المقاومة الحرارية أو الثرمستور

المقاومة الحرارية أو الثرمستور هي مقاومة كهربائية حساسة لدرجة الحرارة، غالبًا ما تستخدم كمستشعر لدرجة الحرارة.

ما هي المقاومة الحرارية؟

المقاومة الحرارية (thermal resistor) كما يوحي اسمها هي مقاومة تعتمد قيمتها على درجة الحرارة، غالبًا ما تستخدم كمستشعر أو حساس لدرجة الحرارة، وتسمى أيضًا ثرمستور (thermistor) وهي اختصار لكلمة thermal بمعنى “حراري” وكلمة resistor بمعنى “مقاومة”. جميع المقاومات تتأثر بدرجة الحرارة، والتي يتم وصفها بمعامل درجة الحرارة (temperature coefficient). في معظم الحالات بالنسبة للمقاومات (الثابتة أو المتغيرة)، يتم تقليل معامل درجة الحرارة (المعامل الحراري) إلى الحد الأدنى، ولكن في حالة الثرمستور تكون قيمة المعامل الحراري عالية.

المقاومة الحرارية مصنوعة من أكاسيد معدنية، يتم ضغطها في شكل حبة أو قرص أو شكل أسطواني يظهر في الشكل أدناه أنواع مختلفة من الثرمستور.

تظهر علاقة الثرمستور بالتغير في درجة الحرارة في الشكل أدناه، لاحظ علاقتها غير الخطية مع الحرارة وانخفاض المقاومة من حوالي 5000 إلى 100 أوم عند زيادة درجة الحرارة من 20 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية. يشير الانخفاض في المقاومة مع زيادة درجة الحرارة إلى معامل حراري سالب.

المقاومة الحرارية سهلة الاستخدام ورخيصة نسبيًا ومتينة، يتم استخدامها بشكل شائع في مقياس الحرارة الرقمية  digital thermometers، وفي المركبات لقياس درجات حرارة الزيت، وفي الأجهزة المنزلية مثل الأفران والثلاجات ويفضل استخدامها للتطبيقات التي تتطلب دوائر حماية من ارتفاع أو انخفاض الحرارة من أجل التشغيل الآمن.

كيف تعمل المقاومة الحرارية؟

تتأثر قيمة المقاومات الكهربائية بدرجة الحرارة وهذا أمر غير مرغوب فيه لأنه يعمل على التأثير على قيمة المقاومة الفعلية وتصبح غير دقيقة، وتم الاستفادة من هذا التأثير لصنع مقاومة كهربائية تعتمد قيمتها على درجة الحرارة تسمى بالمقاومة الحرارية أو الثرمستور،

يمكن تغيير درجة حرارة المقاومة الحرارية بتأثير داخلي أو خارجي، تؤدي زيادة التيار عبر الثرمستور إلى رفع درجة حرارتها، مما يؤدي إلى انخفاض قيمة مقاومته. وأيضًا ينتج عن تعرضها لأي مصدر حرارة خارجي زيادة في درجة حرارة الثرمستور وانخفاض قيمة مقاومته. هذا النوع من التأثير (داخلي أو خارجي) يفسح المجال جيدًا لطرق التحكم في هذه المقاومة.

هناك نوعان من المقاومات الحرارية، الأكثر استخدامًا هي المقاومة ذات المعامل الحراري السالب (NTC). تقل مقاومة NTC مع زيادة درجة الحرارة، والعكس صحيح مع المقاومة ذات المعامل الحراري الموجب (PTC)، تزداد المقاومة مع زيادة درجة الحرارة. تحدد نوع المادة المصنوع منها المقاومة الحرارية مدى تغير المقاومة مع درجة الحرارة.

رمز المقاومة الحرارية

تُستخدم الرموز التالية وفقًا لـ IEC standard للدلالة على المقاومة الحرارية.

أنواع المقاومة الحرارية

يوجد نوعين من المقاومة الحرارية مقاومة حرارية إيجاابية NTC و مقاومة حرارية سلبية PTC

مقاومة NTC

الثرمستور السلبي NTC (Negative Temperature Coefficient) هي مقاومة ذات معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أن قيمة المقاومة تقل مع زيادة درجة الحرارة. وتزداد مع انخفاض درجة الحرارة.

يتم استخدام ثرمستور NTC عند الحاجة إلى تغيير في قيمة المقاومة على نطاق واسع من درجات الحرارة. غالبًا ما تُستخدم كأجهزة استشعار لدرجة الحرارة في نطاق -55 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية، على الرغم من إمكانية إنتاجها لقياس درجات حرارة أقل بكثير. وهي شائعة الاستخدام وذلك يرجع إلى استجابتها السريعة وموثوقيتها وصلابتها وسعرها المنخفض.

مقاومة PTC

الثرمستور الإيجابي (Positive Temperature Coefficient) PTC هي مقاومة ذات معامل درجة حرارة موجب، مما يعني أن المقاومة تزداد مع زيادة درجة الحرارة. وتنخفض مع انخفاضها.

يتم استخدام ثرمستور PTC عند الحاجة إلى تغيير مفاجئ في المقاومة عند درجة حرارة معينة. لأنها تظهر زيادة مفاجئة في المقاومة فوق درجة حرارة محددة، تسمى (switch or Curie temperature)، تتراوح قيمة درجة حرارة الـ switch temperature الأكثر شيوعًا بين 60 درجة مئوية و 120 درجة مئوية. غالبًا ما تستخدم كـ فيوز للحماية من التيار الزائد.

تنقسم الثرمستورات PTC إلى مجموعتين بناءً على المواد المستخدمة في تركيبها وعملية التصنيع. تتكون المجموعة الأولى من الثرمستورات PTC من الـ silistors، والتي تستخدم السيليكون كمادة شبه موصلة. يتم استخدامها كمستشعرات درجة حرارة PTC لخصائصها الخطية.

المجموعة الثانية هي الثرمستور switching type PTC. الثرمستور من نوع switching type PTC له منحنى غير خطي بين درجة حرارة وقيمة المقاومة. عندما يتم تسخينها تبدأ المقاومة في الانخفاض في البداية، حتى يتم الوصول إلى درجة حرارة حرجة معينة تسمى (switch or Curie temperature). مع زيادة درجة الحرارة فوق تلك القيمة الحرجة، تزداد المقاومة بشكل كبير. يستخدم هذا النوع من الثرمستورات على نطاق واسع في PTC heaters وأجهزة استشعار الحرارة.

استخدامات المقاومة الحرارية

تستخدم المقاومة الحرارية كحساس حراري مع أنظمة التحكم في درجة الحرارة مثل أجهزة التكيف والتبريد، وتستخدم للحماية ضد ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن ارتفاع التيار الكهربائي في الدوائر الإلكترونية وفي الهواتف المحمولة.