¿Qué es un termistor y su función? Clasificación y aplicación de termistor?

Un termistor es un tipo de resistencia cuya resistencia depende en gran medida de la temperatura, más que en las resistencias estándar. La palabra es una combinación de termal y resistor.  Un termistor es un termómetro de resistencia o una resistencia cuya resistencia depende de la temperatura. El término es una combinación de "térmico" y "resistor". Está hecho de óxidos metálicos, prensado en una cuenta, disco o forma cilíndrica y luego encapsulado con un material impermeable como epoxi o vidrio. El rango de temperatura operativa de un termistor depende del tipo de sonda y normalmente se encuentra entre −100 ° C (173 K) y 300 ° C (573 K).

Hay dos tipos de termistores: coeficiente de temperatura negativo (NTC) y coeficiente de temperatura positivo (PTC). Con un termistor NTC, cuando la temperatura aumenta, la resistencia disminuye. Por el contrario, cuando la temperatura disminuye, aumenta la resistencia. Este tipo de termistor es el que más se utiliza.

Un termistor PTC funciona de manera un poco diferente. Cuando la temperatura aumenta, la resistencia aumenta y cuando la temperatura disminuye, la resistencia disminuye. Este tipo de termistor se utiliza generalmente como fusible.

Normalmente, un termistor alcanza una alta precisión dentro de un rango de temperatura limitado de aproximadamente 50ºC alrededor de la temperatura objetivo. Este rango depende de la resistencia base.

Los símbolos del termistor son:

Termistor de tipo pasivo, tipo perla, cables aislados	termistor tipo perla	termistor de la batería

Tipos de termistor

Dependiendo de los materiales utilizados, los termistores se clasifican en dos tipos:
Con los termistores NTC, la resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura; generalmente debido a un aumento en los electrones de conducción impulsados por la agitación térmica de la banda de valencia. Un NTC se usa comúnmente como sensor de temperatura o en serie con un circuito como limitador de corriente de entrada.
Con los termistores PTC, la resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura; generalmente debido al aumento de las agitaciones térmicas de la celosía, en particular las de impurezas e imperfecciones. Los termistores PTC se instalan comúnmente en serie con un circuito y se usan para proteger contra condiciones de sobrecorriente, como fusibles reajustables.
Los termistores se fabrican generalmente con óxidos metálicos en polvo. Con fórmulas y técnicas enormemente mejoradas en los últimos 20 años, los termistores NTC ahora pueden lograr precisiones en amplios rangos de temperatura como ± 0,1 ° C o ± 0,2 ° C de 0 ° C a 70 ° C con una excelente estabilidad a largo plazo. Los elementos de termistor NTC vienen en muchos estilos, como encapsulado en vidrio con plomo axial (diodos DO-35, DO-34 y DO-41), chips recubiertos de vidrio, recubiertos con epoxi con cable conductor desnudo o aislado y montaje en superficie, como así como varillas y discos. El rango de temperatura de funcionamiento típico de un termistor es de -55 ° C a +150 ° C, aunque algunos termistores de cuerpo de vidrio tienen una temperatura máxima de funcionamiento de +300 ° C.

Los termistores se diferencian de los detectores de temperatura por resistencia (RTD) en que el material utilizado en un termistor es generalmente una cerámica o un polímero, mientras que los RTD usan metales puros. La respuesta a la temperatura también es diferente; Los RTD son útiles en rangos de temperatura más amplios, mientras que los termistores suelen lograr una mayor precisión dentro de un rango de temperatura limitado, típicamente de -90 ° C a 130 ° C.
Construcción y materiales
Esta sección necesita expansión. Puedes ayudar añadiendolo.
Los termistores se construyen típicamente utilizando óxidos metálicos.
Los termistores NTC se fabrican a partir de óxidos del grupo de metales del hierro: p. Ej. cromo (CrO, Cr2O3), manganeso (por ejemplo, MnO), cobalto (CoO), hierro (óxidos de hierro) y níquel (NiO, Ni2O3).

Los PTC se preparan generalmente a partir de titanatos de bario (Ba), estroncio o plomo (por ejemplo, PbTiO3).

Modelo de conducción por termistor

NTC (coeficiente de temperatura negativo)

Un termistor NTC fallido (quemado) que funcionó como un limitador de corriente de irrupción en una fuente de alimentación de modo conmutado
Muchos termistores NTC están hechos de un disco, varilla, placa, cordón o chip fundido prensado de material semiconductor, como óxidos metálicos sinterizados. Funcionan porque elevar la temperatura de un semiconductor aumenta el número de portadores de carga activa y los promueve en la banda de conducción. Cuantos más portadores de carga estén disponibles, más corriente puede conducir un material. En ciertos materiales como el óxido férrico (Fe2O3) con dopado de titanio (Ti) se forma un semiconductor de tipo n y los portadores de carga son electrones. En materiales como el óxido de níquel (NiO) con dopado de litio (Li) se crea un semiconductor tipo p, donde los agujeros son los portadores de carga.

