PTC (Positive Temperature Coefficient), sıcaklık arttığında elektrik direnci genel olarak artan sıcaklığa duyarlı direnç elemanlarını ifade eder. Endüstride “PTC sensör” denildiğinde çoğu zaman belirli bir sıcaklığın üzerinde direnci çok hızlı yükselen seramik PTC termistörler kastedilir.

En basit haliyle: PTC sensör ısındıkça direnci yükselir. Bazı PTC'lerde bu artış oldukça yumuşakken, motor korumasında kullanılan yaygın seramik tiplerde belirli bir eşik sıcaklığı geçildiğinde direnç çok keskin biçimde artar. Bir röle, elektronik devre veya PLC sistemi bu değişimi algılayarak alarm veya koruma işlemi başlatabilir.

PTC sensörler; aşırı sıcaklık koruması, motor sargı koruması, elektronik devre sıcaklık izleme, aşırı akım koruması ve kendinden regülasyonlu ısıtıcılar gibi birbirinden farklı uygulamalarda kullanılabilir. Ancak bütün PTC'lerin aynı yapıda veya aynı amaçla kullanıldığını düşünmek doğru değildir.

PTC ne anlama gelir?

Positive Temperature Coefficient, direnç sıcaklık katsayısının pozitif olduğunu ifade eder.

Basit bir sıcaklık bölgesinde:

Sıcaklık ↑ → Direnç ↑

ilişkisi vardır.

Bunun tersi karakteristik gösteren NTC termistörlerde ise genel olarak:

Sıcaklık ↑ → Direnç ↓

davranışı görülür.

PTC ve NTC sensörlerin birlikte bulunduğu ürün grubunu PTC / NTC sıcaklık sensörleri bölümümüzde inceleyebilirsiniz.

PTC termistör nasıl çalışır?

Motor koruması ve limit sıcaklık algılamasında kullanılan klasik PTC termistörlerin önemli bir bölümü baryum titanat (BaTiO₃) esaslı yarı iletken seramiklerden üretilir.

Malzemenin kristal ve tane sınırı yapısı sıcaklıkla değiştiğinde elektriksel iletim mekanizması da değişir. Belirli bir sıcaklık bölgesine kadar direnç nispeten düşük ve yatay seyredebilir; kritik bölgeye yaklaşıldığında ise direnç çok hızlı yükselir.

Bu keskin değişim sayesinde PTC, hassas bir analog termometreden ziyade birçok uygulamada “sıcaklık sınırı aşıldı mı?” sorusuna çok güçlü bir elektriksel cevap verir.

PTC direnci sıcaklıkla doğrusal mı artar?

Genellikle hayır. Özellikle seramik switching PTC'lerin direnç–sıcaklık karakteristiği doğrusal değildir.

Oda sıcaklığı ile kritik sıcaklık bölgesi arasında direnç çok az değişebilir, hatta bazı PTC malzemelerinde önce hafif düşüş görülebilir. Eşik bölgesinden sonra direnç birkaç derece içerisinde çok hızlı şekilde yükselebilir.

Bu nedenle eski sayfadaki gibi PTC'yi sıcaklıkla doğrusal yükselen düz bir çizgi olarak göstermek teknik açıdan doğru değildir.

PTC ve NTC direnç–sıcaklık davranışı

PTC'nin switching temperature veya eşik sıcaklığı nedir?

Seramik PTC'lerde belirli sıcaklık bölgesinden sonra direncin keskin yükselişi sensörün en önemli özelliğidir.

Üretici dokümanlarında bu bölge için switching temperature, sensing temperature, reference temperature veya Curie temperature gibi ifadeler görülebilir.

Bu terimlerin kesin tanımı üretici ve standarda göre değişebildiği için yalnız isimden yola çıkarak aynı sıcaklık noktası oldukları varsayılmamalıdır. Sensör seçerken veri sayfasındaki direnç–sıcaklık eğrisi ve üreticinin tanımı kullanılmalıdır.

