Was ist ein Thermistor und seine Funktion? Klassifizierung und Anwendung von Thermistoren?

Ein Thermistor ist ein Widerstands typ, dessen Widerstand stark von der Temperatur abhängt, stärker als bei Standard widerständen. Das Wort ist eine Kombination aus Thermo und Widerstand. Ein Thermistor ist ein Widerstandsthermometer oder ein Widerstand, dessen Widerstand von der Temperatur abhängt. Der Begriff ist eine Kombination aus "thermisch" und "Widerstand". Es wird aus Metalloxiden hergestellt, in eine Wulst-, Scheiben- oder Zylinderform gepresst und dann mit einem wasserdichten Material wie Epoxid oder Glas verkapselt. Der Betriebstemperaturbereich eines Thermistors hängt vom Sondentyp ab und liegt typischerweise zwischen −100 °C (173 K) und 300 °C (573 K).

Es gibt zwei Arten von Thermistoren: Negativer Temperaturkoeffizient (NTC) und Positiver Temperaturkoeffizient (PTC). Bei einem NTC-Thermistor nimmt der Widerstand bei steigender Temperatur ab. Umgekehrt steigt der Widerstand, wenn die Temperatur sinkt. Dieser Thermistortyp wird am häufigsten verwendet.

Ein PTC-Thermistor funktioniert etwas anders. Wenn die Temperatur steigt, steigt der Widerstand, und wenn die Temperatur sinkt, nimmt der Widerstand ab. Dieser Thermistor typ wird im Allgemeinen als Sicherung verwendet.

Typischerweise erreicht ein Thermistor eine hohe Präzision innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs von etwa 50 °C um die Zieltemperatur herum. Dieser Bereich ist abhängig vom Basiswiderstand.

Die Thermistor symbole sind:

Passiver Thermistor, isolierte Drähte	Wulst typ Thermistor	Batterie thermistor

Thermistor typen

Abhängig von den verwendeten Materialien werden Thermistoren in zwei Typen eingeteilt:

Bei NTC-Thermistoren nimmt der Widerstand mit steigender Temperatur ab; normalerweise aufgrund einer Zunahme der Leitungselektronen, die durch thermische Bewegung aus dem Valenzband nach oben gestoßen werden. Ein NTC wird allgemein als Temperatursensor, oder in Reihe mit einer Schaltung als Einschaltstrombegrenzung verwendet.
Bei PTC-Thermistoren steigt der Widerstand mit steigender Temperatur; normalerweise aufgrund erhöhter thermischer Gitterbewegungen, insbesondere solcher von Verunreinigungen und Unvollkommenheiten. PTC-Thermistoren werden üblicherweise in Reihe mit einem Stromkreis installiert und als rückstellbare Sicherungen zum Schutz vor Überstrom bedingungen verwendet.

Thermistoren werden im Allgemeinen unter Verwendung von pulverförmigen Metalloxiden hergestellt. Mit stark verbesserten Formeln und Techniken in den letzten 20 Jahren können NTC-Thermistoren jetzt Genauigkeiten über weite Temperaturbereiche wie ±0,1 °C oder ±0,2 °C von 0 °C bis 70 °C mit ausgezeichneter Langzeitstabilität erreichen. NTC-Thermistor elemente sind in vielen Ausführungen erhältlich, z sowie Stangen und Scheiben. Der typische Betriebstemperaturbereich eines Thermistors beträgt -55 °C bis +150 °C, obwohl einige Glaskörper-Thermistoren eine maximale Betriebstemperatur von +300 °C haben.

Thermistoren unterscheiden sich von Widerstand temperatur detektoren (RTDs) dadurch, dass das in einem Thermistor verwendete Material im Allgemeinen eine Keramik oder ein Polymer ist, während RTDs reine Metalle verwenden. Auch das Temperatur verhalten ist unterschiedlich; RTDs sind über größere Temperaturbereiche nützlich, während Thermistoren typischerweise eine höhere Präzision innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs erreichen, typischerweise -90 °C bis 130 °C.

Konstruktion und Materialien

Dieser Abschnitt muss erweitert werden. Sie können helfen, indem Sie es ergänzen.
Thermistoren werden typischerweise unter Verwendung von Metalloxiden hergestellt.
NTC-Thermistoren werden aus Oxiden der Eisengruppe der Metalle hergestellt: z.B. Chrom (CrO, Cr2O3), Mangan (z. B. MnO), Kobalt (CoO), Eisen (Eisenoxide) und Nickel (NiO, Ni2O3).

PTCs werden normalerweise aus Barium (Ba), Strontium oder Bleititanaten (z. B. PbTiO3) hergestellt.