Esto se describe en la fórmula

donde

I = corriente eléctrica (amperios),
n = densidad de los portadores de carga (recuento / m3),
A = área de la sección transversal del material (m2),
v = velocidad de deriva de los electrones (m / s),
e = carga de un electrón.
Ante grandes cambios de temperatura, es necesaria la calibración. Sobre pequeños cambios de temperatura, si se usa el semiconductor correcto, la resistencia del material es linealmente proporcional a la temperatura. Hay muchos termistores semiconductores diferentes con un rango de aproximadamente 0,01 kelvin a 2000 kelvin (-273,14 ° C a 1700 ° C).
El símbolo estándar IEC para un termistor NTC incluye una "−t °" debajo del rectángulo.

termistor de vidrio	termistor tipo perla	sensor de termistor

PTC (coeficiente de temperatura positivo)

La mayoría de los termistores PTC están hechos de cerámica policristalina dopada (que contiene titanato de bario (BaTiO3) y otros compuestos) que tienen la propiedad de que su resistencia aumenta repentinamente a una determinada temperatura crítica. El titanato de bario es ferroeléctrico y su constante dieléctrica varía con la temperatura. Por debajo de la temperatura del punto de Curie, la constante dieléctrica alta evita la formación de barreras potenciales entre los granos de cristal, lo que conduce a una baja resistencia. En esta región, el dispositivo tiene un pequeño coeficiente de temperatura negativo. A la temperatura del punto de Curie, la constante dieléctrica cae lo suficiente como para permitir la formación de barreras potenciales en los límites de los granos y la resistencia aumenta bruscamente con la temperatura. A temperaturas aún más altas, el material vuelve a comportarse como NTC.

Otro tipo de termistor es un silistor (una resistencia de silicio térmicamente sensible). Los silistores emplean silicio como material componente semiconductor. A diferencia de los termistores cerámicos PTC, los silistores tienen una característica resistencia-temperatura casi lineal. Los termistores de silicio PTC tienen una deriva mucho menor que un termistor NTC. Son dispositivos estables que están sellados herméticamente en un paquete encapsulado de vidrio con plomo axial.

Los termistores de titanato de bario se pueden utilizar como calentadores autocontrolados; para un voltaje dado, la cerámica se calentará a una cierta temperatura, pero la potencia utilizada dependerá de la pérdida de calor de la cerámica.

La dinámica de los termistores PTC alimentados se presta a una amplia gama de aplicaciones. Cuando se conecta por primera vez a una fuente de voltaje, fluye una gran corriente correspondiente a la resistencia baja, fría, pero a medida que el termistor se calienta automáticamente, la corriente se reduce hasta que se alcanza una corriente límite (y la temperatura máxima del dispositivo correspondiente). El efecto limitador de corriente puede reemplazar los fusibles. En los circuitos de desmagnetización de muchos monitores CRT y televisores, un termistor elegido apropiadamente se conecta en serie con la bobina de desmagnetización. Esto da como resultado una disminución suave de la corriente para un efecto de desmagnetización mejorado. Algunos de estos circuitos de desmagnetización tienen elementos calefactores auxiliares para calentar aún más el termistor (y reducir la corriente resultante).

Otro tipo de termistor PTC es el polímero PTC, que se vende bajo marcas como "Polyswitch", "Semifuse" y "Multifuse". Consiste en plástico con granos de carbono incrustados. Cuando el plástico está frío, los granos de carbono están todos en contacto entre sí, formando un camino conductor a través del dispositivo. Cuando el plástico se calienta, se expande, separando los granos de carbono y haciendo que la resistencia del dispositivo aumente, lo que provoca un aumento del calentamiento y un rápido aumento de la resistencia. Al igual que el termistor BaTiO3, este dispositivo tiene una respuesta de temperatura / resistencia altamente no lineal útil para el control térmico o de circuitos, no para la medición de temperatura. Además de los elementos del circuito utilizados para limitar la corriente, los calentadores autolimitantes se pueden fabricar en forma de cables o tiras, útiles para el trazado de calor. Los termistores PTC se 'enganchan' en un estado de alta resistencia / caliente: una vez calientes, permanecen en ese estado de alta resistencia hasta que se enfrían. El efecto se puede usar como un circuito de memoria / pestillo primitivo, el efecto se mejora mediante el uso de dos termistores PTC en serie, con un termistor frío y el otro termistor caliente.

El símbolo estándar IEC para un termistor PTC incluye una "+ t °" debajo del rectángulo.

Efectos de autocalentamiento

Cuando una corriente fluye a través de un termistor, genera calor, lo que eleva la temperatura del termistor por encima de la de su entorno. Si el termistor se utiliza para medir la temperatura del ambiente, este calentamiento eléctrico puede introducir un error significativo si no se realiza una corrección. Alternativamente, este efecto en sí mismo puede aprovecharse. Puede, por ejemplo, fabricar un dispositivo de flujo de aire sensible empleado en un instrumento de velocidad de ascenso de un planeador, el variómetro electrónico, o servir como temporizador para un relé como se hacía anteriormente en las centrales telefónicas.

La entrada de energía eléctrica al termistor es solo

La corriente y el voltaje a través del termistor dependen de la configuración particular del circuito. si el voltaje a través del termistor se mantiene fijo, entonces por la ley de Ohm tenemos, y la ecuación de equilibrio se puede resolver para la temperatura ambiente en función de la resistencia medida del termistor:


La constante de disipación es una medida de la conexión térmica del termistor a su entorno. Generalmente se administra para el termistor en aire en calma y en aceite bien agitado. Los valores típicos para un termistor de perlas de vidrio pequeño son 1,5 mW / ° C en aire en calma y 6,0 mW / ° C en aceite agitado. Si la temperatura del ambiente se conoce de antemano, entonces se puede usar un termistor para medir el valor de la constante de disipación. Por ejemplo, el termistor se puede utilizar como sensor de caudal, ya que la constante de disipación aumenta con el caudal de un fluido que pasa por el termistor.

La potencia disipada en un termistor se mantiene típicamente a un nivel muy bajo para asegurar un error de medición de temperatura insignificante debido al autocalentamiento. Sin embargo, algunas aplicaciones de termistor dependen de un "autocalentamiento" significativo para elevar la temperatura corporal del termistor muy por encima de la temperatura ambiente, por lo que el sensor detecta incluso cambios sutiles en la conductividad térmica del ambiente. Algunas de estas aplicaciones incluyen detección de nivel de líquido, medición de flujo de líquido y medición de flujo de aire.