PTC hassas sıcaklık ölçmek için mi kullanılır?

Bazı PTC sensörler sıcaklık ölçümü için kullanılabilse de klasik seramik switching PTC'nin güçlü olduğu alan çoğu zaman kesin sıcaklık değerini sürekli ölçmekten ziyade belirli bir sıcaklık sınırının aşıldığını algılamaktır.

Örneğin bir motor sargısında önemli bilgi “motor 112,3 °C mi yoksa 113,1 °C mi?” değil, tasarlanan koruma sıcaklığının aşılıp aşılmadığı olabilir.

Daha sürekli ve hassas sıcaklık ölçümü gereken uygulamalarda Pt100, Pt1000, NTC veya uygun bir termokupl daha doğru seçim olabilir.

PTC ile Pt100 aynı şey midir?

Hayır. Her ikisinin direnci sıcaklık arttıkça yükselebilir; ancak çalışma karakteristikleri ve kullanım amaçları farklıdır.

Pt100, 0 °C'de nominal 100 Ω olan platin RTD'dir ve sıcaklık–direnç karakteristiği IEC 60751 kapsamında hassas sıcaklık ölçümü için tanımlanmıştır.

Seramik PTC ise çoğu uygulamada eşik sıcaklığı civarında çok keskin direnç artışı oluşturur. Bu nedenle motor veya elektronik korumasında bir tür sıcaklık “anahtarlama işareti” gibi kullanılabilir.

Pt100 = sıcaklığın sayısal olarak ölçülmesi
Switching PTC = kritik sıcaklığın aşıldığının güçlü şekilde algılanması

şeklindeki ayrım birçok endüstriyel uygulamada iyi bir başlangıçtır.

PTC ile NTC arasındaki fark nedir?

NTC ve PTC termistörler sıcaklığa bağlı direnç elemanlarıdır; ancak dirençlerinin sıcaklıkla değişim yönü farklıdır.

PTC: sıcaklık yükseldikçe direnç genel olarak artar.
NTC: sıcaklık yükseldikçe direnç azalır.

NTC'nin direnç–sıcaklık eğrisi çoğunlukla geniş bir sıcaklık bölgesinde sürekli değiştiği için elektronik sıcaklık ölçümünde yaygın kullanılır.

Switching PTC ise belirli bir eşik civarında çok keskin yükseliş sağlayabildiğinden aşırı sıcaklık algılama ve koruma işlerinde avantaj sağlar.

PTC motor korumasında nasıl kullanılır?

PTC'nin en önemli endüstriyel uygulamalarından biri elektrik motoru sargı sıcaklığı korumasıdır.

PTC sensör motorun sargısına veya sıcaklığın kritik olduğu bölgeye mümkün olduğunca iyi termal temas sağlayacak şekilde yerleştirilir.

Normal çalışma sırasında sensörün direnci görece düşük seviyededir. Motor sıcaklığı sensörün tanımlı switching bölgesine ulaştığında direnç hızlı biçimde yükselir.

Bir PTC motor koruma rölesi veya elektronik giriş bu yükselişi algılar ve sistem:

alarm verebilir
motoru durdurabilir
kontaktörü açabilir
VFD üzerinde termal trip oluşturabilir

veya PLC'ye koruma bilgisi gönderebilir.

PTC sensör motoru fiziksel olarak soğutmaz. Motorun aşırı sıcaklığını algılayıp koruma sisteminin devreye girmesini sağlar.

Neden üç motor sargısında birden PTC kullanılabilir?

Üç fazlı motorlarda yalnız bir noktadaki sıcaklığı ölçmek bütün sargıların durumunu temsil etmeyebilir.

Bu nedenle motor korumasında farklı fazlara yerleştirilen üç PTC sensör seri bağlanabilir. Sensörlerden herhangi biri kritik sıcaklığa ulaştığında toplam seri direnç hızla yükselir ve koruma rölesi trip komutu verebilir.

