Ratgeber
NTC-Widerstände sind unverzichtbare Komponenten in der modernen Elektronik und spielen eine entscheidende Rolle bei der präzisen Temperaturmessung und -regelung. Ihre Fähigkeit, den Widerstand mit steigender Temperatur zu verringern, macht sie zu idealen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen in Industrie und Gewerbe.
So können Sie die Temperatur in Ihren Anlagen und Geräten zuverlässig überwachen, Überhitzungen verhindern und die Energieeffizienz optimieren. Mit NTC-Widerständen wird dies möglich. Doch welcher NTC-Widerstand ist der richtige für Ihre spezifischen Anforderungen?
In unserem Ratgeber erfahren Sie alles Wissenswerte über NTC-Widerstände. Wir erklären Ihnen die Funktionsweise dieser vielseitigen Bauteile, stellen Ihnen die gängigen Bauformen vor und geben Ihnen wertvolle Tipps für die Auswahl des passenden Widerstands.
Egal, ob Sie in der Automobilindustrie, der Medizintechnik oder der Gebäudeautomation tätig sind – wir helfen Ihnen, das volle Potenzial von NTC-Widerständen auszuschöpfen.
Die Abkürzung NTC steht für Negative Temperature Coefficient, zu Deutsch negativer Temperaturkoeffizient. Diese physikalische Größe gibt an, wie sich zum Beispiel der Widerstand eines Materials oder Bauelements mit der Temperatur ändert. Beim NTC-Widerstand ist der Koeffizient negativ, das heißt: Je höher die Temperatur, desto niedriger ist der elektrische Widerstand. Er leitet Strom daher besser, wenn er heiß wird. Dieser Eigenschaft verdankt er auch die Bezeichnung Heißleiter. Sein Gegenstück ist der Kaltleiter oder PTC-Widerstand, PTC bedeutet einen positiven Temperaturkoeffizienten. Bei ihm sinkt der Widerstand mit sich steigernder Temperatur.
Ein NTC-Widerstand besteht typischerweise aus einer Mischung von Metalloxiden auf der Basis von Mangan, Nickel, Kobalt und Eisen. Die Oxide sind in einem spezifischen Verhältnis kombiniert und zu einem kompakten, halbleitenden Keramikkörper gesintert. Die genaue Zusammensetzung und Struktur dieser Materialien bestimmen die spezifischen Eigenschaften des Bauelements, einschließlich seines Widerstandsbereichs und seiner Reaktion auf Temperaturänderungen.
Auf mikroskopischer Ebene erhöht die Temperaturzunahme die Energie der Elektronen in den Metalloxiden. Mit mehr Energie können sich Elektronen leichter von ihren Atomen lösen, das erhöht die Anzahl der freien Ladungsträger und verbessert die elektrische Leitfähigkeit – was wiederum zu einem geringeren Widerstand führt.
In der Messtechnik werden NTC-Widerstände oft in elektrische Schaltkreise integriert, um den Stromfluss in Abhängigkeit von der Temperatur zu messen. Bei niedriger Temperatur ist der Widerstand hoch, was den Stromfluss durch den Widerstand begrenzt. Mit steigender Temperatur sinkt der Wert, er lässt dann mehr Strom durch. Mit dieser Eigenschaft lassen sich Heißleiter auch perfekt als Temperatursensoren verwenden. Dazu wird einfach die Änderung des elektrischen Widerstands gemessen.
Heißleiter können aber auch als Schutzelemente dienen, zum Beispiel im Zusammenspiel mit Motoren. Typische Einsatzgebiete sind der Schutz gegen zu hohe Spulen- oder Lagertemperaturen bei Elektromotoren sowie die Begrenzung des Einschaltstroms. Im ersten Fall wird der Sensor innerhalb des Motors platziert, im Allgemeinen in der Nähe von Wicklungen oder Lager. Eine mit ihm verbundene Steuerungseinheit überwacht die Widerstandsänderungen und schaltet den Motor bei drohender Überhitzung ab.
Für die Einschaltstrombegrenzung wird der Heißleiter in die Stromversorgung des Motors integriert. Wenn der Elektromotor eingeschaltet wird, ist der Heißleiter kalt und bietet einen relativ hohen elektrischen Widerstand. Das begrenzt den Stromfluss zum Motor und reduziert so den Einschaltstrom. Sobald der Motor anläuft, fließt Strom durch den Heißleiter.
