Thermistor

Ein Thermistor ist eine elektronische Komponente, deren elektrischer Widerstand mit der Temperatur variiert. Es ist einer der wichtigsten Temperatursensoren in der Elektronik .

Thermowiderstand, Thermistor, Siliziumsensoren

Derzeit unterscheiden wir den Wärmewiderstand des Thermistors wie folgt:

Wärmewiderstände Regelmäßige Erhöhung des spezifischen Widerstands bestimmter Metalle (Silber, Kupfer, Nickel, Gold, Platin , Wolfram, Titan) mit zunehmender Temperatur. Thermistoren (größere) Variation des Widerstands anderer Materialien (Metalloxide, Verbundwerkstoffe) als Funktion der Temperatur, wobei diese Variation in einem engen Temperaturbereich ziemlich unregelmäßig oder plötzlich ist. Silizium- Temperatursensoren Die meisten davon basieren eher auf der Abhängigkeit der Spannung eines Diodenübergangs als Funktion der Temperatur als auf dem Widerstand selbst.

Widerstände auf Basis von Halbleitermaterialien können je nach Dotierungsgrad einen negativen Temperaturkoeffizienten (niedrige Dotierung) oder einen positiven (hohe Dotierung) aufweisen.

Hauptmerkmale

Die Hauptmerkmale dieser Sensoren sind: Präzision, Nichtlinearität, Nennwert für eine bestimmte Temperatur (bei 25 ° C ), Reaktionszeit (in Millisekunden oder Sekunden), Empfindlichkeit oder Temperaturkoeffizient (Änderung des Widerstands als Funktion der Temperatur) , Messbereich oder Messbereich (min. und max. Gebrauchstemperatur), Lebensdauer, Stabilität (Variation der verschiedenen Parameter über die Zeit), geringer Platzbedarf, Kosten, Leistung.

Einstufung

Es gibt zwei Arten von Thermistoren: CTNs und CTPs, aber es gibt auch CCTPNs.

Symbol

Es basiert auf dem eines Widerstands:

schematische Darstellung eines Thermistors

CTN

NTC ( Negative Temperature Coefficient ) sind Thermistoren, deren Widerstand bei steigender Temperatur relativ gleichmäßig abnimmt und umgekehrt .

Wenn der Joule-Effekt vernachlässigbar ist, kann eine Beziehung zwischen dem Widerstand des CTN und seiner Temperatur durch die Steinhart-Hart-Beziehung ausgedrückt werden :

{\ displaystyle {1 \ over {T}} = A + B \ ln (R_ {T}) + C (\ ln (R_ {T})) ^ {3} \,}

Diese Formel, die bei allen Temperaturen gültig ist, kann über einen begrenzten Temperaturbereich vereinfacht werden. Die Formel lautet:

{\ displaystyle {{R_ {T}} \ over {R_ {0}}} = \ exp \ left (\ beta \ times \ left ({1 \ over {T}} - {1 \ over {T_ {0}) }} \ richtig richtig) \,}

Und für mehr Präzision zwischen zwei Temperaturen nahe einem bestimmten Wert ( ): ${\ displaystyle T_ {n} <T <T_ {n + 1}}$

{\ displaystyle {{R_ {T}} \ over {R_ {n}}} = \ exp \ left ({\ frac {\ alpha _ {n}} {100}} \ cdot (T_ {n}) ^ { 2} \ cdot \ left ({\ frac {1} {T}} - {\ frac {1} {T_ {n}}} \ right) \ right) \,}

In diesen Gleichungen:

