Què és un termistor?

Què és un termistor?

Definició de termistor

Un termistor (o resistor tèrmic) es defineix com un resistor la resistència elèctrica del qual varia significativament amb els canvis de temperatura.

Els termistors actuen com a component passiu en un circuit. Són una manera precisa, barata i robusta de mesurar la temperatura.

Encara que els termistors no són efectius en temperatures extrems, són els sensors preferits per moltes aplicacions.

Els termistors són ideals quan es necessita una lectura precisa de la temperatura. El símbol de circuit d'un termistor es mostra a continuació:

Usos dels termistors

Els termistors tenen una gran varietat d'aplicacions. Es fan servir ampliament com a manera de mesurar la temperatura com a termòmetres de termistor en molts diferents entorns líquids i d'aire ambient. Algunes de les utilitzacions més comunes dels termistors inclouen:

• Termòmetres digitals (termostats)

• Aplicacions automotrius (per mesurar les temperatures de l'oli i el refrigerant en cotxes i camions)

• Electrodomèstics (com microones, frigorífics i forn)

• Protecció de circuits (p. ex. protecció contra sobrecàrregues)

• Bateries recarregables (per assegurar-se que es manté la temperatura correcta de la bateria)

• Per mesurar la conductivitat tèrmica dels materials elèctrics

• Útils en molts circuits electrònics bàsics (p. ex. com a part d'un kit d'inici d'Arduino per principiants)

• Compensació de temperatura (p. ex. mantenir la resistència per compensar els efectes causats pels canvis de temperatura en una altra part del circuit)

• Utilitzats en circuits de pont de Wheatstone

Principi de funcionament

El principi de funcionament d'un termistor és que la seva resistència depèn de la seva temperatura. Podem mesurar la resistència d'un termistor utilitzant un ohmmetre.

Entenent com els canvis de temperatura afecten la resistència d'un termistor, podem mesurar la seva resistència per determinar la temperatura.

Quant canvia la resistència depèn del tipus de material utilitzat en el termistor. La relació entre la temperatura d'un termistor i la seva resistència no és lineal. Un gràfic típic de termistor es mostra a continuació:

Si tinguéssim un termistor amb el gràfic de temperatura anterior, simplement podríem alinejar la resistència mesurada pel ohmmetre amb la temperatura indicada en el gràfic.

Traçant una línia horitzontal des de la resistència en l'eix Y, i traçant una línia vertical des de on aquesta línia horitzontal interseca el gràfic, podem deduir la temperatura del termistor.

Tipus de termistors

Hi ha dos tipus de termistors:

• Termistor de Coeficient de Temperatura Negatiu (NTC)

• Termistor de Coeficient de Temperatura Positiu (PTC)

Termistor NTC

En un termistor NTC, la resistència disminueix quan la temperatura augmenta, i viceversa. Aquesta relació inversa fa que els termistors NTC siguin el tipus més comú.

La relació entre la resistència i la temperatura en un termistor NTC està governada per la següent expressió:

• RT és la resistència a la temperatura T (K)

• R0 és la resistència a la temperatura T0 (K)

• T0 és la temperatura de referència (normalment 25oC)

• β és una constant, el seu valor depèn de les característiques del material. El valor nominal es pren com a 4000.

Si el valor de β és alt, llavors la relació resistor-temperatura serà molt bona. Un valor més alt de β significa una major variació en la resistència per la mateixa elevació de temperatura - per tant, has augmentat la sensibilitat (i, per tant, la precisió) del termistor.

A partir de l'equació, podem determinar el coeficient de temperatura de la resistència, que indica la sensibilitat del termistor.

A dalt podem veure clarament que el αT té un signe negatiu. Aquest signe negatiu indica les característiques negatives de la resistència-temperatura del termistor NTC.

Si β = 4000 K i T = 298 K, llavors el αT = –0,0045/oK. Això és molt més alt que la sensibilitat de l'RTD de platí. Això podria mesurar els canvis molt petits en la temperatura.

No obstant això, ara hi ha disponibles formes alternatives de termistors molt dopats (a un cost elevat) que tenen un coeficient de temperatura positiu.

L'expressió (1) és tal que no és possible fer una aproximació lineal a la corba ni tan sols en un petit rang de temperatures, i per tant, el termistor és definitivament un sensor no lineal.

Termistor PTC

Un termistor PTC té la relació inversa entre la temperatura i la resistència. Quan la temperatura augmenta, la resistència augmenta.

I quan la temperatura disminueix, la resistència disminueix. Per tant, en un termistor PTC, la temperatura i la resistència són inversament proporcionals.

Encara que els termistors PTC no són tan comuns com els termistors NTC, es fan servir freqüentment com a forma de protecció de circuits. Similar a la funció de fusibles, els termistors PTC poden actuar com a dispositiu limitador de corrent.

Quan la corrent passa a través d'un dispositiu, provocarà una certa quantitat de càlida per resistència. Si la corrent és prou gran per generar més calor del que el dispositiu pot perdre al seu entorn, llavors el dispositiu es calenta.

En un termistor PTC, aquest calentament també farà que la seva resistència augmenti. Això crea un efecte autorreforçant que porta la resistència cap amunt, per tant, limitant la corrent. D'aquesta manera, actua com a dispositiu limitador de corrent - protegint el circuit.

Característiques dels termistors

La relació que regeix les característiques d'un termistor es dona a continuació:

• R1 = resistència del termistor a la temperatura absoluta T1[^oK]

• R2 = resistència del termistor a la temperatura T2 [^oK]

• β = constant que depèn del material del transductor (p. ex. un transductor oscil·latori)

Podem veure en l'equació anterior que la relació entre la temperatura i la resistència és altament no lineal. Un termistor NTC estàndard normalment presenta un coeficient de temperatura de resistència tèrmica negativa d'aproximadament 0,05/^oC.

Fabricació dels termistors

Per fabricar un termistor, es mesclen dues o més pols de òxids metàl·lics amb un aglutinant per formar una pasta.

S'formen petites gotes d'aquesta pasta sobre els fils de connexió. Per a secar, hem de col·locar-ho en un forno de sinterització.

Durant aquest procés, la pasta es reduirà sobre els fils de connexió per fer una connexió elèctrica.

Aquest òxid metàl·lic processat es tanca posant-li una cobertura de vidre. Aquesta cobertura de vidre dóna una propietat impermeable als termistors - ajudant a millorar la seva estabilitat.

Hi ha diferents formes i mides de termistors disponibles al mercat. Els termistors més petits són en forma de beads (perles