TDK/EPCOS motor koruma PTC'lerinde bu amaçla tekli ve üçlü sensör yapıları bulunmaktadır ve endüstride DIN 44081 / DIN 44082 tip uygulamalarla karşılaşılır.

PTC bir evaporatörü veya soğutucuyu nasıl kontrol eder?

PTC sensörün direncinin artması tek başına evaporatörün sıcaklığını düşürmez.

Sensörün direnç değişimi bir elektronik kontrol devresi tarafından okunur; daha sonra soğutma kontrol sistemi kompresör, fan, valf veya başka bir aktüatörü devreye alır.

Dolayısıyla sistem zinciri:

PTC sensör → ölçüm / eşik devresi → kontrolör → aktüatör

şeklindedir.

PTC kendinden regülasyonlu ısıtıcı olarak nasıl kullanılır?

Bazı seramik PTC elemanlar yalnız sıcaklık sensörü değil, doğrudan kendinden sınırlamalı ısıtıcı olarak tasarlanır.

Eleman soğukken direnci düşüktür ve üzerinden daha fazla akım akar. Akım PTC'yi ısıttıkça sıcaklık yükselir ve kritik bölgeye yaklaşınca direnç hızla artar.

Direnç yükseldiğinde akım ve dolayısıyla elektriksel ısıtma gücü azalır. Böylece eleman doğal olarak belirli bir çalışma bölgesi çevresinde kendini sınırlar.

Bu prensip küçük ısıtıcılar, otomotiv yardımcı ısıtıcıları ve çeşitli elektronik/ev tipi uygulamalarda kullanılabilir.

PTC aşırı akım korumasında nasıl çalışır?

PTC üzerinden aşırı akım geçtiğinde elemanın kendi I²R kaybı nedeniyle sıcaklığı yükselir.

Sıcaklık switching bölgesine ulaştığında direnç çok hızlı artar ve devreden geçen akım ciddi biçimde sınırlanabilir.

Bu özellik bazı PTC'lerin aşırı akım, kısa devre ve başlangıç akımı kontrolü uygulamalarında kullanılmasını sağlar.

Ancak sıcaklık sensörü PTC ile akım sınırlama PTC'si aynı ürün olmayabilir; her eleman kendi veri sayfasındaki amaç için kullanılmalıdır.

Seramik PTC ile polimer PTC aynı şey midir?

Hayır. İkisinde de pozitif sıcaklık katsayısı bulunabilir, fakat yapı ve uygulama farklıdır.

Seramik PTC: çoğunlukla baryum titanat esaslı yarı iletken seramiktir. Sıcaklık algılama, motor koruma, akım sınırlama ve kendinden regülasyonlu ısıtıcı uygulamalarında kullanılabilir.

Polymer PTC / PPTC: iletken parçacıklar içeren polimer yapıdır ve yaygın olarak resetlenebilir aşırı akım koruma elemanı şeklinde kullanılır.

PPTC elemanı genel olarak hassas proses sıcaklığı ölçmek için kullanılan klasik bir sıcaklık sensörü değildir.

“PTC'ler genellikle polimerden yapılır” doğru mudur?

Hayır. Eski metindeki bu ifade fazla genelleyiciydi.

Motor sıcaklık koruması ve switching-temperature algılama için kullanılan klasik PTC termistörlerin çok büyük bir bölümü seramiktir. IEC 60738-1 de pozitif step-function sıcaklık katsayılı termistörleri tipik olarak ferroelektrik yarı iletken malzemeler kapsamında ele alır.

Polimerik PTC ise ayrı bir ürün ailesidir ve özellikle resetlenebilir aşırı akım korumasıyla ilişkilidir.

Thin-film PTC ayrı bir çalışma prensibi midir?

“Thin film”, “SMD”, “disk”, “prob” veya “leaded” ifadeleri her zaman temel termoelektrik mekanizmayı tanımlamaz; çoğu zaman üretim veya paketleme yapısını ifade eder.

