Ein NTC-Thermistor-Temperaturfühler misst die Temperatur über ein Halbleiterelement, dessen Widerstand fällt, wenn es sich erwärmt. Dieses Verhalten ist dem der Platinelemente in Prozess-Messwiderständen entgegengesetzt, und deshalb wird diese Familie nicht über eine Pt-Bezeichnung, sondern über ihr eigenes Wertepaar spezifiziert: den Widerstand bei einer Bezugstemperatur und die B-Konstante, die beschreibt, wie steil sich der Widerstand über den Bereich ändert.
Die Ausführung auf dieser Seite ist die 10K-Variante mit nominal 10 kΩ bei 25 °C und einem B25/50-Wert von 3950 K, beide auf ±1 % gehalten. Das Messelement sitzt in einem Fühler aus Edelstahl 304 mit 5×25 mm und wird über Anschlussleitungen mit XH-2P-Steckverbindern herausgeführt, sodass der Fühler direkt an eine Steuerplatine oder ein Erfassungsmodul gesteckt werden kann und nicht auf einer Klemmenleiste aufgelegt wird.
Da der Widerstand bei 25 °C und die B-Konstante beide toleriert sind, sind die beiden Werte, die eine Steuerplatine zur Linearisierung des Signals benötigt, spezifiziert und nicht nominal. Genau das ist der praktische Unterschied zwischen einem Fühler, der in einem thermostatischen Gerät einem Sollwert folgt, und einem, der in dessen Nähe lediglich schaltet.
Wie ein NTC-Thermistor arbeitet
Ein Thermistor ist ein Halbleiter, dessen Ladungsträgerkonzentration sich mit der Temperatur ändert, und bei einem Element mit negativem Temperaturkoeffizienten fällt der Widerstand, wenn das Element wärmer wird. Die Änderung ist steil im Vergleich zu einem Metallelement, und daraus entstehen sowohl seine Stärken als auch seine Grenzen. Über eine schmale Messspanne um die Raumtemperatur erzeugt ein Thermistor für eine kleine Temperaturänderung eine große Widerstandsänderung, ein einfacher Stromkreis kann daher feine Schritte auflösen. Über eine weite Messspanne ist dieselbe Kennlinie stark nichtlinear, der Messwert muss also gegen das konkrete Element linearisiert werden, und genau das beschreibt das Paar aus R25 und B.
Deshalb sind zwei Fühler mit demselben Nennwiderstand nicht austauschbar. Zwei 10-kΩ-Elemente mit unterschiedlichen B-Konstanten folgen unterschiedlichen Kennlinien, und eine Platine, die auf das eine linearisiert ist, zeigt gegenüber dem anderen über den Bereich einen Versatz an, obwohl beide bei 25 °C übereinstimmen. Das hier gelieferte Material gibt den B-Wert nur für die 10K-Ausführung an und lässt die übrigen Widerstandsoptionen ohne einen solchen, diese Optionen dürfen deshalb nicht als dasselbe Gerät mit anderem Bezugswiderstand behandelt werden.
Der Fühlerkörper und die Art, wie er das Medium berührt, bestimmen, was das Element tatsächlich sieht. Ein Edelstahlmantel gibt dem Element mechanischen Schutz und einen definierten Wärmepfad, und die thermische Zeitkonstante von 3 Sekunden, gemessen in bewegtem Wasser, ist eine Eigenschaft dieser Baugruppe und nicht des Halbleiters allein: Manteldurchmesser und Wandstärke und die Frage, wie fest das Element darin sitzt, wiegen schwerer als der Elementtyp. Derselbe Fühler ist in ruhender Luft ein langsameres Gerät, und das Material sagt dies bereits dadurch, dass es die Konstante in bewegtem Wasser misst.
Die Eigenerwärmung ist der zweite Effekt, der im Blick zu behalten ist. Die Verlustkonstante von 3,6 mW/°C ist die Leistung, die den Messkörper in ruhender Luft um 1 °C erwärmt, und die maximale Leistung von 256 mW ist eine Zerstörungsgrenze und kein Arbeitswert. Dazwischen liegt die Auslegungsentscheidung: genug Erregerstrom, um die Temperatur aufzulösen, aber nicht so viel, dass sich das Element selbst erwärmt. In ruhender Luft, in der Wärme langsam abgeführt wird, liegt diese Grenze deutlich niedriger als in einer Flüssigkeit.
