El termistor es un dispositivo diseñado para medir la temperatura y consiste en un material semiconductor, que cambia mucho su resistencia con un pequeño cambio en la temperatura. En general, los termistores tienen coeficientes de temperatura negativos, lo que significa que su resistencia disminuye al aumentar la temperatura.
Características generales del termistor
La palabra "termistor" es la abreviatura de su término completo: resistencia térmicamente sensible. Este dispositivo es un sensor preciso y fácil de usar para cualquier cambio de temperatura. En general, hay dos tipos de termistores: coeficiente de temperatura negativo y coeficiente de temperatura positivo. La mayoría de las veces, el primer tipo se usa para medir la temperatura.
La designación del termistor en el circuito eléctrico se muestra en la foto.
El material de los termistores son óxidos metálicos con propiedades semiconductoras. Durante la producción, estos dispositivos tienen la siguiente forma:
- disco;
- varilla;
- esférica como una perla.
El termistor se basa en el principio de fuertecambio en la resistencia con un pequeño cambio en la temperatura. Al mismo tiempo, con una intensidad de corriente dada en el circuito y una temperatura constante, se mantiene un voltaje constante.
Para usar el dispositivo, se conecta a un circuito eléctrico, por ejemplo, a un puente de Wheatstone, y se miden la corriente y el voltaje en el dispositivo. De acuerdo con la ley simple de Ohm R=U/I determine la resistencia. A continuación, observan la curva de dependencia de la resistencia con la temperatura, según la cual es posible decir exactamente a qué temperatura corresponde la resistencia resultante. Cuando cambia la temperatura, el valor de la resistencia cambia drásticamente, lo que permite determinar la temperatura con gran precisión.
Material del termistor
El material de la gran mayoría de los termistores es la cerámica semiconductora. El proceso de su fabricación consiste en la sinterización de polvos de nitruros y óxidos metálicos a altas temperaturas. El resultado es un material cuya composición de óxido tiene la fórmula general (AB)3O4 o (ABC)3O4, donde A, B, C son elementos químicos metálicos. Los más utilizados son el manganeso y el níquel.
Si se espera que el termistor funcione a temperaturas inferiores a 250 °C, la composición cerámica incluye magnesio, cob alto y níquel. Las cerámicas de esta composición muestran la estabilidad de las propiedades físicas en el rango de temperatura especificado.
Una característica importante de los termistores es su conductividad específica (el recíproco de la resistencia). La conductividad se controla agregando pequeñasconcentraciones de litio y sodio.
Proceso de fabricación de instrumentos
Los termistores esféricos se fabrican aplicándolos a dos hilos de platino a alta temperatura (1100 °C). Luego se corta el cable para dar forma a los contactos del termistor. Se aplica una capa de vidrio al instrumento esférico para sellar.
En el caso de los termistores de disco, el proceso de hacer contactos consiste en depositar una aleación de metal de platino, paladio y plata sobre ellos y luego soldarlos al recubrimiento del termistor.
Diferencia con los detectores de platino
Además de los termistores semiconductores, existe otro tipo de detectores de temperatura cuyo material de trabajo es el platino. Estos detectores cambian su resistencia a medida que la temperatura cambia de forma lineal. Para los termistores, esta dependencia de las cantidades físicas tiene un carácter completamente diferente.
Las ventajas de los termistores en comparación con sus equivalentes de platino son las siguientes:
- Mayor sensibilidad de la resistencia a los cambios de temperatura en todo el rango de funcionamiento.
- Alto nivel de estabilidad del instrumento y repetibilidad de las lecturas.
- Tamaño pequeño para responder rápidamente a los cambios de temperatura.
Resistencia del termistor
Esta cantidad física disminuye al aumentar la temperatura y es importante tener en cuenta el rango de temperatura de funcionamiento. Para límites de temperatura de -55 °C a +70 °C, se utilizan termistores con una resistencia de 2200 - 10000 ohmios. Para temperaturas más altas, utilice dispositivos con una resistencia superior a 10 kOhm.
A diferencia de los detectores de platino y los termopares, los termistores no tienen estándares específicos para las curvas de resistencia versus temperatura, y hay una amplia variedad de curvas de resistencia para elegir. Esto se debe a que cada material del termistor, como un sensor de temperatura, tiene su propia curva de resistencia.
Estabilidad y precisión
Estos instrumentos son químicamente estables y no se degradan con el tiempo. Los sensores de termistor se encuentran entre los instrumentos de medición de temperatura más precisos. La precisión de sus mediciones en todo el rango operativo es de 0,1 a 0,2 °C. Tenga en cuenta que la mayoría de los electrodomésticos funcionan en un rango de temperatura de 0 °C a 100 °C.
Parámetros básicos de los termistores
Los siguientes parámetros físicos son básicos para cada tipo de termistor (se decodifican los nombres en inglés):
- R25 - resistencia del dispositivo en ohmios a temperatura ambiente (25 °С). Verificar esta característica del termistor es simple usando un multímetro.
