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• Jhonny Moyon

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Termistor NTC - Carácteristicas Dinámicas y Estáticas Informe Alvarez Toabanda Danilo Fernando Fernandez Romero Luis Eduardo Ichina López Alex Javier Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Informática y Electrónica, Intrumentación y Sensores

7 de febrero de 2018 Resumen

Un termistor esencialmente es un semiconductor que se comporta como un resistor térmico que usan electrodos internos que detectan el calor y lo miden a través de impulsos eléctricos. Existen dos tipos: Termistores NTC: Se debe elegirse cuando es necesario un cambio continuo de la resistencia en una amplia gama de temperaturas, ofrecen estabilidad mecánica, térmica y eléctrica, junto con un alto grado de sensibilidad. Termistores PTC: se deben elegirse cuando se requiere un cambio drástico en la resistencia a una temperatura específica o nivel de corriente.

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Introducción.

temperatura puede resultar de un cambio externo de la temperatura ambiente o un calentamiento interno debido al efecto Joule de una corriente que fluye a través del termistor. Este sensor no es lineal es decir que su exactitud no es muy buena en rangos amplios de temperatura, comparada con otros sensores. A pesar de eso un sensor NTC bien ajustado puede medir temperaturas con bastante exactitud, 0.1o C en un intervalo pequeño de temperaturas. Se fabrican de una mezcla de óxidos de Mn, Ni, Co, Cu, Fe y están moldeados en un cuerpo cerámico de varios tamaños, típicamente tienen una resistencia entre 50 ohms y 1Mohms a 25o C y una sensibilidad del 4 %/o C a 25o C. En la Fig. 2 se muestra la variacion de la resistencia del termistor NTC con la temperatura, el cual posteriomente se obtendra esta grafica experimentalmente.

Un termistor es un compuesto de una mezcla sinterizada de óxidos metálicos, esencialmente es un semiconductor que se comporta como un resistor térmico, es decir un sensor de temperatura por resistencia que se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura, tomando en cuenta que esta variacion de la resistencia con la temperatura no es lineal. Se pueden encontrar en el mercado con la denominación NTC (Negative Temperature Coeficient) si su coeficiente de temperatura es negativo y si su coeficiente de temperatura es positivo se los denomina PTC (Positive Temperature Coeficient). En algunos casos, la resistencia de un termistor a la temperatura ambiente puede disminuir en hasta 6 % por cada 1o C de aumento de temperatura. Esta elevada sensibilidad a variaciones de temperatura hace que el termistor resulte muy adecuado para mediciones precisas de temperatura, utilizándoselo ampliamente para aplicaciones de control y compensación en el rango de 150o C a 450o C. [1] Los termistores sirven para la medición o detección de temperatura tanto en gases, como en líquidos o sólidos, debido a su muy pequeño tamaño, se los encuentra normalmente montados en sondas o alojamientos especiales que pueden ser específicamente diseñados para posicionarlos y protegerlos adecuadamente cualquiera sea el medio donde tengan que trabajar. En la Fig. 1 se muestra las configuraciones constructivas del termistor de uso más común que son: los glóbulos, las sondas y los discos.

Figura 2: Variación de la resistencia NTC con la temperatura Como se muestra en la Figura 2 la relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial,el cual la resistencia disminuye conforme aumenta la temperatura. El NTC se ocupa en casos cuando la resistencia de un circuitos depende de las corrientes que lo atraviesan, en momentos donde se aprovecha la inercia térmica, es decir, el tiempo que tarda el termistor en calentarse o enfriarse cuando se le somete a variaciones de tensión, para medida de la velocidad de fluidos y accionamiento de retardo de reles.

Figura 1: Formas constructivas de termistores NTC a. Tipo glóbulo b. Tipo disco - c. Tipo barra .

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NTC 10k

Características Dinamicas del termistor NTC.

Un termistor es un componente que reduce su resistencia Entre las características principales de un sensor se encuando aumenta la temperatura y tiene un coeficiente de tem- cuentran las dinámicas que ocurren cuando la cantidad bajo peratura negativo, el efecto de este coeficiente negativo con la medición sufra una variación en un momento determinado y 1

por lo tanto es necesario que conozcamos el comportamiento dinámico del instrumento cuando sucedan estas variaciones. En la Fig. 3 se indica el esquema eléctrico utilizado en la experimentación.

R = 24663−0,032t La gráfica resultante se muestra en la Fig. 5.

Figura 5: Variación de la resistencia NTC cuando disminuye la temperatura

Figura 3: Esquema Eléctrico -Termistor NTC con sensor de

Tambien se consguió las gráficas mediante el software temperatura LM35 Matlab, para la obtención de las ecuaciones de la curvas se Mediante el esquema eléctrico Se obtienen los valores de utilizó los comandos polyfit y polyval con los datos recopilados la resistencia del termistor usando los valores obtenidos de la mediante arduino y el puerto serial. Las ecuaciones resultantes caída de tensión en R1 utilizando las ecuaciones: mediante estos comandos son: 5v ∗ 1k Rntc + 1 5000 − 1k Rntc = Va La lectura de datos se realizó mediante el microcontrolador arduino cada 250 mili segundos, se colocaron ambos sensores juntos, dentro de recipiente junto al fuego, el recipiente que en inicio está lleno de hielo para que las mediciones comiencen desde un valor menor a la temperatura del ambiente, a la distancia a la que se encuentra el sensor. El valor mínimo y máximo de temperatura que se obtiene es de 13.6o C y 90o C respectivamente, una vez que alcanza este valor se retira del fuego al recipiente hasta que este llegue a la temperatura ambiente. Se recopilaron 1666 datos del termistor NTC con la ayuda del sensor de temperatura LM35, estos datos se los ingresaron a Excel, el cual se obtuvo la siguiente ecuacion que representara la variación de la resistencia con la temperatura del NTC. Va=

R = 1,04 ∗ (0,0001 ∗ t3 − 0,0041 ∗ t2 + 0,0334 ∗ t + 1,7151) R = 1,04 ∗ (0,0001 ∗ t3 − 0,0073 ∗ t2 + 0,2135 ∗ t + 3,5017) Las gráficas obtenidas se muestran en la Fig. 6.

Figura 6: Variación de la resistencia con la temperatura mediante

R = 23336−0,031t

MATLAB

La curva de la línea azul es el comportamiento del termisEn la Fig. 4 se muestra la grafica obtenida de la ecuación tor pasando de temperatura baja a temperatura alta, la curva resultante. de color rojo es cuando el termistor pasa de temperatura alta a temperatura baja.

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Características Estáticas del Termistor NTC Las características estáticas principales son: Rango: 3.3 Ω to 470 kΩ a 25o C. Es el conjunto de valores que puede tomar la señal de entrada comprendidos entre el máximo y el mínimo detectados por el sensor con una tolerancia de error aceptable. Los termistores no sirven para la medición de temperaturas dentro de alcances muy amplios, puestos que sus variaciones de resistencia son demasiado grandes para que puedan medirse de una manera adecuada, con un solo instrumento; alcances de alrededor de 470 kilo ohms suelen ser lo máximo admisible.

Figura 4: Variación de la resistencia NTC cuando aumenta temperatura

La gráfica muestra el comportamiento del termistor cuando este aumenta su tempertura. Asi mismo se obtuvo la ecuación cuando el termistor disminuye la temperatura. 2

Precisión: err