thermistor

emner:

thermistor
PTC modstand
NTC modstand
Bestemmelse af NTC-karakteristikken

Termistor:
En termistor er et navn for en komponent, der har en modstandsværdi, der afhænger af temperaturen. Det engelske ord er en kombination af ordene termisk og modstand. Termistorer bruges blandt andet i bilteknologi temperaturfølere en overbelastningsbeskyttelse.
Termistorer kan opdeles i 2 grupper; nemlig at modstandsværdien stiger med stigende temperatur (PTC) eller at modstandsværdien falder med stigende temperatur (NTC). Begreberne NTC og PTC er yderligere forklaret nedenfor.

PTC modstand:
En PTC-modstand er en modstand med en positiv temperaturkoefficient. De bruges hovedsageligt som temperaturbeskyttelse i elektriske apparater. Når temperaturen stiger, øges modstanden også. Forholdet mellem modstand og temperatur har en lineær sammenhæng med en PTC-modstand. Det vil sige, at modstanden stiger proportionalt med temperaturstigningen. Dette kan ses på billedet nedenfor ved den nøjagtige lige linje.

PTC-modstande bruges blandt andet til spejlopvarmning. Uden denne beskyttelsesmodstand ville en konstant (maksimal) spænding på 12 volt og strøm på 1,25 ampere forblive på varmeelementerne efter tænding. Disse ville til sidst brænde ud, fordi den tilførte strøm fortsætter med at forårsage opvarmning. Overbelastning kan forhindres ved at tilføje en PTC-modstand i den positive ledning. Denne modstand overvåger varmeelementets temperatur. Hvis spejludtømningen er slået til i vinterperioden, vil PTC-modstanden ikke fungere i første omgang. Temperaturen er da for lav. Hele 12v / 1,25A strømmer nu gennem varmeelementerne, hvilket får spejlglasset til at varme hurtigt op i starten. (Fugten forsvinder så hurtigst muligt fra spejlglasset).
Når temperaturen stiger, øges modstanden (se billedet nedenfor). Når spejlglasset har nået en temperatur på 20 grader, vil PTC'en have en modstandsværdi på 20 ohm. Strømmen er nu faldet fra 1,25A til 0,6A. Dette kan beregnes med Ohms lov:

I = U/R
I = 12/20
I = 0,6 A.

Strømmen er nu halveret, hvilket sikrer, at spejlglasset varmes mindre hurtigt op. Hvis temperaturen på glasset stiger til 40 grader, har PTC en modstandsværdi på 40 ohm. Strømmen er nu faldet til 0,3A.

Ved en maksimal temperatur på 60 grader Celsius vil modstanden af PTC-modstanden være 60 Ohm. Strømmen er nu kun 0,18A. Varmeeffekten er nu konstant og vil ikke stige yderligere på grund af den lave strøm. Temperaturen på spejlglasset forbliver nu konstant og kan ikke overophedes. Ovenstående værdier er opdigtet og tjener udelukkende som et eksempel for at gøre det så klart som muligt. Hver producent vil bruge deres egne strømstyrker (og dermed modstandsværdier) til deres spejlopvarmning.
Der er også andre komponenter i bilen, som har en PTC-modstand, såsom en vinduesmotor. Hvis vinduesmekanismen er meget tung (på grund af en høj mekanisk belastning), eller vinduet åbnes og lukkes mange gange efter hinanden, stiger temperaturen på vinduesdriftsmotoren. Denne elektriske motor overvåges også af en PTC-modstand. Når temperaturen bliver for høj, sendes dette signal via PTC-modstanden til en styreenhed. Dette afbryder midlertidigt strømforsyningen til motoren, indtil temperaturen er faldet. Dette er udelukkende af sikkerhedsmæssige årsager for at forhindre overophedning

NTC modstand:
En NTC-modstand er en modstand med en negativ temperaturkoefficient. Disse modstande anvendes som temperaturfølere af blandt andet kølevæsken og indsugningsluften. Når temperaturen stiger, falder modstanden (se billede). Ofte påføres sensoren en konstant spænding mellem 1 og 5 volt. Ved lav temperatur vil modstandsværdien være høj, så spændingen vil være lav. Når temperaturen stiger, falder modstanden, og spændingen stiger.

Spændingsstigningen styres af styreanordningen for de karakteristiske felter, som blandt andet bestemmer injektionsmængden af injektorerne. Værdien kan også videregives til kølevæsketemperaturmåleren på instrumentbrættet eller udelufttemperaturen i klimastyringens display.

Forholdet mellem modstand og temperatur har ingen lineær sammenhæng med en NTC-modstand. Det betyder, at modstanden ikke falder proportionalt med temperaturstigningen. Dette kan ses på billedet ved den buede linje. Denne linje kaldes en "karakteristik" og er logaritmisk.

Bestemmelse af NTC-karakteristikken:
NTC-karakteristikken kan delvist skitseres ved at bestemme den tilsvarende modstandsværdi ved tre temperaturer. Til dette formål kan temperaturføleren måles med et Ohm-måler, mens den hænger i en opvarmet kedel.
Punkter kan tegnes ved forskellige temperaturer og modstandsværdier. Der kan tegnes linjer mellem disse punkter (se billedet nedenfor). Dette gør det i princippet muligt retfærdigt at vurdere, hvordan karakteristikken vil udvikle sig under 20 og over 100 grader Celsius.

Det er interessant at dykke dybere ned i dette. Med de tre målte modstandsværdier kan den nøjagtige modstand bestemmes ved hjælp af "Steinhart-Hart-ligningen over et uendeligt stort temperaturområde. Karakteristikken kan også bestemmes nøjagtigt. Nederst på denne side kan der downloades en Excel-fil, hvormed karakteristikken kan dannes.

Steinhart-Hart ligningen er:

T er temperaturen i Kelvin;
R er modstanden ved T i ohm;
A, B og C er Steinhart-Hart-koefficienterne, som afhænger af modstandsværdierne ved en bestemt temperatur.

For at finde modstanden af en halvleder ved en given temperatur skal den omvendte (R) af Steinhart-Hart ligningen bruges. Denne ligning er som følger:

hvor x og y bestemmes ved hjælp af følgende formler:

For at finde A-, B- og C-koefficienterne for Steinhart-Hart skal tre modstandsværdier (R1, R2 og R3) ved en temperatur (T1, T2 og T3) bestemmes. Disse bør slås op i specifikationerne for halvlederen eller måles med et termometer og en ohm-måler. L1, L2 og R3 beregnes ved at bestemme den inverse af modstandsværdierne. Y1, Y2 og Y3 bestemmes ved at beregne temperaturen i Kelvin til -1 potens.