- Tolerancia de R25 - el valor de la tolerancia de desviación de resistencia en el dispositivo de su valor establecido a una temperatura de 25 °С. Por regla general, este valor no supera el 20 % de R25.
- Máx. Corriente de estado estable - máximael valor de la corriente en amperios que puede fluir a través del dispositivo durante mucho tiempo. Superar este valor amenaza con una caída rápida de la resistencia y, como resultado, la falla del termistor.
- Aprox. R de máx. Corriente: este valor muestra el valor de la resistencia en ohmios que adquiere el dispositivo cuando la corriente máxima lo atraviesa. Este valor debe ser 1-2 órdenes de magnitud menor que la resistencia del termistor a temperatura ambiente.
- Disipar. coef. - un coeficiente que muestra la sensibilidad de la temperatura del dispositivo a la potencia absorbida por él. Este factor indica la cantidad de energía en mW que el termistor necesita absorber para aumentar su temperatura en 1 °C. Este valor es importante porque muestra cuánta energía necesita gastar para calentar el dispositivo a su temperatura de funcionamiento.
- Constante de tiempo térmico. Si el termistor se utiliza como limitador de corriente de irrupción, es importante saber cuánto tiempo tardará en enfriarse después de desconectar la alimentación para estar listo para volver a conectarla. Dado que la temperatura del termistor después de que se apaga disminuye según una ley exponencial, se introduce el concepto de "Constante de tiempo térmico": el tiempo durante el cual la temperatura del dispositivo disminuye en un 63,2% de la diferencia entre la temperatura de funcionamiento de el dispositivo y la temperatura ambiente.
- Máx. Capacidad de carga en ΜF: la cantidad de capacitancia en microfaradios que se puede descargar a través de este dispositivo sin dañarlo. Este valor se indica para un voltaje específico,por ejemplo, 220 V.
¿Cómo probar el funcionamiento del termistor?
Para una verificación aproximada de la capacidad de servicio del termistor, puede usar un multímetro y un soldador normal.
En primer lugar, active el modo de medición de resistencia en el multímetro y conecte los contactos de salida del termistor a los terminales del multímetro. En este caso, la polaridad no importa. El multímetro mostrará una cierta resistencia en ohmios, debe registrarse.
Luego debe enchufar el soldador y llevarlo a una de las salidas del termistor. Tenga cuidado de no quemar el dispositivo. Durante este proceso, debe observar las lecturas del multímetro, debe mostrar una resistencia que disminuye suavemente, que se establecerá rápidamente en un valor mínimo. El valor mínimo depende del tipo de termistor y la temperatura del soldador, por lo general es varias veces menor que el valor medido al principio. En este caso, puede estar seguro de que el termistor está funcionando.
Si la resistencia en el multímetro no ha cambiado o, por el contrario, ha caído bruscamente, entonces el dispositivo no es adecuado para su uso.
Tenga en cuenta que esta verificación es aproximada. Para una prueba precisa del dispositivo, es necesario medir dos indicadores: su temperatura y la resistencia correspondiente, y luego comparar estos valores con los indicados por el fabricante.
Aplicaciones
Los termistores se utilizan en todas las áreas de la electrónica en las que es importante controlar las condiciones de temperatura. Estas áreas incluyenordenadores, equipos de alta precisión para instalaciones industriales y dispositivos para la transmisión de datos diversos. Por lo tanto, el termistor de la impresora 3D se usa como un sensor que controla la temperatura de la cama calefactora o del cabezal de impresión.
Uno de los usos más comunes de un termistor es limitar la corriente de entrada, como cuando se enciende una computadora. El hecho es que en el momento en que se enciende el condensador de arranque, que tiene una gran capacidad, se descarga, creando una gran corriente en todo el circuito. Esta corriente es capaz de quemar todo el chip, por lo que se incluye un termistor en el circuito.
Este dispositivo al momento de encenderlo tenía temperatura ambiente y una gran resistencia. Tal resistencia puede reducir efectivamente el aumento de corriente en el momento del arranque. Además, el dispositivo se calienta debido a la corriente que lo atraviesa y la liberación de calor, y su resistencia disminuye considerablemente. La calibración del termistor es tal que la temperatura de operación del chip de la computadora hace que la resistencia del termistor sea prácticamente cero y no hay caída de voltaje a través de él. Después de apagar la computadora, el termistor se enfría rápidamente y restaura su resistencia.
Por lo tanto, usar un termistor para limitar la corriente de entrada es rentable y bastante simple.
Ejemplos de termistores
Actualmente se encuentran a la venta una amplia gama de productos, a continuación se detallan las características y áreas de uso de algunos de ellos:
- Thermistor B57045-K con fijación por tuerca, tiene una resistencia nominal de 1kOhm con una tolerancia del 10%. Se utiliza como sensor de medición de temperatura en electrónica de consumo y automoción.
- B57153-S instrumento de disco, tiene una clasificación de corriente máxima de 1,8 A a 15 ohmios a temperatura ambiente. Se utiliza como limitador de corriente de irrupción.
