Wie beurteilt man die Qualität eines Thermistors? Wie wählt man den richtigen Thermistor für seine Bedürfnisse aus?

Die Beurteilung der Leistung eines Thermistors und die Auswahl eines geeigneten Produkts erfordern eine umfassende Berücksichtigung sowohl der technischen Parameter als auch der Anwendungsszenarien. Hier ist eine detaillierte Anleitung:

I. Wie beurteilt man die Qualität eines Thermistors?

Kern der Bewertung sind die wichtigsten Leistungsparameter:

1. Nennwiderstandswert (R25):

• Definition:Der Widerstandswert bei einer bestimmten Referenztemperatur (normalerweise 25 °C).
• Qualitätsbeurteilung:Der Nennwert selbst ist nicht unbedingt gut oder schlecht. Entscheidend ist, ob er den Designanforderungen der Anwendungsschaltung (z. B. Spannungsteiler, Strombegrenzung) entspricht. Die Konsistenz (die Streuung der Widerstandswerte innerhalb einer Charge) ist ein entscheidender Indikator für die Fertigungsqualität – eine geringere Streuung ist besser.
• Notiz:NTC und PTC haben bei 25 °C sehr unterschiedliche Widerstandsbereiche (NTC: Ohm bis Megaohm, PTC: typischerweise Ohm bis Hunderte von Ohm).

2. B-Wert (Beta-Wert):

• Definition:Ein Parameter, der die Empfindlichkeit der Widerstandsänderung des Thermistors mit der Temperatur beschreibt. Bezieht sich normalerweise auf den B-Wert zwischen zwei bestimmten Temperaturen (z. B. B25/50, B25/85).
• Berechnungsformel: B = (T1 * T2) / (T2 - T1) * ln(R1/R2)
• Qualitätsbeurteilung:
  • NTC:Ein höherer B-Wert weist auf eine höhere Temperaturempfindlichkeit und eine steilere Widerstandsänderung mit der Temperatur hin. Hohe B-Werte bieten eine höhere Auflösung bei der Temperaturmessung, jedoch eine schlechtere Linearität über weite Temperaturbereiche. Die Konsistenz (B-Wert-Streuung innerhalb einer Charge) ist entscheidend.
  • PTC:Der B-Wert (gebräuchlicher ist jedoch der Temperaturkoeffizient α) beschreibt die Geschwindigkeit des Widerstandsanstiegs unterhalb des Curie-Punktes. Für Schaltanwendungen ist die Steilheit des Widerstandssprungs in der Nähe des Curie-Punktes (α-Wert) entscheidend.
  • Notiz:Verschiedene Hersteller definieren B-Werte möglicherweise anhand unterschiedlicher Temperaturpaare (T1/T2). Achten Sie beim Vergleich auf Konsistenz.

3. Genauigkeit (Toleranz):

• Definition:Der zulässige Abweichungsbereich zwischen dem tatsächlichen Wert und dem Nennwert. Normalerweise kategorisiert als:
  • Genauigkeit des Widerstandswerts:Zulässige Abweichung des tatsächlichen Widerstands vom Nennwiderstand bei 25 °C (z. B. ±1 %, ±3 %, ±5 %).
  • Genauigkeit des B-Werts:Zulässige Abweichung des tatsächlichen B-Werts vom nominalen B-Wert (z. B. ±0,5 %, ±1 %, ±2 %).
  • Qualitätsbeurteilung:Höhere Genauigkeit bedeutet bessere Leistung, in der Regel jedoch auch höhere Kosten. Hochpräzise Anwendungen (z. B. präzise Temperaturmessung, Kompensationsschaltungen) erfordern hochpräzise Produkte (z. B. ±1 % R25, ±0,5 % B-Wert). Produkte mit geringerer Genauigkeit können in weniger anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt werden (z. B. Überstromschutz, grobe Temperaturanzeige).

4. Temperaturkoeffizient (α):

• Definition:Die relative Rate der Widerstandsänderung mit der Temperatur (normalerweise nahe der Referenztemperatur von 25 °C). Für NTC ist α = - (B / T²) (%/°C); für PTC gibt es unterhalb des Curiepunkts ein kleines positives α, das in dessen Nähe dramatisch ansteigt.
• Qualitätsbeurteilung:Ein hoher |α|-Wert (negativ für NTC, positiv für PTC in der Nähe des Schaltpunkts) ist bei Anwendungen von Vorteil, die eine schnelle Reaktion oder hohe Empfindlichkeit erfordern. Dies bedeutet jedoch auch einen geringeren effektiven Betriebsbereich und eine schlechtere Linearität.

