NTC ( Negative Temperature Coefficient )
NTC görevi nedir?
NTC (Sıcaklıkla direnci azalan termistör) Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci azalan devre elemanıdır.
NTC direnci ısıyla kontrol edilen bir direnç türüdür.
NTC’nin direnci ısıyla ters orantılı olarak değişir.Yani ısı arttıkca direnci azalır. Isı azaldıkça da direnci artar.
NTC’ler negatif ısı katsayısı ile çalışırlar, ısı derecesi arttıkça OHM yani direnç artar.
NTC PTC’nin tam tersidir.
NTC’lerin kullanım alanları; NTC’ler – 300 C° ile +50 C° arasındaki sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışabilirler. 0.1 C°’ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektronik termometrelerde, arabaların radyatörlerinde, amplifikatörlerin çıkış güç katlarında, ısı denetimli havyalarda kullanılırlar. PTC’lere göre kullanım alanları daha fazladır.
NTC nedir nerelerde kullanılır?
- Motor ve transformatör gibi aşırı ısınması istenmeyen sistemlere yerleştirilen NTC termistörün direnci fazla ısınmadan dolayı küçülen bir alarm ve koruma devresini harekete geçirir.
- Bir su deposunda seviye kontrolü için yerleştirilen NTC direnci su seviyesi düşünce, ısınarak pompa devresini çalıştırır.
- Bir motora seri bağlanan NTC direnç önce küçük akım çekerek güvenli yol almasını sağlar.
- Röleye seri bağlanan NTC direnç rölenin gecikmeli çalışmasını sağlar.
NTC ‘nin sembolü
NTC ‘nin sembolü
NTC Termistör karakteristik eğrileri
40°C’ ye kadar ısıtılan bir ortamdaki termistör direncindeki değişim;
Değişik sıcaklıklardaki Akım-gerilim (I,V) bağıntısı
NTC Sensör
NTC sıcaklık sensörü kartı, üzerinde direnç bağlantılarının yapılmış olduğu ve besleme ve sinyal çıkışının rahat bir şekilde yapılabilmesi için kart haline getirilmiş bir modüldür. Kart üzerinde yer alan karşılaştırıcı devre ile üzerindeki trimpot ile ayarlanan referans değerine göre dijital çıkış alınabilmektedir.
Isı ölçüm cihazları, termostat, oda sıcaklığı ölçümü ve akıllı ev sistemi gibi projelerde rahatlıkla kullanılabilen bu sensör Arduino başta olmak üzere bir çok mikrodenetleyeci sistemi ile beraber kullanılabilmektedir.
NTC termistör çeşitleri
NTC’ler suya temas eden veya suya temas etmeyen olmak üzere iki çeşidi bulunuyor. Her ikisinin de görevi ve çalışma mantığı aynıdır.
Kombi NTC Sıcaklık Sensörü
NTC Termistörlerin Yapısı ve Özellikleri
NTC dirençlerinin üretiminde genellikle kullanılan malzemeler, saf elementler veya seramik ve polimerler olarak kullanılan platin, nikel, kobalt, demir ve silisyum oksitleridir. NTC termistörleri, kullanılan üretim sürecine bağlı olarak üç gruba ayrılabilir.
Boncuk termistörler
Bu NTC termistörler, seramik gövdeye doğrudan sinterlenmiş platin alaşımlı kablolardan yapılmıştır. Genellikle hızlı tepki süreleri, daha iyi stabilite sunarlar ve Disk ve Çip NTC sensörlerine göre daha yüksek sıcaklıklarda çalışmaya olanak tanırlar, ancak daha kırılgandırlar. Montaj sırasında mekanik hasarlardan korumak ve ölçüm kararlılıklarını artırmak için camla kaplanmaları yaygındır. Tipik boyutları 0,075 – 5 mm arasında değişir.
Disk ve Çip termistörleri
Bu NTC termistörler metalize yüzey temas noktalarına sahiptir. Daha büyüktürler ve sonuç olarak boncuk tipi NTC dirençlere göre daha yavaş tepkime sürelerine sahiptirler. Ancak boyutları nedeniyle daha yüksek bir dağılım sabitine (sıcaklıklarını 1 °C artırmak için gereken güç) sahiptirler. Termistör tarafından dağıtılan güç, akımın karesiyle orantılı olduğundan, boncuk tipi termistörlere göre çok daha yüksek akımlarla başa çıkabilirler. Disk tipi termistörler, oksit tozlarının bir karışımının yuvarlak bir kalıba preslenmesi ve ardından yüksek sıcaklıklarda sinterlenmesiyle üretilir. Talaşlar genellikle, bir malzeme bulamacının kalın bir film halinde yayıldığı, kurutulduğu ve şekillendirildiği bir bant döküm işlemiyle üretilir. Tipik boyutları 0,25 ila 25 mm çapındadır.
Cam kapsüllü NTC termistörler
Bunlar, hava geçirmez bir cam balon içinde kapatılmış NTC sıcaklık sensörleridir. 150°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda veya sağlamlığın şart olduğu baskılı devre kartı montajında kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bir termistörün cam içine yerleştirilmesi, sensörün stabilitesini artırır ve sensörü dış etkenlerden korur. Boncuk tipi NTC dirençlerin cam bir kap içine hermetik olarak kapatılmasıyla üretilirler. Tipik boyutları 0,4 ila 10 mm çapındadır.
NTC termistörün kullanılmasında dikkat edilecek noktalar:
Daha fazla yük çekmek için birkaç NTC termistörü paralel bağlamamalı; termistörlerden biri fazla akım çekip ısınırken, diğerlerinin soğuk kalması mümkündür.