Auswahl des passenden NTC-Fühlers
Beginnen Sie damit, was der Messwert steuern soll. Ein Thermostat, eine Schutzkappe und eine Temperaturanzeige stellen an denselben Fühler unterschiedliche Anforderungen, und die beiden Werte, die entscheiden, ob eine Platine ihn verwenden kann, sind der Widerstand bei 25 °C und die B-Konstante. Ist eine Platine bereits auf ein Paar ausgelegt, ändert sowohl ein anderer Widerstandswert als auch ein anderer B-Wert die angezeigte Temperatur; der Fühler muss daher zum Eingang passen und nicht auf denselben Nennwert hin gekauft werden.
Danach folgt die Temperaturspanne. Die beiden im gelieferten Material genannten Bereiche stimmen nicht überein, und das Material weist selbst auf die Abweichung hin; eine heiße Anwendung sollte daher gegen den niedrigeren Wert ausgelegt werden, bis dieser bestätigt ist. Ein Fühler, der nahe dem oberen Ende eines Bereichs gewählt wird, lässt keinen Spielraum für die Toleranz des Elements und für den Unterschied zwischen der Mediumstemperatur und der Temperatur am Element.
Danach folgt die mechanische Passung. Der Standardfühler misst 5×25 mm, und das Material bietet andere Abmessungen auf Bestellung an; die Fühlergröße ist aber nicht nur eine Montagefrage: Ein größerer Mantel reagiert langsamer, ein kleinerer erreicht Stellen, die ein größerer nicht erreicht. Wird der Fühler gegen eine Oberfläche gedrückt statt eingetaucht, bestimmen Kontaktfläche und Anpresskraft den Messwert ebenso stark wie das Element.
Zum Schluss der Anschluss. Der XH-2P-Stecker passt zu einer Platine mit passender Stiftleiste. Ist die Strecke lang oder die Umgebung feucht, müssen Leitungslänge und Isolierung festgelegt werden, und beides ist im gelieferten Material nicht angegeben.
Grenzen und zu klärende Punkte
Die Elementfamilie ist die erste Grenze. Dies ist ein Thermistor und kein Platin-Messwiderstand; er kann daher nicht auf einen PT100-Eingang gesetzt werden und dort nicht verwendet werden, wo eine dokumentierte, rückführbare Temperatur gefordert ist, ohne R-T-Tabelle und Kalibrieraufzeichnung. Braucht der Prozess eine Temperatur, die auf ein Normal zurückgeführt werden kann, ist die Platinfamilie zu verwenden, und dieser Fühler ist kein Ersatz dafür.
Die zweite Grenze ist, dass das gelieferte Material keine Widerstands-Temperatur-Tabelle enthält. Das Paar aus R25 und B beschreibt die Kennlinie, doch eine Steuerplatine wird üblicherweise gegen eine Tabelle und nicht gegen zwei Werte linearisiert, und mehrere der Zuverlässigkeitsprüfungen sind als zulässige Widerstandsdrift angegeben, die sich erst dann in einen Temperaturfehler umrechnen lässt, wenn diese Tabelle vorliegt.
Drittens nennt das Material keine Schutzart, keine Leitungslänge, keine Temperaturbelastbarkeit der Leitung und keine Zertifizierung. Diese Punkte werden auf dieser Seite als erforderliche Angaben veröffentlicht und nicht geschätzt. Die Werte für Spannungsfestigkeit und Isolationswiderstand wurden in Wasser gemessen, was für die elektrische Trennung der Leitungsbaugruppe spricht, aber keine Aussage darüber ist, wie lange der Fühler eingetaucht bleiben darf und in welchen Medien.
Schließlich ist die Identifikation offen. Das Produkt trägt im gelieferten Material keine Modellbezeichnung; bei einer Bestellung sind daher der Widerstandswert, der B-Wert, die Fühlerabmessungen, die Leitungslänge und die Anschlussform anzugeben und nicht als Code zu nennen.
Jeder der folgenden Werte stammt aus der Quelldokumentation. Ist ein Parameter im verfügbaren Material nicht angegeben, wird er als Angabe erforderlich gekennzeichnet statt geschätzt.
