Mikä on NTC-lämpötila-anturi?

Mikä on NTC-lämpötila-anturi?

Ymmärtääksemme NTC-lämpötila-anturin toiminnan ja sovelluksen meidän on ensin tiedettävä, mikä NTC-termistori on.
NTC-lämpötila-anturin toimintaperiaate yksinkertaisesti selitettynä
Kuumat johtimet tai lämpimät johtimet ovat elektronisia vastuksia, joilla on negatiivinen lämpötilakerroin (lyhyesti NTC). Jos komponenttien läpi kulkee virta, niiden resistanssi pienenee lämpötilan noustessa. Jos ympäristön lämpötila laskee (esim. upotusholkissa), komponentit taas reagoivat kasvavalla vastuksella. Tämän erityisen käyttäytymisen vuoksi asiantuntijat kutsuvat NTC-vastusta myös NTC-termistoriksi.

Sähkövastus pienenee elektronien liikkuessa
NTC-vastukset koostuvat puolijohdemateriaaleista, joiden johtavuus on yleensä sähköjohtimien ja sähköä johtamattomien materiaalien välillä. Jos komponentit lämpenevät, elektronit irtoavat hila-atomeista. Ne jättävät paikkansa rakenteessa ja kuljettavat sähköä paljon paremmin. Tulos: Lämpötilan noustessa termistorit johtavat sähköä paljon paremmin – niiden sähkövastus pienenee. Komponentteja käytetään muun muassa lämpötila-antureina, mutta tätä varten ne on kytkettävä jännitelähteeseen ja ampeerimittariin.

Kuumien ja kylmien johtimien valmistus ja ominaisuudet
NTC-vastus voi reagoida hyvin heikosti tai tietyillä alueilla hyvin voimakkaasti ympäristön lämpötilan muutoksiin. Spesifinen käyttäytyminen riippuu pohjimmiltaan komponenttien valmistuksesta. Tällä tavoin valmistajat mukauttavat oksidien sekoitussuhteen tai metallioksidien seostuksen haluttuihin olosuhteisiin. Mutta komponenttien ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa myös itse valmistusprosessilla. Esimerkiksi polttoilmakehän happipitoisuudella tai elementtien yksittäisillä jäähdytysnopeuksilla.

Erilaisia materiaaleja NTC-vastukselle
Puhtaita puolijohdemateriaaleja, yhdistettyjä puolijohteita tai metalliseoksia käytetään varmistamaan, että termistorit osoittavat niille ominaisen käyttäytymisen. Jälkimmäiset koostuvat yleensä mangaanin, nikkelin, koboltin, raudan, kuparin tai titaanin metallioksideista (metallien ja hapen yhdisteistä). Materiaalit sekoitetaan sideaineiden kanssa, puristetaan ja sintrataan. Valmistajat kuumentavat raaka-aineita korkeassa paineessa niin paljon, että syntyy haluttujen ominaisuuksien omaavia työkappaleita.

Termistorin tyypilliset ominaisuudet yhdellä silmäyksellä
NTC-vastusta on saatavana yhdestä ohmista 100 megaohmiin. Komponentteja voidaan käyttää -60 ja +200 celsiusasteen välillä, ja niiden toleranssit ovat 0,1–20 prosenttia. Termistoria valittaessa on otettava huomioon useita parametreja. Yksi tärkeimmistä on nimellisvastus. Se ilmaisee resistanssin arvon tietyssä nimellislämpötilassa (yleensä 25 celsiusastetta) ja on merkitty isolla R-kirjaimella ja lämpötilalla. Esimerkiksi R25 tarkoittaa resistanssin arvoa 25 celsiusasteessa. Myös ominaiskäyttäytyminen eri lämpötiloissa on tärkeää. Tämä voidaan määrittää taulukoiden, kaavojen tai grafiikan avulla, ja sen on ehdottomasti vastattava haluttua sovellusta. NTC-vastusten muut ominaisarvot liittyvät toleransseihin sekä tiettyihin lämpötila- ja jänniterajoihin.

NTC-vastuksen eri käyttöalueet
Aivan kuten PTC-vastus, myös NTC-vastus soveltuu lämpötilan mittaamiseen. Vastuksen arvo muuttuu ympäristön lämpötilan mukaan. Tulosten vääristymisen välttämiseksi itsekuumenemista tulisi rajoittaa mahdollisimman paljon. Itsekuumenemista virran kulun aikana voidaan kuitenkin käyttää kytkentävirran rajoittamiseen. Koska NTC-vastus on kylmä sähkölaitteiden päälle kytkemisen jälkeen, virtaa aluksi vain vähän. Jonkin ajan kuluttua käyttölämpötilasta termistori lämpenee, sähkövastus laskee ja virtaa tulee enemmän. Sähkölaitteet saavuttavat täyden suorituskykynsä tällä tavalla tietyllä aikaviiveellä.

NTC-vastus johtaa sähkövirtaa huonommin matalissa lämpötiloissa. Jos ympäristön lämpötila nousee, niin sanottujen lämpimien johtimien resistanssi pienenee huomattavasti. Puolijohde-elementtien erityistä käyttäytymistä voidaan käyttää ensisijaisesti lämpötilan mittaamiseen, kytkentävirran rajoittamiseen tai erilaisten ohjausten viivästämiseen.