Kaplamasız termistörler iletken sıvılarda, aşındırıcı ve indirgeyici gazlarla kullanılmamalıdır.
Tipik Uygulamalar
NTC termistörler geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılır. Sıcaklığı ölçmek, sıcaklığı kontrol etmek ve sıcaklığı dengelemek için kullanılırlar. Ayrıca, bir sıvının varlığını veya yokluğunu tespit etmek, güç kaynağı devrelerinde akım sınırlayıcı cihaz olarak kullanmak, otomotiv uygulamalarında sıcaklık izlemek ve daha birçok uygulamada kullanılabilirler. NTC sensörleri, bir uygulamada kullanılan elektriksel özelliğe bağlı olarak üç gruba ayrılabilir.
Direnç-sıcaklık karakteristiği
Direnç-sıcaklık karakteristiğine dayalı uygulamalar arasında sıcaklık ölçümü, kontrolü ve kompanzasyonu yer alır. Bunlara ayrıca, NTC sıcaklık sensörünün sıcaklığının başka bir fiziksel olguyla ilişkilendirilmesini sağlamak için bir NTC termistörünün kullanıldığı durumlar da dahildir. Bu uygulama grubu, termistörün sıfır güç koşulunda çalışmasını, yani probun ısınmasını önlemek için termistörün içinden geçen akımın mümkün olduğunca düşük tutulmasını gerektirir.
Güncel zaman karakteristiği
Akım-zaman karakteristiğine dayalı uygulamalar şunlardır: zaman gecikmesi, ani akım sınırlama, aşırı gerilim bastırma ve daha fazlası. Bu özellikler, kullanılan NTC termistörünün ısı kapasitesi ve dağılım sabiti ile ilgilidir. Devre genellikle, içinden geçen akım nedeniyle NTC termistörünün ısınmasına dayanır. Bu, kullanıldığı uygulamaya bağlı olarak bir noktada devrede bir tür değişikliği tetikleyecektir.
Gerilim-akım karakteristiği
Bir termistörün gerilim-akım karakteristiğine dayalı uygulamalar genellikle, devredeki belirli bir eğri üzerindeki çalışma noktasında değişikliklere neden olan çevre koşullarındaki değişiklikleri veya devre değişimlerini içerir. Uygulamaya bağlı olarak, bu, akım sınırlama, sıcaklık dengeleme veya sıcaklık ölçümleri için kullanılabilir.
NTC Renk Kodları
NTC Sağlamlık kontrolü
NTC’yi uçlarından ohmmetreye bağladığınızda ilk olarak oda sıcaklığında NTC’nin üzerinde yazılı değeri okumamız gerekiyor. Daha sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığımızda direnci azalıyor ise NTC sağlam demektir. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyorsa NTC arızalıdır.
NTC sensör kaç Ohm? Ohm metre x 100 konumunda iken (PTC / NTC) ohm metre uçlarına bağlanır, (termistör bir direnç olduğu için yönüne bakılmaz) ve eleman ısıtılarak ohm metre göstergesinin kontrolü yapılır.
Eleman ısıtıldığı zaman PTC ise ısındıkça direnç artar, NTC ise ısındıkça direnç azalır. Eğer termistör ısıtılmasına rağmen göstergede bir değişiklik olmuyorsa yeni bir termistör alınmalıdır.
Örnek Çalışma
Arduino ile NTC Kullanarak Sıcaklık Ölçümü projesi
Sıcaklığa göre 10K NTC’nin direnç değerinin değişim grafiği
Biz uygulamamızda 10K NTC kullanacağız,
NTC’nin direnç değerini bulabilmek için öncelikle üzerine düşen voltaj değerini bulmamız gerekmektedir.
Üzerine düşen voltaj değerini standart voltaj bölücü kullanarak bulacağız.
Rt = NTC Direnci R = Devrede kullanılan direnç değeri Vout = (Vin * Rt) / (R+ Rt)
Vout = ( 5*Rt) / (10K + Rt)
Vout değerini Arduino üzerinden direkt okuyabiliriz.
Matematiksel olarak NTC direnci sadece Stein-Hart denkleminin yardımıyla hesaplanabilir.
T = 1 / (A + B*ln(Rt) + C*ln(Rt)^3 )
Buradaki T değeri Kelvin cinsinden bunu celcius’a çevirmek için 273.15 çıkarmamız gerekiyor.
Bu formüldeki Rt değeri, o andaki ölçülen direnç değeridir.
Bu formülümüzde A,B,C katsayılarını bulmamız gerekecektir.
NTC’nin datasheetinden yararlanarak ;
A : 1.009249522×10−3 B : 2.378405444×10−4C : 2.019202697×10−7 bu sabitler 3 adet derece ve direnç değeri ile bulunabilir.
Bu direnç değerleri NTC’nin datasheetinde bulunur.
A,B,C değerleri buradaki Thermistor Calculator “Thermistor Calculator V1.1” linkten kolayca bulunabilir. ( Thermistor Calculator açıklama )
Yani NTC üzerinden sıcaklık değerini okumamız için adım adım şunlar yapılmalıdır.
Arduino’nun Analog pininden okuduğumuz Vout değerini kullanarak voltaj bölücü formülünden Rt değerini buluyoruz.
Rt değerini bulduktan sonra Stein-Hart denkleminde Rt nin yerine koyuyoruz.
Bu denklem kelvin cinsinden değer vermektedir.
