlıdır. Telin çapı ne kadar büyük olursa termocoupleın sıcaklığa dayanım
gücü de o kadar artar. Aynı derecelerde çalışıldığında kalın bir telli
termocouple daha uzun ömürlü olacaktır fakat algılama süresi uzayacaktır.
MİNERAL İZOLASYONLU SENSÖRLER
Bu sensörler, metal kınla izole edilmiş sıkıştırılmış metal oksit tozlarıyla
kullanılırlar. En çok kullanılan mineral magnezyum oksittir. Bu tip
sensörlerin ana özellikleri şunlardır:
-Malzemenin Uzun Çalışma Ömrünün Olması
Kimyasal ürünlerin ve sıcaklığın etkisinden tam korunma sağlar.
-Mekanik Koruma
Minerallerle izole edilmiş kablonun yoğunluğu, teli korur ve onu metal
kanın olası bir bükülmesinden veya kırılmasından korur.
-Elektriksel Koruma
Metal kın termocouplelı elektriksel etkilere karşı korur.
-İzolasyon Koruması
Magnezyum oksit izolasyon özelliğini yüksek sıcaklık ve nem altında korur.
Dış yüzeyin homojenitesi termocouple telini yüksek basınçlardaki gaz ve
sıvılardan korur.
-Yükleme Kolaylığı
Elastiki yapı, termocoupleın kıvrımlı alanlara sokulabileceği ve şekil
alabileceği anlamına gelir.
Aşağıdaki tabloda termocouple kınının en yüksek sıcaklığa dayanabileceği
çap değerleri verilmiştir:
Sıcak Birleşme İle Yapılmış Termocouple
A) Topraksız Sıcak Bağlantı: Parazitlerin bulunduğu durumlar için en uygun
yöntemdir.
B) Topraklı Sıcak Bağlantı: Yüksek basınçlı gazların ve sıvıların olduğu
durumlarda hızlı müdahale için bir yöntemdir.
Rezistans termometrelerin bağlantıları:
Rezistans termometrelerinde iki,üç veya dört telli bağlantı yapılabilir. İki
telli bağlantıda ölçüm sadece bir iletkenden elde edilir. Üç telli bağlantıda
üçüncü iletken voltajdaki iniş çıkışları telafi etmek için kullanılır. Dört telli
bağlantıda voltaj iniş çıkışları her iki çift iletken ile de giderilir.
a) 2 kablolu bağlantı:
b) 3 kablolu bağlantı:
c) 4 kablolu bağlantı:
BaTiO3 PTCR’nin Ekstrüzyon Yöntemi:
Çok küçük BaTiO3 PTCR elementleri ekstrüzyon yöntemi ile üretilir.
Titanat tozu 0.25 mol% Ce veya 0.15 mol% La ile hap haline getirilir ve
parafin bazlı bağlayıcıyla 80-300 mikron çapında ekstrüze edilip 50-80 C
de bekletilir. Sinterlemeyle elde edilen homojen mikro yapılı yoğun
seramik elementlerin çabuk değişen sıcaklıklarda hızlı PTCR tepkisi verdiği
görülmüştür.
*Baryum Titanat Tozu
Baryumtitanat’ın PTCR Uygulamaları İçin Microekstrüzyonu:
Çok küçük Ce ve La katkılı barium titanat (BaTiO3) PTCR elementleri seramik toz
ektrüzyonu ile üretilir. Mikron altı boyutlardaki baryum titanat tozu ya .25
mol%(Ce(NO3)3x6H2O ya da .15 mol %La(NO3)3x6H2O, kasine edilmiş ve
sinterlenmiş 4Al2O3-9SiO2-3TiO2 (AST). Bu önceden karışmış tozun hacminin yüzde
60 ‘ı kadar termoplastik parafin/sitrik acit birleştirici ile 80 derecede birleştirilir ve
işlem sonucundaki bileşim 300,150, 100, 80 ve 60 mikron çaplarında 55 ve 80 celcius
derece ve 0.1 ve 10 Mpa arasında değişen basınçlarda ekstrüze edilir. Ektrüzyon
koşulları için Ce katkılı malzemeler genelde La katkılı parçalara göre daha az ektrüze
edilebilirlik gösterirler. Bunun sebebi CeO2 kaplamaların toz parçacıkların üstünde çok
fazla adsorpsiyon göstermesinden dolayıdır.