Das führt aufgrund der elektrischen Verlustleistung des Bauelements zu einer internen Wärmeentwicklung, die wiederum den Widerstand reduziert. Mit der fortschreitenden Erwärmung sinkt sein Widerstand weiter. Das erhöht allmählich den Stromfluss zum Motor, bis der Heißleiter einen thermischen Gleichgewichtszustand erreicht hat. In diesem Zustand besitzt der Heißleiter nur einen minimalen Widerstand, der Motor läuft ohne signifikante Strombegrenzung weiter.
Heißleiter – oft auch als NTC-Thermistoren bezeichnet – sind in verschiedenen Bauformen im Handel verfügbar, entwickelt für unterschiedliche Anwendungen und Einsatzbereiche. Die Unterscheidung erfolgt in der Regel nach der Bauform, dem Anwendungszweck und den elektrischen sowie thermischen Eigenschaften.
Heißleiter in Scheibenform oder Tropfenform
Heißleiter in Scheiben- und Tropfenform gibt es sowohl für die Oberflächenmontage als auch radial bedrahtet. Sie eignen sich besonders für elektronische Schaltungen mit begrenztem Platz oder dann, wenn eine schnelle Reaktion auf Temperaturänderungen erforderlich ist. Zu finden sind diese Thermistoren in industriellen Ausrüstungen, Klima- und Lüftungssysteme sowie im Automobilbereich.
Heißleiter in Stabform oder Zylinderform
Stab- oder zylinderförmige Bauformen bieten eine größere Oberfläche und sind daher sehr gut für direkte Temperaturmessungen zum Beispiel in industriellen Prozessen geeignet. Dazu gehört unter anderem die thermische Überwachung von Flüssigkeiten und Gasen in Rohrleitungen, Behältern und Kesseln. Ihr Gehäuse besteht meist aus widerstandsfähigem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit. Viele Typen lassen sich über ein Einschraubgewinde direkt im zu messenden Medium platzieren.
Heißleiter mit Anschraubflansch
Heißleiter mit Anschraubflansch eignen sich besonders für Anwendungen, die eine robuste, zuverlässige und direkte thermische Überwachung benötigen. Dazu gehören zum Beispiel Motoren, Getriebe und Lager, aber auch Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen.
Auswahlkriterien für die Beschaffung
Das wichtigste Kriterium ist der Widerstandswert. Er wird standardmäßig in Ohm angegeben und bezieht sich im Allgemeinen auf eine Referenztemperatur von 25 Grad Celsius. Der Temperaturkoeffizient gibt dagegen an, wie stark der Widerstand des Heißleiters mit der Temperatur variiert. Ein höherer Wert deutet auf eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen hin.
Je nach Anwendung spielt auch der Betriebstemperaturbereich eine wichtige Rolle. Es muss sichergestellt sein, dass der Heißleiter für den vorhandenen Temperaturbereich geeignet ist. Passen müssen sowohl die minimale als auch die maximale Betriebstemperatur. Die physische Größe und Bauform des Heißleiters müssen zudem zur vorgesehenen Anwendung und Montage kompatibel sein.
Nicht zu vergessen: Soll der Heißleiter für Temperaturmessungen oder als Einschaltstrombegrenzer oder für einen anderen Zweck eingesetzt werden? Dieses Kriterium beeinflusst die Auswahl des Typs und der Spezifikationen. Zu berücksichtigen sind last but not least die Umweltbedingungen, unter denen der Heißleiter betrieben wird. Dazu gehören Temperatur, Feuchtigkeit und eine mögliche chemische Exposition. Für raue Umgebungen sind möglicherweise speziell geschützte oder robuste Modelle erforderlich.
Wie wichtig ist die Toleranz eines NTC-Thermistors?
Die Toleranz eines NTC-Thermistors bestimmt, wie genau die Temperatur gemessen werden kann. Eine geringere Toleranz bedeutet eine höhere Genauigkeit, wichtig für präzise Temperaturregelungen und kritische Überwachungsaufgaben. Je nach Anwendung können auch unterschiedliche Toleranzen erforderlich sein. Medizinische Geräte oder kritische industrielle Prozesskontrollen benötigen zum Beispiel oft Thermistoren mit sehr geringen Toleranzen, während in weniger kritischen Anwendungen auch Heißleiter mit höheren Toleranzen akzeptabel sein können.