PTC thermistoren
(50)Thermistors – wat is het en hoe werkt hij?
Thermistors zijn weerstandselementen waarvan de weerstand af- of toeneemt bij een afname of toename van de temperatuur. Het is normaal dat de weerstand toeneemt naarmate de temperatuur stijgt. De steeds sterker trillende deeltjes zorgen voor toenemende weerstand tegen de doorstroming van het medium. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt daarom dus ook de weerstand toe. U kunt die waarde meten met een Ohmmeter. Thermistors behoren tot een familie van resistors met een zeer hoge gevoeligheid voor temperatuurveranderingen. Dankzij dit gedrag kan met deze goedkope en gemakkelijk te gebruiken elektronische componenten zeer nauwkeurig de temperatuur worden bepaald van een onderdeel of de omgeving. Belangrijke voordeel van thermistors is hun grote meetbereik en hoge mechanische weerstand.
Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de weerstand van de thermistor echter niet noodzakelijkerwijs toe. Om te weten te komen wat de verschillen zijn tussen de verschillende soorten thermoweerstanden en wat deze betekenen voor het gebruik, moeten we ons verdiepen in de belangrijkste kenmerken van thermistors.
Constructie en soorten thermistors – PTC- en NTC-thermistors
Thermistors worden ingedeeld op basis van hun reactie op temperatuurverandering. We onderscheiden twee populaire typen thermistors die afhankelijk van de temperatuurverandering radicaal verschillen in gedrag:
- PTC-thermistors (Positive Temperature Coefficient) – thermistors met een positieve temperatuurcoëfficiënt;
- NTC-thermistors (Negative Temperature Coefficient) - thermistors met een negatieve temperatuurcoëfficiënt.
Het eerste type is het klassieke geval waarin de weerstandswaarde toeneemt bij toenemende temperatuur. Bij NTC-thermistors wordt echter precies het tegenovergestelde effect bereikt. Door een stijgende temperatuur daalt namelijk de weerstand. De afhankelijkheid tussen de verandering in de weerstand van het element en de verandering in temperatuur wordt weergegeven door de thermische karakteristiek die u verderop in de tekst kunt vinden.
Thermistors danken hun eigenschappen aan het gebruik van geschikte materialen. Het productieproces van de thermistor berust op het inbedden van de geleiders in een mengsel van metaaloxiden in poedervorm en bepaalde chemische verbindingen en binding met behulp van een geschikt bindmateriaal. De aldus geprepareerde thermistors worden onderworpen aan een sinterproces, waardoor de verbinding kan drogen en uitharden. De resulterende verbinding wordt beschermd door een speciale glascoating.
Voor de productie van PTC-thermistors worden vanadium- en titaniumoxiden gedoteerd met geselecteerde chemische verbindingen het vaakst gebruikt, terwijl NTC-sensoren meestal worden gemaakt van een mengsel van chemische verbindingen zoals: chroom, mangaan, kobalt, ijzer, koper, lithium en nikkel. De materialen die bij de constructie van de besproken thermistors worden gebruikt, zorgen voor de specifieke eigenschappen die horen bij het betreffende assortiment en bepalen het uiteindelijke gebruik.
In het ruime assortiment op de markt verkrijgbare producten treft u thermistors in allerlei vormen aan. Zij kunnen de vorm hebben van balletjes, samengeperste schijven die lijken op een tablet of in de vorm van een miniatuurcilinder. In alle gevallen zijn er aansluitingen in de vorm van twee draden. Dankzij hun eenvoudige structuur en compacte afmetingen zijn thermistors extreem goedkope elementen van elektronische schakelingen.
De mechanische sterkte van thermistors maakt temperatuurmetingen mogelijk in het bereik van -150°C tot maar liefst 800°C en de hoge meetgevoeligheid maakt ze geschikt voor vele veeleisende toepassingen.
De beperking van thermistors is de maximale nominale spanning, nl. de geschikte spanning voor continu gebruik van het apparaat, evenals de maximale bedrijfsspanning die een voorwaarde is voor een correcte en veilige werking. Bij het selecteren van het juiste product moet u rekening houden met de door de fabrikant aanbevolen grenswaarden, omdat overschrijding van de spanning kan leiden tot beschadiging van het element.
Thermische karakteristiek
De basisvergelijking die de verandering van de weerstand van een sensor als functie van de verandering van zijn temperatuur beschrijft, is de thermische karakteristiek.
waarbij:
RT – weerstand van de thermistor bij een bepaalde temperatuur [Ω];
T – temperatuur van de thermistor [K];
T0 – referentietemperatuur [K];
RT0 – weerstand van de thermistor bij de referentietemperatuur [Ω];
B – materiaalconstante van de thermistor, binnen het bereik van 2000÷6000 [K]. De grootte van deze parameter is strikt afhankelijk van de gebruikte materialen en bepaalt de gevoeligheid van het apparaat. Hoe hoger de waarde, hoe groter de gevoeligheid van de thermistor.
Toepassing van PTC-thermistors
PTC-thermistors (of posistors) worden gebruikt als overbelastings- en oververhittingsbeveiliging. Met de toename van de stroomintensiteit stijgt de temperatuur van de thermistor en daarmee ook de weerstand als een logaritmische functie. Door toenemende weerstand neemt de stroomsterkte in het systeem af en stabiliseert op het gewenste niveau. U komt ze onder meer tegen in elektromotoren, in algemeen gebruikte huishoudelijke producten (bv. magnetrons of ovens), automatiseringssystemen of in de auto-industrie.
Een speciaal soort PTC-thermistors zijn polymeerzekeringen. Ze zijn gebouwd volgens het thermistorprincipe - overschrijding van de maximale stroom doet de temperatuur van het element stijgen en veroorzaakt een piek in de weerstand waardoor het circuit wordt onderbroken (hoewel er nog steeds een kleine stroom doorheen zal lopen).
Thermistors vervullen ook een belangrijke functie bij vroegtijdige waarschuwing tegen brand, omdat ze het belangrijkste onderdeel zijn van brandbeveiligingssystemen. Zodra de temperatuur boven de ingestelde waarde komt, geeft het alarmsysteem een waarschuwingssignaal af over de mogelijkheid dat er ergens brand is. In dit geval zijn de buitengewone gevoeligheid en betrouwbaarheid van de meting van groot belang: deze wordt gegarandeerd door de thermoweerstandselementen uit dit artikel.
Magazijn:
