NTC- und PTC-Thermistoren für Temperaturmessungen

Es gibt viele Anwendungen, die Umgebungstemperaturmessungen als Teil der Datenerfassung oder Steuerungsanwendungen benötigen. Wenn Sie diese Messungen elektrisch durchführen müssen, sind Ihre primären Optionen:

• Infrarotmessungen
• Thermoelementmessungen
• Messungen mit einem RTD-Sensor
• NTC- und PTC-Thermistoren

Jede dieser Komponenten hat ihren Platz in der Landschaft der Temperaturmessung. Wenn Sie ein kompaktes System bauen, das empfindliche Umgebungstemperaturmessungen über einen begrenzten Temperaturbereich sammeln muss, ist ein NTC- oder PTC-Thermistor die ideale Wahl. Es gibt eine Reihe von auf Leiterplatten montierbaren Komponenten auf dem Markt, und diese Komponenten liefern hochgenaue Messungen innerhalb spezifischer Temperaturbereiche.

Welche Temperaturmessung ist am besten für meine Anwendung geeignet?

Unter den verschiedenen Temperaturmessverfahren finden Thermistoren ihren Platz bei der Erfassung hochgenauer Messungen innerhalb begrenzter Temperaturbereiche. Die untenstehende Tabelle zeigt einen Vergleich der Fähigkeiten und Anwendungen dieser Komponenten.

| | Thermistoren | RTD-Sensoren | Thermoelemente | IR-Sensoren | | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | | Typischer Bereich | -100 bis ~300 °C | Bis ~700 °C | Bis ~2000 °C | Bis ~3000 °C | | Genauigkeit | 10-2 bis 1 °C | 10-1 bis 1 °C | 10-1 bis 10 °C | 10-3 bis 10 °C | | Aktiv oder Passiv | Aktiv (konst. Spannung oder Stromquelle) | Aktiv (konst. Spannung oder Stromquelle) | Passiv (gibt eine Spannung aus) | Batteriebetrieben | | Linearität | Nichtlinear | Etwas linear | Nichtlinear | Sehr linear | | Störanfälligkeit | Niedrig | Niedrig | Hoch | Keine | | Langzeitstabilität | Hoch | Sehr hoch | Variiert | Variiert |

Die Langzeitstabilität von Thermistoren ist im Vergleich zu anderen Geräten sehr hoch und nur von der Stabilität von RTD-Sensoren übertroffen. Diese Komponenten eignen sich auch am besten für Umgebungstemperaturmessungen, obwohl sie mit einem Sondengehäuse zur Erfassung von Punktmessungen in bestimmten Anwendungen verwendet werden können. Die Komponenten selbst sind hochgradig widerstandsfähig gegen Störungen, obwohl die Messschaltung immer noch anfällig für EMI sein kann.

Vielleicht ist der wichtigste Aspekt von Thermistoren, der sie ideal für kompakte Geräte macht, wie IoT-Produkte, ihr kleiner Fußabdruck. Diese Komponenten haben die gleichen Abmessungen wie Kondensatoren oder Widerstände und sind als Durchsteck- oder Oberflächenmontagekomponenten verfügbar. Wie wir aus der obigen Tabelle entnehmen können, wenn Sie eine genaue Umgebungstemperaturmessung innerhalb eines begrenzten Bereichs mit einer kleinen Komponente sammeln müssen, dann könnte ein Thermistor die ideale Wahl sein.

Arten von Thermistoren und Messungen

Es gibt zwei Arten von Thermistoren: Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) und Thermistoren mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC). Diese beiden Arten von Thermistoren haben unterschiedliche Temperaturantworten. Wenn der Thermistor sich erwärmt, ändert sich sein Widerstand. Der Widerstand eines NTC-Thermistors nimmt mit steigender Temperatur ab und umgekehrt bei einem PTC-Thermistor.

