Thermistor – Geschichte und Einführung
NTC-Thermistor ist ein Akronym für Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten.Thermistor =Thermempfindlich resistorEs wurde 1833 von Michael Faraday entdeckt, der Silbersulfid-Halbleiter erforschte. Er bemerkte, dass der Widerstand von Silbersulfiden mit steigender Temperatur abnahm. In den 1930er Jahren kam es dann von Samuel Reuben auf den Markt. Wissenschaftler fanden heraus, dass Kupferoxid und Kupferoxid ebenfalls einen negativen Temperaturkoeffizienten und eine gute Leistung aufweisen und erfolgreich in der Temperaturkompensationsschaltung von Flugzeuginstrumenten eingesetzt wurden. Aufgrund der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Transistortechnologie wurden in der Thermistorforschung große Fortschritte erzielt, und 1960 wurden NTC-Thermistoren entwickelt, die zu einer großen Klasse vonpassive Komponenten.
NTC-Thermistor ist eine Artfeines keramisches Halbleiter-Thermoelementdas durch mehrere Übergangsmetalloxide, hauptsächlich Mn (Mangan), Ni (Nickel), Co (Kobalt) als Rohstoffe gesintert wird, ist Mn3-xMxO4 (M=Ni, Cu, Fe, Co, etc.) ein Material mit signifikantem negativen Temperaturkoeffizienten (NTC), d.h. der spezifische Widerstand nimmt abexponentiellmit steigender Temperatur. Insbesondere variieren der spezifische Widerstand und die Materialkonstante mit dem Anteil der Materialzusammensetzung, der Sinteratmosphäre, der Sintertemperatur und dem Strukturzustand.
Weil sich sein Widerstandswert ändertgenauUndvorhersehbarals Reaktion auf kleine Veränderungen der Körpertemperatur (Der Grad der Widerstandsänderung hängt von verschiedenenParameterformulierungen), außerdem ist es kompakt, stabil und hochempfindlich. Es wird häufig in Temperatursensoren für Smart Homes, medizinischen Sonden sowie in Temperaturregelgeräten für Haushaltsgeräte, Smartphones usw. verwendet und ist in den letzten Jahren in großer Zahl in Automobilen und im Bereich der neuen Energien eingesetzt worden.
1. Grundlegende Definitionen und Arbeitsprinzipien
Was ist ein NTC-Thermistor?
■ Definition:Ein Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) ist ein Halbleiterkeramikbauelement, dessen Widerstand abnimmtexponentiellbei steigender Temperatur. Es wird häufig zur Temperaturmessung, Temperaturkompensation und Einschaltstromunterdrückung verwendet.
■ Funktionsprinzip:Hergestellt aus Übergangsmetalloxiden (z. B. Mangan, Kobalt, Nickel), verändern Temperaturänderungen die Trägerkonzentration im Material, was zu einer Änderung des Widerstands führt.
Vergleich der Temperatursensortypen
| Typ | Prinzip | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|---|
| NTC | Der Widerstand variiert mit der Temperatur | Hohe Empfindlichkeit, niedrige Kosten | Nichtlinearer Ausgang |
| FTE | Der Metallwiderstand variiert mit der Temperatur | Hohe Genauigkeit, gute Linearität | Hohe Kosten, langsame Reaktion |
| Thermoelement | Thermoelektrischer Effekt (durch Temperaturunterschied erzeugte Spannung) | Großer Temperaturbereich (-200 °C bis 1800 °C) | Erfordert Kaltstellenkompensation, schwaches Signal |
| Digitaler Temperatursensor | Wandelt die Temperatur in einen digitalen Ausgang um | Einfache Integration mit Mikrocontrollern, hohe Präzision | Eingeschränkter Temperaturbereich, höhere Kosten als NTC |
| LPTC (Linearer PTC) | Der Widerstand steigt linear mit der Temperatur | Einfacher linearer Ausgang, gut für Übertemperaturschutz | Eingeschränkte Empfindlichkeit, eingeschränkter Anwendungsbereich |
2. Wichtige Leistungsparameter und Terminologie
Kernparameter
■ Nennwiderstand (R25):
Der Nullleistungswiderstand bei 25 °C liegt üblicherweise zwischen 1 kΩ und 100 kΩ.XIXITRONICSkann angepasst werden, um 0,5～5000kΩ zu erreichen
■B-Wert (Thermischer Index):
Definition: B = (T1·T2)/(T2-T1) · ln(R1/R2), gibt die Empfindlichkeit des Widerstands gegenüber Temperaturänderungen an (Einheit: K).
Üblicher B-Wertebereich: 3000 K bis 4600 K (z. B. B25/85 = 3950 K)
XIXITRONICS kann angepasst werden, um 2500～5000K zu erreichen
■ Genauigkeit (Toleranz):
Widerstandswertabweichung (z. B. ±1 %, ±3 %) und Temperaturmessgenauigkeit (z. B. ±0,5 °C).