$R_ {T}$ ist der Widerstand (in Ohm ) des Sensors bei der gewünschten Temperatur (in Kelvin ); $T.$
$T_ {n}$ ist eine Temperatur, bei der der Widerstand bereits bekannt ist; $R_ {n}$
$R_0$ ist der angegebene Widerstand bei einer Referenztemperatur (häufig 25 ° C ); $T_ {0}$
A, B und C sind die Steinhart-Hart-Koeffizienten (vom Hersteller angegeben oder experimentell mit drei Referenzmessungen erhalten), die charakteristische Konstanten der Komponente sind, die bei jeder Temperatur gültig sind;
$\ alpha _ {n}$ (in% / K) und (in Kelvin ) sind Koeffizienten, die durch Annäherung als konstant angesehen werden und deren Verwendung auf bestimmte Temperaturen beschränkt ist. $\Beta$

in der Nähe von Tn haben wir: (multiplizieren Sie mit 100, um% / ° C zu erhalten) ${\ displaystyle \ alpha _ {n} = {1 \ über {R_ {n}}} \ times {{{\ mathrm {d}} R} \ über {{\ mathrm {d}} T}} = {A. + B \ ln R_ {n} + C (\ ln R_ {n}) ^ {3} \ über B + 3.C. (\ Ln R_ {n}) ^ {2}} = {1 \ über T. (B + 3.C. (\ Ln R_ {n}) ^ {2})}}$
verwendbar in einem Bereich [T1; T2] ${\ displaystyle \ beta = {{T_ {1} .T_ {2}} \ over {T_ {2} -T_ {1}} \ times \ ln \ left ({{R_ {1}} \ over {R_ {2}}} \ right)}$

CTNs werden aus Oxiden von Übergangsmetallen (Mangan, Kobalt, Kupfer und Nickel) hergestellt. Diese Oxide sind Halbleiter .

CTNs können in einem weiten Temperaturbereich von -200 bis + 1000 ° C verwendet werden und sind in verschiedenen Versionen erhältlich: Glasperlen, Scheiben, Stangen, Pellets, Unterlegscheiben, Späne usw. Die Nennwiderstände reichen von einigen Ohm bis zu hundert kOhm. Die Reaktionszeit hängt vom verwendeten Materialvolumen ab.

CTNs werden zur Temperaturmessung und -regelung, zur Begrenzung transienter Impulse und zur Messung des Flüssigkeitsflusses verwendet.

CTP

PTC ( Positive Temperature Coefficient ) sind Thermistoren, deren Widerstand mit der Temperatur zunimmt. Es wird zwischen Thermowiderständen unterschieden (kontinuierliche und regelmäßige Erhöhung des Widerstands mit der Temperatur, siehe oben) von PTCs, deren Wert mit der Temperatur in einem begrenzten Temperaturbereich (typischerweise zwischen 0 und 100 ° C ) stark ansteigt .

Für letztere gibt es zwei Haupttypen:

CTPs aus Bariumtitanat . Ihr Wert steigt in einem engen Temperaturbereich plötzlich an und nimmt dann über diese Zone hinaus allmählich ab. Sie sind wie CTNs , in verschiedenen Varianten und Werten erhältlich und werden eher als Sensoren verwendet.
Polymer-Kohlenstoff-CTP. Ihr Wert steigt auch in einem engen Temperaturbereich stark an, ohne jedoch darüber hinaus abzunehmen. Sie werden hauptsächlich als rücksetzbare Sicherungen verwendet .

CTPs können verwendet werden als:

Temperaturdetektor zum Schutz von Bauteilen ( Motoren , Transformatoren ) vor übermäßigem Temperaturanstieg;
Schutz gegen Überströme;
Flüssigkeitsstandsdetektor: Die Temperatur des PTC und damit sein Widerstand sind unterschiedlich, wenn sich der Sensor in Luft befindet oder in eine Flüssigkeit eingetaucht ist.

Anmerkungen und Referenzen

Anmerkungen

Erwärmung durch Stromfluss
Lesen Sie den Artikel, um weitere Informationen zur Manipulation dieser Beziehung zu erhalten.
siehe rücksetzbare PTC-Sicherung .

Verweise

[PDF] Seite 2: 23) Thermowiderstände, uha.fr, abgerufen am 3. Mai 2020
[PDF] Seite 3: 232) Thermistoren , uha.fr, abgerufen am 3. Mai 2020
[PDF] Seite 5: Thermoelement , uha.fr, abgerufen am 3. Mai 2020
(in) EPCOS - Charakterisierung des R / T NTC [PDF]