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Sonda de termistor NTC

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NTC significa "coeficiente de temperatura negativo", llamado CTN en francés "coeficiente de temperatura negativo". Los termistores NTC son resistencias con un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que la resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura. Estos termistores se utilizan principalmente como sensores de temperatura resistivos y dispositivos limitadores de corriente. El coeficiente de sensibilidad a la temperatura es aproximadamente cinco veces mayor que el de los sensores de temperatura de silicio (silistores) y aproximadamente diez veces mayor que el de los detectores de temperatura de resistencia (RTD). Los sensores NTC se utilizan generalmente en el rango de temperatura de -55 ° C a 200 ° C.

Características de los termistores NTC - CTN

A diferencia de los detectores de temperatura de resistencia, que están hechos de metales, los sensores de temperatura de termistor NTC son generalmente hecho de cerámica o polímeros. Los diferentes materiales utilizados dan como resultado diferentes respuestas de temperatura, así como otras características.

Curvas T ° / R de NTC - sondas de termistor CTN

La sensibilidad a la temperatura de un sensor NTC se expresa en "cambio porcentual por grado ° C". Dependiendo de los materiales utilizados y de las características específicas del proceso de producción, los valores típicos de las sensibilidades a la temperatura oscilan entre -3% a -6% por ° C.

Si bien la mayoría de las sondas de medición de termistor NTC son generalmente adecuadas para su uso en el rango de temperatura de -55 °C a 200 °C, existen familias especiales de sondas CTN adecuadas para su uso a temperaturas cercanas al cero absoluto (- 273,15°C), así como aquellos especialmente diseñados para su uso por encima de 150°C.

Curva de sonda NTC

Como se puede ver en la figura, los termistores NTC tienen una pendiente de temperatura de resistencia mucho más pronunciada que los medidores RTD de aleación de platino, lo que resulta en una mejor sensibilidad para la detección de temperatura.

A pesar de todo, los sensores RTD (TERMÓMETROS DE RESISTENCIA DE PLATINO tipo Pt100) siguen siendo los sensores más precisos con una precisión de ± 0,5% de la temperatura medida y son útiles en el rango de temperatura entre -200 °C y 800 °C, un rango mucho más amplio. que los sensores de temperatura NTC.

Comparación con otros sensores de temperatura.

En comparación con RTD, el NTC tener un tamaño más pequeño, respuesta más rápida, mayor resistencia a golpes y vibraciones a menor costo
Dicho esto, este tipo de sonda ofrece un control de temperatura un poco menos preciso que los RTD. 

En comparación con la sonda de termopar, la precisión de la medición de temperatura es similar. Sin embargo, los termopares pueden soportar temperaturas muy altas (hasta más de 1000 °C) y se utilizan en tales aplicaciones en lugar de los termistores NTC - NTC, donde a veces se les llama pirómetros.

A pesar de esto, los termistores NTC ofrece mayor sensibilidad, estabilidad y precisión que los termopares a temperaturas más bajas. Además, los medidores de termistor NTC se utilizan con menos circuitos adicionales y, por lo tanto, a un costo total más bajo.
El costo se reduce aún más por la falta de necesidad de circuitos de acondicionamiento de señales (amplificadores, convertidores de nivel, etc.) que a menudo se necesitan para RTD y siempre se necesitan para termopares.

Riesgo de autocalentamiento

Ilustración de autocalentamiento del termistor NTCEl efecto de autocalentamiento es un fenómeno que ocurre siempre que una corriente fluye a través de la sonda de medición del termistor NTC. Como el termistor es básicamente una resistencia, disipa energía en forma de calor cuando fluye una corriente a través de él.

este calor es generado en el centro del termistor y afecta la precisión de la medición. La medida en que esto sucede depende de la cantidad de corriente que fluye, el entorno (ya sea líquido o gas, si hay flujo en el sensor NTC, etc.), el coeficiente de temperatura del termistor y el estado del termistor.

El hecho de que la resistencia del sensor NTC y, por lo tanto, la corriente que fluye a través de él depende del medio ambiente, a menudo se usa en detectores para detectar la presencia de líquidos como los que se encuentran en los tanques de almacenamiento.

Capacidad térmica

La capacidad térmica representa la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura del termistor de 1 ° C y generalmente se expresa en mJ/°C. Conocer la capacidad calorífica precisa es de gran importancia cuando se utiliza un sensor de termistor NTC como dispositivo limitador de corriente de arranque, ya que define la velocidad de respuesta del sensor de temperatura NTC.

Selección y cálculo de la curva.

El riguroso proceso de selección debe tener en cuenta la constante de disipación del termistor, la constante de tiempo térmico, el valor de resistencia, la curva de resistencia-temperatura y las tolerancias, por mencionar los factores más importantes.

