La resistencia de cualquier conductor depende generalmente de la temperatura. La resistencia de los metales aumenta con el calor. Desde el punto de vista de la física, esto se explica por un aumento de la amplitud de las vibraciones térmicas de los elementos de la red y un aumento de la resistencia al flujo direccional de los electrones. La resistencia de los electrolitos y semiconductores disminuye cuando se calientan, lo que se explica por otros procesos.
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Cómo funciona un termistor
En muchos casos, el fenómeno de la resistencia a la temperatura es perjudicial. Por ejemplo, una baja resistencia del filamento de una lámpara incandescente cuando está fría hace que se queme al encenderla. La modificación del valor de la resistencia de las resistencias fijas al calentar o enfriar provoca cambios en los parámetros del circuito.
Para combatir este fenómeno se han desarrollado resistencias con un TCR (coeficiente de resistencia a la temperatura) reducido. Estos elementos son más caros que los convencionales. Pero hay componentes electrónicos que tienen una pronunciada dependencia de la temperatura y un coeficiente de resistencia normalizado. Estos elementos se denominan termistores o termistores.
Tipos y construcción de termistores
Los termistores pueden dividirse en dos grandes grupos según su reacción a los cambios de temperatura:
- Si la resistencia disminuye cuando se calienta, estos termistores se llaman Termistores NTC (coeficiente de temperatura de resistencia negativo);
- Si la resistencia aumenta cuando se calienta, el termistor tiene un PTC positivo (característica PTC) - tales elementos también se llaman Estos elementos PTC también se denominan termistores PTC..
El tipo de termistor viene determinado por las propiedades del material del mismo. Los metales aumentan su resistencia cuando se calientan, por lo que se utilizan (o más bien los óxidos metálicos) como base para los termorresistores con un TKC positivo. Los semiconductores tienen la dependencia opuesta, por lo que se utilizan para fabricar elementos NTC. Los elementos termostáticos resistivos con TKC negativo pueden fabricarse teóricamente a base de electrolitos, pero esta variante es muy inconveniente en la práctica. Su nicho es la investigación de laboratorio.
El diseño de los termistores puede ser diferente. Vienen en forma de cilindros, cuentas, arandelas, etc. con dos cables (como un resistencia convencional). Es posible seleccionar la forma más conveniente para la instalación en el lugar de trabajo.
Características principales
La característica más importante de cualquier termistor es su coeficiente de temperatura de resistencia (TCR). Indica cuánto cambia la resistencia cuando se calienta o se enfría 1 grado Kelvin.
Aunque el cambio de temperatura, expresado en grados Kelvin, es igual al cambio en grados Celsius, los termorresistores se siguen caracterizando en Kelvin. Esto se debe al uso generalizado de la ecuación de Steinhart-Hart en los cálculos, e incluye la temperatura en K.
El TCS es negativo para los termistores tipo NTC y positivo para los posistores.
Otra característica importante es el índice de resistencia. Este es el valor de la resistencia a 25°C. Conociendo estos parámetros, es fácil determinar la aplicabilidad de un termistor a un circuito concreto.
También son importantes para el uso de los termistores la tensión nominal y la tensión máxima de funcionamiento. El primer parámetro determina la tensión a la que el elemento puede funcionar durante un largo periodo de tiempo, mientras que el segundo parámetro determina la tensión por encima de la cual no se garantiza el rendimiento del termistor.
En el caso de los posistores, un parámetro importante es la temperatura de referencia, es decir, el punto de la curva resistencia-calor en el que se produce la fractura característica. Esto determina el rango de funcionamiento de la resistencia PTC.
A la hora de seleccionar un termistor, también hay que prestar atención a su rango de temperatura. Fuera de las especificaciones del fabricante, la curva característica no está normalizada (esto puede causar un mal funcionamiento de la unidad) o el termistor no funcionará en absoluto.
Designación de la unidad
Los símbolos gráficos pueden variar ligeramente, pero la característica principal de un termistor es el símbolo t junto al rectángulo que simboliza la resistencia. Sin este símbolo no es posible determinar el tipo de resistencia - se utilizan símbolos similares de BRE, por ejemplo varistores (la resistencia está determinada por la tensión aplicada) y otros elementos.
A veces se adjunta un símbolo adicional a la UGO, que indica la categoría del termistor:
- NTC para las células con un TCS negativo;
- PTC para los posistores.
Esta característica se indica a veces con flechas:
- unidireccional para PTC;
- omnidireccional para NTC.
