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Heißleiter Ein NTC Widerstand oder NTC Thermistor englisch Negative Temperature Coefficient Thermistor ist ein temperatu

Heißleiter

Ein Heißleiter, NTC-Widerstand oder NTC-Thermistor (englisch Negative Temperature Coefficient Thermistor) ist ein temperaturabhängiger Widerstand, welcher zu der Gruppe der Thermistoren zählt. Seine wesentliche Eigenschaft ist sein negativer Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands; er leitet also bei hohen Temperaturen den elektrischen Strom besser als bei tiefen Temperaturen.

Das Gegenstück von Heißleitern sind Kaltleiter, die bei niedrigeren Temperaturen besser leiten und einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen.

Heißleiter in Tropfen-Bauform als Temperatursensor

Allgemeines Bearbeiten

Schaltzeichen eines Heißleiters

Heißleitendes Verhalten zeigen reine Halbleitermaterialien, einige Verbindungshalbleiter und verschiedene metallische Legierungen. NTC-Widerstände aus Metalloxiden bestehen üblicherweise aus mit Bindemitteln versetzten, gepressten und gesinterten Metalloxiden von Mangan, Nickel, Kobalt, Eisen, Kupfer oder Titan. Früher wurden Heißleiter auch aus Urandioxid gefertigt (Urdox-Widerstände).

NTCs dienen als Temperatursensor oder als Einschaltstrombegrenzer. Um die typisch perlenförmigen Temperatursensor-NTCs zu kontaktieren, kommen Drähte aus einer Platinlegierung oder aus Nickel/Eisen zum Einsatz. Sie verbinden sich beim Sintern der Perlen mit dem NTC-Material. Andere Bauformen sind Scheiben, SMD-Chips oder zylindrische Formen – sie werden mittels metallisierter Oberflächen kontaktiert.

Anwendungen Bearbeiten

Heißleiter werden unter anderem als Temperatursensoren wie Widerstandsthermometer oder zur Temperaturkompensation elektronischer Schaltungen eingesetzt. In Kraftfahrzeugen werden Heißleiter z. B. als Motortemperaturfühler verwendet. Moderne NTCs haben nur noch geringe Toleranzen. Bei hohen Genauigkeitsanforderungen sind diese Sensoren auch bei gleichem Nennwert aufgrund der Exemplarstreuung ohne Neuaufnahme der Kennlinie (Kalibrierung) oder Justierung des verwendenden Geräts jedoch nicht einfach austauschbar.

Heißleiter werden auch zur Begrenzung von Einschaltströmen angewandt. Ein Heißleiter in der Zuleitung eines elektrischen Geräts ist vor dem Einschalten kalt, leitet somit schlecht und verringert bei dem Einschaltvorgang den Einschaltstrom. Nach dem Einschalten erwärmt er sich durch den Stromfluss und verliert seinen hohen Anfangswiderstand, womit das elektrische Gerät die volle elektrische Leistung erreicht. Heißleiter kamen früher auch in Heizkreisregelröhren zum Einsatz.

Grundlagen Bearbeiten

Heißleiter gibt es mit eher flacher nichtlinearer Kennlinie für Messaufgaben und mit einer in einem bestimmten Temperaturbereich sehr steilen Kennlinie für die Einschaltstrombegrenzung. Widerstand und Kennlinie werden durch folgende drei Herstellungsparameter beeinflusst:

  1. Mischungsverhältnis von Oxiden verschiedener Kristallstruktur
  2. Dotierung der Metalloxide
  3. Stöchiometrieabweichungen der Oxide – variierbar durch die Brennatmosphäre (Sauerstoffgehalt) und die Abkühlgeschwindigkeit

Es entstehen thermisch leicht aktivierbare Fehlstellen, sodass die Stromleitung stark mit der Temperatur zunimmt.

Es gilt näherungsweise:

mit

Die einzelnen Formelzeichen stehen für folgende Größen:

  Widerstand bei der Temperatur
Nennwiderstand bei Nenntemperatur
  absolute Betriebstemperatur
Nenntemperatur (meist 25 °C, das heißt 298,15 K)
Aktivierungsenergie, einstellbar über die Bandlücke des Halbleitermaterials
Boltzmannkonstante
Eulersche Zahl

ist eine Materialkonstante und wird vom Hersteller ebenso wie der Nennwiderstand im Datenblatt angegeben. Sie liegt etwa zwischen 2000 K und 5000 K. wird in einem Bereich über mehrere Zehnerpotenzen angeboten.

