Uno de los tipos de sensores de temperatura más comunes en el mercado es el termistor, una versión reducida de "resistencia sensible al calor". Los termistores son sensores de bajo costo que son muy resistentes y robustos. El termistor es el sensor de temperatura de elección para aplicaciones que requieren alta sensibilidad y buena precisión. Los termistores están limitados a aplicaciones de rango de temperatura operacional pequeño debido a su respuesta no lineal a la temperatura.
Construcción
Los termistores son componentes de dos cables hechos de óxidos metálicos sinterizados que están disponibles en varios tipos de paquetes para soportar una variedad de aplicaciones. El paquete de termistor más común es una pequeña cuenta de vidrio con un diámetro de 0.5 a 5 mm con dos cables. Los termistores también están disponibles en paquetes de montaje en superficie, discos e integrados en sondas metálicas tubulares. Los termistores de perlas de vidrio son bastante resistentes y robustos, y el modo de falla más común es el daño a los dos cables conductores. Sin embargo, para aplicaciones que requieren un mayor grado de resistencia, los termistores tipo sonda de tubo de metal brindan una mayor protección.
Beneficios
Los termistores tienen varias ventajas, que incluyen precisión, sensibilidad, estabilidad, tiempo de respuesta rápido, electrónica simple y bajo costo. El circuito para interactuar con un termistor puede ser tan simple como una resistencia de pull-up y medir el voltaje a través del termistor. Sin embargo, la respuesta de los termistores a la temperatura es muy no lineal y, a menudo, se sintonizan en un rango de temperatura pequeño que limita su precisión a la ventana pequeña, a menos que se utilicen circuitos de linealización u otras técnicas de compensación. La respuesta no lineal hace que los termistores sean muy sensibles a los cambios de temperatura. Además, el pequeño tamaño y la masa de un termistor les da una pequeña masa térmica que permite que un termistor responda rápidamente a un cambio de temperatura.
Comportamiento
Los termistores están disponibles con un coeficiente de temperatura positivo o negativo (NTC o PTC). Un termistor con un coeficiente de temperatura negativo se vuelve menos resistente a medida que aumenta la temperatura, mientras que un termistor con un coeficiente de temperatura positivo aumenta la resistencia a medida que aumenta su temperatura. Los termistores PTC a menudo se usan en serie con componentes donde las sobrecargas de corriente podrían causar daños. Como componentes resistivos, cuando la corriente los atraviesa, los termistores generan calor que causa un cambio en la resistencia. Como los termistores requieren una fuente de corriente o una fuente de voltaje para funcionar, el cambio de resistencia inducido por el autocalentamiento es una realidad inevitable de los termistores. En la mayoría de los casos, los efectos de autocalentamiento son mínimos y la compensación solo es necesaria cuando se requiere una alta precisión.
Modos Operacionales
Los termistores se utilizan en dos modos operativos más allá del modo de funcionamiento típico de resistencia frente a temperatura. El modo de voltaje contra corriente usa el termistor en una condición de autocalentamiento y estado estable. Este modo se usa a menudo para medidores de flujo donde un cambio en el flujo de un fluido a través del termistor causará un cambio en la potencia disipada por el termistor, su resistencia y la corriente o voltaje, dependiendo de cómo se accione. Un termistor también se puede operar en un modo de corriente en el tiempo donde el termistor está sujeto a una corriente. La corriente hará que el termistor se caliente, aumentando la resistencia en el caso de un termistor NTC y protegiendo un circuito de un pico de alto voltaje. Alternativamente, se puede usar un termistor PTC en la misma aplicación para protegerse de las sobrecargas de alta corriente.
Aplicaciones
Los termistores tienen una amplia gama de aplicaciones, siendo las más comunes la detección directa de temperatura y la supresión de sobretensiones. Las características de los termistores NTC y PTC se prestan para aplicaciones que incluyen:
- Indicadores de nivel de liquido
- compensación de temperatura
- Medición de flujo
- Medidores de vacío
- Protección térmica
- Control de ganancia de ampifier
- Circuitos de retardo de tiempo
- Interruptores térmicos
Linealización
Debido a la respuesta no lineal de los termistores, a menudo se requiere que los circuitos de linealización ofrezcan una buena precisión en un rango de temperaturas. La respuesta de resistencia no lineal a la temperatura de un termistor viene dada por la ecuación de Steinhart-Hart que proporciona una buena resistencia al ajuste de la curva de temperatura. Sin embargo, la naturaleza no lineal resulta en una pobre precisión en la práctica, a menos que se use una conversión de analógico a digital de alta resolución. Implementar una linealización por hardware simple de resistencia en paralelo, en serie o en paralelo y en serie con el termistor mejora drásticamente la linealidad de la respuesta de los termistores y extiende la ventana de temperatura operativa del termistor a un costo de cierta precisión. Los valores de resistencia utilizados en los circuitos de linealización deben elegirse para centrar la ventana de temperatura para lograr la máxima efectividad.
