termistor

Emner:

termistor
PTC motstand
NTC motstand
Bestemme NTC-karakteristikk

Termistor:
En termistor er et navn på en komponent som har en motstandsverdi som avhenger av temperaturen. Det engelske ordet er en kombinasjon av ordene termisk og motstand. Termistorer brukes blant annet i bilteknologi temperatursensorer en overbelastningsbeskyttelse.
Termistorer kan deles inn i 2 grupper; nemlig at motstandsverdien øker med økende temperatur (PTC) eller at motstandsverdien avtar med økende temperatur (NTC). Begrepene NTC og PTC er ytterligere forklart nedenfor.

PTC motstand:
En PTC-motstand er en motstand med en positiv temperaturkoeffisient. De brukes hovedsakelig som temperaturbeskyttelse i elektriske apparater. Når temperaturen øker, øker også motstanden. Forholdet mellom motstand og temperatur har en lineær sammenheng med en PTC-motstand. Det vil si at motstanden øker proporsjonalt med temperaturøkningen. Dette kan sees på bildet nedenfor ved den nøyaktige rette linjen.

PTC-motstander brukes blant annet til speiloppvarming. Uten denne beskyttelsesmotstanden ville en konstant (maksimal) spenning på 12 volt og strøm på 1,25 ampere forbli på varmeelementene etter innkobling. Disse vil til slutt brenne ut, fordi den tilførte strømmen fortsetter å forårsake oppvarming. Overbelastning kan forhindres ved å legge til en PTC-motstand i den positive ledningen. Denne motstanden overvåker temperaturen på varmeelementet. Hvis speilutarmingen er slått på i vinterperioden, vil ikke PTC-motstanden fungere med det første. Temperaturen er da for lav. Hele 12v / 1,25A strømmer nå gjennom varmeelementene, noe som får speilglasset til å varmes opp raskt i starten. (Fukten vil da forsvinne fra speilglasset så raskt som mulig).
Når temperaturen øker, øker motstanden (se bildet nedenfor). Når speilglasset har nådd en temperatur på 20 grader, vil PTC ha en motstandsverdi på 20 ohm. Strømmen har nå gått ned fra 1,25A til 0,6A. Dette kan beregnes med Ohms lov:

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

Strømmen er nå halvert, noe som sørger for at speilglasset varmes opp mindre raskt. Hvis temperaturen på glasset stiger til 40 grader, har PTC en motstandsverdi på 40 ohm. Strømmen har nå sunket til 0,3A.

Ved en maksimal temperatur på 60 grader Celsius vil motstanden til PTC-motstanden være 60 Ohm. Strømmen er nå bare 0,18A. Varmeeffekten er nå konstant og vil ikke øke ytterligere på grunn av lav strøm. Temperaturen på speilglasset holder seg nå konstant og kan ikke overopphetes. Verdiene ovenfor er laget og tjener kun som et eksempel for å gjøre det så klart som mulig. Hver produsent vil bruke sine egne strømstyrker (og dermed motstandsverdier) for speiloppvarmingen.
Det er også andre komponenter i bilen som har en PTC-motstand, for eksempel en vindusmotor. Hvis vindusmekanismen er veldig tung (på grunn av høy mekanisk belastning) eller vinduet åpnes og lukkes mange ganger etter hverandre, øker temperaturen på vindusdriftsmotoren. Denne elektriske motoren overvåkes også av en PTC-motstand. Når temperaturen blir for høy, sendes dette signalet via PTC-motstanden til en styreenhet. Dette slår midlertidig av strømtilførselen til motoren til temperaturen har sunket. Dette er utelukkende av sikkerhetshensyn for å forhindre overoppheting

NTC motstand:
En NTC-motstand er en motstand med en negativ temperaturkoeffisient. Disse motstandene brukes som temperatursensorer av blant annet kjølevæsken og inntaksluften. Når temperaturen øker, synker motstanden (se bilde). Ofte påføres en konstant spenning mellom 1 og 5 volt på sensoren. Ved lav temperatur vil motstandsverdien være høy, så spenningen blir lav. Når temperaturen øker, synker motstanden og spenningen øker.

Spenningsøkningen styres av kontrollenheten for de karakteristiske feltene, som blant annet bestemmer injeksjonsmengden til injektorene. Verdien kan også overføres til kjølevæsketemperaturmåleren på dashbordet, eller utelufttemperaturen i klimakontrolldisplayet.

Forholdet mellom motstand og temperatur har ingen lineær sammenheng med en NTC-motstand. Dette betyr at motstanden ikke avtar proporsjonalt med temperaturøkningen. Dette kan sees på bildet ved den buede linjen. Denne linjen kalles en "karakteristikk" og er logaritmisk.

Bestemme NTC-karakteristikken:
NTC-karakteristikken kan delvis skisseres ved å bestemme den tilsvarende motstandsverdien ved tre temperaturer. Til dette formålet kan temperatursensoren måles med en Ohm-måler mens den henger i en oppvarmet vannkoker.
Poeng kan tegnes ved forskjellige temperaturer og motstandsverdier. Det kan trekkes linjer mellom disse punktene (se bildet nedenfor). Dette gjør det i prinsippet mulig å rettferdig anslå hvordan karakteristikken vil utvikle seg under 20 og over 100 grader Celsius.

Det er interessant å gå dypere inn i dette. Med de tre målte motstandsverdiene kan den nøyaktige motstanden bestemmes ved hjelp av "Steinhart-Hart-ligningen over et uendelig stort temperaturområde. Karakteristikken kan også bestemmes nøyaktig. En Excel-fil kan lastes ned nederst på denne siden som karakteristikken kan dannes med.

Steinhart-Hart ligningen er:

T er temperaturen i Kelvin;
R er motstanden ved T i ohm;
A, B og C er Steinhart-Hart-koeffisientene som avhenger av motstandsverdiene ved en viss temperatur.

For å finne motstanden til en halvleder ved en gitt temperatur, må den inverse (R) av Steinhart-Hart-ligningen brukes. Denne ligningen er som følger:

hvor x og y bestemmes ved hjelp av følgende formler:

For å finne A-, B- og C-koeffisientene til Steinhart-Hart, må tre motstandsverdier (R1, R2 og R3) ved en temperatur (T1, T2 og T3) bestemmes. Disse bør slås opp i spesifikasjonene til halvlederen eller måles med et termometer og en ohm-måler. L1, L2 og R3 beregnes ved å bestemme den inverse av motstandsverdiene. Y1, Y2 og Y3 bestemmes ved å beregne temperaturen i Kelvin til -1 potens.