Örneğin Murata ve TDK gibi üreticiler SMD seramik PTC'leri aşırı sıcaklık algılama amacıyla üretmektedir.

Bu nedenle PTC'leri yalnız “polimer, seramik, thin film, metal” şeklinde dört eşit çalışma prensibine ayırmak teknik açıdan doğru değildir.

Metal sıcaklık sensörleri PTC midir?

Platin ve bazı metallerin direnci sıcaklık arttıkça yükseldiği için fiziksel anlamda pozitif sıcaklık katsayısı gösterirler.

Ancak endüstriyel terminolojide Pt100 gibi sensörler genellikle RTD olarak sınıflandırılır; “PTC termistör” dendiğinde çoğunlukla yarı iletken termistör ailesi anlaşılır.

Bu ayrım özellikle PLC ve kontrol cihazı giriş tipi seçerken önemlidir. Pt100 girişi ile PTC motor koruma girişi aynı şey değildir.

PTC doğrudan PLC'ye bağlanabilir mi?

PLC'nin giriş yapısına bağlıdır.

PTC'yi sıradan 24 V dijital girişe doğrudan bağlamak genellikle doğru çözüm değildir. PLC'nin ya özel PTC/termistör girişine sahip olması ya da arada uygun ölçüm ve eşik devresi bulunması gerekir.

Motor korumasında yaygın çözüm:

PTC → PTC koruma rölesi → PLC / kontaktör / VFD

zinciridir.

Sıcaklığı sayısal olarak okumak gerekiyorsa sensör karakteristiğine uygun elektronik devre veya sıcaklık sensörü çeviricisi kullanılabilir.

PTC bir analog girişe bağlanabilir mi?

PTC doğrudan bir gerilim kaynağı üretmez; bir direnç elemanıdır.

Bu nedenle standart analog giriş ile kullanılacaksa önce PTC direncinin bir gerilim, akım veya dijital bilgiye dönüştürülmesi gerekir.

Uygun transmitter veya elektronik ara devre ile sıcaklık/koruma bilgisi 4–20 mA veya 0–10 V biçiminde kontrol sistemine aktarılabilir.

PTC'de self-heating — öz ısınma nedir?

Bir direnç elemanından akım geçirildiğinde:

P = I²R

kadar elektriksel güç ısıya dönüşür.

PTC bir sıcaklık sensörü olarak kullanılıyorsa ölçüm akımı gereğinden büyük seçildiğinde eleman kendi kendini ısıtabilir ve algılamak istediğiniz gerçek ortam sıcaklığından daha sıcak hale gelebilir.

Akım sınırlama veya PTC ısıtıcı uygulamalarında ise bu self-heating davranışı sistemin çalışmasının bilinçli bir parçasıdır.

PTC sensör multimetreyle kontrol edilir mi?

Temel kontrol yapılabilir. Oda sıcaklığındaki sensörün direnci ölçülüp veri sayfasındaki beklenen değerle karşılaştırılabilir.

Sensör kontrollü biçimde ısıtıldığında switching sıcaklığına yaklaşırken dirençte belirgin yükseliş görülmesi beklenir.

Ancak yalnız oda sıcaklığında “direnç var” görmek sensörün doğru eşik sıcaklığında trip verdiğini kanıtlamaz.

Motor koruması gibi kritik uygulamalarda sensör ile koruma rölesinin birlikte test edilmesi daha anlamlıdır.

PTC arızaları nelerdir?

Sahada karşılaşılabilecek sorunlar arasında:

sensörün açık devre olması
kabloda kopukluk
kısa devre
yanlış PTC eşik sıcaklığı seçimi
sensörün sıcak noktaya iyi temas etmemesi
uyumsuz PTC rölesi veya elektronik giriş
yüksek ölçüm akımı nedeniyle self-heating
yanlış seri/paralel bağlantı

bulunabilir.