Thermistor-Leitungsmodell

NTC (negativer Temperaturkoeffizient)

Ein ausgefallener (durchgebrannter) NTC-Thermistor, der als Einschaltstrombegrenzer in einem Schaltnetzteil funktionierte
Viele NTC-Thermistoren werden aus gepressten Scheiben, Stangen, Platten, Perlen oder gegossenen Chips aus halbleitendem Material wie gesinterten Metalloxiden hergestellt. Sie funktionieren, weil eine Erhöhung der Temperatur eines Halbleiters die Anzahl der aktiven Ladungsträger erhöht, die er in das Leitungsband befördert. Je mehr Ladungsträger zur Verfügung stehen, desto mehr Strom kann ein Material leiten. In bestimmten Materialien wie Eisenoxid (Fe2O3) mit Titan (Ti)-Dotierung wird ein n-Halbleiter gebildet und die Ladungsträger sind Elektronen. In Materialien wie Nickeloxid (NiO) mit Lithium (Li)-Dotierung entsteht ein p-Halbleiter, in dem Löcher die Ladungsträger sind.

Dies ist in der Formel beschrieben

Motor thermistor	Glas thermistor	Thermistor sensors

I = elektrischer Strom (Ampere),
n = die Dichte der Ladungsträger (COUNT / m3),
A = Querschnittsfläche des Materials (m2),
v = Driftgeschwindigkeit der Elektronen (m/s),
e = Ladung eines Elektrons.
Bei großen Temperaturänderungen ist eine Kalibrierung erforderlich. Bei kleinen Temperaturänderungen ist bei Verwendung des richtigen Halbleiters der Widerstand des Materials linear proportional zur Temperatur. Es gibt viele verschiedene halbleitende Thermistoren mit einem Bereich von etwa 0,01 Kelvin bis 2.000 Kelvin (-273,14 °C bis 1.700 °C).

Das IEC-Standard ymbol für einen NTC-Thermistor enthält ein „−t°“ unter dem Rechteck.

PTC (positiver Temperaturkoeffizient)

Die meisten PTC-Thermistoren bestehen aus dotierter polykristalliner Keramik (enthält Bariumtitanat (BaTiO3) und andere Verbindungen), die die Eigenschaft haben, dass ihr Widerstand bei einer bestimmten kritischen Temperatur plötzlich ansteigt. Bariumtitanat ist ferroelektrisch und seine Dielektrizitätskonstante variiert mit der Temperatur. Unterhalb der Curie-Punkt-Temperatur verhindert die hohe Dielektrizitätskonstante die Bildung von Potentialbarrieren zwischen den Kristall körnern, was zu einem geringen Widerstand führt. In diesem Bereich hat das Gerät einen kleinen negativen Temperaturkoeffizienten. Bei der Curie-Punkt-Temperatur sinkt die Dielektrizitätskonstante ausreichend, um die Bildung von Potentialbarrieren an den Korngrenzen zu ermöglichen, und der Widerstand steigt mit der Temperatur stark an. Bei noch höheren Temperaturen kehrt das Material zum NTC-Verhalten zurück.

Ein anderer Thermistor typ ist ein Silistor (ein thermisch empfindlicher Siliziumwiderstand). Silistoren verwenden Silizium als halbleitendes Komponenten material. Im Gegensatz zu keramischen PTC-Thermistoren haben Silistoren eine nahezu lineare Widerstands-Temperatur-Kennlinie. Silizium-PTC-Thermistoren haben eine viel kleinere Drift als ein NTC-Thermistor. Es handelt sich um stabile Geräte, die hermetisch in einem axial bedrahteten, glasverkapselten Gehäuse abgedichtet sind.

Barium titanat-Thermistoren können als selbstgesteuerte Heizungen verwendet werden; Bei einer gegebenen Spannung erwärmt sich die Keramik auf eine bestimmte Temperatur, aber die verwendete Leistung hängt vom Wärmeverlust der Keramik ab.

Die Dynamik von gespeisten PTC-Thermistoren ermöglicht ein breites Anwendungsspektrum. Beim ersten Anschließen an eine Spannungsquelle fließt ein großer Strom, der dem niedrigen, kalten Widerstand entspricht, aber wenn sich der Thermistor selbst erwärmt, wird der Strom reduziert, bis ein Grenzstrom (und die entsprechende Spitzentemperatur des Geräts) erreicht ist. Die strombegrenzende Wirkung kann Sicherungen ersetzen. In den Entmagnetisierung schaltungen vieler CRT-Monitore und Fernsehgeräte ist ein entsprechend gewählter Thermistor in Reihe mit der Entmagnetisierung spule geschaltet.Dies führt zu einer sanften Stromabnahme für einen verbesserten Entmagnetisierung effekt. Einige dieser Entmagnetisierung kreise haben zusätzliche Heizelemente, um den Thermistor weiter zu erwärmen (und den resultierenden Strom zu reduzieren).

