O que é um termistor?

O que é um Termistor?

Definição de Termistor

Um termistor (ou resistor térmico) é definido como um resistor cuja resistência elétrica varia significativamente com as mudanças de temperatura.

Os termistores atuam como um componente passivo em um circuito. Eles são uma maneira precisa, barata e robusta de medir a temperatura.

Embora os termistores não sejam eficazes em temperaturas extremas, eles são sensores preferidos para muitas aplicações.

Os termistores são ideais quando é necessária uma leitura precisa de temperatura. O símbolo do circuito para um termistor é mostrado abaixo:

Usos dos Termistores

Os termistores têm uma variedade de aplicações. Eles são amplamente utilizados como uma maneira de medir a temperatura como um termômetro termistor em muitos diferentes ambientes líquidos e de ar ambiente. Alguns dos usos mais comuns de termistores incluem:

• Termômetros digitais (termostatos)

• Aplicações automotivas (para medir as temperaturas de óleo e refrigerante em carros e caminhões)

• Eletrodomésticos (como micro-ondas, geladeiras e fornos)

• Proteção de circuitos (por exemplo, proteção contra surtos)

• Baterias recarregáveis (garantem que a temperatura correta da bateria seja mantida)

• Para medir a condutividade térmica de materiais elétricos

• Útil em muitos circuitos eletrônicos básicos (por exemplo, como parte de um kit de início Arduino para iniciantes)

• Compensação de temperatura (ou seja, manter a resistência para compensar os efeitos causados por mudanças de temperatura em outra parte do circuito)

• Utilizados em circuitos de ponte de Wheatstone

Princípio de Funcionamento

O princípio de funcionamento de um termistor é que sua resistência depende de sua temperatura. Podemos medir a resistência de um termistor usando um ohmímetro.

Compreendendo como as mudanças de temperatura afetam a resistência de um termistor, podemos medir sua resistência para determinar a temperatura.

Quão grande é a mudança na resistência depende do tipo de material usado no termistor. A relação entre a temperatura e a resistência de um termistor é não linear. Um gráfico típico de termistor é mostrado abaixo:

Se tivéssemos um termistor com o gráfico de temperatura acima, poderíamos simplesmente alinhar a resistência medida pelo ohmímetro com a temperatura indicada no gráfico.

Traçando uma linha horizontal a partir da resistência no eixo y, e traçando uma linha vertical descendente a partir do ponto onde essa linha horizontal intersecta o gráfico, podemos, portanto, derivar a temperatura do termistor.

Tipos de Termistores

Existem dois tipos de termistores:

• Termistor de Coeficiente de Temperatura Negativo (NTC)

• Termistor de Coeficiente de Temperatura Positivo (PTC)

Termistor NTC

Em um termistor NTC, a resistência diminui à medida que a temperatura aumenta, e vice-versa. Essa relação inversa torna os termistores NTC o tipo mais comum.

A relação entre a resistência e a temperatura em um termistor NTC é governada pela seguinte expressão:

• RT é a resistência na temperatura T (K)

• R0 é a resistência na temperatura T0 (K)

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

• β é uma constante, seu valor depende das características do material. O valor nominal é tomado como 4000.

Se o valor de β for alto, então a relação resistência-temperatura será muito boa. Um valor maior de β significa uma maior variação na resistência para a mesma elevação de temperatura - portanto, você aumentou a sensibilidade (e, portanto, a precisão) do termistor.

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

Acima, podemos ver claramente que o αT tem um sinal negativo. Este sinal negativo indica as características de resistência-temperatura negativas do termistor NTC.

Se β = 4000 K e T = 298 K, então o αT = –0,0045/oK. Isso é muito maior do que a sensibilidade do RTD de platina. Isso seria capaz de medir as pequenas mudanças na temperatura.

No entanto, formas alternativas de termistores dopados pesadamente agora estão disponíveis (a um custo elevado) que têm um coeficiente de temperatura positivo.

A expressão (1) é tal que não é possível fazer uma aproximação linear à curva, mesmo em um intervalo de temperatura pequeno, e, portanto, o termistor é definitivamente um sensor não linear.

Termistor PTC

Um termistor PTC tem a relação inversa entre temperatura e resistência. Quando a temperatura aumenta, a resistência aumenta.

E quando a temperatura diminui, a resistência diminui. Portanto, em um termistor PTC, a temperatura e a resistência são inversamente proporcionais.

Embora os termistores PTC não sejam tão comuns quanto os termistores NTC, eles são frequentemente usados como uma forma de proteção de circuito. Semelhante à função de fusíveis, os termistores PTC podem atuar como dispositivos limitadores de corrente.

Quando a corrente passa por um dispositivo, isso causará um pequeno aquecimento resistivo. Se a corrente for suficientemente grande para gerar mais calor do que o dispositivo pode perder para o ambiente, então o dispositivo esquentará.

Em um termistor PTC, este aquecimento também fará com que sua resistência aumente. Isso cria um efeito de reforço que impulsiona a resistência para cima, limitando, portanto, a corrente. Dessa forma, atua como um dispositivo limitador de corrente - protegendo o circuito.

Características do Termistor

A relação que governa as características de um termistor é dada abaixo como:

• R1 = resistência do termistor na temperatura absoluta T1[^oK]

• R2 = resistência do termistor na temperatura T2 [^oK]

• β = constante dependendo do material do transdutor (por exemplo, um transdutor oscilador)

Podemos ver na equação acima que a relação entre temperatura e resistência é altamente não linear. Um termistor NTC padrão geralmente exibe um coeficiente de resistência-temperatura negativo de cerca de 0,05/^oC.

Construção do Termistor

Para fabricar um termistor, duas ou mais pós semicondutoras feitas de óxidos metálicos são misturadas com um ligante para formar uma suspensão.

Gotas pequenas dessa suspensão são formadas sobre os fios de ligação. Para fins de secagem, devemos colocá-la em um forno de sinterização.

Durante esse processo, a suspensão encolherá nos fios de ligação para fazer uma conexão elétrica.

Esse óxido metálico processado é selado aplicando uma camada de vidro. Essa camada de vidro confere propriedades à prova d'água aos termistores - ajudando a melhorar sua estabilidade.

Existem diferentes formatos e tamanhos de termistores disponíveis no mercado. Termistores menores estão na forma de contas com diâmetro de 0,15 milímetros a 1,5 milímetros.

Os termistores também podem estar na forma de discos e anéis feitos pressionando o material termistor sob alta pressão em formas cilíndricas planas com diâmetro de 3 milímetros a 25 milímetros.