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Thermistor Ein Kofferwort aus englisch THERMally sensitive resISTOR ist ein elektrischer Widerstand dessen Wert sich mit

Thermistor

Ein Thermistor (Kofferwort aus englisch THERMally-sensitive resISTOR) ist ein elektrischer Widerstand, dessen Wert sich mit der Temperatur reproduzierbar ändert. Thermistoren unterteilen sich in ihren Temperaturverhalten in zwei Gruppen:

  • Heißleiter, welche über einen negativen Temperaturkoeffizienten (NTC) verfügen und im heißen Zustand besser elektrisch leiten als im kalten Zustand.
  • Kaltleiter, welche über einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) verfügen und im kalten Zustand besser elektrisch leiten als im heißen Zustand.
Schaltsymbol

In den bevorzugten Anwendungen dienen Thermistoren

Allgemeines Bearbeiten

Kennzeichnend für einen Thermistor ist die Änderung des Widerstandes bei Änderung der Temperatur. Als Widerstandsmaterial werden Metalle, halbleitende Metalloxide (keramische Werkstoffe) oder Silizium verwendet, wobei je nach Anwendung sowohl Materialien mit positiven als auch negativen Temperaturkoeffizienten Anwendung finden.

Im Kleinsignalverhalten kann die Abhängigkeit des Widerstandes von der Temperatur als lineare Gleichung mit dem Proportionalitätsfaktor beschrieben werden:

Der Faktor wird auch als Temperaturkoeffizient erster Ordnung bezeichnet. Je nach Vorzeichen dieses Koeffizienten wird zwischen Heißleitern mit negativen Koeffizienten und Kaltleitern mit positiven Koeffizienten unterschieden. Bei Heißleitern, auch als NTC-Widerstand bezeichnet, sinkt der Widerstandswert mit steigender Temperatur. Bei Kaltleitern, auch als PTC-Widerstand bezeichnet, steigt der Widerstandswert mit steigender Temperatur.

Anwendungen Bearbeiten

Messtechnik Bearbeiten

Thermistor in Perlenbauform zur Temperaturmessung

Kaltleiter Bearbeiten

Reine Metalle sind Kaltleiter. In der industriellen Temperaturmesstechnik sind Messwiderstände aus Platin wie der Platin-Messwiderstand üblich und genormt. Sie können bei geeigneter Ausrüstung bis 850 °C eingesetzt werden. Sie haben eine fast lineare Kennlinie bei einer relativen Widerstandsänderung von knapp 0,4 % pro °C.

Ausführungen mit keramischen Werkstoffen sind etwa bis 200 °C einsetzbar. Ihre Kennlinie steigt in einem engen Bereich um ihre Nenn-Ansprechtemperatur mit bis zu 30 % pro °C an. Messtechnisch sind sie kaum mehr geeignet als zur Aussage "zu kalt/zu warm".

Heißleiter Bearbeiten

Thermistoren mit negativen Temperaturkoeffizienten (NTC, Heißleiter) weisen aufgrund des zugrundeliegenden Halbleiter-Effektes eine hohe Abhängigkeit von Fehlstellen, wie der Dotierung der Grundstoffe auf. Die Verarbeitung wie das Mischen, Mahlen, Pressen, Sintern hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften und die Langzeitstabilität. Daher waren NTCs lange Zeit nur mit stark streuenden Kenndaten herstellbar und haben den NTCs in ihrer Anfangszeit den Ruf eingebracht, für präzise Temperaturmessung wenig geeignet zu sein.

Heißleiter sind bis etwa 150 °C einsetzbar. Sie weisen gegenüber Platin-Messwiderständen eine deutlich höhere Empfindlichkeit auf (Richtwert: Bei Zimmertemperatur dem Betrage nach eine Zehnerpotenz größer). Ihr nichtlineares Verhalten wird durch nichtlineare Gleichungen beschrieben. Die bevorzugte Darstellung der Abhängigkeit ist unter Widerstandsthermometer angegeben. Eine weitere übliche Darstellungsform des nichtlinearen Zusammenhangs ist die Steinhart-Hart-Gleichung.