La designación de la letra puede ser diferente: R, RK, TH, etc.
Cómo comprobar el correcto funcionamiento de un termistor
La primera comprobación del funcionamiento de un termistor consiste en medir la resistencia nominal con un multímetro estándar. Si se mide a temperatura ambiente, que no difiere mucho de +25 °C, la resistencia medida no debe diferir significativamente de la indicada en la carcasa o en la documentación.
Si la temperatura ambiente es más alta o más baja que el valor especificado, hay que hacer una pequeña corrección.
Se puede intentar tomar la característica de temperatura de un termistor para compararla con la que figura en la documentación o reconstruirla para un componente de origen desconocido.
Hay tres temperaturas disponibles para crear con suficiente precisión sin instrumentos de medición:
- hielo derretido (puede sacarse de una nevera) - alrededor de 0 °C;
- el cuerpo humano: unos 36 °C;
- agua hirviendo, a unos 100 °C.
Según estos puntos es posible dibujar una dependencia aproximada de la resistencia con respecto a la temperatura, pero para los posistores puede no funcionar - en el gráfico de su TCS, hay zonas donde R no está definida por la temperatura (por debajo de la temperatura de referencia). Si se dispone de un termómetro, es posible tomar una característica por varios puntos, bajando el termistor en agua y calentándolo. La resistencia debe medirse cada 15...20 grados y el valor debe trazarse. Si es necesario leer los parámetros por encima de los 100 grados, se puede utilizar aceite (por ejemplo, aceite de coche o de transmisión) en lugar de agua.
El diagrama muestra las dependencias típicas de la temperatura de la resistencia - la línea sólida es para PTC y la línea de puntos es para NTC.
Dónde utilizarlo
La aplicación más obvia de los termistores es como sensores de temperatura. Tanto los termistores NTC como los PTC son adecuados para este fin. Sólo hay que seleccionar el elemento en función de la zona de trabajo y tener en cuenta la característica del termistor en el dispositivo de medición.
Es posible construir un relé térmico - cuando la resistencia (más precisamente, la caída de tensión a través de ella) se compara con el valor establecido y la salida se conmuta cuando se supera el umbral. Este dispositivo puede utilizarse como dispositivo de vigilancia térmica o como detector de incendios. Los sensores de temperatura se basan en el fenómeno del calentamiento indirecto, en el que el termistor es calentado por una fuente externa.
Calentamiento directo: el termistor se calienta por la corriente que lo atraviesa. Las resistencias NTC pueden utilizarse de esta manera para limitar la corriente, por ejemplo, al cargar condensadores de gran capacidad cuando se encienden, así como para limitar la corriente de arranque de los motores, etc. Los elementos termodependientes tienen una gran resistencia cuando están fríos. Cuando un condensador está parcialmente cargado (o un motor alcanza la velocidad nominal), el termistor tiene tiempo de calentarse por la corriente que circula, su resistencia caerá y dejará de afectar al funcionamiento del circuito.
Del mismo modo, se puede prolongar la vida de una bombilla incandescente poniendo un termistor en serie con ella. Esto limitará la corriente en el momento más difícil: cuando se enciende el voltaje (es cuando la mayoría de las bombillas fallan). Una vez que se haya calentado ya no tendrá ningún efecto sobre la bombilla.
En cambio, los termistores con característica positiva se utilizan para proteger los motores eléctricos durante su funcionamiento. Si la corriente del devanado aumenta debido a un atasco del motor o a una carga del eje superior a la carga, la resistencia PTC se calentará y limitará esta corriente.
Los termistores con un PTC negativo también pueden utilizarse como compensadores de calor para otros componentes. Por ejemplo, si se inserta un termistor NTC con un PTC positivo en paralelo con la resistencia de ajuste de modo del transistor, el cambio de temperatura afectará a cada componente de forma opuesta. Como resultado, el efecto de la temperatura se compensa y el punto de funcionamiento del transistor no se desplaza.
Existen dispositivos combinados llamados termistores de calentamiento indirecto. Un elemento dependiente de la temperatura y un calentador se encuentran en la misma carcasa de dicho elemento. Hay contacto térmico entre ellos, pero están aislados galvánicamente. Variando la corriente que pasa por el calentador, se puede controlar la resistencia.
Los termistores con diferentes características se utilizan ampliamente en la tecnología. Además de las aplicaciones estándar, su ámbito de actuación puede ampliarse. Todo está limitado únicamente por la imaginación y la cualificación del diseñador.
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