5. Thermische Zeitkonstante (τ):

• Definition:Unter Nullleistungsbedingungen die Zeit, die erforderlich ist, damit sich die Temperatur des Thermistors um 63,2 % der Gesamtdifferenz ändert, wenn die Umgebungstemperatur eine sprunghafte Änderung erfährt.
• Qualitätsbeurteilung:Eine kleinere Zeitkonstante bedeutet eine schnellere Reaktion auf Änderungen der Umgebungstemperatur. Dies ist entscheidend für Anwendungen, die eine schnelle Temperaturmessung oder -reaktion erfordern (z. B. Übertemperaturschutz, Luftstromerkennung). Die Zeitkonstante wird von der Gehäusegröße, der Wärmekapazität des Materials und der Wärmeleitfähigkeit beeinflusst. Kleine, ungekapselte NTC-Perlen reagieren am schnellsten.

6. Dissipationskonstante (δ):

• Definition:Die Leistung, die erforderlich ist, um die Temperatur des Thermistors aufgrund seiner eigenen Verlustleistung um 1 °C über die Umgebungstemperatur zu erhöhen (Einheit: mW/°C).
• Qualitätsbeurteilung:Eine höhere Verlustkonstante bedeutet einen geringeren Selbsterwärmungseffekt (d. h. einen geringeren Temperaturanstieg bei gleichem Strom). Dies ist für eine genaue Temperaturmessung sehr wichtig, da eine geringe Selbsterwärmung geringere Messfehler bedeutet. Thermistoren mit niedriger Verlustkonstante (kleine Größe, wärmeisoliertes Gehäuse) sind anfälliger für erhebliche Selbsterwärmungsfehler durch Messstrom.

7. Maximale Nennleistung (Pmax):

• Definition:Die maximale Leistung, bei der der Thermistor bei einer bestimmten Umgebungstemperatur langfristig stabil arbeiten kann, ohne dass es zu Schäden oder dauerhaften Parameterdriften kommt.
• Qualitätsbeurteilung:Muss den maximalen Verlustleistungsbedarf der Anwendung mit ausreichendem Spielraum erfüllen (normalerweise reduziert). Widerstände mit höherer Belastbarkeit sind zuverlässiger.

8. Betriebstemperaturbereich:

• Definition:Das Umgebungstemperaturintervall, innerhalb dessen der Thermistor normal funktionieren kann, während die Parameter innerhalb der angegebenen Genauigkeitsgrenzen bleiben.
• Qualitätsbeurteilung:Ein größerer Bereich bedeutet eine größere Anwendbarkeit. Stellen Sie sicher, dass die höchsten und niedrigsten Umgebungstemperaturen in der Anwendung innerhalb dieses Bereichs liegen.

9. Stabilität und Zuverlässigkeit:

• Definition:Die Fähigkeit, bei Langzeitgebrauch oder nach Temperaturwechseln und Lagerung bei hohen/niedrigen Temperaturen stabile Widerstands- und B-Werte aufrechtzuerhalten.
• Qualitätsbeurteilung:Hohe Stabilität ist für Präzisionsanwendungen entscheidend. Glasgekapselte oder speziell behandelte NTCs weisen im Allgemeinen eine bessere Langzeitstabilität auf als epoxidgekapselte. Die Schaltfestigkeit (Anzahl der Schaltzyklen, die sie ohne Ausfall überstehen) ist ein wichtiger Zuverlässigkeitsindikator für PTCs.

