La resistencia de cualquier conductor generalmente depende 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 en la amplitud de las vibraciones térmicas de los elementos de la red cristalina y un aumento en la resistencia al movimiento de un flujo de electrones dirigido. La resistencia de los electrolitos y semiconductores disminuye cuando se calienta; esto se explica por otros procesos.
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Cómo funciona el termistor
En muchos casos, el fenómeno de la dependencia de la temperatura de la resistencia es perjudicial. Así, la baja resistencia del filamento de una lámpara incandescente en estado frío provoca un desgaste en el momento del encendido. Cambiar el valor de la resistencia de las resistencias fijas durante el calentamiento o el enfriamiento conduce a un cambio en los parámetros del circuito.
Los desarrolladores están luchando con este fenómeno, las resistencias se producen con un TCR reducido, el coeficiente de temperatura de la resistencia. Dichos artículos son más caros de lo habitual. Pero existen tales componentes electrónicos en los que la dependencia de la resistencia a la temperatura es pronunciada y normalizada. Estos elementos se denominan termistores (resistencias térmicas) o termistores.
Tipos y dispositivo de termistores.
Los termistores se pueden dividir en dos grandes grupos según su respuesta a los cambios de temperatura:
- si la resistencia cae cuando se calienta, tales termistores se llaman Termistores NTC (con coeficiente de temperatura de resistencia negativo);
- si la resistencia aumenta durante el calentamiento, entonces el termistor tiene un TCR positivo (característica PTC); estos elementos también se denominan positores.
El tipo de termistor está determinado por las propiedades de los materiales de los que están hechos los termistores. Cuando se calientan, los metales aumentan la resistencia, por lo tanto, sobre su base (más precisamente, sobre la base de óxidos metálicos), se producen resistencias térmicas con un TCR positivo. Los semiconductores tienen una relación inversa, por lo que los elementos NTC están hechos de ellos. En teoría, los elementos térmicamente dependientes con TCR negativo pueden fabricarse a base de electrolitos, pero esta opción es extremadamente inconveniente en la práctica. Su nicho es la investigación de laboratorio.
El diseño de los termistores puede ser diferente. Se fabrican en forma de cilindros, perlas, arandelas, etc. con dos salidas (como resistencia convencional). Puede elegir 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).Muestra cuánto cambia la resistencia cuando se calienta o se enfría en 1 grado Kelvin.
Aunque el cambio de temperatura, expresado en grados Kelvin, es igual al cambio en grados Celsius, todavía se usa Kelvin en las características de la resistencia térmica. Esto se debe al uso generalizado de la ecuación de Steinhart-Hart en los cálculos, e incluye la temperatura en K.
TCR es negativo para termistores NTC y positivo para termistores PTC.
Otra característica importante es la resistencia nominal. Este es el valor de la resistencia a 25°C. Conociendo estos parámetros, es fácil determinar la aplicabilidad de la resistencia térmica para un circuito en particular.
Además, para el uso de termistores, son importantes características tales como la tensión nominal y máxima de funcionamiento. El primer parámetro determina el voltaje al que el elemento puede funcionar durante mucho tiempo, y el segundo, el voltaje por encima del cual no se garantiza el rendimiento de la resistencia térmica.
Para los positores, un parámetro importante es la temperatura de referencia: el punto en el gráfico de la dependencia de la resistencia del calentamiento, en el que cambia la característica. Define el área de trabajo de la resistencia PTC.
Al elegir un termistor, debe prestar atención a su rango de temperatura. Fuera del área especificada por el fabricante, su característica no está estandarizada (esto puede conducir a errores en el funcionamiento del equipo) o el termistor generalmente no funciona allí.
Designación gráfica condicional
En los diagramas, el UGO del termistor puede diferir ligeramente, pero el signo principal de la resistencia térmica es el símbolo t junto al rectángulo que simboliza la resistencia.Sin este símbolo, es imposible determinar de qué depende la resistencia: UGO similares tienen, por ejemplo, varistores (la resistencia está determinada por el voltaje aplicado) y otros elementos.
