Ptc Widerstaende Kaltleiter

Kaltleiter beruhen auf den Volumeneigenschaften von dotiertem Silizium und weisen eine nahezu lineare R-T-Kurve auf. Sie bestehen üblicherweise aus hochreinen Siliziumscheiben. Die Kurve hängt von der Menge der verwendeten Dotierung ab.

Schaltende Kaltleiter werden dagegen aus polykristallinen Materialien hergestellt. Sie enthalten häufig Mischungen von Bariumcarbonat, Titanoxid und Zusätzen wie Tantal, Siliziumdioxid und Mangan. Die Materialien werden gemahlen, gemischt, zu Scheiben oder rechteckigen Formen gepresst und gesintert. Anschließend kommen Kontakte, Beschichtungen oder Ummantelungen hinzu. Der Herstellungsprozess erfordert eine sehr sorgfältige Kontrolle vor allem der Verunreinigungen. In der Größenordnung von wenigen Teilen pro Million können sie zu erheblichen Veränderungen der thermischen und elektrischen Eigenschaften führen.

Polymer-PTCs schließlich bestehen aus einer Kunststoffscheibe mit darin eingebetteten Kohlenstoffkörnern. Im kalten Zustand stehen die Kohlenstoffkörner in engem Kontakt zueinander und bilden einen leitenden Pfad durch das Bauteil. Wenn sich das Gerät erwärmt, dehnt sich der Kunststoff aus und die Körner bewegen sich weiter auseinander, wodurch sich der Gesamtwiderstand des Geräts erhöht.

Je nach Anwendung lassen sich Kaltleiter in zwei Betriebsarten verwenden: Selbsterhitzung und Abtastung, auch Nullleistung genannt.
 

Selbsterhitzte Betriebsart

Bei selbsterhitzten Anwendungen macht man sich die Tatsache zunutze, dass sich die Temperatur eines Kaltleiters erhöht, wenn eine Spannung an ihn angelegt wird und ein ausreichender Strom durch ihn fließt. Bei Annäherung an die Curie-Temperatur steigt der Widerstandswert drastisch an, sodass viel weniger Strom fließt. Die Widerstandsänderung in der Nähe der Curie-Temperatur kann mehrere Größenordnungen innerhalb einer Temperaturspanne von nur wenigen Grad betragen. Bleibt die Spannung konstant, stabilisiert sich der Strom bei einem bestimmten Wert, wenn der PTC das thermische Gleichgewicht erreicht. Die Gleichgewichtstemperatur hängt von der angelegten Spannung und dem Wärmeableitungsfaktor ab. Diese Betriebsart wird häufig bei der Entwicklung temperaturabhängiger Zeitverzögerungsschaltungen verwendet.
 

Abtastmodus oder Nullleistung

In dieser Betriebsart ist der Stromverbrauch des Kaltleiters so klein, dass er sich im Gegensatz zur Selbsterhitzung nur geringfügig auf die Temperatur des Bauteils und damit auf seinen Widerstand auswirkt. Diese Betriebsart wird in der Regel bei Temperaturmessungen verwendet, bei denen die R-T-Kurve als Referenz dient.

Übergangstemperatur

Schaltende PTC-Widerstände besitzen bis zum Punkt des minimalen Widerstands einen leicht negativen Temperaturkoeffizienten. Oberhalb dieses Punktes weist der PTC so lange einen leicht positiven Koeffizienten auf, bis er seine Übergangstemperatur erreicht. Diese Temperatur wird manchmal auch als Schalt- oder Curie-Temperatur bezeichnet. Die Schalttemperatur ist die Temperatur, bei der der Widerstand von schaltenden PTC-Widerständen schnell zu steigen beginnt. Die Curie-Temperatur wird in den meisten Fällen als die Temperatur definiert, bei der der Widerstand doppelt so hoch ist wie der Mindestwiderstand.
 

Mindestwiderstand

Der Mindestwiderstand ist der niedrigste Widerstand, der an einem geschalteten Bauteil gemessen werden kann.
 

Nennwiderstand

Der Nennwiderstand wird normalerweise als der Widerstand bei 25 Grad Celsius definiert. Er dient zur Klassifizierung der Sensoren nach ihrem Widerstandswert. Der Nennwiderstand wird mit einem geringen Strom gemessen, der den Kaltleiter nicht so stark erwärmt, dass die Messung beeinträchtigt wird.
 

Verlustleistungskonstante

Die Verlustleistungskonstante gibt das Verhältnis zwischen der angelegten Leistung und der daraus resultierenden Erhöhung der Bauteiltemperatur aufgrund der Eigenerwärmung an. Einige der Faktoren, die sich auf die Verlustkonstante auswirken, sind Materialien der Kontaktdrähte, die Art der Montage, die Umgebungstemperatur, Leitungs- oder Konvektionswege zwischen dem Gerät und seiner Umgebung, die Größe und sogar die Form des Geräts selbst. Die Verlustleistungskonstante hat einen großen Einfluss auf die Eigenerwärmung des Thermistors.
 

Nennstrom

Der Nennstrom ist der maximale Strom, der bei bestimmten Umgebungsbedingungen ständig durch einen PTC-Thermistor fließen kann. Sein Wert hängt von der Verlustleistungskonstante und der R-T-Kurve ab. Wird der Thermistor bis zu dem Punkt überlastet, an dem der Temperaturkoeffizient wieder zu sinken beginnt, führt dies zu einer Durchlaufleistung und zur Zerstörung des Bauteils.
 

Nennspannung

Ähnlich wie der maximale Nennstrom stellt die Nennspannung die höchste Spannung dar, die bei bestimmten Umgebungsbedingungen dauerhaft an den Kaltleiter angelegt werden kann. Auch ihr Wert hängt von der Verlustleistungskonstante und der R-T-Kurve ab.