Eine bessere Annäherung an die Temperatur-Widerstands-Beziehung eines Heißleiters lässt sich durch die Steinhart-Hart-Gleichung angeben:

oder als Zahlenwertgleichung

Der Zahlenwert des Widerstands muss dabei zur Maßeinheit Ohm angegeben werden, der Zahlenwert der Temperatur zur Einheit Kelvin.

Weitere Kennzeichen sind

  • der Eigenerwärmungskoeffizient – angegeben in °C/mW – oder der Wärmeleitwert (dissipation factor) – angegeben in mW/°C – als Maß für die Eigenerwärmung infolge des Stromes,
  • die Ansprechzeit, nach der eine sprunghafte Änderung der Temperatur des Messgutes zu einem gegebenen Prozentsatz vom Fühler übernommen worden ist, oder Abkühlzeitkonstante für die Dauer einer Teilabkühlung des Fühlers nach einem Abschalten des Stromes.

Diese Kennzeichen sind abhängig von der Beschaffenheit des Messgutes (Luft, Flüssigkeit) und dessen Strömungsgeschwindigkeit.

Weblinks Bearbeiten

Commons: NTCs – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Wilfried Meyer: Urdox-Widerstände. Technische Verwendung. In: Archiv für Technisches Messen. Z117-3, Oktober 1938 (cdvandt.org [PDF]).
  2. Datenblätter der Fa. epcos
  3. Lothar Michalowsky: Neue Keramische Werkstoffe; Seite 160f.
  4. Übersichtsblatt. Abgerufen am 6. Februar 2021.
  5. Übersichtsblatt. abgerufen 6. Februar 2021.
  6. Application Note. abgerufen 6. Februar 2021.
  7. Application Note. Abgerufen am 3. Dezember 2016.
  8. Application Note. abgerufen 6. Februar 2021.
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Ein Heissleiter NTC Widerstand oder NTC Thermistor englisch Negative Temperature Coefficient Thermistor ist ein temperaturabhangiger Widerstand welcher zu der Gruppe der Thermistoren zahlt Seine wesentliche Eigenschaft ist sein negativer Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands er leitet also bei hohen Temperaturen den elektrischen Strom besser als bei tiefen Temperaturen Das Gegenstuck von Heissleitern sind Kaltleiter die bei niedrigeren Temperaturen besser leiten und einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen Heissleiter in Tropfen Bauform als TemperatursensorInhaltsverzeichnis 1 Allgemeines 2 Anwendungen 2 1 Grundlagen 3 Weblinks 4 EinzelnachweiseAllgemeines Bearbeiten nbsp Schaltzeichen eines HeissleitersHeissleitendes Verhalten zeigen reine Halbleitermaterialien einige Verbindungshalbleiter und verschiedene metallische Legierungen NTC Widerstande aus Metalloxiden bestehen ublicherweise aus mit Bindemitteln versetzten gepressten und gesinterten Metalloxiden von Mangan Nickel Kobalt Eisen Kupfer oder Titan Fruher wurden Heissleiter auch aus Urandioxid gefertigt Urdox Widerstande 1 NTCs dienen als Temperatursensor oder als Einschaltstrombegrenzer Um die typisch perlenformigen Temperatursensor NTCs zu kontaktieren kommen Drahte aus einer Platinlegierung oder aus Nickel Eisen zum Einsatz 2 Sie verbinden sich beim Sintern der Perlen mit dem NTC Material Andere Bauformen sind Scheiben SMD Chips oder zylindrische Formen sie werden mittels metallisierter Oberflachen kontaktiert Anwendungen BearbeitenHeissleiter werden unter anderem als Temperatursensoren wie Widerstandsthermometer oder zur Temperaturkompensation elektronischer Schaltungen eingesetzt In Kraftfahrzeugen werden Heissleiter z B als Motortemperaturfuhler verwendet Moderne NTCs haben nur noch geringe Toleranzen Bei hohen Genauigkeitsanforderungen sind diese Sensoren auch bei gleichem Nennwert aufgrund der Exemplarstreuung ohne Neuaufnahme der Kennlinie Kalibrierung oder Justierung des verwendenden Gerats jedoch nicht einfach austauschbar Heissleiter werden auch zur Begrenzung von Einschaltstromen angewandt Ein Heissleiter in der Zuleitung eines elektrischen Gerats ist vor dem Einschalten kalt leitet somit schlecht und verringert bei dem Einschaltvorgang den Einschaltstrom Nach dem Einschalten erwarmt er sich durch den Stromfluss und verliert seinen hohen Anfangswiderstand womit