Maykol Rey
Ing. Electrónico
25/07/2024
Termistor NTC y PTC
El termistor
El termistor es un tipo de sensor resistivo que varía su valor en función de la temperatura, estos están construidos con óxidos semiconductores que pueden ser hierro, níquel o cobalto. El cambio de temperatura en un termistor no es lineal, por lo que solo se debe usar para medir un rango limitado de temperatura y de esta forma mantener la precisión, algo como se puede ver en el siguiente gráfico.
El la imagen se puede ver como se escogió un rango entre -30 °C y -23 °C como rango de medición lineal, con este método se puede obtener valores un poco más exactos.
Una de las principales ventajas del termistor es la capacidad de poder medir temperaturas elevadas en el orden de los 300 grados, a diferencias de los sensores de temperatura lineales que solo pueden medir hasta 150 °C en el caso del LM35
Símbolo del termistor
El termistor se puede representar circuitalmente con los siguiente símbolo.
Como pueden ver, TH1 es el símbolo genérico del termistor, sin embargo, si se quiere ser mas especifico se puede usar TH2 para representar los termistores NTC y TH3 para representar los termistores PTC, si observas con detalle solo cambia el sentido de las flechas.
Tipos de termistores
Los termistores se clasifican en dos grupos
Termistores NTC
Son termistores de coeficiente negativo, es decir, a medida que aumenta la temperatura la resistencias baja, esta curva no es lineal como lo mencione anteriormente, es por esta razón que se debe definir un rango de trabajo donde el termistor sea lo más lineal posible.
Esta curva esta es descrita por la siguiente ecuación:
Donde:
- = Resistencia eléctrica del termistor a la temperatura T (en ohmios)
- = Resistencia eléctrica del termistor a la temperatura de referencia To (en ohmios)
- = Temperatura absoluta del termistor (en kelvin)
- = Temperatura de referencia del termistor (en kelvin)
- = Coeficiente de material del termistor
Los parámetros B, To y Ro son proporcionados por el fabricante, sin embargo, debido al proceso de fabricación del termistor estos tienen mucha inconsistencias, así que la mejor alternativa para resolver esto, es hacer un análisis individual por cada termistor que se necesite usar.
En la siguiente imagen tomada de Digikey se puede ver un conjunto de columnas con distintos valores de B, estos deben ser los valores usados para un rango de temperatura.
Por ejemplo:
Si queremos un termistor de 22 Ohm y vamos a trabajar en un rango de temperatura de 25 ºC a 50 ºC usamos el termistor de 22Ohm@25ºC y algún valor de la columna B25/50
La linealidad se puede encontrar a través de varios circuitos de instrumentación como el puente de Wheatstone por mencionar uno.
Termistores PTC
Estos termistores a diferencia de los termistores NTC tienen un coeficiente positivo, es decir, a medida que aumenta la temperatura el valor de la resistencia también aumenta, estos termistores son menos sensibles que el NTC, esto lo hace ideal para medir altos niveles de temperatura.
Autocalentamiento en termistores
Debido a que el termistor es una resistencia, este tiende a disipar potencia en forma de calor lo que perjudica aún más la linealidad y la precisión del sensor para evitar este problema se recomienda usar valores muy pequeños de voltaje.
la potencia disipada se puede calcular con la siguiente ecuación:
Donde:
- = Corriente que fluye por el termistor
- = Es la resistencia del termistor a una temperatura determinada.
Usando la potencia disipada y el factor de disipación del termistor proporcionado por el fabricante, se puede deducir que valor de temperatura alcanzará en función de la potencia disipada.
Veamos un ejemplo:
Usando el termistor NTCLE100E3 el cual tiene una resistencia a 25 ºC a 220K Ohm y un factor de disipación (δ) de 7 mW/K y digamos que se está alimentando con 3.3V
La corriente que fluye por el circuito es:
Ahora para conocer la variación de temperatura que tendrá a con esta corriente aplicamos la siguiente fórmula:
La temperatura aumentará casi 0.5 grados usando 3.3V, es un valor aceptable, ahora, realiza el cálculo con 5V y 12V y comenta cual es la variación de temperatura de autocalentamiento.
Este fenómeno del autocalentamiento es usado para la protección de sobre corriente, sin embargo, se debe tener en cuenta la potencia máxima que puede soportar el termistor.
Usar termistor como sensor de temperatura
El termistor se usa generalmente para medir un pequeño rangos de temperatura o para proteger circuitos mediante acción On-Off. Una forma simple de usarlos es mediante un divisor de tensión.
A medida que la temperatura varía en el termistor los niveles de voltaje en V-SENSE estarán variando, si es un NTC el voltaje baja a medida que la temperatura aumenta y es TPC el voltaje sube si la temperatura aumenta.
Aplicación del termistor
Protección de sobrecalentamiento de transistores
Esta protección es muy recomendada para proteger a los transistores de salida de un amplificador de sonido, se configura un valor de voltaje que se espera tener una vez que el transistor alcanza cierta temperatura, cuando esto ocurre se deshabilita la salida, se activa un ventilador o se emite una alerta se sobre calentamiento.
Protección de arranque de fuentes
Problema frecuente que se presenta en las fuentes de alimentación de grandes potencias, es ese pico inicial de corriente consumida por los capacitores descargados el cual quema los fusibles o hasta puede destruir algunos componentes. usando un termistor NTC en serie y aprovechando la característica de autocalentamiento se puede resolver este problema.
Protección de carga de baterías de litio
Al cargar las baterías de litio estas tienden a elevar la temperatura, si permitimos que esto ocurra se estaría disminuyendo la vida útil de la batería, es por esta razón que se coloca un pequeño termistor pegado a la superficie de la batería con cinta kapton
Protección de motores
Esto es una aplicación más, consiste en el mismo principio, evitar que siga entrando energía al motor cuando este trabaja en sobrecalentamiento, se coloca un termistor a la bobina del motor, de este modo se puede disparar un actuador cuando el motor alcanza una temperatura elevada.
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