¿Qué es un termistor?

¿Qué es un termistor?

Definición de Termistor

Un termistor (o resistor térmico) se define como un resistor cuya resistencia eléctrica varía significativamente con los cambios en la temperatura.

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

Aunque los termistores no son efectivos en temperaturas extremas, son sensores preferidos para muchas aplicaciones.

Los termistores son ideales cuando se requiere una lectura precisa de la temperatura. El símbolo del 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 diferentes entornos líquidos y de aire ambiente. Algunos de los usos más comunes de los termistores incluyen:

• Termómetros digitales (termostatos)

• Aplicaciones automotrices (para medir las temperaturas de aceite y refrigerante en coches y camiones)

• Electrodomésticos (como microondas, neveras y hornos)

• Protección de circuitos (por ejemplo, protección contra sobretensiones)

• Baterías recargables (asegurar que se mantenga la temperatura correcta de la batería)

• Para medir la conductividad térmica de materiales eléctricos

• Útiles en muchos circuitos electrónicos básicos (por ejemplo, como parte de un kit de inicio de Arduino para principiantes)

• Compensación de temperatura (es decir, mantener la resistencia para compensar los efectos causados por los cambios de temperatura en otra parte del circuito)

• Utilizados en circuitos de puente de Wheatstone

Principio de Funcionamiento

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

Al entender cómo los cambios de temperatura afectan la resistencia de un termistor, podemos medir su resistencia para determinar la 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 es no lineal. A continuación se muestra un gráfico típico de un 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.

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 intersecta con el gráfico, podemos derivar así la temperatura del termistor.

Tipos de Termistores

Existen dos tipos de termistores:

• Termistor de Coeficiente de Temperatura Negativo (NTC)

• Termistor de Coeficiente de Temperatura Positivo (PTC)

Termistor NTC

En un termistor NTC, la resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura, y viceversa. Esta relación inversa hace que los termistores NTC sean el tipo más común.

La relación entre la resistencia y la temperatura en un termistor NTC está gobernada por la siguiente expresión:

• 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 25°C)

• β es una constante, cuyo 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, lo que aumenta la sensibilidad (y, por lo tanto, la precisión) del termistor.

A partir de la ecuación, podemos determinar el coeficiente de resistencia-temperatura, que indica la sensibilidad del termistor.

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

Si β = 4000 K y T = 298 K, entonces αT = –0,0045/oK. Esto es mucho mayor que la sensibilidad de un RTD de platino. Esto permitiría medir los cambios muy pequeños en la temperatura.

Sin embargo, ahora están disponibles formas alternativas de termistores altamente dopados (a un costo elevado) 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 pequeño rango de temperatura, y, por lo tanto, el termistor es 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 también aumenta.

Y cuando la temperatura disminuye, la resistencia también 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. Similar a la función de los fusibles, los termistores PTC pueden actuar como dispositivos limitadores de corriente.

Cuando la corriente pasa a través de un dispositivo, causará un pequeño calentamiento resistivo. Si la corriente es lo suficientemente grande para generar más calor del que el dispositivo puede perder a su entorno, entonces el dispositivo se calentará.

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

Características de los Termistores

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

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

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

• β = constante dependiendo del material del transductor (por ejemplo, un transductor de oscilador)

Podemos ver en la ecuación anterior que la relación entre la temperatura y la resistencia es altamente no lineal. Un termistor NTC estándar generalmente exhibe un coeficiente de resistencia-temperatura negativo de aproximadamente 0,05/^oC.

Construcción de los Termistores

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

Se forman pequeñas gotas de esta pasta sobre los cables de conexión. Para secar, hay que ponerla en un horno de sinterización.

Durante este proceso, la pasta se contraerá sobre los cables de conexión para hacer una conexión eléctrica.

Este óxido metálico procesado se sella poniendo una capa de vidrio sobre él. Esta capa de vidrio le da al termistor una propiedad impermeable, ayudando a mejorar su estabilidad.

Existen diferentes formas y tamaños de termistores disponibles en el mercado. Los termistores más pequeños están en forma de cuentas con un diámetro de 0,15 milímetros a 1,5 milímetros.

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