Rezystory NTC to niezbędne elementy współczesnej elektroniki. Odgrywają ważną rolę w dokładnym pomiarze i regulacji temperatury. Ich właściwość polegająca na zmniejszaniu oporu wraz ze wzrostem temperatury sprawia, że są idealnymi czujnikami do wielu zastosowań w przemyśle i technice użytkowej.
Dzięki nim można skutecznie monitorować temperaturę urządzeń i instalacji, zapobiegać przegrzewaniu oraz zwiększać efektywność energetyczną. Wszystko to staje się możliwe dzięki odpowiednio dobranym rezystorom NTC. Ale który model będzie najlepszy dla Twoich potrzeb?
W naszym poradniku przedstawiamy najważniejsze informacje o rezystorach NTC. Wyjaśniamy zasadę ich działania, prezentujemy najczęściej spotykane typy i podpowiadamy, jak wybrać właściwy element do konkretnego zastosowania.
Niezależnie od tego, czy działasz w branży motoryzacyjnej, medycznej czy w automatyce budynkowej – podpowiemy, jak w pełni wykorzystać potencjał rezystorów NTC.
Skrót NTC pochodzi od angielskiego Negative Temperature Coefficient, czyli „ujemny współczynnik temperaturowy”. Określa on, w jaki sposób zmienia się opór elektryczny materiału lub elementu wraz ze wzrostem temperatury.
W przypadku rezystora NTC współczynnik ten jest ujemny, co oznacza, że im wyższa temperatura, tym niższy opór elektryczny. Element przewodzi prąd lepiej, gdy się nagrzewa. Z tego powodu nazywany jest również termistorem o dodatniej przewodności cieplnej lub gorącym przewodnikiem.
Przeciwieństwem NTC jest PTC (Positive Temperature Coefficient) – tzw. zimny przewodnik. W jego przypadku opór maleje przy spadku temperatury, a rośnie wraz z jej wzrostem.
Termistor NTC zbudowany jest zazwyczaj z mieszaniny tlenków metali, takich jak mangan, nikiel, kobalt i żelazo. Składniki te łączy się w odpowiednich proporcjach, a następnie spieka w zwarty, półprzewodnikowy element ceramiczny. Dokładna receptura i struktura materiału decydują o właściwościach termistora – zakresie rezystancji i sposobie reakcji na zmiany temperatury.
W skali mikroskopowej wzrost temperatury zwiększa energię elektronów w tlenkach metali. Ułatwia to ich oderwanie się od atomów, co podnosi liczbę swobodnych nośników ładunku i poprawia przewodnictwo elektryczne. Efektem jest spadek rezystancji wraz ze wzrostem temperatury.
W technice pomiarowej termistory NTC włącza się do obwodów elektrycznych, aby kontrolować przepływ prądu w zależności od temperatury. W niskich temperaturach rezystancja jest wysoka, co ogranicza prąd. Wraz ze wzrostem temperatury spada, dzięki czemu przez element przepływa więcej prądu. Ta właściwość pozwala wykorzystywać termistory NTC jako precyzyjne czujniki temperatury – wystarczy mierzyć zmiany ich oporu.
Termistory NTC pełnią także rolę elementów zabezpieczających, np. w silnikach elektrycznych. Chronią uzwojenia i łożyska przed przegrzaniem – umieszczone wewnątrz silnika, w pobliżu wrażliwych elementów, monitorują temperaturę. Po przekroczeniu dopuszczalnego poziomu współpracująca z nimi jednostka sterująca odłącza zasilanie.
Termistory NTC pełnią także rolę elementów zabezpieczających, np. w silnikach elektrycznych. Chronią uzwojenia i łożyska przed przegrzaniem – umieszczone wewnątrz silnika, w pobliżu wrażliwych elementów, monitorują temperaturę. Po przekroczeniu dopuszczalnego poziomu współpracująca z nimi jednostka sterująca odłącza zasilanie.
