Termistor: definición, usos y cómo funcionan

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¿Qué es un termistor?

¿Qué es un termistor?

Un termistor (o resistencia térmica ) se define como un tipo de resistencia cuya resistencia eléctrica varía con los cambios de temperatura. Aunque la resistencia de todas las resistencias fluctuará ligeramente con la temperatura, un termistor es particularmente sensible a los cambios de temperatura.

Los termistores actúan como un componente pasivo en un circuito. Son una forma precisa, económica y robusta de medir la temperatura.

Si bien los termistores no funcionan bien en temperaturas extremadamente calientes o frías, son el sensor de elección para muchas aplicaciones diferentes.

Los termistores son ideales cuando se requiere una lectura de temperatura precisa. El símbolo del circuito de un termistor se muestra a continuación:

Símbolo del termistor

Usos de termistores

Los termistores tienen una variedad de aplicaciones. Se utilizan ampliamente como una forma de medir la temperatura como un termómetro termistor en muchos entornos de aire líquido y ambiente diferentes. Algunos de los usos más comunes de los termistores incluyen:

  • Termómetros digitales (termostatos)
  • Aplicaciones automotrices (para medir la temperatura del aceite y del refrigerante en automóviles y camiones)
  • Electrodomésticos (como microondas, refrigeradores y hornos)
  • Protección de circuito (es decir, protección contra sobretensiones )
  • Baterías recargables (asegúrese de mantener la temperatura correcta de la batería)
  • Para medir la conductividad térmica de materiales eléctricos.
  • Útil en muchos circuitos electrónicos básicos (por ejemplo, como parte de un kit de inicio Arduino para principiantes )
  • Compensación de temperatura (es decir, mantener la resistencia para compensar los efectos causados ​​por cambios de temperatura en otra parte del circuito)
  • Utilizado en circuitos de puente de Wheatstone

¿Cómo funciona un termistor?

El principio de funcionamiento de un termistor es que su resistencia depende de su temperatura. Podemos medir la resistencia de un termistor usando un ohmímetro .

Si conocemos la relación exacta entre cómo los cambios en la temperatura afectarán la resistencia del termistor, entonces al medir la resistencia del termistor podemos derivar su temperatura.

Cuánto cambia la resistencia depende del tipo de material utilizado en el termistor. La relación entre la temperatura y la resistencia de un termistor no es lineal. A continuación se muestra un gráfico de termistor típico:

Gráfico de termistor

Si tuviéramos un termistor con el gráfico de temperatura anterior, simplemente podríamos alinear la resistencia medida por el ohmímetro con la temperatura indicada en el gráfico.

Al trazar una línea horizontal a través de la resistencia en el eje y, y trazar una línea vertical hacia abajo desde donde esta línea horizontal se cruza con el gráfico, podemos derivar la temperatura del termistor.

Tipos de termistor

Hay dos tipos de termistores:

  • Termistor de coeficiente de temperatura negativo (NTC)
  • Termistor de coeficiente de temperatura positivo (PTC)

Termistor NTC

En un termistor NTC, cuando la temperatura aumenta, la resistencia disminuye. Y cuando la temperatura baja, aumenta la resistencia. Por lo tanto, en un termistor NTC, la temperatura y la resistencia son inversamente proporcionales. Estos son el tipo más común deel resistor.

La relación entre la resistencia y la temperatura en un termistor NTC se rige por la siguiente expresión:

Ecuación 1 del termistor NTC

Dónde:

  • R T es la resistencia a la temperatura T (K)
  • R 0 es la resistencia a la temperatura T 0 (K)
  • T 0 es la temperatura de referencia (normalmente 25 o C)
  • β es una constante, su valor depende de las características del material. El valor nominal se toma como 4000.

Si el valor de β es alto, entonces la relación resistencia-temperatura será muy buena. Un valor más alto de β significa una mayor variación en la resistencia para el mismo aumento de temperatura; por lo tanto, ha aumentado la sensibilidad (y, por lo tanto, la precisión) del termistor.

De la expresión (1), podemos obtener el coeficiente de temperatura de resistencia. Esto no es más que la expresión de la sensibilidad del termistor.

Ecuación 2 del termistor NTC

Arriba podemos ver claramente que el αT tiene un signo negativo. Este signo negativo indica las características negativas de temperatura de resistencia del termistor NTC.

Si β = 4000 K y T = 298 K, entonces α T = –0,0045 / o K. Esto es mucho más alto que la sensibilidad del RTD de platino. Esto podría medir los cambios muy pequeños en la temperatura.

Sin embargo, ahora se encuentran disponibles formas alternativas de termistores fuertemente dopados (a un alto costo) que tienen un coeficiente de temperatura positivo.

La expresión (1) es tal que no es posible hacer una aproximación lineal a la curva incluso en un rango de temperatura pequeño y, por lo tanto, los termistores son definitivamente un sensor no lineal.

Termistor PTC

Un termistor PTC tiene la relación inversa entre temperatura y resistencia. Cuando aumenta la temperatura, aumenta la resistencia.

Y cuando la temperatura disminuye, la resistencia disminuye. Por lo tanto, en un termistor PTC, la temperatura y la resistencia son inversamente proporcionales.

