Was ist ein NTC-Temperatursensor?

Was ist ein NTC-Temperatursensor?

Um die Funktion und Anwendung des NTC-Temperatursensors zu verstehen, müssen wir zunächst wissen, was ein NTC-Thermistor ist.
Die Funktionsweise des NTC-Temperatursensors einfach erklärt
Heiße Leiter oder Warmleiter sind elektronische Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten (kurz NTC). Fließt Strom durch die Bauteile, verringert sich deren Widerstand mit steigenden Temperaturen. Sinkt die Umgebungstemperatur (z. B. in einer Tauchhülse), reagieren die Bauteile hingegen mit zunehmendem Widerstand. Aufgrund dieses besonderen Verhaltens bezeichnen Experten einen NTC-Widerstand auch als NTC-Thermistor.

Der elektrische Widerstand verringert sich, wenn sich Elektronen bewegen
NTC-Widerstände bestehen aus Halbleitermaterialien, deren Leitfähigkeit im Allgemeinen zwischen der von elektrischen Leitern und elektrischen Nichtleitern liegt. Erwärmen sich die Bauteile, lösen sich Elektronen aus den Gitteratomen. Sie verlassen ihren Platz im Bauwerk und transportieren den Strom deutlich besser. Das Ergebnis: Mit steigender Temperatur leiten Thermistoren den Strom deutlich besser – ihr elektrischer Widerstand sinkt. Die Bauteile dienen unter anderem als Temperatursensoren, müssen hierfür aber an eine Spannungsquelle und ein Amperemeter angeschlossen werden.

Herstellung und Eigenschaften der Warm- und Kaltleiter
Ein NTC-Widerstand kann sehr schwach oder in bestimmten Bereichen sehr stark auf Änderungen der Umgebungstemperatur reagieren. Das konkrete Verhalten hängt grundsätzlich von der Herstellung der Bauteile ab. Auf diese Weise passen Hersteller das Mischungsverhältnis der Oxide oder die Dotierung der Metalloxide an die gewünschten Bedingungen an. Aber auch durch den Herstellungsprozess selbst lassen sich die Eigenschaften der Bauteile beeinflussen. Beispielsweise durch den Sauerstoffgehalt in der Brennatmosphäre oder die individuelle Abkühlgeschwindigkeit der Elemente.

Verschiedene Materialien für einen NTC-Widerstand
Damit Thermistoren ihr charakteristisches Verhalten zeigen, werden reine Halbleitermaterialien, Verbindungshalbleiter oder metallische Legierungen verwendet. Letztere bestehen meist aus Metalloxiden (Verbindungen aus Metallen und Sauerstoff) von Mangan, Nickel, Kobalt, Eisen, Kupfer oder Titan. Die Materialien werden mit Bindemitteln vermischt, gepresst und gesintert. Hersteller erhitzen die Rohstoffe unter hohem Druck so stark, dass Werkstücke mit den gewünschten Eigenschaften entstehen.

Typische Eigenschaften des Thermistors im Überblick
Der NTC-Widerstand ist in den Bereichen von einem Ohm bis 100 Megaohm erhältlich. Die Bauteile sind von minus 60 bis plus 200 Grad Celsius einsetzbar und erreichen Toleranzen von 0,1 bis 20 Prozent. Bei der Auswahl eines Thermistors müssen verschiedene Parameter berücksichtigt werden. Einer der wichtigsten ist der Nennwiderstand. Es gibt den Widerstandswert bei einer bestimmten Nenntemperatur (normalerweise 25 Grad Celsius) an und ist mit einem großen R und der Temperatur gekennzeichnet. Beispielsweise R25 für den Widerstandswert bei 25 Grad Celsius. Relevant ist auch das spezifische Verhalten bei unterschiedlichen Temperaturen. Diese kann mit Tabellen, Formeln oder Grafiken angegeben werden und muss unbedingt zur gewünschten Anwendung passen. Weitere Kennwerte der NTC-Widerstände betreffen die Toleranzen sowie bestimmte Temperatur- und Spannungsgrenzen.

Verschiedene Einsatzgebiete für einen NTC-Widerstand
Ebenso wie ein PTC-Widerstand eignet sich auch ein NTC-Widerstand zur Temperaturmessung. Der Widerstandswert ändert sich je nach Umgebungstemperatur. Um die Ergebnisse nicht zu verfälschen, sollte die Eigenerwärmung möglichst begrenzt werden. Allerdings kann die Eigenerwärmung beim Stromfluss zur Begrenzung des Einschaltstroms genutzt werden. Denn nach dem Einschalten elektrischer Geräte ist der NTC-Widerstand kalt, sodass zunächst nur wenig Strom fließt. Nach einiger Zeit im Betrieb erwärmt sich der Thermistor, der elektrische Widerstand sinkt und es fließt mehr Strom. Elektrische Geräte erreichen auf diese Weise mit einer gewissen Zeitverzögerung ihre volle Leistung.

Ein NTC-Widerstand leitet elektrischen Strom bei niedrigen Temperaturen schlechter. Steigt die Umgebungstemperatur, sinkt der Widerstand der sogenannten Warmleiter merklich. Das besondere Verhalten der Halbleiterelemente kann vor allem zur Temperaturmessung, zur Einschaltstrombegrenzung oder zur Verzögerung verschiedener Regler genutzt werden