Drugim typowym zastosowaniem jest ograniczanie prądu rozruchowego. Termistor umieszcza się w obwodzie zasilania silnika. Na początku, gdy jest zimny, jego rezystancja jest wysoka, co redukuje nagły skok prądu. W miarę pracy element nagrzewa się, jego rezystancja spada, a do silnika stopniowo dopływa większy prąd. Po osiągnięciu stanu równowagi cieplnej rezystancja termistora jest minimalna i silnik pracuje bez dodatkowych ograniczeń.
Termistory NTC, znane również jako rezystory o ujemnym współczynniku temperaturowym, dostępne są w wielu wariantach konstrukcyjnych. Każdy z nich został opracowany z myślą o konkretnych zastosowaniach i warunkach pracy. Podstawowe różnice dotyczą budowy, przeznaczenia oraz parametrów elektrycznych i cieplnych.
Termistory w formie dysków i kropli
Elementy w kształcie dysków lub kropli występują w wersjach do montażu powierzchniowego oraz z wyprowadzeniami radialnymi. Sprawdzają się w układach elektronicznych o ograniczonej przestrzeni montażowej oraz tam, gdzie wymagana jest szybka reakcja na zmiany temperatury. Termistory stosuje się m.in. w urządzeniach przemysłowych, systemach klimatyzacyjnych i wentylacyjnych oraz w motoryzacji.
Termistory w formie prętów i cylindrów
Prętowe i cylindryczne konstrukcje mają większą powierzchnię, dzięki czemu są szczególnie przydatne do bezpośrednich pomiarów temperatury w procesach przemysłowych. Umożliwiają kontrolę cieplną cieczy i gazów w instalacjach rurowych, zbiornikach i kotłach. Ich obudowa zazwyczaj wykonana jest z wytrzymałego metalu o wysokiej przewodności cieplnej. Wiele modeli można instalować bezpośrednio w medium pomiarowym za pomocą gwintu przyłączeniowego.
Termistory z kołnierzem montażowym
Wersje wyposażone w kołnierz do przykręcania przeznaczone są do wymagających aplikacji, w których niezbędna jest trwała i bezpośrednia kontrola temperatury. Typowe obszary zastosowań to silniki, przekładnie, łożyska, a także systemy grzewcze, wentylacyjne i klimatyzacyjne.
Kryteria wyboru termistorów NTC
Najważniejszym parametrem jest wartość rezystancji, podawana w omach (Ω). Określa się ją standardowo w odniesieniu do temperatury referencyjnej 25 °C. Z kolei współczynnik temperaturowy wskazuje, jak silnie rezystancja termistora zmienia się wraz z temperaturą. Im wyższy jego poziom, tym większa czułość elementu na wahania temperatury.
Istotnym aspektem jest również zakres temperatur pracy. Należy upewnić się, że termistor jest przystosowany zarówno do minimalnej, jak i maksymalnej temperatury występującej w danej aplikacji. Równie ważna jest wielkość i kształt obudowy, które muszą być dopasowane do sposobu montażu i warunków zastosowania.
Przy wyborze należy uwzględnić także przeznaczenie elementu – czy ma służyć do pomiaru temperatury, ograniczania prądu rozruchowego, czy pełnić inną funkcję. Kryterium to decyduje o odpowiednim typie i specyfikacji.
Na koniec należy rozważyć warunki środowiskowe: temperaturę otoczenia, poziom wilgotności oraz ewentualną ekspozycję na substancje chemiczne. W wymagających aplikacjach konieczne mogą być modele o podwyższonej odporności lub z dodatkową ochroną.
Jak ważna jest tolerancja termistora NTC?
Tolerancja termistora NTC określa dokładność pomiaru temperatury. Im mniejsza tolerancja, tym wyższa precyzja, co ma kluczowe znaczenie w systemach wymagających precyzyjnej regulacji i krytycznego monitoringu. W zależności od zastosowania konieczne mogą być różne poziomy tolerancji. Przykładowo, urządzenia medyczne czy przemysłowe systemy kontrolne wymagają termistorów o bardzo niskiej tolerancji, natomiast w mniej wymagających aplikacjach wystarczające mogą być elementy o wyższej tolerancji.