Strombegrenzung Bearbeiten

Kaltleiter Bearbeiten

Kaltleiter zum Überlastungsschutz

Kaltleiter werden unter anderem zum Überlastschutz und zur Strombegrenzung im Dauerbetrieb eingesetzt. Einige Kaltleiter-Widerstände aus Bariumtitanat zeigen einen stark nichtlinearen Zusammenhang zwischen Temperatur und Widerstandswert und finden unter anderem als verschleißfreie Schaltelemente Anwendung – vergleichbar mit Bimetallschaltern. Diese Typen werden für den Übertemperaturschutz von Elektromotoren verwendet; bei einer zu starken Erwärmung des Motors kommt es zu einer Leistungsreduktion bzw. zu einer Abschaltung.

In anderen Anwendungen werden Kaltleiter-Widerstände als träge selbstrückstellende Sicherungen oder auch zur Steuerung des Entmagnetisierungsstromes bei Farbbildröhren eingesetzt.

Heißleiter Bearbeiten

Heißleiter zur Einschaltstrombegrenzung, rechts ein URDOX-Widerstand

Heißleiter werden zur Begrenzung von Einschaltströmen angewandt, um einen Sanftanlauf zu ermöglichen. Ein Heißleiter in der Zuleitung eines elektrischen Geräts ist vor dem Einschalten kalt, leitet im Einschaltaugenblick noch schlecht und begrenzt rein ohmsch den Einschaltstrom. Nach dem Einschalten erwärmt er sich durch den Stromfluss und vermindert seinen Widerstand gegenüber dem hohen Anfangswiderstand um oft mehr als 2 Zehnerpotenzen. Der Einsatz eines Heißleiters verhindert eine Stromspitze beispielsweise,

  • wenn diese beim Einschalten eines Netzgerätes eine elektrische Sicherung auslösen könnte,
  • wenn diese beim Aufladen eines Kondensators einen Gleichrichter schädigen könnte.

Heißleiter zur Einschaltstrombegrenzung können nicht zur Erhöhung des zulässigen Dauerstroms parallel geschaltet werden. Der kleinere der Widerstände bekäme den größeren Anteil am Strom, erwärmte sich schneller, und das bereits wärmere Bauteil erwärmt sich noch weiter. In der Folge übernimmt einer der Heißleiter fast den gesamten Strom. Eine Reihenschaltung ist jedoch möglich, wenn es darum geht, die Hochlaufzeit zu vergrößern.

Bauformen Bearbeiten

  • Bedrahtete Scheiben oder Zylinder
  • Oberflächenmontage (Surface Mounted Device (SMD); Quader oder z. B. SOT-23)
  • Bedrahtete Metall-Ösen, Pillen oder halbleitertypische Gehäuse (TO-92, TO-220)
  • Einschraubbare Metallgehäuse

