Que é un termistor?

Que é un termistor?

Definición de termistor

Un termistor (ou resistor térmico) defínese como un resistor cuxa resistencia eléctrica varía significativamente con cambios na temperatura.

Os termistores actúan como un componente pasivo nun circuito. Son unha forma precisa, barata e robusta de medir a temperatura.

Aínda que os termistores non son eficaces en temperaturas extremas, son sensores preferidos para moitas aplicacións.

Os termistores son ideais cando se require unha lectura de temperatura precisa. O símbolo de circuito para un termistor móstrase a continuación:

Usos dos termistores

Os termistores teñen varias aplicacións. Usanse amplamente como forma de medir a temperatura como termómetro termistor en moitos entornos líquidos e de aire ambiente. Algúns dos usos máis comúns dos termistores inclúen:

• Termómetros dixitais (termostatos)

• Aplicacións automotrices (para medir as temperaturas do aceite e do líquido refrigerante en coches & camiões)

• Electrodomésticos (como microondas, frigoríficos e fornos)

• Protección de circuitos (por exemplo, protección contra sobretensión)

• Baterías recargables (aseguran que se mantén a temperatura correcta da batería)

• Para medir a conductividade térmica dos materiais eléctricos

• Útiles en moitos circuitos electrónicos básicos (por exemplo, como parte dun kit de inicio Arduino para principiantes)

• Compensación de temperatura (isto é, manter a resistencia para compensar os efectos causados por cambios de temperatura noutra parte do circuito)

• Utilizados en circuitos de ponte de Wheatstone

Principio de funcionamento

O principio de funcionamento dun termistor é que a súa resistencia depende da súa temperatura. Podemos medir a resistencia dun termistor usando un ohmímetro.

Comprendendo como os cambios de temperatura afectan a resistencia dun termistor, podemos medir a súa resistencia para determinar a temperatura.

Canto cambia a resistencia depende do tipo de material usado no termistor. A relación entre a temperatura e a resistencia dun termistor é non linear. Un gráfico típico de termistor móstrase a continuación:

Se tivésemos un termistor co gráfico de temperatura anterior, simplemente poderiamos alinear a resistencia medida polo ohmímetro coa temperatura indicada no gráfico.

Dibuxando unha liña horizontal a partir da resistencia no eixe y, e dibuxando unha liña vertical a partir do punto onde esta liña horizontal se interseca co gráfico, podemos así derivar a temperatura do termistor.

Tipos de termistores

Existen dous tipos de termistores:

• Termistor de coeficiente de temperatura negativo (NTC)

• Termistor de coeficiente de temperatura positivo (PTC)

Termistor NTC

Nun termistor NTC, a resistencia diminúe á medida que a temperatura aumenta, e viceversa. Esta relación inversa fai que os termistores NTC sexan o tipo máis común.

A relación entre a resistencia e a temperatura nun termistor NTC rixese pola seguinte expresión:

• RT é a resistencia a temperatura T (K)

• R0 é a resistencia a temperatura T0 (K)

• T0 é a temperatura de referencia (normalmente 25°C)

• β é unha constante, o seu valor depende das características do material. O valor nominal considerado é 4000.

Se o valor de β é alto, a relación resistor-temperatura será moi boa. Un valor máis alto de β significa unha maior variación na resistencia para o mesmo aumento de temperatura, polo que aumentas a sensibilidade (e, polo tanto, a precisión) do termistor.

A partir da ecuación, podemos determinar o coeficiente de resistencia-temperatura, que indica a sensibilidade do termistor.

Acima, podemos ver claramente que o αT ten un signo negativo. Este signo negativo indica as características de resistencia-temperatura negativas do termistor NTC.

Se β = 4000 K e T = 298 K, entón o αT = –0,0045/oK. Isto é moito máis alto que a sensibilidade do RTD de platino. Isto permitiría medir cambios moi pequenos na temperatura.

No obstante, agora están dispoñibles formas alternativas de termistores fortemente dopados (a un custo elevado) que teñen un coeficiente de temperatura positivo.

A expresión (1) é tal que non é posible facer unha aproximación linear á curva incluso nun pequeno intervalo de temperatura, e polo tanto, o termistor é definitivamente un sensor non linear.

Termistor PTC

Un termistor PTC ten a relación inversa entre temperatura e resistencia. Cando a temperatura aumenta, a resistencia aumenta.

E cando a temperatura diminúe, a resistencia diminúe. Polo tanto, nun termistor PTC, a temperatura e a resistencia son inversamente proporcionais.

Aínda que os termistores PTC non son tan comúns como os termistores NTC, úsanse frecuentemente como forma de protección de circuito. Semellante á función dos fusibles, os termistores PTC poden actuar como dispositivos limitadores de corrente.

Cando a corrente pasa a través dun dispositivo, provocará unha cantidade pequena de calor resistivo. Se a corrente é suficientemente grande para xerar máis calor do que o dispositivo pode perder ao seu arredor, entón o dispositivo escalecerá.

Nun termistor PTC, este escalecemento tamén fará que a súa resistencia aumente. Esto crea un efecto de refuerzo propio que impulsa a resistencia cara arriba, limitando así a corrente. Deste xeito, actúa como un dispositivo limitador de corrente, protexendo o circuito.

Características dos termistores

A relación que rixe as características dun termistor dáse a continuación:

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

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

• β = constante dependente do material do transductor (por exemplo, un transductor oscilador)

Pódese ver na ecuación superior que a relación entre temperatura e resistencia é altamente non lineal. Un termistor NTC estándar normalmente presenta un coeficiente de resistencia-temperatura negativo de aproximadamente 0,05/^oC.

Construción do termistor

Para fabricar un termistor, mezclan dous ou máis polvos semiconductores feitos de óxidos metálicos con un ligante para formar un lodo.

Pequeñas gotas deste lodo formaran sobre os fios de conexión. Para secar, hai que colocalo nun horno de sinterización.

Durante este proceso, o lodo se encollerá sobre os fios de conexión para facer unha conexión eléctrica.

Este óxido metálico procesado selase cubrindo con un revestimento de vidro. Este revestimento de vidro dá propiedades impermeables aos termistores, axudando a mellorar a súa estabilidade.

Hai diferentes formas e tamaños de termistores dispoñibles no mercado. Os termistores máis pequenos están na forma de contas con un diámetro de 0,15 milímetros a 1,5 milímetros.

Os termistores tamén poden estar na forma de discos e arillos feitos prensando o material termistor baixo alta presión en formas cilíndricas planas con un diámetro de 3 milímetros a 25 milímetros.