1330 ve 1440 derecede sinterlenerek homojen granüle hale gelmiş mikroyapılara
dönüşür. Yüzeyde adsorpsiyonun daha az olması ektrüzyon kütüklerini daha az
homojeniteye sahip olmasını ve Ce katkılı malzemelerin sinterlerinin La katkılı
malzemelere nazaran daha düşük olmasını gerektirir. 2mm ‘lik sinterlenmiş
seramiklerin oda sıcaklıklarında 2 noktadan yapılan ölçümlerinde sırasıyla direnç
değerleri 10-100 ohm-cm ve direnç oranları 100 ve 1000 çıkmıştır.
*PTCR sensörler
Temparatüre Bağlı Dirençler
Ayrıca Termistör olarak adlandırılırlar.
Bunlar poly-cristaline yapılı ve yüksek sıcaklık katsayılır direnim gösteren seramik
yapılardır. Elektronik devrelerin içinde veya yanında sıcaklık ölçümleri için kullanılırlar.
Termistörleri , pozitif sıcaklık katsayılı (PTC) ve negatif sıcaklık katsayılı olmak üzere 2
ye ayırırız.
NTC dirençleri genellikle termistörlerin büyük bir çoğunluğunu oluşturur. Yapımı
kolay ve ucuzdur.
NEGATIVE TEMPERATURE COEFFICIENT (NTC)
Tipik Malzemeler : Stokiyometrik metal oksitleri örnek olarak Mn3O4 genellikle
yalıtkandır. Ancak divalent iyonları Mn kafesiyle değişirse, nötr bir sistem için Mn+4
iyonları gerekir. Zaten Mn+3 ve Mn+4 iyonları zaten bulunduğundan elektronlar Mn+3
ten Mn+4 ‘e atlayabilirler. Bu elektron atlama mekanizması sıcaklıkla aktive olan bir
olgudur, ve direnç sıcaklığın bir fonksiyonudur. Ni-Mn-O, Ni-Cu-Mn-O and Ti-Fe-O
sistemlerindeki oksitli spinel yapılar NTC termistörlerinin tipik yapılarıdır .Termistor
seramikler polycristallinedir. Genellikle sinterlenmiş, ve ortam oksijeni ile
reaksiyonlara izin verilmiştir. Bu reaksiyonlar termistörlerde ilave yük taşınmalarına
izin verir.
NTC dirençleri –50oC ile +500 derece arasında kullanım alanına sahiptir. Bu aralıkta
dirençleri 30-40 yılda değişim gösterir. NTC’lerin nominal direnç değerleri ohm la
1000 ohm arasındadır.
Pratikte NTC ler şu şartlarda birimlendirilir.
-
25derecedeki dirençleri (R25)
maximum güç derecesi (Pmax)
B-değeri
B-değeri Kelvin cinsinden olup NTC’nin sıcaklık karakterini belirler. Formüller
genellikle çok kompleks olduğu için genelde grafikler kullanılır.
Pratikte NTC ler şu şartlarda birimlendirilir.
-
25derecedeki dirençleri (R25)
maximum güç derecesi (Pmax)
B-değeri
B-değeri Kelvin cinsinden olup NTC’nin sıcaklık karakterini belirler. Formüller
genellikle çok kompleks olduğu için genelde grafikler kullanılır.
NTC dirençlerinin sıcaklık katsayıları () (-2.5% ile –4.5 arasında)
Formüllerde kullanılan karakterler :
T : Kelvin cinsinden sıcaklık
TN :Nominal sıcaklık (K)
RT :T sıcaklığında direnç
RN :TN sıcaklığındaki direnç
B : Malzemenin NTC sabiti, (kelvin cinsinden, 298K)
NTC dirençleri dolaylı ya da direkt olarak ısıtılan biçimlerde kullanılırlar.
DOLAYLI ISITILMIŞ DURUM:
Bu şekilde kullanıldığında, NTC temparatürü ve haliyle direnci ortam sıcaklığına
bağlıdır. Bu da NTC’nin içindeki güç harcanımını kayda değer olmamasını ve NTC nin
sıcaklığını etkilememesini gerektirir.
-
ölçüm amaçlı : Hava sıcaklığının, sıvı ya da yüzeyin sıcaklığının algılanması ve
alınan sonuç direncin elektronik olarak işlenip kayıda geçirilmesinde.
kontrol amaçlı : Sıcaklık ölçülür ve alınan sonuç servo devrelerinde sıcaklığın
kontrolü için kullanılır..
koruma amaçlı : Sıcaklık algılanır ve gereğinden fazla ise bir kontrol ünitesi
gereken işlemi yapar.