Daneben existieren noch historische Bauformen wie der Eisen-Wasserstoff-Widerstand, ein Kaltleiter, und der Heißleiter aus Urandioxid, welcher als URDOX-Widerstand bezeichnet wird.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. L. W. Turner: Electronics Engineer's Reference Book. 4. Auflage. Butterworth-Heinemann, 2013, ISBN 978-1-4831-6127-3, Chapter 6: Electronic materials and components, S. 6–30 bis 6–41.
  2. ↑ Ziehl: Kaltleiter-Temperatursensoren (PDF), abgefragt am 31. Januar 2012
  3. [1], Seite 3
  4. Thermistor Calibration and the Steinhart-Hart Equation, Application Note # 4. ILX Lightwave, Firmenschrift, abgerufen am 28. September 2014.
  5. Michael Reisch: Elektronische Bauelemente: Funktion, Grundschaltungen, Modellierung mit SPICE. Springer, 1998, S. 99
  6. [2] Daten für Einschaltstrombegrenzer
  7. [3]
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Ein Thermistor Kofferwort aus englisch THERMally sensitive resISTOR ist ein elektrischer Widerstand dessen Wert sich mit der Temperatur reproduzierbar andert Thermistoren unterteilen sich in ihren Temperaturverhalten in zwei Gruppen 1 Heissleiter welche uber einen negativen Temperaturkoeffizienten NTC verfugen und im heissen Zustand besser elektrisch leiten als im kalten Zustand Kaltleiter welche uber einen positiven Temperaturkoeffizienten PTC verfugen und im kalten Zustand besser elektrisch leiten als im heissen Zustand SchaltsymbolIn den bevorzugten Anwendungen dienen Thermistoren der elektrischen Temperaturmessung im Rahmen des Widerstandsthermometers oder der Strombegrenzung bei elektrischen Geraten Anlaufstrombegrenzung oder Spitzenstrombegrenzung Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines 2 Anwendungen 2 1 Messtechnik 2 1 1 Kaltleiter 2 1 2 Heissleiter 2 2 Strombegrenzung 2 2 1 Kaltleiter 2 2 2 Heissleiter 3 Bauformen 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseAllgemeines BearbeitenKennzeichnend fur einen Thermistor ist die Anderung des Widerstandes bei Anderung der Temperatur Als Widerstandsmaterial werden Metalle halbleitende Metalloxide keramische Werkstoffe oder Silizium verwendet wobei je nach Anwendung sowohl Materialien mit positiven als auch negativen Temperaturkoeffizienten Anwendung finden Im Kleinsignalverhalten kann die Abhangigkeit des Widerstandes R displaystyle R nbsp von der Temperatur T displaystyle T nbsp als lineare Gleichung mit dem Proportionalitatsfaktor k displaystyle k nbsp beschrieben werden D R k D T displaystyle Delta R k Delta T nbsp Der Faktor k displaystyle k nbsp wird auch als Temperaturkoeffizient erster Ordnung bezeichnet Je nach Vorzeichen dieses Koeffizienten wird zwischen Heissleitern mit negativen Koeffizienten und Kaltleitern mit positiven Koeffizienten unterschieden Bei Heissleitern auch als NTC Widerstand bezeichnet sinkt der Widerstandswert mit steigender Temperatur Bei Kaltleitern auch als PTC Widerstand bezeichnet steigt der Widerstandswert mit steigender Temperatur Anwendungen BearbeitenMesstechnik Bearbeiten nbsp Thermistor in Perlenbauform zur TemperaturmessungKaltleiter Bearbeiten Hauptartikel Widerstandsthermometer Reine Metalle sind Kaltleiter In der industriellen Temperaturmesstechnik sind Messwiderstande aus Platin wie der Platin Messwiderstand ublich und genormt Sie konnen bei geeigneter Ausrustung bis 850 C eingesetzt werden Sie haben eine fast lineare Kennlinie bei einer relativen Widerstandsanderung von knapp 0 4 pro C Ausfuhrungen mit keramischen Werkstoffen sind etwa bis 200 C einsetzbar 2 Ihre Kennlinie steigt in einem engen Bereich um ihre Nenn Ansprechtemperatur mit bis zu 30 pro C an Messtechnisch sind sie kaum mehr geeignet als zur Aussage zu kalt zu warm 3 Heissleiter Bearbeiten Thermistoren mit negativen Temperaturkoeffizienten NTC Heissleiter weisen aufgrund des zugrundeliegenden Halbleiter Effektes eine hohe Abhangigkeit von Fehlstellen wie der Dotierung der Grundstoffe auf