Temperatuur-sensoren

Een thermistor fungeert als een temperatuurgevoelige weerstand: de weerstand verandert naarmate de temperatuur fluctueert.

Er zijn twee hoofdtypen:

• PTC (Positive Temperature Coefficient): De weerstand neemt toe naarmate de temperatuur stijgt.
• NTC (Negative Temperature Coefficient): De weerstand daalt met een stijgende temperatuur.

• PTC's worden vaak ingezet voor overstroombeveiliging en zelfregulerende verwarmingsmatten.
• NTC's zijn populair voor temperatuurmetingen en om stroompieken bij het opstarten van apparaten te beperken.

Vormen:

Thermistoren zijn verkrijgbaar in diverse vormen zoals chips, kralen, staven, schijven en sondes. Ze zijn vaak afgewerkt met epoxy en kunnen bevestigd zijn aan een ringaansluiting.

Specificaties:

• De opgegeven weerstandswaarde refereert meestal aan de waarde bij 25°C.
• De Beta (β) waarde, vaak uitgedrukt in Kelvin, beschrijft de responscurve van de thermistor. Echter, voor een nauwkeuriger beeld worden soms de Steinhart-Hart coëfficiënten (A, B en C) gegeven.
• Er zijn thermistoren die specifiek getest zijn op één temperatuur, terwijl anderen over een breed temperatuurbereik getest zijn voor een accurate responscurve.

Materiaal en Werking:

De werking van een thermistor is sterk afhankelijk van het gebruikte materiaal, vaak een mix van metaaloxides. Hoewel hun reactie niet-lineair is, kan kennis van hun curve helpen bij het bepalen van de temperatuur op basis van weerstand.

Gebruik en Aandachtspunten:

Thermistoren bieden een krachtig signaal en zijn robuust tegen ruis. Wel moet men opletten voor zelfverwarming: door stroom door de thermistor te sturen voor metingen, kan deze opwarmen, wat de meting kan beïnvloeden.

Waar vind je thermistoren?:

Ze zijn alomtegenwoordig in technologie: van Li-ion batterijen (om veilig opladen te waarborgen) tot 3D-printers voor temperatuurregulatie en voedingen om stroompieken te limiteren.

NTC / PTC

NB: let op de constanten in de formule (273 is de offset tussen Kelvin en Celcius) en (298 is 25 graden C uitgedrukt in K)

R25C de nominale weerstand van de thermistor vertegenwoordigt bij kamertemperatuur (25 °C). Deze waarde wordt normaal gesproken verstrekt in de datasheet. (bijv 12K)

β (beta) staat voor de materiaalconstante van de thermistor in Kelvin. Ook deze waarde is doorgaans te vinden in de datasheet. (vaak 3730 of 3740 bij een 12K NTC)

T is de daadwerkelijke temperatuur van de thermistor in graden Celsius.

zie ook Reparatie van een Koude Douche: Remeha W21 ECO

• Weerstandstemperatuursensoren (RTD's)

Weerstandstemperatuursensoren, ook bekend als weerstandsthermometers, zijn wellicht de eenvoudigste temperatuursensor om te begrijpen. RTD's lijken op thermistors doordat hun weerstand verandert met de temperatuur. Echter, in plaats van het gebruik van een speciaal materiaal dat gevoelig is voor temperatuurveranderingen - zoals bij een thermistor - gebruiken RTD's een spoel van draad gewikkeld rond een kern gemaakt van keramiek of glas.

De draad van de RTD is van puur materiaal, meestal platina, nikkel of koper, en het materiaal heeft een nauwkeurige weerstand-temperatuurrelatie die wordt gebruikt om de gemeten temperatuur te bepalen.

• Thermocouple

Thermokoppels worden vaak gebruikt om hogere temperaturen en grotere temperatuurbereiken te meten.

Om samen te vatten hoe thermokoppels werken: elke geleider die wordt blootgesteld aan een temperatuurgradiënt zal een kleine spanning genereren. Dit fenomeen staat bekend als het Seebeck-effect. De grootte van de gegenereerde spanning hangt af van het type metaal. Praktische toepassingen van het Seebeck-effect maken gebruik van twee verschillende metalen die aan één kant zijn verbonden en aan de andere kant gescheiden zijn. De temperatuur van de verbinding kan worden bepaald via de spanning tussen de draden aan het niet-verbonden uiteinde.

• Linearisatie door Weerstandsmodus

Bij linearisatie door de weerstandsmodus wordt een normale weerstand parallel aan de thermistor geplaatst. Als de waarde van de weerstand gelijk is aan die van de thermistor bij kamertemperatuur, zal het linearisatiegebied symmetrisch zijn rond de kamertemperatuur.

• Linearisatie van NTC door Spanningsmodus

De linearisatie door spanningsmodus plaatst daarentegen de thermistor in serie met een normale weerstand, waardoor er een spanningsdeler circuit wordt gevormd. Het spanningsdeler circuit moet verbonden zijn met een bekende, vaste en stabiele spanningsreferentie, VREF.

Deze configuratie heeft als effect dat er een uitgangsspanning wordt geproduceerd die enigszins lineair is over de temperatuur. Net als bij linearisatie door de weerstandsmodus, als de waarde van de weerstand gelijk is aan de weerstand van de thermistor bij kamertemperatuur, zal het linearisatiegebied symmetrisch zijn rond de kamertemperatuur.

Officieel symbolen (Europa en USA) voor PTC en NTC weerstand (positieve en negatieve temperatuur coefficient)

Gangbare temperatuur sensoren : PT100 en PT1000 (platina sensoren, hoge nauwkeurigheid)