II. Wie wählen Sie den richtigen Thermistor für Ihre Anforderungen aus?

Der Auswahlprozess umfasst die Anpassung der Leistungsparameter an die Anwendungsanforderungen:

1. Identifizieren Sie den Anwendungstyp:Dies ist die Grundlage.

• Temperaturmessung: NTCwird bevorzugt. Konzentrieren Sie sich auf Genauigkeit (R- und B-Wert), Stabilität, Betriebstemperaturbereich, Selbsterwärmungseffekt (Verlustkonstante), Reaktionsgeschwindigkeit (Zeitkonstante), Linearität (oder ob eine Linearisierungskompensation erforderlich ist) und Gehäusetyp (Sonde, SMD, glasgekapselt).
• Temperaturkompensation: NTCwird häufig verwendet (Kompensation von Drift in Transistoren, Kristallen usw.). Stellen Sie sicher, dass die Temperatureigenschaften des NTC mit den Drifteigenschaften der kompensierten Komponente übereinstimmen, und legen Sie Wert auf Stabilität und Genauigkeit.
• Einschaltstrombegrenzung: NTCwird bevorzugt. Wichtige Parameter sind dieNominaler Widerstandswert (bestimmt den anfänglichen Begrenzungseffekt), Maximaler stationärer Strom/Leistung(bestimmt die Umschlagleistung im Normalbetrieb),Maximale Stoßstromfestigkeit(I²t-Wert oder Spitzenstrom für bestimmte Wellenformen) undErholungszeit(Zeit zum Abkühlen auf einen niederohmigen Zustand nach dem Ausschalten, was sich auf häufige Schaltanwendungen auswirkt).
• Übertemperatur-/Überstromschutz: PTC(rücksetzbare Sicherungen) werden häufig verwendet.
  • Übertemperaturschutz:Wählen Sie einen PTC mit einem Curiepunkt knapp über der Obergrenze der normalen Betriebstemperatur. Achten Sie auf Auslösetemperatur, Auslösezeit, Rücksetztemperatur und Nennspannung/-strom.
  • Überstromschutz:Wählen Sie einen PTC mit einem Haltestrom, der knapp über dem normalen Betriebsstrom des Stromkreises liegt, und einem Auslösestrom, der unterhalb des Wertes liegt, der Schäden verursachen könnte. Wichtige Parameter sind Haltestrom, Auslösestrom, maximale Spannung, maximaler Strom, Auslösezeit und Widerstand.
  • Flüssigkeitsstand-/Durchflusserkennung: NTCwird häufig verwendet, wobei der Selbsterhitzungseffekt ausgenutzt wird. Wichtige Parameter sind die Verlustkonstante, die thermische Zeitkonstante (Reaktionsgeschwindigkeit), die Belastbarkeit und das Gehäuse (muss der Medienkorrosion widerstehen).

2. Bestimmen Sie die wichtigsten Parameteranforderungen:Quantifizieren Sie den Bedarf basierend auf dem Anwendungsszenario.

• Messbereich:Zu messende Mindest- und Höchsttemperaturen.
• Anforderungen an die Messgenauigkeit:Welcher Temperaturfehlerbereich ist akzeptabel? Dies bestimmt den erforderlichen Widerstand und die B-Wert-Genauigkeitsklasse.
• Anforderung an die Reaktionsgeschwindigkeit:Wie schnell muss eine Temperaturänderung erkannt werden? Dies bestimmt die erforderliche Zeitkonstante und beeinflusst die Wahl des Gehäuses.
• Schaltungsschnittstelle:Rolle des Thermistors im Schaltkreis (Spannungsteiler? Serienstrombegrenzer?). Dies bestimmt den erforderlichen Nennwiderstandsbereich und den Antriebsstrom/die Antriebsspannung und wirkt sich auf die Berechnung des Selbsterwärmungsfehlers aus.
• Umgebungsbedingungen:Feuchtigkeit, chemische Korrosion, mechanische Belastung, Bedarf an Isolierung? Dies wirkt sich direkt auf die Wahl des Gehäuses aus (z. B. Epoxid, Glas, Edelstahlmantel, Silikonbeschichtung, SMD).
• Stromverbrauchsgrenzen:Wie viel Antriebsstrom kann die Schaltung liefern? Wie hoch ist der zulässige Anstieg der Eigenerwärmung? Davon hängen die zulässige Verlustleistungskonstante und die Höhe des Antriebsstroms ab.
• Zuverlässigkeitsanforderungen:Benötigen Sie eine hohe Langzeitstabilität? Müssen Sie häufigen Schaltvorgängen standhalten? Benötigen Sie eine hohe Spannungs-/Stromfestigkeit?
• Größenbeschränkungen:Platz auf der Leiterplatte? Platz für die Montage?

