1 Überblick über die Sensorik

106 3.3 Resistive Temperatursensoren 3.3.5 Keramikwiderstände: Kaltleiter 107
von a).
In Bild 3.3.5-6 sind die Strom-Spannungs-Kennlinie, sowie die Bauelementtemperatur
T und die erzeugte Leistung P in Abhängigkeit von der Betriebsspannung U dargestellt.
Eine einfache, technisch aber sehr brauchbare Anwendung des Kaltleiters ist eine Schaltung
als Überlastschutz: Der Kaltleiter wird mit einem Verbraucherwiderstand in Reihe
gelegt (Bild 3.3.5-7). Bei einem Stromanstieg steigt zwangsläufig auch der Strom im
Kaltleiter, d.h.der Kaltleiter nimmt einen höheren Widerstand an und senkt damit den
Strom ab. Alternativ dazu kann in derselben Schaltung der Kaltleiter auch in der Umgebung
einer temperaturempfindlichen Stelle des Verbrauchers(z.B. Wicklung eines Motors)
untergebracht werden, so daß er auf eine Überhitzung dort mit Stromabschaltung
reagiert.
Bild 3.3.5-6 Elektrische und thermische Kennlinien von Kaltleitern (nach [3.43]):
– Strom-Spannungs-Kennlinie: I(U)
– Widerstands-Spannungs-Kennlinie: R(U)
– Temperatur-Spannungs-Kennlinie: T(U)
– Leistungs-Spannungs-Kennlinie: P(T)
Die Arbeitspunkte für die Serienschaltung von Verbraucherwiderstand R und Kaltleiterwiderstand
R PTC werden wie in Bild 3.3.4-10 durch die Schnittpunkte von Kaltleiterkennlinie
und Lastgerade bestimmt (Bild 3.3.5-7).
Bild 3.3.5-7 Anwendung von Kaltleitern als Überlastschutz (nach [3.43]):
a) Serienschaltung von Kaltleiter und einem Verbraucherwiderstand R, der verschiedene Werte R 1
und R 2 annehmen kann: Angestrebt wird ein Abschalten des Stroms für den Fall, daß anstelle
eines vorgesehenen Lastwiderstandes R 1 eine zu kleine Last R 2 anliegt (Anschluß einer zu niederohmigen
Last oder Abnahme eines Lastwiderstandes durch Überhitzung, Kurzschluß oder eine
andere Störung). Die Arbeitspunkte der Schaltung ergeben sich wie in Bild 3.3.4-10 durch die
Schnittpunkte von Lastgerade (flacher für R 1 , steiler für R 2 ) und Kaltleiterkennlinie. Die Kaltleiterkennlinie
selbst kann über den geometrischen Aufbau und die Wärmeabführung in ihrem Verlauf
beeinflußt werden.
b) Kaltleiter als Überstromschalter mit selbsttätigem Wiedereinschalten:
Die Kennlinie des Kaltleiters hat eine solche Form, daß es nur jeweils einen Schnittpunkt mit
den Lastgeraden gibt: Bei hinreichend großem Lastwiderstand R mit kleinem Spannungsabfall,
bei kleinem Widerstand R jedoch mit großem Spannungsabfall am Kaltleiter. Steigt der Lastwiderstand
nach Durchlaufen der Phasen Überhitzung, Stromabschaltung und sich dadurch ergebender
Abkühlung wieder an, dann wird wieder der Betriebs-Arbeitspunkt A angenommen.
c) Kaltleiter als Überstromschalter mit bleibender Abschaltung:
Kurven wie b), jedoch ist der Kaltleiter so dimensioniert, daß es mehrere stabile Arbeitspunkte gibt.
Ausgehend vom Betriebs-Arbeitspunkt A wird bei Abnahme des Lastwiderstandes und Stromabschaltung
der Arbeitspunkt C angenommen. Bei einer sich daraus ergebenden Abkühlung des
Lastwiderstandes kehrt der Arbeitspunkt nicht auf den Wert A zurück, sondern es stellt sich der
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