NTC-thermistor-temperatuursonde

Een NTC-thermistorsonde meet temperatuur met een halfgeleiderelement waarvan de weerstand daalt naarmate het opwarmt. Dat gedrag is het tegenovergestelde van de platinumelementen die in RTD-sensoren voor procesmetingen worden gebruikt, en daarom wordt deze familie gespecificeerd met haar eigen paar getallen in plaats van met een Pt-aanduiding: de weerstand bij een referentietemperatuur, en de B-constante die beschrijft hoe steil de weerstand over het bereik verandert.

De uitvoering op deze pagina is de 10K-variant, met een nominale 10 kΩ bij 25 °C en een B25/50-waarde van 3950 K, beide met een tolerantie van ±1 %. Het meetelement zit in een sonde van 304 roestvrij staal van 5×25 mm, naar buiten gebracht op snoeren en afgesloten met XH-2P-stekerverbindingen, zodat de sonde rechtstreeks in een regelkaart of een acquisitiemodule kan worden gestoken in plaats van op een klemmenblok te worden aangesloten.

Omdat zowel de weerstand bij 25 °C als de B-constante een tolerantie heeft, zijn de twee getallen die een regelkaart nodig heeft om het signaal te lineariseren gespecificeerd in plaats van nominaal. Dat is het praktische verschil tussen een sonde die een instelwaarde in een thermostaat volgt en een die er slechts in de buurt schakelt.

Hoe een NTC-thermistorsensor werkt

Een thermistor is een halfgeleider waarvan de ladingsdragerconcentratie met de temperatuur verandert, en bij een element met negatieve temperatuurcoëfficiënt daalt de weerstand naarmate het element opwarmt. De verandering is steil vergeleken met een metaalelement, wat de bron is van zowel zijn sterke punten als zijn grenzen. Over een smalle spanwijdte rond kamertemperatuur levert een thermistor een grote weerstandsverandering bij een kleine temperatuurverandering, zodat een eenvoudig circuit een fijne stap kan onderscheiden. Over een brede spanwijdte is dezelfde curve sterk niet-lineair, dus de aflezing moet tegen het specifieke element worden gelineariseerd, wat precies is wat het paar R25 en B beschrijft.

Daarom zijn twee sondes met dezelfde nominale weerstand niet uitwisselbaar. Twee elementen van 10 kΩ met verschillende B-constanten volgen verschillende curven, en een kaart die voor het ene is gelineariseerd, leest over het bereik verschoven ten opzichte van het andere, ook al komen beide bij 25 °C overeen. Het hier aangeleverde materiaal vermeldt de B-waarde alleen voor de 10K-uitvoering en laat de andere weerstandsopties zonder, dus die opties kunnen niet worden behandeld als hetzelfde onderdeel met een andere referentieweerstand.

Het sondelichaam en de manier waarop het het medium raakt, bepalen wat het element werkelijk ziet. Een roestvrijstalen huls geeft het element mechanische bescherming en een bepaald thermisch pad, en de thermische tijdconstante van 3 seconden, gemeten in geroerd water, is een eigenschap van dat samenstel en niet van de halfgeleider alleen: de diameter en wanddikte van de huls, en hoe stevig het element erin zit, wegen zwaarder dan het elementtype. Dezelfde sonde in stilstaande lucht is een langzamer instrument, en het materiaal zegt dat ook door de constante in geroerd water te meten.

Zelfverwarming is het tweede effect om in het oog te houden. De dissipatieconstante van 3,6 mW/°C is het vermogen dat het meetlichaam in stilstaande lucht 1 °C doet stijgen, en het maximale vermogen van 256 mW is een vernietigingsgrens in plaats van een werkwaarde. Daartussen ligt de ontwerpbeslissing: genoeg bekrachtigingsstroom om de temperatuur te onderscheiden, maar niet zoveel dat het element zichzelf opwarmt. In stilstaande lucht, waar warmte langzaam weggaat, ligt die bovengrens veel lager dan in een vloeistof.

Hoe u de juiste NTC-sonde kiest

Begin bij wat de aflezing moet aansturen. Een thermostaat, een veiligheidsonderbreking en een temperatuurweergave stellen allemaal andere eisen aan dezelfde sonde, en de twee getallen die bepalen of een kaart haar kan gebruiken zijn de weerstand bij 25 °C en de B-constante. Waar een kaart al voor één paar is gebouwd, verandert het wijzigen van de weerstandswaarde of de B-waarde de weergegeven temperatuur, dus de sonde moet op de ingang worden afgestemd in plaats van op dezelfde nominale waarde te worden gekocht.

Dan de temperatuurspanwijdte. De twee bereiken die in het aangeleverde materiaal staan, komen niet overeen, en het materiaal zelf markeert de afwijking, dus een hete toepassing moet tegen de lagere waarde worden ontworpen totdat die is bevestigd. Een sonde die dicht bij de bovengrens van een bereik is gekozen, laat geen marge voor de tolerantie op het element of voor het verschil tussen de mediumtemperatuur en de temperatuur bij het element.

Dan de mechanische passing. De standaardsonde is 5×25 mm en het materiaal biedt andere maten op bestelling, maar de grootte van de sonde is niet alleen een passingvraag: een grotere huls reageert langzamer, en een kleinere reikt op plaatsen waar een grotere niet komt. Waar de sonde tegen een oppervlak wordt gedrukt in plaats van ondergedompeld, bepalen het contactoppervlak en de klemkracht de aflezing evenzeer als het element.

Ten slotte de aansluiting. De XH-2P-stekker past bij een kaart met een bijpassende tegenconnector. Waar de afstand lang is of de omgeving nat, moeten de snoerlengte en de isolatie ervan worden vastgesteld, en geen van beide staat in het aangeleverde materiaal.

Beperkingen en punten ter bevestiging

De elementfamilie is de eerste beperking. Dit is een thermistor, geen platina-RTD, dus hij kan niet op een PT100-ingang worden geplaatst en hij kan niet worden gebruikt waar een gedocumenteerde, herleidbare temperatuur vereist is zonder een R-T-tabel en een kalibratieregistratie. Waar het proces een temperatuur vraagt die naar een norm kan worden herleid, is de platinafamilie de juiste en is deze sonde geen equivalent.

De tweede is dat het aangeleverde materiaal geen weerstand-temperatuurtabel geeft. Het paar R25 en B beschrijft de curve, maar een regelkaart wordt gewoonlijk tegen een tabel gelineariseerd in plaats van tegen twee getallen, en verschillende van de betrouwbaarheidstests zijn gesteld als een toegestane drift op de weerstand, wat pas in een temperatuurfout kan worden omgezet zodra die tabel beschikbaar is.

Ten derde vermeldt het materiaal geen beschermingsgraad, geen snoerlengte, geen temperatuurclassificatie van het snoer en geen certificering. Die worden op deze pagina als gegevens vereist gepubliceerd in plaats van geschat. De waarden voor diëlektrische sterkte en isolatieweerstand zijn in water gemeten, wat iets zegt over de elektrische isolatie van het snoersamenstel, maar het is geen uitspraak over hoe lang de sonde ondergedompeld mag blijven of in welke media.

Ten slotte is de identificatie open. Het product draagt in het aangeleverde materiaal geen modelaanduiding, dus waar een bestelling wordt geplaatst moeten de weerstandswaarde, de B-waarde, de afmetingen van de sonde, de snoerlengte en de klemvorm allemaal worden vermeld in plaats van als een code te worden opgegeven.