3. Wählen Sie NTC oder PTC:Dies wird in der Regel anhand von Schritt 1 (Anwendungsart) ermittelt.

4. Filtern Sie bestimmte Modelle:

• Konsultieren Sie die Datenblätter des Herstellers:Dies ist der direkteste und effektivste Weg. Zu den wichtigsten Herstellern zählen Vishay, TDK (EPCOS), Murata, Semitec, Littelfuse, TR Ceramic usw.
• Übereinstimmungsparameter:Suchen Sie basierend auf den in Schritt 2 ermittelten Hauptanforderungen in den Datenblättern nach Modellen, die die Kriterien für Nennwiderstand, B-Wert, Genauigkeitsgrad, Betriebstemperaturbereich, Paketgröße, Verlustkonstante, Zeitkonstante, maximale Leistung usw. erfüllen.
• Pakettyp:
  • Oberflächenmontiertes Gerät (SMD):Kleine Größe, geeignet für hochdichte SMT, niedrige Kosten. Mittlere Reaktionsgeschwindigkeit, mittlere Verlustkonstante, geringere Leistungsaufnahme. Gängige Größen: 0201, 0402, 0603, 0805 usw.
  • Glasgekapselt:Sehr schnelle Reaktion (kleine Zeitkonstante), gute Stabilität, hohe Temperaturbeständigkeit. Klein, aber zerbrechlich. Wird oft als Kern in Präzisionstemperatursonden verwendet.
  • Epoxidbeschichtung:Niedrige Kosten, gewisser Schutz. Durchschnittliche Reaktionsgeschwindigkeit, Stabilität und Temperaturbeständigkeit.
  • Axial/Radial bedrahtet:Relativ höhere Belastbarkeit, einfach zum Handlöten oder zur Durchsteckmontage.
  • Sonde mit Metall-/Kunststoffgehäuse:Einfach zu montieren und zu sichern, bietet Isolierung, Wasserdichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Schutz. Langsamere Reaktionsgeschwindigkeit (abhängig vom Gehäuse/Füllung). Geeignet für Industrie- und Geräteanwendungen, die eine zuverlässige Befestigung erfordern.
  • Oberflächenmontage-Stromversorgungstyp:Entwickelt für die Begrenzung hoher Einschaltströme, größere Größe, starke Leistungshandhabung.

5. Berücksichtigen Sie Kosten und Verfügbarkeit:Wählen Sie ein kostengünstiges Modell mit stabiler Versorgung und akzeptablen Lieferzeiten, das die Leistungsanforderungen erfüllt. Hochpräzise, speziell verpackte und schnell reagierende Modelle sind in der Regel teurer.

6. Führen Sie bei Bedarf eine Testvalidierung durch:Testen Sie Proben für kritische Anwendungen, bei denen es insbesondere auf Genauigkeit, Reaktionsgeschwindigkeit oder Zuverlässigkeit ankommt, unter tatsächlichen oder simulierten Betriebsbedingungen.

Zusammenfassung der Auswahlschritte

1. Bedürfnisse definieren:Was ist die Anwendung? Was soll gemessen werden? Was soll geschützt werden? Was soll kompensiert werden?
2. Typ bestimmen:NTC (Messen/Kompensieren/Begrenzen) oder PTC (Schützen)?
3. Parameter quantifizieren:Temperaturbereich? Genauigkeit? Reaktionsgeschwindigkeit? Leistung? Größe? Umgebung?
4. Datenblätter prüfen:Filtern Sie Kandidatenmodelle nach Bedarf und vergleichen Sie Parametertabellen.
5. Paket überprüfen:Wählen Sie basierend auf Umgebung, Montage und Reaktion ein geeignetes Paket aus.
6. Kosten vergleichen:Wählen Sie ein preisgünstiges und bedarfsgerechtes Modell.
7. Validieren:Testen Sie die Leistung von Proben unter tatsächlichen oder simulierten Bedingungen für kritische Anwendungen.

Durch die systematische Analyse der Leistungsparameter und deren Kombination mit spezifischen Anwendungsanforderungen können Sie die Thermistorqualität effektiv beurteilen und den für Ihr Projekt am besten geeigneten Thermistor auswählen. Denken Sie daran: Es gibt nicht den „besten“ Thermistor, sondern nur den für eine bestimmte Anwendung „am besten geeigneten“ Thermistor. Detaillierte Datenblätter sind bei der Auswahl Ihre zuverlässigste Referenz.