Termistor: Definición, usos y cómo funcionan

Contenido

• ¿Qué es un termistor?
• Usos de los termistores
• ¿Cómo funciona un termistor?
• Tipos de termistores
  • Termistor NTC
  • Termistor PTC
• Características del termistor
• Construcción del termistor
• Termistor vs. Termopar
• Termistor vs RTD

¿Qué es un termistor?

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

Los termistores actúan como componente pasivo en un circuito. Son una forma precisa, barata y robusta de medir la temperatura. Aunque no funcionan bien en temperaturas extremadamente calientes o frías, son el sensor elegido para muchas aplicaciones diferentes. Son ideales cuando se requiere una lectura precisa de la temperatura. El símbolo de circuito para un termistor se muestra a continuación:

Usos de los termistores

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

• Termómetros digitales (termostatos)
• Aplicaciones automovilísticas (para medir las temperaturas del aceite y el refrigerante en coches y camiones)
• Aparatos domésticos (como microondas, frigoríficos y hornos)
• La protección del circuito (es decir. protección contra sobrecargas de tensión)
• Recargable baterías (asegúrese de que se mantenga 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 una kit de inicio de Arduino para principiantes)
• Compensación de la temperatura (es decir, mantener la resistencia para compensar los efectos causados por los cambios de temperatura en otra parte del circuito)
• Usado en puente de piedra de trigo circuitos

¿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 ohmmetro. Si conocemos la relación exacta entre cómo los cambios de temperatura afectarán a la resistencia del termistor, entonces midiendo 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 típico de un termistor:

Si tuviéramos un termistor con el gráfico de temperatura anterior, podríamos simplemente alinear la resistencia medida por el ohmiómetro con la temperatura indicada en el gráfico. Dibujando una línea horizontal a través de la resistencia en el eje y, y dibujando una línea vertical hacia abajo desde donde esta línea horizontal se cruza con el gráfico, podemos por lo tanto derivar la temperatura del termistor.

Tipos de termistores

Hay dos tipos de termistores:

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

Termistor NTC

En un termistor NTC, cuando la temperatura aumenta, la resistencia disminuye. Y cuando la temperatura disminuye, la resistencia aumenta. Por lo tanto, en un termistor NTC la temperatura y la resistencia son inversamente proporcionales. Estos son los tipos más comunes de themistor.

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

Dónde:

• RT es la resistencia a la temperatura T (K)
• R0 es la resistencia a la temperatura T0 (K)
• T0 es la temperatura de referencia (normalmente 25oC)
• es una constante, su valor depende de las características del material. El valor nominal se toma como 4000.

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

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

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

Si = 4000 K y T = 298 K, entonces elT = 0.0045/oK. Esto es mucho más alto que la sensibilidad del RTD de platino. Esto sería capaz de medir los muy pequeños cambios en la temperatura.

Sin embargo, ahora existen 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 ni siquiera en un pequeño rango de temperaturas, y por lo tanto los termistores son muy definitivamente un sensor no lineal.

Termistor PTC

Un termistor PTC tiene la relación inversa entre la temperatura y la resistencia. Cuando la temperatura aumenta, la resistencia aumenta. 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 NTC, se utilizan frecuentemente como una forma de protección de circuitos. De forma similar a la función de los fusibles, los termistores PTC pueden actuar como limitación de la corriente dispositivo.

Cuando actual pasa a través de un dispositivo que causará una pequeña cantidad de calentamiento resistivo. Si la corriente es lo suficientemente grande como para generar más calor del que el dispositivo puede perder a su alrededor, entonces el dispositivo se calienta. En un termistor PTC, este calentamiento también causará que su resistencia aumente. Esto crea un efecto de auto-refuerzo que impulsa la resistencia hacia arriba, limitando así la corriente. De esta manera, actúa como un dispositivo limitador de corriente que protege el circuito.

Características del termistor

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

Dónde:

• R1 = resistencia del termistor a la temperatura absoluta T1[oK]
• R2 = resistencia del termistor a la temperatura T2 [oK]
• = constante dependiendo del material de la transductor

Podemos ver en la ecuación anterior que la relación entre la temperatura y la resistencia es altamente no lineal. Un termistor NTC estándar suele mostrar un coeficiente de temperatura de resistencia térmica negativa de alrededor de 0,05/oC.

Construcción del termistor

Para hacer un termistor, dos o más polvos semiconductores hechos de óxidos metálicos se mezclan con un aglutinante para formar una mezcla. Se forman pequeñas gotas de esta lechada sobre los cables de plomo. Para el secado, tenemos que ponerlo en un horno de sinterización. Durante este proceso, esa pasta se encogerá sobre los cables de plomo para hacer una conexión eléctrica. Este óxido metálico procesado se sella poniendo una capa de vidrio sobre él. Este revestimiento de vidrio le da una propiedad impermeable a los termistores ayudando a mejorar su estabilidad.

Hay diferentes formas y tamaños de termistores disponibles en el mercado. Los termistores más pequeños tienen la forma de cuentas con un diámetro de 0,15 milímetros a 1,5 milímetros. Los termistores también pueden tener la forma de discos y arandelas hechas al presionar el material del termistor bajo alta presión en formas cilíndricas planas con un diámetro de 3 milímetros a 25 milímetros.

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

Los termistores están disponibles en diferentes modelos: tipo de cuenta, tipo de barra, tipo de 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 que funcionan en vainas es pequeña, aunque la reducción de tamaño también disminuye su capacidad de disipación de calor y por lo tanto hace que el efecto de autocalentamiento sea mayor. Este efecto puede dañar permanentemente el termistor.

Para evitarlo, los termistores tienen que funcionar a niveles bajos de corriente eléctrica en comparación con los termómetro de resistencia, lo que da lugar a una menor sensibilidad de medición.

Termistor vs. Termopar

Las principales diferencias entre un termistor y un termopar son:

Termistores:

• Un rango más estrecho de detección (55 a +150oC, 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 exponencial de la resistencia con el aumento de la temperatura
• Es bueno para detectar pequeños cambios en la temperatura (es difícil usar un termistor con precisión y con una alta resolución sobre más de un 50oC).
• El circuito de detección es simple y no necesita amplificación y es muy simple…
• La precisión es generalmente difícil de conseguir mejor que 1oC sin calibración

Termopares:

• Tienen un amplio rango de detección de temperatura (Tipo T = -200-350oC; Tipo J = 95-760C; Tipo K = 95-1260C; otros tipos van a temperaturas aún más altas)
• Puede ser muy preciso
• Parámetro de detección = voltaje generado por las uniones a diferentes temperaturas
• El voltaje de los termopares es relativamente bajo
• Lineal relación 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 que depende de la temperatura.

La principal diferencia entre los dos es el tipo de material del que están hechos. Los termistores están comúnmente hechos con materiales cerámicos o polímeros 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 de rango de temperatura. Los RTDs 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.