Ein anderer Typ von PTC-Thermistoren ist der Polymer-PTC, der unter Markennamen wie "Polyswitch", "Semifuse" und "Multifuse" verkauft wird. Dieser besteht aus Kunststoff mit darin eingebetteten Kohlenstoff körnern. Wenn der Kunststoff abgekühlt ist, stehen die Kohlenstoff körner alle miteinander in Kontakt und bilden einen leitenden Pfad durch das Gerät. Wenn sich der Kunststoff erwärmt, dehnt er sich aus, zwingt die Kohlenstoff körner auseinander und verursacht einen Anstieg des Widerstands des Geräts, was dann zu einer erhöhten Erwärmung und einem schnellen Widerstands anstieg führt. Wie der BaTiO3-Thermistor hat dieses Gerät ein stark nichtlineares Widerstands-/Temperatur verhalten, das für die Temperatur- oder Schaltung steuerung nützlich ist, nicht für die Temperaturmessung. Neben Schaltung elementen, die zur Strombegrenzung verwendet werden, können selbstbegrenzende Heizelemente in Form von Drähten oder Streifen hergestellt werden, die für die Begleitheizung nützlich sind. PTC-Thermistoren „rasten“ in einen heißen / hochohmigen Zustand ein: Sobald sie heiß sind, bleiben sie in diesem hochohmigen Zustand, bis sie abgekühlt sind. Der Effekt kann als primitiver Latch/Speicher-Schaltkreis verwendet werden, wobei der Effekt durch die Verwendung von zwei PTC-Thermistoren in Reihe, wobei ein Thermistor kalt und der andere heiß ist, verstärkt wird.

Das IEC-Standard symbol für einen PTC-Thermistor enthält ein „+t°“ unter dem Rechteck.

Selbsterhitzung effekte

Wenn ein Strom durch einen Thermistor fließt, erzeugt er Wärme, die die Temperatur des Thermistors über die seiner Umgebung anhebt. Wenn der Thermistor zum Messen der Umgebungstemperatur verwendet wird, kann diese elektrische Erwärmung einen erheblichen Fehler verursachen, wenn keine Korrektur vorgenommen wird. Alternativ kann dieser Effekt selbst ausgenutzt werden. Es kann zum Beispiel macht eine feinfühlige Luftstrom vorrichtung in einem Segelflugzeuge eingesetzt Rate-of-Steigflug Instrumente, das elektronische Variometer, oder dient als Zeitgeber für ein Relais, wie früher in Telefonvermittlungsstelle durchgeführt.

Die elektrische Leistungsaufnahme des Thermistors beträgt nur

Der Strom und die Spannung am Thermistor hängen von der jeweiligen Schaltungskonfiguration ab. Wenn die Spannung am Thermistor konstant gehalten wird, dann gilt nach dem Ohmschen Gesetz, und die Gleichgewichtsgleichung kann für die Umgebungstemperatur als Funktion des gemessenen Widerstands des Thermistors gelöst werden:


Die Verlustkonstante ist ein Maß für die thermische Anbindung des Thermistors an seine Umgebung. Sie wird im Allgemeinen für den Thermistor in ruhender Luft und in gut gerührtem Öl angegeben. Typische Werte für einen kleinen Glasperlen-Thermistor sind 1,5 mW/°C in ruhender Luft und 6,0 ​​mW/°C in gerührtem Öl. Wenn die Umgebungstemperatur im Voraus bekannt ist, kann ein Thermistor verwendet werden, um den Wert der Verlustkonstante zu messen. Beispielsweise kann der Thermistor als Durchflusssensor verwendet werden, da die Verlustkonstante mit der Durchflussrate eines Fluids am Thermistor vorbei ansteigt.

Die Verlustleistung eines Thermistors wird normalerweise auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten, um einen unbedeutenden Temperatur messfehler aufgrund von Eigenerwärmung zu gewährleisten. Einige Thermistor anwendungen hängen jedoch von einer erheblichen "Selbsterwärmung" ab, um die Körpertemperatur des Thermistors deutlich über die Umgebungstemperatur zu erhöhen, sodass der Sensor dann selbst geringfügige Änderungen der Wärmeleitfähigkeit der Umgebung erkennt. Einige dieser Anwendungen umfassen die Flüssigkeit standerfassung, die Flüssigkeit durchflussmessung und die Luftdurchflussmessung.