PTC için hangi standartlar kullanılır?

IEC 60738-1:2022, doğrudan ısıtılan pozitif step-function sıcaklık katsayılı termistörler için genel terimleri ve test yöntemlerini tanımlayan güncel IEC standardıdır.

Motor koruma PTC'lerinde ayrıca DIN 44081 ve DIN 44082 gibi standartlarla karşılaşılabilir.

Ancak bir sensör seçerken yalnız “PTC” veya standardın adı yeterli değildir. Asıl kontrol edilmesi gerekenler:

sensing / switching sıcaklığı
R/T karakteristiği
nominal direnç
izin verilen ölçüm gerilimi ve akımı
maksimum çalışma sıcaklığı
izolasyon ve mekanik yapı
uyumlu röle veya elektronik giriş

bilgileridir.

PTC sensör seçerken nelere dikkat edilmeli?

Doğru PTC sensör seçiminde en azından:

uygulamanın sıcaklık algılama mı, aşırı akım koruması mı yoksa ısıtma mı olduğu
istenen switching sıcaklığı
normal ortam sıcaklığı
sensörün nominal direnci
R/T eğrisi
ölçüm akımı
sensörün mekanik boyutu
kablo ve izolasyon tipi
PLC, VFD veya koruma rölesiyle uyumluluk

belirlenmelidir.

PTC'nin avantajları nelerdir?

Doğru uygulamada PTC:

belirli sıcaklık sınırını çok belirgin biçimde algılayabilir
basit koruma devreleriyle kullanılabilir
motor sargısına gömülebilecek küçük yapılarda üretilebilir
birden fazla sensör seri bağlanarak çok noktalı koruma sağlayabilir
bazı tiplerde kendinden regülasyonlu ısıtma veya resetlenebilir koruma sağlayabilir

PTC'nin sınırlamaları nelerdir?

Başlıca sınırlamalar:

birçok seramik PTC'nin sıcaklık–direnç eğrisinin doğrusal olmaması
hassas sürekli sıcaklık ölçümü için her zaman uygun olmaması
ürüne özgü switching sıcaklığı ve R/T eğrisi gerektirmesi
self-heating etkisinin dikkate alınması
standart PLC analog girişine çoğu zaman doğrudan bağlanamaması

olarak özetlenebilir.

Sonuç

PTC termistör, sıcaklık yükseldikçe direnci artan sıcaklığa duyarlı bir direnç elemanıdır; ancak bütün PTC'lerin doğrusal sıcaklık sensörü olduğunu düşünmek doğru değildir.

Endüstride motor ve elektronik korumasında kullanılan yaygın seramik PTC'ler, çoğunlukla baryum titanat esaslı yapılardır ve tanımlanmış bir sıcaklık bölgesinde dirençleri çok keskin şekilde artar.

Bu özellik sayesinde PTC, özellikle motor sargısı aşırı sıcaklık koruması, limit sıcaklık algılama, aşırı akım sınırlama ve kendinden regülasyonlu ısıtıcı uygulamalarında güçlü bir çözümdür.

Buna karşılık hassas proses sıcaklığı ölçülecekse PTC'nin gerçek R/T karakteristiği mutlaka incelenmeli; gerekiyorsa Pt100, Pt1000, NTC veya termokupl gibi alternatif sıcaklık sensörleri değerlendirilmelidir.

İlgili PTC, NTC ve sıcaklık ölçüm konuları

+ PTC / NTC Sensörler · PTC Sensörler · NTC Sensörler

+ Pt100 Sensörleri · Pt1000 Nedir? · Termokupl Nedir?

+ Tüm Isı Sensörleri · Sıcaklık Sensörü Çeviricileri

+ Isı Kontrol Cihazları · Soğutma Kontrol Cihazları · PLC Sistemleri

+ VFD / Hız Kontrol Cihazları · Kontaktörler

+ Analog Giriş ve Çıkışlar · 0–10 V / 4–20 mA