Advies

NTC-weerstanden: thermistoren

De thermistor wordt ook wel NTC-weerstand of NTC-thermistor genoemd. Thermistor staat voor de groep van elektrische halfgeleiderweerstanden waarvan de waarde reproduceerbaar verandert met de temperatuur. NTC is een afkorting uit het Engels en staat voor "Negative Temperature Coefficient". Het staat voor de eigenschap dat NTC-thermistors een negatieve temperatuurcoëfficiënt hebben.
Dit betekent dat de elektrische weerstand afneemt en de stroom toeneemt naarmate de temperatuur stijgt. Als de temperatuur daalt, stijgt de weerstand en daalt de stroom.
Er zijn twee mogelijke scenario's voor verwarming, interne verwarming en externe verwarming. Dit maakt een verscheidenheid van toepassingen mogelijk waarbij energie wordt toegepast in de vorm van temperatuur. Een thermistor bestaat uit een gesinterd metaaloxide.


Gebruikswijzen

De belaste hete geleider (interne verwarming)

Als gevolg van een vloeiende stroom warmt het onderdeel inwendig op en neemt het geleidingsvermogen toe. Deze eigenschap maakt de thermistor geschikt voor een beveiligingscircuit parallel met een belastingscircuit. Als de stroom in dit circuit te hoog is, bijvoorbeeld wanneer een elektrische belasting wordt ingeschakeld, warmt de weerstand op en voert hij de stroom via de bypass af. Dit beschermt de rest van het circuit tegen overspanning.


De onbelaste hete geleider (externe verwarming)

De hete geleider is onbelast omdat er slechts kleine stromen lopen voor de meting. Dit is het geval wanneer de weerstandswaarde (weerstand in onbelaste toestand) niet meer dan +- 0,1 % verandert bij een verandering van de belasting. Er is dus bijna geen interne verwarming. Wanneer energie van buitenaf wordt toegevoerd, warmt het onderdeel op en neemt het geleidingsvermogen toe. Vanwege deze eigenschap zijn thermistors het middel bij uitstek voor temperatuurmeting. Zij worden vaak gebruikt als temperatuursensoren.


Karakteristieke waarden van NTC-weerstanden

Nominale weerstand Aangezien de weerstand verandert naargelang de temperatuur, wordt de nominale weerstand gespecificeerd bij een temperatuur van 25 °C. Daarom wordt een typische NTC-weerstand aangeduid met R(25) of R(R) en aangegeven in ohm.
Temperatuurcoëfficiënt De verandering van de weerstand met de temperatuur is afhankelijk van de materiaaleigenschappen. De temperatuurcoëfficiënt TC geeft deze veranderingssnelheid aan en vormt de basis voor de karakteristieke kromme.
B-waarde Het weerstand-temperatuurgedrag van een thermistor hangt af van zijn materiaaleigenschappen en wordt gegeven als de B-waarde in de eenheid Kelvin. Het wordt ook wel de thermistorconstante genoemd. Gewoonlijk is deze waarde een paar duizend Kelvin.
Temperatuurgrenzen De bedrijfstemperatuur ligt binnen de grenswaarden. De hoogste grenstemperatuur Tmax en de laagste grenstemperatuur Tmin.
Vermogensverlies De belastbaarheid is het maximaal toelaatbare vermogensverlies bij de opgegeven referentietemperatuur. Dit hangt af van de verandering in weerstand veroorzaakt door de temperatuur. Gewoonlijk wordt de nominale waarde aangegeven in watt bij een referentietemperatuur van 25 °C en wordt deze aangeduid met P25.
Nominale spanning De maximale bedrijfsspanning Umax volgt uit het vermogen en de weerstand bij een referentietemperatuur en wordt uitgedrukt in volt.
Maximale stroom Als de thermistor bedoeld is om als temperatuursensor te worden gebruikt, is het mogelijk dat in het gegevensblad geen stroomkarakteristieke waarde wordt vermeld. Deze worden met zo weinig mogelijk stroom gebruikt. Indien zij voor zelfverhitting worden gebruikt, wordt de maximale stroom Imax gegeven in ampère, gerelateerd aan de weerstand of de grenstemperatuur. Bovendien wordt de pulsbelastingscapaciteit J soms aangegeven in wattseconden.
Toleranzen

De tolerantiespecificaties hebben betrekking op de afwijkingen van verschillende karakteristieke waarden. De gegeven waarden zijn voorbeelden, zij kunnen afwijken in het desbetreffende gegevensblad.

- De weerstandswaarde R25 (+- 1... 25 %)

- De B-waarde (+- 1... 2 %)

- De temperatuurwaarde (+- 0,1... 5 %)


Toepassingen van hete geleiders


Soorten thermistors

Een selectie van soorten thermistors:

Druppel ontwerp


Opschroefbare flens


Schroefdraad


Schijfontwerp


SMD-ontwerp


Wanneer hete geleiders worden gebruikt als temperatuursensoren, is het noodzakelijk dat er een goede warmteoverdracht is naar het te meten medium. Dit is bijzonder belangrijk voor hete geleiders met schroefbevestiging. Indien nodig kunnen ook elektrisch isolerende warmtegeleidende pasta's worden gebruikt voor een betere warmteoverdracht. De pasta moet echter ontworpen zijn voor de heersende maximumtemperaturen.


Project: Temperaturmeting met Arduino

De NTC-weerstand wordt gemeten, zodat een temperatuurwaarde kan worden bepaald. De Arduino heeft een analoog-digitaal omzetter die gebruikt wordt om een spanning af te lezen. Daartoe wordt een tweede vaste referentieweerstand gebruikt die dezelfde weerstand heeft als die van de NTC.

De opstelling is in de vorm van een spanningsdeler. De vaste weerstand is verbonden met 5 volt en in serie met de NTC, die met massa is verbonden. De meetaansluiting voor de analoge pen A0 van de Arduino wordt afgetakt tussen de twee weerstanden.

De totale spanning wordt verdeeld tussen de NTC en de vaste weerstand. In de serieschakeling is de verhouding tussen de totale spanning en de totale weerstand dezelfde als de verhouding tussen de spanning op de afzonderlijke weerstand en zijn weerstandswaarde. De Arduino kan een spanning van 5 volt weergeven met een resolutie van 10 bits via de analoge pinnen. De spanning die op de NTC valt kan dus gemeten worden op de Arduino pin A0.

Bedrading van de Arduino

In het voorbeeld wordt de 5 volt afgetapt van de Arduino met de rode jumper en doorgevoerd naar rij 2, kolom J op het insteekbord.

Via de rij bereikt de spanning de weerstand in kolom F en wordt doorgeleid naar rij 6.

Daarin zit in kolom I de gele jumper, die naar de analoge meetpen A0 wordt geleid en in kolom J de temperatuursensor, die naar de spanning in rij 8 leidt.

In kolom H verbindt de zwarte jumper het stroompad met de massa van de Arduino en sluit het circuit.

Download de code voor de Arduino: