Para comprender la función y la aplicación del sensor de temperatura NTC, primero debemos saber qué es el termistor NTC.

¿Qué son los termistores NTC?
termistor integrado en una sonda de acero inoxidable
NTC significa "Coeficiente de temperatura negativo". Los termistores NTC son resistencias con un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que la resistencia disminuye al aumentar la temperatura. 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 normalmente en un rango de -55 a +200 ° C.

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Definición de termistor NTC
Un termistor NTC es una resistencia térmicamente sensible para la cual la resistencia exhibe una disminución grande, precisa y predecible a medida que la temperatura del núcleo de la resistencia aumenta en el rango de temperatura de funcionamiento.

Características de los termistores NTC
A diferencia de los RTD (detectores de temperatura de resistencia), que están hechos de metales, los termistores NTC generalmente están hechos de cerámica o polímeros. Los diferentes materiales utilizados en la fabricación de termistores NTC dan como resultado diferentes respuestas de temperatura, así como otras características de rendimiento diferentes.

Respuesta a la temperatura
La mayoría de los termistores NTC suelen ser adecuados para su uso dentro de un rango de temperatura entre -55 y 200 ° C, donde dan sus lecturas más precisas. Hay familias especiales de termistores NTC que se pueden utilizar a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,15 ° C), así como aquellos diseñados específicamente para su uso por encima de 150 ° C.

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

Curva característica NTC
Como se puede ver en la figura, los termistores NTC tienen una pendiente de temperatura de resistencia mucho más pronunciada en comparación con los RTD de aleación de platino, lo que se traduce en una mejor sensibilidad a la temperatura. Aun así, los RTD 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 y 800 ° C, un rango mucho más amplio que el de los sensores de temperatura NTC.

Comparación con otros sensores de temperatura
En comparación con los RTD, los termistores NTC tienen un tamaño más pequeño, una respuesta más rápida, una mayor resistencia a golpes y vibraciones a un costo menor. Son un poco menos precisos que los RTD. La precisión de los termistores NTC es similar a la de los termopares. Sin embargo, los termopares pueden soportar temperaturas muy altas (del orden de 600 ° C) y se utilizan en estas aplicaciones en lugar de termistores NTC. Aun así, los termistores NTC brindan mayor sensibilidad, estabilidad y precisión que los termopares a temperaturas más bajas y se utilizan con menos circuitos adicionales y, por lo tanto, a un costo total menor. El costo se reduce adicionalmente por la falta de necesidad de circuitos de acondicionamiento de señal (amplificadores, traductores de nivel, etc.) que a menudo se necesitan cuando se trabaja con RTD y siempre se necesitan para termopares.

Efecto de autocalentamiento
El efecto de autocalentamiento es un fenómeno que tiene lugar siempre que hay una corriente que fluye a través del termistor NTC. Dado que el termistor es básicamente una resistencia, disipa energía en forma de calor cuando hay una corriente que fluye a través de él. Este calor se genera en el núcleo del termistor y afecta la precisión de las mediciones. La medida en que esto suceda depende de la cantidad de corriente que fluye, el entorno (si es un líquido o un gas, si hay algún flujo sobre el sensor NTC, etc.), el coeficiente de temperatura del termistor, el total del termistor. área y así sucesivamente. El hecho de que la resistencia del sensor NTC y, por lo tanto, la corriente que lo atraviesa depende del entorno, se utiliza a menudo en detectores de presencia de líquido como los que se encuentran en los tanques de almacenamiento.

Capacidad calorífica
La capacidad calorífica representa la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura del termistor en 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 entrada, ya que define la velocidad de respuesta del sensor de temperatura NTC.

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

Dado que la relación entre la resistencia y la temperatura (la curva R-T) es muy no lineal, se deben utilizar ciertas aproximaciones en los diseños prácticos de sistemas.

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Aproximación de primer orden
Una aproximación, y la más simple de usar, es la aproximación de primer orden que establece que:


Donde 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 aquellas temperaturas donde k es casi constante en todo el rango de temperatura.

Fórmula beta
Otra ecuación da resultados satisfactorios, con una precisión de ± 1 ° C en el rango de 0 a + 100 ° C. Depende de una única constante de material β que se puede obtener mediante mediciones. La ecuación se puede escribir como:

Elegir la aproximación correcta
La elección de la fórmula utilizada para derivar 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 ni siquiera la ecuación de Steinhart-Hart cumple los requisitos, y el termistor tiene que ser calibrado punto por punto, realizando un gran número de medidas y creando una tabla de consulta. .

Construcción y propiedades de termistores NTC
Los materiales típicamente involucrados en la fabricación de resistencias NTC son platino, níquel, cobalto, hierro y óxidos de silicio, usados como elementos puros o como cerámicas y polímeros. Los termistores NTC se pueden clasificar en tres grupos, según el proceso de producción utilizado.