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| thermistor (Refrigeration and air conditioning) | TERMISTOR: Básicamente, es un semiconductor que tiene una resistencia eléctrica que varía con la temperatura. Un termistor es un resistor sensible a la temperatura cuya resistencia varía en función de esta. Los termistores se clasifican principalmente en dos tipos: NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo) y PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo), según la relación entre su resistencia y la temperatura. Características Generales
El coeficiente de temperatura de resistencia (α) se define como: α = (ΔR / Rs) × (1 / ΔT) Donde:
La resistencia de un termistor NTC disminuye exponencialmente con el aumento de temperatura, como se muestra en la curva típica de resistencia-temperatura. Aplicaciones
Los termistores se encuentran en varias formas:
Figura 1. Formas constructivas de termistores NTC a. Tipo glóbulo con diferentes tipos de terminales - b. Tipo disco - c. Tipo barra .
Los materiales usados incluyen óxidos de manganeso, níquel, cobre y cobalto. Modificando las proporciones, se ajustan sus propiedades eléctricas y su resistencia básica. Comparación con Otros Sensores Aunque no son tan precisos o estables como las termorresistencias metálicas (RTD) o las termocuplas, su alta sensibilidad los hace ideales para aplicaciones de bajo rango térmico y donde se requiera una respuesta rápida. Un ejemplo típico muestra que un termistor puede cambiar 156 ohms por 1 °C, mientras que un RTD de platino cambia solo 0,385 ohm.
Tabla 1. Sensibilidades relativas de termistores, termorresistencias y termocuplas . Consideraciones de Uso
Valores de resistencia en los extremos del alcance de temperatura . Selección de termistores. En las aplicaciones de medición y control de temperatura, la selección de una resistencia de termistor adecuada generalmente depende de las siguientes consideraciones: Alcance de temperatura . Por lo general, la resistencia nominal de un termistor se elige fundamentalmente en base al alcance de temperaturas de operación. Mayores valores de resistencia corresponden a temperaturas más elevadas, mientras las bajas temperaturas requieren menores resistencias. Valores de resistencia en los extremos del alcance de temperatura . Se deben considerar tres factores:
Sensibilidad. La mayoría de las aplicaciones tienen una tolerancia expresada en unidades de temperatura. En cambio, los termistores suelen especificarse en términos de tolerancia de resistencia. Es una característica de los termistores que una tolerancia de resistencia fija sobre un alcance de temperatura sea equivalente a una tolerancia de temperatura que es menor en el extremo de temperaturas bajas y mayor en el extremo de temperaturas altas. Autocalentamiento. La potencia (PR) disipada en el termistor hará subir su temperatura por encima de la ambiente. El incremento de temperatura es una función directa de la constante de disipación del termistor con su montaje dentro del medio ambiente donde opera. Aplicaciones . Según la utilización, pueden encontrarse en el mercado termistores con valores entre 100 ohms y 30 K ohms, los de uso más frecuente se encuentran en la franja entro 1K y 5K ohms. Dentro de estos valores, tal como se mencionó anteriormente, no influyen los pequeños valores de resistencia correspondientes a los conductores de extensión o los propios del termistor. El rango de temperatura de uso más difundido es entre -50°C y 200°C, a pesar de haber algunos que alcanzan los 450°C. Su aplicación más frecuente es como sensor de temperatura para mediciones rápidas en sondas manuales que acompañan a los termómetros portátiles electrónicos, hoy más difundidos. Su desventaja es su falta de estabilidad en el tiempo y su gran dispersión en comparación con las termorresistencias, que pueden fabricarse con valores de resistencia superiores (Pt 500 y Pt 1000), mayores exactitudes y valores normalizados universalmente que garantizan su intercambio sin calíbraci6n previa. La ventaja más importante es su pequeña masa, lo que permite velocidades de respuesta muy altas. Termistores NTC
Figura : Termistor NTC de alta potencia, termistor de 10 k ohmios para lámparas / balastos
Figura : Termistores sensores NTC Los termistores NTC presentan una disminución de la resistencia a medida que aumenta la temperatura. Este comportamiento es característico de su coeficiente de temperatura negativo. Están fabricados con materiales semiconductores como óxido férrico o níquel tratado con dopantes que mejoran su conductividad. A medida que la temperatura aumenta, el número de portadores de carga incrementa, lo que reduce la resistencia. Estos termistores son ampliamente utilizados en aplicaciones que requieren la medición de temperatura dentro de un rango de -50°C a +150°C, como electrodomésticos, sistemas automotrices y equipos industriales.
Relación resistencia-temperatura La resistencia de un termistor NTC disminuye exponencialmente con el aumento de la temperatura, lo que suele describirse mediante un modelo matemático que incluye constantes específicas del termistor. Aunque la respuesta es no lineal, circuitos como divisores de voltaje o puentes de Wheatstone pueden usarse para el monitoreo de temperatura. Estas configuraciones convierten los cambios de resistencia en variaciones de voltaje, lo que permite la integración con microcontroladores u otros sistemas. Termistores PTC Los termistores PTC muestran un aumento de la resistencia con el incremento de la temperatura, evidenciando un coeficiente de temperatura positivo. Son utilizados principalmente en aplicaciones de protección contra sobrecorriente y sobretemperatura debido a su transición brusca de resistencia al alcanzar una temperatura umbral. Los termistores PTC suelen estar fabricados con materiales policristalinos como el titanato de bario.
