Der Kupferoxid-Thermistor

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Zwei durch Erhitzen oxidierte Kupferdrähte bilden einen zuverlässigen Temperatursensor, auch Thermistor genannt. Erhitzt man die Kontaktstelle, beginnt die LED zu leuchten. Nach dem Abkühlen geht der Strom wieder auf kleine Werte zurück.



Einen Thermistor ist ein temperaturabhängiger Widerstand. Ein üblicher NTC-Widerstand (negativer Temperatur-Koeffizient) besteht aus einem Halbleitermaterial, dessen Widerstand sich bei Erwärmung verringert. Auch Kupferoxid ist ein Halbleiter. Deshalb ist die Sache ganz einfach. Zwei dünne  Kupferdrähte werden mit einem Gasbrenner zum Glühen gebracht und bilden eine dunkle Oxidschicht. Dann dreht man sie vorsichtig zusammen und erhitzt sie noch einmal gemeinsam. Mit etwas Probieren erhält man eine Verbindung über die beiden Oxidschichten. Die Kontaktstelle zeigt einen Kaltwiderstand von ca. 100 kOhm. Durch vorsichtiges Erhitzen sinkt der Widerstand kontinuierlich auf unter 1 kOhm. Beim Abkühlen erreicht man wieder 100 kOhm. Das Verhalten entspricht genau dem eines üblichen NTC-Widerstands.





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Im Prinzip kann man mit diesem Thermistor auch ein Relais schalten. Hier wurde ein Versuch mit einem 24-V-Ralais gemacht. Beim Erhitzen stieg der Strom wie erwartet langsam an. An einem bestimmten Punkt zog das Relais mit deinem hörbaren Klack an. Aber beim Abschalten gab es ein Problem. Das Relais fiel zwar wie geplant ab, zog dann aber sofort wieder an. Was war passiert? Jeder Halbleiter hat ja eine begrenzte Spannungsfestigkeit. Beim Abfallen des Relais gab es durch die plötzliche Bewegung des Ankers einen Spannungsstoß. Und dieser hat den Halbleiterkontakt zerstört. Zweiter Durchbruch,  Kontakte zusammengebraten, alles niederohmig.

Das zentrale Problem
wird leicht übersehn.

(Dietrich Drahtlos)




Zum Glück ist dieser Eigenbau-Halbleiter leicht zu reparieren. Drähte etwas auseinanderdrehen, neu ausglühen., wieder vorsichtig zusammendrehen, Widerstand messen, eventuell nachglühen, fertig. Und beim zweiten Versuch erhält das Relais eine Schutzdiode zur Begrenzung der Abschaltspannung.




Und tatsächlich, jetzt bildet die Schaltung einen zuverlässigen Temperaturschalter. Den Schaltpunkt schätze ich auf etwa 200 Grad. Und es gibt eine deutliche Hysterese, wie man sie zum Aufbau eines Temperaturreglers braucht.





Der Glas-Thermistor


Glas ist ja eigentlich ein Isolator. Aber bei sehr hohen Temperaturen verhält es sich wie ein typischer Halbleiter, so wie Kupferoxid bei viel geringeren Temperaturen. Der Unterschied ist also nur, dass sehr viel höhere Temperaturen nötig sind um die gleiche Leitfähigkeit zu erreichen. Wenn man also Glas ernsthaft als Thermistor einsetzen will geht es um Temperaturen von vielen hundert Grad.



Der Versuch kann mit einer kleinen zerbrochenen Glühlampe durchgeführt werden. Wenn man die Glasperle zwischen den Haltedrähten mit einem Gasbrenner erhitzt beginnt die grüne LED zu leuchten. Nachdem die Glasperle ein paarmal stark erhitzt wurde sieht sie dunkler aus. Aber nach dem Abkühlen ist sie wieder ein guter Isolator.





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