DIREKT ISITILAN DURUM :
Bu şekilde kulllanımda, NTC direncin sıcaklığı kendi güç tüketimine bağlıdır. NTC
sıcaklık yükseldikçe direncini düşürdüğünden sıcaklık artıkça akımı yükseltmeye
meyleder. Buna “Thermal Run-Away” denir. NTC direnci sabit voltajla kullanılıyorsa
güç tüketimi yüksek değerlere ta ki elementi parçalayıncaya kadar artar. Bu yüzden
NTC’nin direkt ısındığı şeklinde kullanımında akımı güvenli değerlerde tutmak için bazı
ölçümler yapılması gerekir.
-
çalıştırıcı NTC dirençleri : NTC direnci bir şarj altındadır. Şarj yokken akım da
yoktur ve bu durumda iken yüksek dirence sahiptir. Voltaj açıldığında NTC yüksek
dirence sahip olduğundan ancak bir kısım akım geçirebilir. Geri kalan güç ise
NTC içinde tüketilir. Bu güç tüketimi NTC’nin ısınmasına ve direncin düşmesine
sebep olur. En sonunda stabil bir duruma ulaşıldığında NTC son sıcaklığında
düşük dirençle akıma izin verir.
Bu tip devreler genellikle “soft start” için motorlarda ve lambalarda kullanılır.
-
soğutucu algılayıcıları : Akım direk olarak NTC tarafından ayarlanır. Bu sistem
soğutucu fanlarında kullanılabilir. Örnek olarak bir fanın yanına montesinde,
sistem sıcaklığı arttıkça direncin azalmasıyla birlikte daha çok akım iletildiği için
fanın hızını arttırılması ve sistemin sıcaklığının korunmasını sağlar. Sistem daha
sağlıklı kullanım için bir devre tarafından limitlerde uyarılarla desteklenebilir.
-
ortam sensörü : Bir direkt ısıtılan modda NTC kendi sıcaklığını ve böylece
direncini değiştirir. Fakat bir şekilde termal iletkenliği farklı olan maddeyle temasa
geçerse; örnek olarak sifonlarda su seviyesinin korunmasında. Su seviyesi NTC
‘nin hizasına geldiğinde NTC’yi soğutarak direncini arttırır ve böylece sisteme
uyarı verir.
POSITIVE TEMPERATURE COEFFICIENT (PTC)
Aslında bütün metal iletkenler PTC direnç olarak düşünülebilinir. Fakat sıcaklık
katsayıları özel PTC maddelerine göre çok düşüktür.
PTC dirençleri sinterlenmiş baryumkarbür, strontiyum oksit, titanyum oksit ve diğer
toz malzemelerden yapılır. Disk, çubuk ya da hap şeklinde ya da amaca göre diğer
şekillerde üretilir.
PTC dirençleri üretimi NTC ye göre daha zor ve haliyle daha pahalı ürünlerdir. Sonuç
olarak NTC dirençleri neresi uygunsa ordan kullanılabilinirken PTC dirençleri sadece
spesifik özellikleri düşünülerek kullanım alanı belirlenir.
PTC dirençlerinin direnç karakteristiği matematiksel olarak bir formülle açıklanamaz
ancak bir grafikle gösterilebilinir.
Şekilde eğrinin pozitif ve negatif temperatür katsayıları vardır, PTC kullanımı sadece
pozitif alandadır.
Eğri gösterilen noktalarda karakteristik özellik gösterir.
Rmin : Minimum direnç ;
PTC’nin Mümkün olan en düşük direnci. Bu noktada sıcaklık katsayısı negatiften
pozitife değişir.
Rn
: Nominal direnç ;
Rn ,2 x Rmin ile açıklanır
Rmax : son direnç
Bu değerin üstünde sıcaklık katsayısı gözle görünür bir şekilde düşmeye başlar.
R : Çalışma noktasında sıcaklık katsayısı.
Seçilen noktada eğrinin eğimi
Tmin : Başlangıçta Sıcaklık
Rmin Sıcaklığı
Tn : Nominal Sıcaklık
Rn ‘deki Sıcaklık. PTC direnci bu sıcaklığın üstünde normal olarak kullanılabilir.
Tmax : Bitiş sıcaklığı
PTC direnci bu sıcaklığın altında normal olarak çalışır.
Bir PTC direnci kendinden ısınan modda kullanılıyorsa aynı zaman voltaj-akım
karakteristiği de önemlidir
PTC’leri NTC termistörleri ile karşılaştırdığımızda şu özellikler öne çıkıyor.
PTC : Bu bir avantaj ya da dezavantaj olarak gösterilemez. Eğer devre artan
sıcaklıkla birlikte yükselen direnç istiyorsa PTC seçilir.