Aunque los termistores PTC no son tan comunes como los termistores NTC, se utilizan con frecuencia como una forma de protección de circuitos. Similar a la función de los fusibles, los termistores PTC pueden actuar comolimitacion actual dispositivo.

Cuando la corriente pasa a través de un dispositivo, provocará una pequeña cantidad de calentamiento resistivo. Si la corriente es lo suficientemente grande como para generar más calor del que el dispositivo puede perder en su entorno, entonces el dispositivo se calienta.

En un termistor PTC, este calentamiento también hará que su resistencia aumente. Esto crea un efecto de autorrefuerzo que impulsa la resistencia hacia arriba, limitando así la corriente. De esta manera, actúa como un dispositivo limitador de corriente, protegiendo el circuito.

Características del termistor

La relación que rige las características de un termistor se da a continuación como:

Relación entre temperatura y resistencia

Dónde:

  • R 1 = resistencia del termistor a temperatura absoluta T 1 [ o K]
  • R 2 = resistencia del termistor a la temperatura T 2 [ o K]
  • β = constante dependiendo del material del transductor (por ejemplo, un transductor de oscilador )

Podemos ver en la ecuación anterior que la relación entre temperatura y resistencia es altamente no lineal. Un termistor NTC estándar generalmente exhibe un coeficiente de temperatura de resistencia térmica negativo de aproximadamente 0.05 / o C.

Construcción del termistor

Para hacer un termistor, se mezclan dos o más polvos semiconductores hechos de óxidos metálicos con un aglutinante para formar una suspensión.

Se forman pequeñas gotas de esta lechada sobre los cables conductores. Para el secado, tenemos que ponerlo en un horno de sinterización.

Durante este proceso, la lechada se encogerá sobre los cables conductores para hacer una conexión eléctrica.

Este óxido metálico procesado se sella poniéndole una capa de vidrio. Este revestimiento de vidrio confiere una propiedad impermeable a los termistores, lo que ayuda a mejorar su estabilidad.

Dos termistores de óxido de metal

Hay diferentes formas y tamaños de termistores disponibles en el mercado. Los termistores más pequeños tienen forma de perlas de un diámetro de 0,15 milímetros a 1,5 milímetros.

Los termistores también pueden estar en forma de discos y arandelas hechos presionando el material del termistor a alta presión en formas cilíndricas planas con un diámetro de 3 milímetros a 25 milímetros.

Diferentes tipos de sensores de temperatura
Tipos de sensores de temperatura

El tamaño típico de un termistor es de 0,125 mm a 1,5 mm. Los termistores disponibles comercialmente tienen valores nominales de 1K, 2K, 10K, 20K, 100K, etc. Este valor indica el valor de resistencia a una temperatura de 25 o C.

Los termistores están disponibles en diferentes modelos: tipo perla, tipo varilla, tipo disco, etc. Las principales ventajas de los termistores son su pequeño tamaño y su costo relativamente bajo.

Esta ventaja de tamaño significa que la constante de tiempo de los termistores operados en vainas es pequeña, aunque la reducción de tamaño también disminuye su capacidad de disipación de calor y, por lo tanto, aumenta el efecto de autocalentamiento. Este efecto puede dañar permanentemente el termistor.

Para evitar esto, los termistores deben funcionar a niveles bajos de corriente eléctrica en comparación con el termómetro de resistencia, lo que resulta en una menor sensibilidad de medición.

Termistor vs termopar

Las principales diferencias entre un termistor y un termopar son:

Termistores:

  • Un rango de detección más estrecho (55 a +150 o C, aunque esto varía según la marca)
  • Parámetro de detección = Resistencia
  • No lineal relación entre el parámetro de detección (resistencia) y la temperatura
  • Los termistores NTC tienen una disminución aproximadamente exponencial en la resistencia con el aumento de temperatura
  • Bueno para detectar pequeños cambios de temperatura (es difícil usar un termistor con precisión y alta resolución en un rango de más de 50 o C).
  • El circuito de detección es simple y no necesita amplificación y es muy simple
  • La precisión suele ser difícil de obtener mejor que 1 o C sin calibración

Termopares:

  • Tienen una amplia gama de sensores de temperatura (Tipo T = -200-350 o C; Tipo J = 95-760 ° C; Tipo K = 95-1260 ° C; otros tipos alcanzan temperaturas aún más altas)
  • Puede ser muy preciso
  • Parámetro de detección = voltaje generado por uniones a diferentes temperaturas
  • El voltaje del termopar es relativamente bajo
  • Tener una relación lineal entre el parámetro de detección (voltaje) y la temperatura.

Termistor vs RTD

Los detectores de temperatura de resistencia (también conocidos como sensores RTD ) son muy similares a los termistores. Tanto los RTD como los termistores tienen una resistencia variable según la temperatura.

La principal diferencia entre los dos es el tipo de material del que están hechos. Los termistores se fabrican comúnmente con materiales cerámicos o poliméricos, mientras que los RTD están hechos de metales puros. En términos de rendimiento, los termistores ganan en casi todos los aspectos.

Los termistores son más precisos, más baratos y tienen tiempos de respuesta más rápidos que los RTD. La única desventaja real de un termistor frente a un RTD es cuando se trata del rango de temperatura. Los RTD pueden medir la temperatura en un rango más amplio que un termistor.

Aparte de esto, no hay razón para usar un termistor sobre un RTD.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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