das elektrische Gerat die volle elektrische Leistung erreicht Heissleiter kamen fruher auch in Heizkreisregelrohren zum Einsatz Grundlagen Bearbeiten Heissleiter gibt es mit eher flacher nichtlinearer Kennlinie fur Messaufgaben und mit einer in einem bestimmten Temperaturbereich sehr steilen Kennlinie fur die Einschaltstrombegrenzung Widerstand und Kennlinie werden durch folgende drei Herstellungsparameter beeinflusst 3 Mischungsverhaltnis von Oxiden verschiedener Kristallstruktur Dotierung der Metalloxide Stochiometrieabweichungen der Oxide variierbar durch die Brennatmosphare Sauerstoffgehalt und die AbkuhlgeschwindigkeitEs entstehen thermisch leicht aktivierbare Fehlstellen sodass die Stromleitung stark mit der Temperatur zunimmt Es gilt naherungsweise R T R N e B 1 T 1 T N 1 T 1 T N 1 B ln R T R N displaystyle R mathrm T R mathrm N cdot mathrm e B left frac 1 T frac 1 T mathrm N right quad Leftrightarrow quad frac 1 T frac 1 T mathrm N frac 1 B ln frac R mathrm T R mathrm N nbsp mit B E A k B displaystyle B frac E mathrm A k mathrm B nbsp Die einzelnen Formelzeichen stehen fur folgende Grossen R T displaystyle R mathrm T nbsp Widerstand bei der Temperatur T displaystyle T nbsp R N displaystyle R mathrm N nbsp Nennwiderstand bei NenntemperaturT displaystyle T nbsp absolute BetriebstemperaturT N displaystyle T mathrm N nbsp Nenntemperatur meist 25 C das heisst 298 15 K E A displaystyle E mathrm A nbsp Aktivierungsenergie einstellbar uber die Bandlucke des Halbleitermaterialsk B displaystyle k mathrm B nbsp Boltzmannkonstantee displaystyle mathrm e nbsp Eulersche ZahlB displaystyle B nbsp ist eine Materialkonstante und wird vom Hersteller ebenso wie der Nennwiderstand im Datenblatt angegeben Sie liegt etwa zwischen 2000 K und 5000 K R N displaystyle R mathrm N nbsp wird in einem Bereich uber mehrere Zehnerpotenzen angeboten 4 5 Eine bessere Annaherung an die Temperatur Widerstands Beziehung eines Heissleiters lasst sich durch die Steinhart Hart Gleichung angeben 1 T A 0 A 1 ln R T R N A 3 ln R T R N 3 displaystyle frac 1 T A 0 A 1 ln frac R mathrm T R mathrm N A 3 left ln frac R mathrm T R mathrm N right 3 nbsp oder als Zahlenwertgleichung 1 T a b ln R T c ln 3 R T displaystyle frac 1 T a b ln R mathrm T c ln 3 R mathrm T nbsp Der Zahlenwert R T displaystyle R mathrm T nbsp des Widerstands muss dabei zur Masseinheit Ohm angegeben werden der Zahlenwert T displaystyle T nbsp der Temperatur zur Einheit Kelvin 6 7 8 Weitere Kennzeichen sind der Eigenerwarmungskoeffizient angegeben in C mW oder der Warmeleitwert dissipation factor angegeben in mW C als Mass fur die Eigenerwarmung infolge des Stromes die Ansprechzeit nach der eine sprunghafte Anderung der Temperatur des Messgutes zu einem gegebenen Prozentsatz vom Fuhler ubernommen worden ist oder Abkuhlzeitkonstante fur die Dauer einer Teilabkuhlung des Fuhlers nach einem Abschalten des Stromes Diese Kennzeichen sind abhangig von der Beschaffenheit des Messgutes Luft Flussigkeit und dessen Stromungsgeschwindigkeit Weblinks Bearbeiten nbsp Commons NTCs Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Elektronik Kompendium Heissleiter Heissleiter Anwendung 1 NTC Einschaltstrombegrenzung mit Relaisuberbruckung Audioverstarker Heissleiter Anwendung 2 NTC Einschaltstrombegrenzung mit netzspannungsgespeistem Uberbruckungsrelais Software zur Thermistor Berechnung bei sourceforge netEinzelnachweise Bearbeiten Wilfried Meyer Urdox Widerstande Technische Verwendung In Archiv fur Technisches Messen Z117 3 Oktober 1938 cdvandt org PDF Datenblatter der Fa epcos Lothar Michalowsky Neue Keramische Werkstoffe Seite 160f Ubersichtsblatt Abgerufen am 6 Februar 2021 Ubersichtsblatt abgerufen 6 Februar 2021 Application Note abgerufen 6 Februar 2021 Application Note Abgerufen am 3 Dezember 2016 Application Note abgerufen 6 Februar 2021 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Heissleiter amp oldid 238701229