Aşırım Eğim Özelliği : PTC dirençlerinin sıcaklık katsayıları 20%/°C and 40%/°Cdir.
Bu da NTC dirençlerinden daha yüksek bu yüzdendir ki PTC dirençleri daha yüksek
sıcaklık hassalığı isteyen durumlarda kullanılır.
Karmaşık Olması : PTC’lerin dirençlerin matematiksel olarak gösterilememesi. Bu
belli bir sıcaklık aralığından sonra ölçümü zorlaştırır.
Thermal Run-Away : PTC dirençleri kendinen ısınan modda güç tüketimini kendi
ayarladığı için extra düzenleyicilere gerek yoktur.
Voltaja bağlı olması : PTC dirençleri verilen uygulanan voltaja bağlı olarak PTC özelliği
değişir. Bu da PTC’leri doğrusal devre olmaktan çıkartıp kullanımı kısıtlar.
DOLAYLI ISINAN MODDA PTC DİRENCİ KULLANIMI :
Dolaylı olarak ısıtılmış PTC Termistör
Isı dışardan alınır
PTC sıcaklık sensörü
-
Sıcaklık Algılayıcılar : Yüksek hassasiyetli sıcaklık algılanımın gerektiği durumlar
PTC dirençleri yüksek sıcaklık temperatür katsayıları yüzünden tercih edilir.
DIREKT ISINAN MODDA PTC DİRENCİ KULLANIMI :
Direkt olarak ısınan PTC
Isı PTC direncinin içinde oluşturulur
Power PTC termistörleri
Akım Ayarlaması : Eğer PTC direnci bir sıra ile kullanılınırsa büyük bir voltaj
aralığında çalışabilir.
Dikkat edilmesi gerek husus. Besleme voltajı düşmesine rağmen direncin
karşısındaki akım düşer.
PTC direnç doğrudan kendi akımı ile değil de yakına yerleştirilen ısıtıcı direnç
tarafından dolaylı olarak ısıtılırsa değerlendirme işlemi geliştirilmiş olur. Bu, PTC
dirençteki değer değişiminin, akış var veya yok olması durumlarında ısıtmayı
etkilemeden değerlenmesini sağlar.
Sıvı sıcaklığındaki değişimlerden kaynaklanan etki sinyalleri, ısıtılmayan fakat sıvı içine
yerleştirilen ikinci bir aynı değerdeki PTC dirençle kompanze edilebilir. Bu ikinci direnç
termometre görevi görür ve sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan PTC dirençteki
değer değişimlerini kompanze eder
Anlatılan ilkeye göre çalışan sensörün şekilde gösterilmiştir. Sensör kafasında ortamı
ısıtan iki ısıtıcı direnç olduğu görülebilir. Birinci sıcaklığa bağlı direnç de oraya
yerleştirilmiştir. Prob kenarına yerleştirilen ikinci aynı özellikteki hassas direnç ısıtıcı
olmaksızın ortam sıcaklığını algılar ve (önceden anlatıldığı gibi) ortam sıcaklık
değişimlerini kompanze eder. Eğer akış olursa, sensör kafasındaki ısıtıcı dirençlerin
yarattığı ısı, akışın olmadığı duruma göre daha hızlı ve daha iyi iletilir (sıvıya ve akış
hızına bağlı olarak).
Sensördeki direnç değişimi, değerlendirme elektroniği tarafından işlenir ve " sıvı
akıyor " sinyali üretilir . Sensör kafası içindeki hava (ısıyı iletir ) ve hassasiyetle
belirlenen kılıf kalınlığı iki hassas direncin birbirinden etkilenmesini olanaksızlaştırır.
(Bu ısıl iletkenlik ilkesi "kalorimetrik ilke" olarak da adlandırılır .
Devre Koruması : Bu uygulamada PTC direnci bir sırayla bir cihaza ya da devreye
takılarak fazla voltaj koruması yapılır. Normal uygulama noktasında PTC direnci
dolaylı ısınma modunda, düşük sıcaklıkta ve dirençte ve küçük bir voltaj düşüşü
yaratmakta. Aşırı yüklenme durumında ya da cihazdaki kısa devrede PTC kendini
kendinden ısıtma moduna alarak, değerleri güvenli hale getirir. PTC ‘nin Termal
gecikmesinden dolayı bu devre düşük voltaj dalgalanmalarından koruyamaz.Mühim
nokta voltajın artmasıyla birlikte PTC direnci kendinden ısınmalı moda geçer.
Bobin ya da motor korumasında : Bir PTC direncini direk olarak bobine
bağladığımızda bobin ısındıkça dolayısıyla PTC’yi de ısıtacağından yükselen dirençle
bobine giden voltaj azaltılır.