Der Widerstand dieser Komponenten muss gemessen werden, da die Temperatur aus einer Messung des Spannungsabfalls über den Thermistor oder des Stroms durch den Thermistor bestimmt wird. Diese Messung wird dann in eine Temperaturänderung umgerechnet. Dies erfordert eine gewisse Kalibrierung bei der Konstruktion des Geräts, und die Empfindlichkeit in den gemessenen Spannungs-/Stromänderungen hängt von der für die Messung verwendeten Schaltung ab. Eine typische Messmethode ist die Verwendung einer Wheatstone-Brückenschaltung oder einer Spannungsteilerschaltung. Die Umrechnung in einen Temperaturwert kann dann mit einem einfachen Prozessor, wie einem Mikrocontroller, durchgeführt werden.

NTC- und PTC-Thermistoren

Vishay, NTCS0603E3473FHT

Der NTCS0603E3473FHT von Vishay ist Teil der NTCS0603E3-Familie von Thermistoren. Diese Thermistoren gibt es in einer Vielzahl von Nennwiderstandsmessungen und haben NTC-Werte. Diese spezielle oberflächenmontierte Komponente ist ein glasgekapseltes Bauteil, was sie ideal für industrielle oder automobiltechnische Anwendungen macht.

Das Bild unten zeigt ein LTSpice-Modell für den NTCS0603E3473FHT-Thermistor in einem Spannungsteilerschaltkreis für Temperaturmessungen. Hier hat der NTCS0603E3473FHT-Thermistor einen Nennwiderstand von 47 kOhm, und die Widerstände in diesem Spannungsteiler sind auf 4,7 kOhm eingestellt. In dieser Art von Simulation müssen die Werte der Widerstände R1 und R2 sorgfältig ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass der gemessene Spannungsabfall über den Thermistor/R2 eine hohe Empfindlichkeit im gewünschten Temperaturbereich erzeugt. Achten Sie darauf, die anderen Widerstände in diesen Schaltungen und in Wheatstone-Brückenschaltungen sorgfältig auszuwählen.

LTSpice-Simulationsmodell für einen Spannungsteilerschaltkreis und Simulationsergebnisse, die den Spannungsabfall über R2 bei Temperaturänderungen zeigen. Aus dem NTCS0603E3473FHT-Anwendungshinweis.

EPCOS, B57237S109M

Der B57237S109M von EPCOS ist ein NTC-Thermistor, der auch einen Einschaltstromschutz bietet. Dieser spezielle Durchsteck-Thermistor hat eine lange Ansprechzeit von 90 Sekunden aufgrund der Kapazität an den Anschlüssen. Obwohl er eine lange Ansprechzeit hat, bietet er Schutz gegen plötzliche große Temperaturänderungen, die in industriellen Anwendungen auftreten können.

Einschaltstrombegrenzung im B57237S109M NTC-Thermistor. Aus dem B57237S109M-Datenblatt.

EPCOS, B59980C80A70

Der B59980C80A70 Durchsteck-PTC-Thermistor von EPCOS hat eine schnelle Reaktionszeit und kann mit Gleichspannungen bis zu 63 V betrieben werden. Die Reaktionszeit dieses Bauteils ist eine Funktion des Stroms im Bauteil während des Schaltvorgangs, wie im untenstehenden Diagramm gezeigt. Die Reaktionszeit kann von ~100 Sekunden bis hinunter zu ~1 ms bei hohem Treiberstrom variieren. Da der Strom in diesen Bauteilen auch eine Funktion ihres Widerstands und ihrer Temperatur ist, wird die Reaktionszeit mit der Umgebungstemperatur variieren. EPCOS hat umfangreiche Daten bereitgestellt, um diese Systeme zu entwerfen und eine konsistente Reaktionszeit innerhalb Ihres gewünschten Betriebsbereichs sicherzustellen, aber dies sollte beim Arbeiten mit dieser Art von Bauteil beachtet werden.

Reaktionszeit bei 80 °C und Nennstrom im B59980C80A70 PTC-Thermistor. Aus dem B59980C80A70 Datenblatt.

Wenn Sie NTC- und PTC-Thermistoren auswählen müssen, finden Sie viele Optionen auf Octopart. Sie finden dort auch viele Optionen für unterstützende Oberflächenmontage- oder Durchsteckkomponenten für Ihre nächste PCB.

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