Heißleiter
Die Funktionsweise der Heißleiter im Überblick
Heißleiter sind elektrisch leitende Bauteile, die sich durch ihre besonderen Eigenschaften zur Temperaturmessung eignen. So leiten die Fühler Strom besser, je wärmer sie selbst sind. Das führt dazu, dass ihr elektrischer Widerstand mit steigenden Temperaturen sinkt.
Heizungsregler können die Informationen messen, auswerten und entsprechend verarbeiten. Experten bezeichnen die Elemente auch als NTC-Widerstände. Die Abkürzung im Namen steht dabei für den negativen Temperaturkoeffizienten der verwendeten Halbleitermaterialien (engl.: negative temperature coefficient). Die Funktion der Heißleiter basiert darauf, dass sich bei höheren Temperaturen mehrere Elektronen aus den Kristallbindungen der Materialien herauslösen. Elektrische Energie lässt sich somit besser leiten und der Widerstand der Bauteile sinkt. Als Ausgangsstoffe kommen unter anderem Metalloxide von Eisen, Kobalt, Kupfer, Mangan, Nickel oder Titan zum Einsatz. Früher fand auch Uranoxid Anwendung bei der Herstellung der Fühler.
Kennwerte für die Auswahl der passenden Fühler
Sollen die Heißleiter als Temperaturfühler zum Einsatz kommen, müssen ihre Eigenschaften zum geplanten Anwendungsgebiet passen. Wichtig ist dabei unter anderem der Nennwiderstand. Also der elektrische Widerstand bei 25 Grad Celsius. Er lässt sich mit einem R und dem Index 25 angeben und kann in der Praxis bis zu 10 Megaohm betragen. Hat ein Heißleiter die Kennzeichnung R25 = 10 k, beträgt der Widerstand im kalten Zustand 10 Kilo-Ohm. Entscheidend für das Temperaturverhalten der Fühler ist darüber hinaus auch der Widerstandskoeffizient (alpha-Wert), der die Widerstandsänderung bei einem Grad Celsius in Prozent angibt.
Weitere Kenngrößen sind Betriebstemperaturen, Leistungswerte, Verlustleistungsfaktoren, thermische Zeitkonstanten und die Slope-Kennlinie. Der Verlustleistungsfaktor gibt dabei an, wie viel Energie für die Erwärmung des Heißleiters um ein Grad Celsius nötig ist. Wie lange es dauert, bis sich der Fühler ohne Leistungsaufnahme auf 63,2 Prozent der Umgebungstemperatur erwärmt hat, versteckt sich hinter der thermalen Zeitkonstante. Die Slope-Kennlinie verdeutlicht das Verhalten des Widerstands zwischen zwei bestimmten Temperaturen. Kenntnisse darüber sind wichtig, um die Widerstandswerte richtig auswerten und verarbeiten zu können.
Typische Einsatzgebiet der Heißleiter in der Praxis
Heißleiter sind in der Praxis für zahlreiche Anwendungsfälle geeignet. Ein Beispiel ist die Temperaturmessung in Heizungsanlagen. Diese ist nötig, damit die Heizungsregelung Wärmeerzeuger und Heizkreise bedarfsgerecht, komfortabel und sparsam regulieren kann. Darüber hinaus eignen sich die Widerstandsfühler aber auch zur Kompensation von Temperaturen in elektrischen Schaltungen oder um Einschaltströme verschiedenster Geräte zu limitieren. Der mögliche Temperaturbereich liegt dabei generell zwischen -80 und + 250 Grad Celsius.
Die Materialien beeinflussen das Verhalten der Heißleiter
Während der Widerstand der speziellen Fühler bei steigenden Temperaturen grundsätzlich abnimmt, hängt das genaue Verhalten von den verwendeten Materialien ab. So lassen sich die Eigenschaften der NTC-Widerstände durch das Mischungsverhältnis unterschiedlicher Oxide oder spezielle Herstellungsverfahren beeinflussen. Die Widerstandskurve der Bauteile kann dementsprechend steil oder flach ansteigen.