Die Verarbeitung wie das Mischen Mahlen Pressen Sintern hat einen grossen Einfluss auf die Eigenschaften und die Langzeitstabilitat Daher waren NTCs lange Zeit nur mit stark streuenden Kenndaten herstellbar und haben den NTCs in ihrer Anfangszeit den Ruf eingebracht fur prazise Temperaturmessung wenig geeignet zu sein Heissleiter sind bis etwa 150 C einsetzbar Sie weisen gegenuber Platin Messwiderstanden eine deutlich hohere Empfindlichkeit auf Richtwert Bei Zimmertemperatur dem Betrage nach eine Zehnerpotenz grosser Ihr nichtlineares Verhalten wird durch nichtlineare Gleichungen beschrieben Die bevorzugte Darstellung der Abhangigkeit ist unter Widerstandsthermometer angegeben Eine weitere ubliche Darstellungsform des nichtlinearen Zusammenhangs ist die Steinhart Hart Gleichung 4 Strombegrenzung Bearbeiten Kaltleiter Bearbeiten nbsp Kaltleiter zum UberlastungsschutzKaltleiter werden unter anderem zum Uberlastschutz und zur Strombegrenzung im Dauerbetrieb eingesetzt Einige Kaltleiter Widerstande aus Bariumtitanat zeigen einen stark nichtlinearen Zusammenhang zwischen Temperatur und Widerstandswert und finden unter anderem als verschleissfreie Schaltelemente Anwendung vergleichbar mit Bimetallschaltern Diese Typen werden fur den Ubertemperaturschutz von Elektromotoren verwendet bei einer zu starken Erwarmung des Motors kommt es zu einer Leistungsreduktion bzw zu einer Abschaltung 2 5 In anderen Anwendungen werden Kaltleiter Widerstande als trage selbstruckstellende Sicherungen oder auch zur Steuerung des Entmagnetisierungsstromes bei Farbbildrohren eingesetzt Heissleiter Bearbeiten nbsp Heissleiter zur Einschaltstrombegrenzung rechts ein URDOX WiderstandHeissleiter werden zur Begrenzung von Einschaltstromen angewandt um einen Sanftanlauf zu ermoglichen Ein Heissleiter in der Zuleitung eines elektrischen Gerats ist vor dem Einschalten kalt leitet im Einschaltaugenblick noch schlecht und begrenzt rein ohmsch den Einschaltstrom Nach dem Einschalten erwarmt er sich durch den Stromfluss und vermindert seinen Widerstand gegenuber dem hohen Anfangswiderstand um oft mehr als 2 Zehnerpotenzen 6 Der Einsatz eines Heissleiters verhindert eine Stromspitze beispielsweise wenn diese beim Einschalten eines Netzgerates eine elektrische Sicherung auslosen konnte wenn diese beim Aufladen eines Kondensators einen Gleichrichter schadigen konnte Heissleiter zur Einschaltstrombegrenzung konnen nicht zur Erhohung des zulassigen Dauerstroms parallel geschaltet werden Der kleinere der Widerstande bekame den grosseren Anteil am Strom erwarmte sich schneller und das bereits warmere Bauteil erwarmt sich noch weiter In der Folge ubernimmt einer der Heissleiter fast den gesamten Strom Eine Reihenschaltung ist jedoch moglich wenn es darum geht die Hochlaufzeit zu vergrossern Bauformen BearbeitenBedrahtete Scheiben oder Zylinder Oberflachenmontage Surface Mounted Device SMD Quader oder z B SOT 23 Bedrahtete Metall Osen Pillen oder halbleitertypische Gehause TO 92 TO 220 Einschraubbare MetallgehauseDaneben existieren noch historische Bauformen wie der Eisen Wasserstoff Widerstand ein Kaltleiter und der Heissleiter aus Urandioxid welcher als URDOX Widerstand bezeichnet wird 7 Weblinks BearbeitenSoftware zur Thermistor Berechnung bei sourceforge netEinzelnachweise Bearbeiten L W Turner Electronics Engineer s Reference Book 4 Auflage Butterworth Heinemann 2013 ISBN 978 1 4831 6127 3 Chapter 6 Electronic materials and components S 6 30 bis 6 41 a b Ziehl Kaltleiter Temperatursensoren PDF abgefragt am 31 Januar 2012 1 Seite 3 Thermistor Calibration and the Steinhart Hart Equation Application Note 4 ILX Lightwave Firmenschrift abgerufen am 28 September 2014 Michael Reisch Elektronische Bauelemente Funktion Grundschaltungen Modellierung mit SPICE Springer 1998 S 99 2 Daten fur Einschaltstrombegrenzer 3 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Thermistor amp oldid 225766511