Amplitüd Ayarlamalarında : Osilatör devrelerinde PTC dirençleri çıkış amplitüdünü
ayarlamada kullanılabilinir. PTC direnci osilatörün arkasında pozitif geribesleme ile
bağlanır. Amplitüd yükseltikçe PTC ‘nin sıcaklığı ve direnci artacak ve bu şekilde
pozitif geribesleme de düşürülcek.
Ortam Sensörleri : Tıpkı NTC ‘deki gibi kullanılabilir. Ayrıca PTC kendini ayarlayabildiği
için ektra dirençlere gerek kalmaz. Güvenli olduğu için yanıcı-parlayıcı sıvılarla bile
kullanılabilir.
TERMİSTOR İLE SICAKLIK ÖLÇÜMÜ
Alimünyum silindirin sıcaklığını ölçmekte kullanılmak üzere bir termistor silindire
yerleştirilmiştir. Eğer termistörün direnci biliniyorsa, bu dirence karşılık gelen sıcaklığı
büyük bir hassasiyet ve güvenilirlikle tespit edilebilir. Silindir içindeki termistörün
uçları silindirin yan tarafındaki kaygan bakır halkalara lehimlenmiştir .Fırçalar halkalar
ile temas halinde olup, halkalar ile elektrik bağlantı fişi arasındaki
elektriksel iletimi sağlar. Bu bağlantılara bir ohm metre takılarak termistörün direnci
ölçülebilir. Dolayısıyla bu direnç değerleri sıcaklığa çevrilerek silindirin sıcaklığı
silindir dönerken bile takip edilebilir.
Termistörün sıcaklığa bağımlılığı hassas ve güvenilir olmasına rağmen bu bağımlılık
lineer (doğrusal) değildir. Bu nedenle, direnç ölçümlerinin sıcaklığa çevrilebilmesi
için sıcaklığa karşı direncin değişimini gösteren bir tablo gereklidir.
PTC SERAMİKLERİ İLE İLGİLİ OLARAK BİR PROJE :
POZİTİF ISI DİRENÇ KATSAYILI YARI İLETKEN BARYUM TİTAN TEMELLİ DÜZENLİ
HOMOJEN OLMAYAN SERAMİK MALZEMELER
Özet: Pozitif ısı direnç katsayılı yarı iletken ferroelektrik malzemelere dayalı aygıtlar
(PTC- termistörleri) bilim ve mühendisliğin çeşitli alanlarına uygulanabilir.
Artık teknolojik faktörlere ve bileşimlere bağlı olarak bunların parametrelerinin
geliştirilme olanağı neredeyse hiç yoktur. Bu yüzden en güncel görev PTCtermistörlerinin karakteristiklerinin geliştirilmesi için yeni biçimlerin araştırılmasıdır.
Yazarlar saptanmış görevin çözümü için yeni bir yaklaşım sunmaktadır. Yaklaşım,
düzenli homojen olmayan bileşimli örneklerin imaline dayalıdır.
Kullanmaya başlama denemesi: Matematiksel model oluşturuldu ve PTCtermistörlerinin karakteristiklerinin öngörülmesi görevi sayısal olarak çözüldü. Özel
türde düzenli homojen olmayan bileşimli deney örnekleri imal edildi.
Rekabet gücü: Projenin gerçekleştirilmesinin sonucu olarak PTCR'li yeni seramik
parçalar kategorisi, düzenli homojen olmayan bileşimli malzemeler temelinde
geliştirilecektir.
Söz konusu parçaların parametreleri (artık akım, kırılma voltajı, vb) standart
("homojen") teknolojiyle yapılan parçaların parametrelerini aşacaktır (bazı
parametrelerde beklenen gelişme %20-30 civarında olacaktır).
Uygulama alanı: Projede geliştirilen sabit olmayan termal alanların sayısal hesaplama
metotları geniş bir lineer olmayan seramik yarı iletken parçalar kategorisinin termal
çalıştırma modunun analizi için kullanılabilir (NTC- seramikler, vb).
Deney sonuçları geliştirilmiş çalıştırma karakteristikleriyle PTC- termistörlerinin sınai
üretimine uygulanabilir. Proje çerçevesinde iki patent verilmesi düşünülmektedir.
Proje maliyeti: PTC-termistörlerinin karakteristiklerinin öngörülmesi için teorik
model en iyileştirilmesi, gerekli özelliklere sahip PTC- termistörleri için malzeme
geliştirilmesi, pilot termistörlerin imal edilmesi ve parçaların test edilmesi.