Dado que la relación entre resistencia y temperatura (la curva RT) es altamente no lineal, se deben usar ciertas aproximaciones en diseños de sistemas prácticos.

fórmula de aproximación de primer orden: dR = k * dT

Aproximación de primer orden: Cuando k es el coeficiente de temperatura negativo, ΔT es la diferencia de temperatura y ΔR es el cambio de resistencia resultante del cambio de temperatura. Esta aproximación de primer orden solo es válida para un rango de temperatura muy estrecho y solo se puede usar para temperaturas donde k es casi constante en todo el rango de temperatura.


Aproximación de ecuaciones beta: R (T) = R (T0) * exp (Beta * (1 / T-1 / T0))Fórmula Beta: Otra ecuación da resultados satisfactorios, con una precisión de ± 1 ° C en el rango de 0 ° C a + 100 ° C. Depende de un solo material constante β puede obtenerse mediante mediciones de temperatura. La ecuación se puede escribir de la siguiente manera:

Donde R (T) es la resistencia a la temperatura T en Kelvin, R (T 0 ) es un punto de referencia a temperatura T 0 . La fórmula beta requiere una calibración de dos puntos, que generalmente no es más precisa que ± 5 ° C en todo el rango útil del termistor NTC.

La ecuación de Steinhart para una aproximación precisa: 1 / T = A + B * (ln (R)) + C * (ln (R)) ^ 3

Ecuación de Steinhart-Hart: La mejor aproximación conocida hasta la fecha es la fórmula Steinhart-Hart, publicada en 1968. Donde ln R es el logaritmo natural de la resistencia a la temperatura T en Kelvin, y A, B y C son coeficientes derivados de mediciones experimentales. 

Estos coeficientes generalmente son publicados por los proveedores de termistor en la hoja técnica. La fórmula Steinhart-Hart es generalmente precisa a aproximadamente ± 0,15 ° C en el rango de -50 ° C a + 150 ° C, que es suficiente para la mayoría de las aplicaciones. 

Si se requiere una mayor precisión, se debe reducir el rango de temperatura y es posible una precisión mejor que ± 0,01 ° C en el rango de 0 ° C a + 100 ° C.

Elige la aproximación correcta

La elección de la fórmula utilizada para calcular la temperatura a partir de la medición de resistencia debe basarse en la potencia de cálculo disponible, así como en los requisitos de tolerancia reales.

En algunas aplicaciones, una aproximación de primer orden es más que suficiente, mientras que en otras, incluso la ecuación de Steinhart-Hart no cumple con los requisitos.

En este caso, la sonda de temperatura del termistor NTC debe calibrarse punto por punto, realizando un gran número de medidas y creando una tabla de correspondencia. 

Resina epoxi NTCTermistores encapsulados en epoxi

Estas sondas de termistor NTC están hechas de óxidos metálicos (manganeso, cobalto, cobre y níquel) enittés en el cuerpo cerámico. 

Generalmente ofrecen tiempos de respuesta rápidos, mejor estabilidad y permiten la operación a temperaturas más altas que los sensores NTC de disco y chip, pero son más frágiles.

Es común sellarlos en vidrio, protegerlos del daño mecánico durante el ensamblaje y mejorar su estabilidad de medición. Los tamaños típicos varían de 0,075 a 5 mm de diámetro.

NTC con disco y chipTermistores de disco y chip

Estos medidores de termistor NTC tienen contactos de superficie metalizados. Son más grandes y tienen tiempos de reacción más lentos que las resistencias NTC tipo bola.

Sin embargo, debido a su tamaño, tienen una constante de disipación más alta (potencia requerida para elevar su temperatura en 1 ° C) y, dado queLa emisión disipada por el termistor es proporcional al cuadrado de la corriente, soportan corrientes más altas como los termistores.

Los termistores de disco se fabrican presionando una mezcla de polvos de óxido en una matriz redonda, que luego se sinteriza a alta temperatura. Los chips generalmente se hacen mediante un proceso de moldeo de cinta donde se extiende una suspensión de material en forma de una película gruesa, se seca y se corta. Los tamaños típicos varían de 0,25 a 25 mm de diámetro.

NTC encapsulado en vidrioTermistores NTC encapsulados en vidrio

Estos son sensores de temperatura NTC sellados en una burbuja de vidrio hermética. Están diseñados para uso con altas temperaturas (superiores a 150°C) o para montaje en placa de circuito impreso. circuito impreso, donde la robustez es esencial.

Encapsular un termistor ens el vidrio mejora la estabilidad del sensor y lo protege del medio ambiente. Se fabrican mediante sellado hermético de resistencias tipo perla NTC en un recipiente de vidrio. Los tamaños típicos varían de 0,4 a 10 mm de diámetro.

Símbolo de termistor NTC

El siguiente símbolo se utiliza para un termistor con un coeficiente de temperatura negativo, de acuerdo con la norma IEC.
símbolo de termistor