XIXITRONICS kann so angepasst werden, dass es im Bereich von 0 °C bis 70 °C eine Genauigkeit von ±0,2 °C erreicht, die höchste Genauigkeit kann 0,05 erreichen℃.
■Verlustfaktor (δ):
Der Parameter, der Selbsterwärmungseffekte angibt, gemessen in mW/°C (niedrigere Werte bedeuten geringere Selbsterwärmung).
■Zeitkonstante (τ):
Die Zeit, die der Thermistor benötigt, um auf 63,2 % einer Temperaturänderung zu reagieren (z. B. 5 Sekunden in Wasser, 20 Sekunden in Luft).
Fachbegriffe
■ Steinhart-Hart-Gleichung:
Ein mathematisches Modell, das die Widerstands-Temperatur-Beziehung von NTC-Thermistoren beschreibt:
(T: Absolute Temperatur, R: Widerstand, A/B/C: Konstanten)
■ α (Temperaturkoeffizient):
Die Widerstandsänderungsrate pro Einheit der Temperaturänderung:
■ RT-Tabelle (Widerstands-Temperatur-Tabelle):
Eine Referenztabelle mit Standardwiderstandswerten bei unterschiedlichen Temperaturen, die zur Kalibrierung oder zum Schaltungsdesign verwendet wird.
3. Typische Anwendungen von NTC-Thermistoren
Anwendungsfelder
1. Temperaturmessung:
o Haushaltsgeräte (Klimaanlagen, Kühlschränke), Industrieanlagen, Automobile (Überwachung der Batteriepack-/Motortemperatur).
2. Temperaturkompensation:
oKompensation von Temperaturdriften in anderen elektronischen Komponenten (z. B. Quarzoszillatoren, LEDs).
3. Einschaltstromunterdrückung:
ONutzung der hohen Kaltfestigkeit zur Begrenzung des Einschaltstroms beim Einschalten.
Beispiele für Schaltungsdesign
• Spannungsteilerschaltung:
(Die Temperatur wird durch Ablesen der Spannung über einen ADC berechnet.)
• Linearisierungsmethoden:
Hinzufügen von Festwiderständen in Reihe/parallel, um den nichtlinearen Ausgang des NTC zu optimieren (Referenzschaltpläne einschließen).
4. Technische Ressourcen und Tools
Kostenlose Ressourcen
•Datenblätter:Geben Sie detaillierte Parameter, Abmessungen und Testbedingungen an.
•RT-Tabelle Excel (PDF) Vorlage: Ermöglicht Kunden das schnelle Nachschlagen von Temperatur- und Widerstandswerten.
oDesignüberlegungen für NTC im Temperaturschutz von Lithiumbatterien
oVerbesserung der NTC-Temperaturmessgenauigkeit durch Softwarekalibrierung
Online-Tools
• B-Wert-Rechner:Geben Sie T1/R1 und T2/R2 ein, um den B-Wert zu berechnen.
•Temperaturumrechnungstool: Geben Sie den Widerstand ein, um die entsprechende Temperatur zu erhalten (unterstützt die Steinhart-Hart-Gleichung).
5. Designtipps (für Ingenieure)
• Vermeiden Sie Selbsterhitzungsfehler:Stellen Sie sicher, dass der Betriebsstrom unter dem im Datenblatt angegebenen Maximum liegt (z. B. 10 μA).
• Umweltschutz:Verwenden Sie für feuchte oder korrosive Umgebungen glasgekapselte oder epoxidbeschichtete NTCs.
• Kalibrierungsempfehlungen:Verbessern Sie die Systemgenauigkeit, indem Sie eine Zweipunktkalibrierung durchführen (z. B. 0 °C und 100 °C).
6.Häufig gestellte Fragen (FAQ)
1. F: Was ist der Unterschied zwischen NTC- und PTC-Thermistoren?
o A: PTC-Thermistoren (Positive Temperature Coefficient) erhöhen ihren Widerstand mit zunehmender Temperatur und werden häufig zum Überstromschutz verwendet, während NTC-Thermistoren zur Temperaturmessung und -kompensation eingesetzt werden.
2. F: Wie wähle ich den richtigen B-Wert?
o A: Hohe B-Werte (z. B. B25/85 = 4700 K) bieten eine höhere Empfindlichkeit und eignen sich für enge Temperaturbereiche, während niedrige B-Werte (z. B. B25/50 = 3435 K) besser für große Temperaturbereiche geeignet sind.
3. F: Beeinflusst die Kabellänge die Messgenauigkeit?
oA: Ja, lange Drähte führen zu zusätzlichem Widerstand, der durch eine 3- oder 4-adrige Anschlussmethode ausgeglichen werden kann.
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