Protección contra sobrecorriente Los termistores PTC en esta aplicación funcionan como fusibles reiniciables. Cuando fluye una corriente excesiva, el calentamiento interno incrementa la resistencia, reduciendo el flujo de corriente. Una vez resuelta la condición de falla, el termistor regresa a su estado original, a diferencia de los fusibles tradicionales que deben reemplazarse. Protección contra sobretemperatura Los termistores PTC pueden detectar calor ambiental o interno, activando circuitos de protección para apagar o alertar sobre un sobrecalentamiento. Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica industrial y cargadores de baterías.
Fig. : Thermistor resistance temperature curve.- Curva de temperatura de resistencia del termistor.
Especificaciones y parámetros clave
Problemas comunes y consideraciones
Figura : Circuito de (a) puente de Wheatstone y (b) compensación de la resistencia de los cables utilizados en la teledetección.
El termistor puede emplearse asimismo en el modo de “autocalentamiento" para detectar flujos de líquido o gas para analizar la composición de fluidos. En tales aplicaciones, el elemento de detección se halla directamente expuesto al flujo de fluido y la disipación de potencia en el termistor suministra una indicación de la velocidad de flujo o calor específico del medio de inmersión. Los pequeños tamaños de los termistores típicamente con diámetro de 2,5 mm, producen una rápida respuesta a las variaciones de temperatura. Sin embargo, una vez instalado el termistor dentro de una vaina o blindaje, la. respuesta es equivalente a la de una termocupla protegida. El pequeño tamaño hace también que el termistor sea más susceptible que una termorresistencia a los errores de autocalentamiento. La constante de disipación, o sea la potencia en mV necesaria para elevar la temperatura del termistor 1°C por encima de la temperatura ambiente inicial es normalmente de 1 mW/°C en aire sin movimiento. Un valor en las mismas condiciones de una termorresistencia de platino de 100 ohms es de 20 mW/°C .
Figura . Circuitos para igualar un sensor do temperatura a otro similar cuando la dispersión no permite el intercambio directo o se busca asimilar la curva de un sensor a otro . a. Sensor de temperatura b, c. - Resistencias fijas invariables con la temperatura . Avances Recientes Se han desarrollado termistores de película delgada de SiC con alta estabilidad, soportando temperaturas hasta 450 °C con menos del 3 % de cambio tras 2.000 horas. También existen versiones lineales con precisión de ±0,5 °C en rangos amplios. Términos destacados :
Glosario de términos sobre termistores Termistor : Resistor térmicamente sensible cuya función primaria es la de exhibir una variación de su resistencia eléctrica en correspondencia con una variación de la temperatura del cuerpo. Resistencia a potencia cero (Ro) : El valor de la resistencia del termistor a una temperatura cualquiera especificada, sin disipación de energía eléctrica (sin autocalentamiento). Temperatura de referencia estándar : Temperatura del cuerpo del termistor a la cual se halla especificada la resistencia nominal, siempre sin disipación de energía. Coeficiente de temperatura del termistor a potencia cero (αT) : Cociente, a una temperatura especificada T, entre la variación de la resistencia sin autocalentamiento (Ro=RT) con la temperatura (T) y la resistencia (RT).
Temperatura máxima de operación : La temperatura máxima del cuerpo a la cual un termistor operará durante un período prolongado de tiempo con una aceptable estabilidad de sus características. Esta temperatura es el resultado de un calentamiento externo o interno. Constante de disipación (δ ) : El cociente, a una temperatura ambiente especificada, entre una variación de la disipación de energía en un termistor y la variación resultante de la temperatura del cuerpo. Constante de tiempo térmica (τ) :El tiempo requerido por un termistor para alcanzar el 63,2% de la temperatura final, cuando se halla sometido a un salto de temperatura de 0 a 100%, siempre sin disipación de energía. Característica resistencia a potencia cero vs. temperatura :Relación entre la resistencia del termistor sin disipar energía y la temperatura a que se somete. Característica temperatura vs. potencia : Relación, a una temperatura ambiente especificada , entre la temperatura que adopta el termistor y la potencia aplicada. Característica corriente vs. tiempo : Relación, a una temperatura ambiente especificada, entre la corriente a través del termistor y el tiempo transcurrido después de la aplicación de la tensión escalón al termistor. Relación de resistencias : Cociente entre las resistencias a potencia cero de un termistor medidas a dos temperaturas de referencia especificadas.
Estabilidad : Capacidad del termistor de mantener las características especificadas después de ser sometido a determinadas condiciones ambientales y/o de ensayo eléctrico . Los termistores son una solución confiable y económica para la medición de temperatura en aplicaciones que demandan alta sensibilidad, respuesta rápida y montaje versátil. Sus limitaciones en linealidad y estabilidad están siendo superadas por nuevas tecnologías y métodos de compensación. Los termistores son componentes versátiles y esenciales para aplicaciones de detección de temperatura y protección. Los termistores NTC destacan por su alta sensibilidad en el monitoreo preciso de temperatura, mientras que los PTC ofrecen una protección robusta en escenarios de alta corriente o alta temperatura. Su funcionalidad depende en gran medida del entorno de aplicación y de los parámetros eléctricos, siendo fundamental una correcta integración en el circuito para garantizar un rendimiento óptimo. |
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