Abmessungen reagieren diese Sensoren sehr schnell auf

29
Kaltleiter/Heißleiter / PTC thermistor/NTC thermistor
Abmessungen reagieren diese Sensoren sehr
schnell auf Temperaturänderungen. Dies ist z. B.
bei Temperaturmessungen in chemischen Prozessen sehr wichtig. Der Messbereich von Pt100-Sensoren wird meist mit –200 °C bis 850 °C angegeben.
Halbleitermaterialien sind stark temperaturabhängig. Die Widerstandsänderung bei Temperaturänderung ist daher deutlich größer als z. B. bei einem
Pt100. Dadurch sind Temperaturdifferenzen auch
kleinschrittig erfassbar. Da ihre Kennlinien jedoch
nur über einen kleinen Bereich linear verlaufen, ist
ihr Einsatzgebiet begrenzt. Durch ihre hohen Fertigungstoleranzen sind diese Fühler nicht ohne Neuabgleich der Schaltung austauschbar.
Man unterscheidet temperaturabhängige Materialien nach ihren Temperaturkoeffizienten in
• PTC (positiver Temperaturkoeffizient) und
• NTC (negativer Temperaturkoeffizient).
PTC (Kaltleiter)
Kaltleiter weisen in einem kleinen Temperaturbereich einen sehr hohen positiven Temperaturkoeffizienten auf.
Im aufgeheizten Zustand, z. B. ϑ1 = 180 °C, kann
für den Kaltleiter ein Wert von RPTC = 10 kΩ abgelesen werden 1 (Abb. 4).
Im kalten Zustand, z. B. ϑ2 = 20 °C, beträgt der Widerstand des Kaltleiters nur noch RPTC = 80 Ω 2.
Ein Messstrom wäre somit im heißen Zustand
deutlich kleiner als im kalten, da bei konstanter
Spannung gilt:
U
R ↑ → ____ → I ↓ U = konst.
R↑
NTC (Heißleiter)
Die Kennlinie (Abb. 5) zeigt, dass sich der Widerstand kontinuierlich mit zunehmender Temperatur
verringert. Die Änderung erfolgt über mehrere Zehnerpotenzen.
Im Gegensatz zum Kaltleiter ist ihr Kennlinienverlauf jedoch gleichmäßiger. Als Bemessungswert
wird der Widerstand bei 25 °C angegeben. Da bei
tiefen Temperaturen RNTC groß ist, wäre ein Messstrom sehr klein. Bei hohen Temperaturen wird
RNTC sehr klein, wodurch I groß wird.
Allgemein gilt daher für Heißleiter bei konstanter
Spannung:
ϑ ↑ → RNTC ↓ → I ↑
R in Ω
109
ϑ
2
108
R NTC
107 1
106
1 MΩ
105
104
100 kΩ
103
102
101
–100
0
100
200
300
400
500
ϑ in °C
Abb. 5: Kennlinie und Symbol von NTCs
R in Ω
105
R PTC
104
ϑ
103
3. Wie groß ist der Widerstand der NTCs in der
Abb. 5 bei 60 °C und bei 130 °C?
0 2 40
80
120
160 1 ϑ in °C
Abb. 4: PTC-Kennlinie und Symbol
4. Bei welcher Temperatur (Abb. 5) besitzen die
NTCs einen Wert von a) 300 Ω, b) 2 kΩ und c)
25 kΩ?
Das Symbol spiegelt diesen Zusammenhang wider.
Die steigende Temperatur (linker Pfeil) hat einen
Anstieg des Widerstandes zur Folge (rechter Pfeil).
5. Bei welcher Temperatur besitzen die NTCs
(Abb. 5) einen Wert von 1 kΩ?
222532_010_039.indd 29
Aufgaben
2. Ermitteln Sie den größten und den kleinsten
Widerstand und die dazugehörigen Temperaturen
für die NTCs in Abb. 5.
102
101
1. Begründen Sie warum vorwiegend Platinsensoren in der Automatisierung zur temperaturerfassung verwendet werden.
21.05.2010 8:59:30 Uhr