Was ist ein Thermistor?
Thermistor steht für Thermally Sensitive Resistor und ist ein elektronisches Bauteil mit der Eigenschaft, dass sich der Widerstand des Bauteils bei Temperaturänderungen deutlich ändert.
Durch die Messung des Widerstands des Bauteils kann die Temperatur um das Bauteil herum bestimmt werden. Thermistoren sind elektronische Bauteile, die aus einer Mischung verschiedener Metalle bestehen und bei Temperaturen von etwa -50 °C bis 150 °C eingesetzt werden können.
Anwendungen von Thermistoren
Aufgrund ihrer geringen Kosten, ihrer Fähigkeit, Temperaturen zu messen, ihrer geringen Größe und ihrer Langlebigkeit werden Thermistoren in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. in der Medizintechnik, in Kraftfahrzeugen, in der Büroautomation, in der Haustechnik, in Warmwasserbereitern, in Kochgeräten, in Heizungsanlagen, in der Informationstechnik und in der Industrie sowie in allgemeinen Haushaltsgeräten.
Beispiele hierfür sind Innen- und Außengeräte von Klimaanlagen und Heizungsanlagen. In Kraftfahrzeugen werden die Motortemperatur und die Temperatur der Umgebungsluft gemessen und geregelt, um eine optimale Verbrennung im Motor zu gewährleisten. In Warmwasserbereitern wird die Wassertemperatur gemessen, um die Temperatur des aus dem Wasserhahn kommenden Wassers zu steuern.
Funktionsweise des Thermistors
Die Rohstoffe für NTC-Thermistoren sind eine Mischung aus Mangan, Eisen, Kobalt usw., während PTC-Thermistoren aus einem mit Ruß und anderen Materialien gemischten Polymer hergestellt werden. Darüber hinaus werden CTR-Thermistoren aus einer Mischung von Zusatzstoffen und Vanadium hergestellt.
Wenn die Temperatur in einem Leiter, z. B. einem Metall, ansteigt, treten normalerweise Kationenschwingungen auf, und die Kollision zwischen den sich bewegenden freien Elektronen und den Kationen, die den Kristall des Leiters bilden, wird intensiver. Der Grund, warum der Widerstand mit der Temperaturänderung zunimmt, liegt darin, dass sich die Bewegungsgeschwindigkeit der freien Elektronen aufgrund der durch die Schwingungen verursachten Kollisionen verlangsamt. PTC-Thermistoren machen sich diese Eigenschaft zunutze, und der Widerstand nimmt mit steigender Temperatur zu.
Bei Halbleitern hingegen nimmt der Widerstand mit steigender Temperatur ab. NTC- und CTR-Thermistoren machen sich diese Eigenschaft zunutze und ihr Widerstand nimmt daher mit steigender Temperatur zu.
Arten von Thermistoren
Thermistoren lassen sich in drei Haupttypen einteilen:
1. NTC-Thermistoren
Dies sind häufig verwendete elektronische Bauteile für die Temperaturmessung. Der Temperaturanstieg des Bauteils ist mit einer Abnahme des Widerstands verbunden; der Widerstand des NTC nimmt mit steigender Temperatur des Bauteils ab, weshalb sie sowohl zur Temperaturmessung als auch in Temperaturkompensationsschaltungen verwendet werden.
2. PTC-Thermistoren
Es handelt sich hierbei nicht um elektronische Bauteile zur Temperaturmessung, sondern sie werden häufig anstelle von Stromsicherungen zum Schutz von Geräten gegen Überströme eingesetzt. Der Anstieg des Widerstandswertes ist mit einem Anstieg der Bauteiltemperatur verbunden.
Da sich der Widerstand von PTCs in der Nähe einer bestimmten Temperatur deutlich erhöht, wenn die Temperatur ansteigt, werden sie zur Unterdrückung von Einschaltströmen verwendet, die zu Motoren und Aluminium-Elektrolytkondensatoren fließen, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, und in Schaltungen zur Unterdrückung des Flusses von Überströmen, wenn induktive Lasten wie Motoren und Heizungen einen Kurzschlussfehler haben.
3. CTR-Thermistoren
CTR-Thermistoren sind wie NTCs Bauteile, deren Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt. Der Widerstandswert nimmt mit steigender Temperatur ab, wie bei den NTCs, mit dem Unterschied, dass der Widerstandswert deutlich abnimmt, wenn die Temperatur einen bestimmten Wert überschreitet.
Weitere Informationen über Thermistoren
Verwendung von Thermistoren
Wenn Thermistoren in elektrischen Schaltungen verwendet werden, werden sie in der Regel nicht allein, sondern in Kombination mit einer konstanten Versorgungsspannung und anderen Festwiderständen eingesetzt. Da sich der Widerstand eines Thermistors mit der Temperatur ändert, führen Temperaturänderungen in einer elektrischen Schaltung, die eine Stromversorgung mit konstanter Spannung, Festwiderstände und Thermistoren verwendet, zu Änderungen des Stroms, der durch den Widerstand fließt, was zu Änderungen der Spannung an beiden Enden des Widerstands führt.
Die Spannung an beiden Enden des Widerstands wird von der AD-Wandlerfunktion des Mikrocontrollers usw. gelesen und im Mikrocontroller in ein Temperaturäquivalent umgewandelt. Thermistor-Peripherieschaltungen können kombiniert werden, indem ein Pull-down-Widerstand von 1 Kilo-Ohm, 10 Kilo-Ohm usw. an eine Konstantspannungsquelle von 5 V DC oder 3,3 V DC angeschlossen wird, oder indem ein Pull-down-Widerstand von 1 Kilo-Ohm oder 10 Kilo-Ohm zwischen dem Thermistor und GND angeschlossen wird.
Wenn die Pull-up- und Pull-down-Widerstände zu klein gewählt werden, erzeugt das Element selbst Wärme aufgrund des erhöhten Stroms, der durch den Widerstand fließt, was zu ungenauen Messungen führt. Es ist gängige Praxis, einen Thermistor mit einem bekannten Widerstand zu kombinieren, um den Wert des Widerstands zu messen.