A veces se aplica una designación adicional al UGO, que determina la categoría del termistor:
- NTC para elementos con TCS negativo;
- PTC para los pospositores.
Esta característica a veces se indica con flechas:
- unidireccional para PTC;
- multidireccional para NTC.
La designación de la letra puede ser diferente: R, RK, TH, etc.
Cómo verificar el rendimiento del termistor
La primera verificación del termistor es medir la resistencia nominal con un multímetro convencional. Si la medición se realiza a temperatura ambiente, que no es muy diferente de +25 ° C, entonces la resistencia medida no debe diferir significativamente de la indicada en el estuche o en la documentación.
Si la temperatura ambiente es superior o inferior al valor especificado, se debe realizar una pequeña corrección.
Puede intentar tomar la característica de temperatura del termistor, compararla con la especificada en la documentación o restaurarla para un elemento de origen desconocido.
Hay tres temperaturas disponibles para crear con suficiente precisión sin instrumentos de medición:
- hielo derretido (se puede tomar en el refrigerador) - alrededor de 0 ° C;
- cuerpo humano - alrededor de 36 ° C;
- agua hirviendo - alrededor de 100 ° C.
A partir de estos puntos, puede dibujar una dependencia aproximada de la resistencia de la temperatura, pero para los positores esto puede no funcionar: en el gráfico de su TKS, hay áreas donde R no está determinado por la temperatura (por debajo de la temperatura de referencia).Si hay un termómetro, puede tomar una característica en varios puntos, sumergiendo el termistor en agua y calentándolo. Cada 15 ... 20 grados, es necesario medir la resistencia y trazar el valor en el gráfico. Si necesita tomar parámetros por encima de los 100 grados, en lugar de agua, puede usar aceite (por ejemplo, automotriz - motor o transmisión).
La figura muestra las dependencias típicas de la resistencia con respecto a la temperatura: una línea continua para PTC, una línea discontinua para NTC.
Donde corresponda
El uso más obvio de los termistores es como sensores de temperatura. Tanto los termistores NTC como los PTC son adecuados para este propósito. Solo es necesario seleccionar un elemento de acuerdo con el área de trabajo y tener en cuenta la característica del termistor en el dispositivo de medición.
Puede construir un relé térmico: cuando la resistencia (más precisamente, la caída de voltaje a través de ella) se compara con un valor dado, y cuando se excede el umbral, la salida cambia. Dicho dispositivo se puede utilizar como dispositivo de control térmico o como detector de incendios. La creación de medidores de temperatura se basa en el fenómeno del calentamiento indirecto, cuando el termistor se calienta desde una fuente externa.
También en el campo del uso de resistencias térmicas, se usa calentamiento directo: el termistor se calienta por la corriente que lo atraviesa. Las resistencias NTC se pueden usar de esta manera para limitar la corriente, por ejemplo, cuando se cargan condensadores grandes cuando se encienden, así como para limitar la corriente de arranque de motores eléctricos, etc. En estado frío, los elementos térmicamente dependientes tienen una gran resistencia.Cuando el capacitor está parcialmente cargado (o el motor alcanza su velocidad nominal), el termistor tendrá tiempo de calentarse con la corriente que fluye, su resistencia caerá y ya no afectará la operación del circuito.
De la misma manera, puede extender la vida útil de una lámpara incandescente al incluir un termistor en serie con ella. Limitará la corriente en el momento más difícil: cuando se enciende el voltaje (es en este momento cuando la mayoría de las lámparas fallan). Después del calentamiento, dejará de afectar a la lámpara.
Por el contrario, los termistores con característica positiva se utilizan para proteger los motores eléctricos durante el funcionamiento. Si la corriente en el circuito del devanado aumenta debido a un motor atascado o una carga excesiva en el eje, la resistencia PTC se calentará y limitará esta corriente.
Los termistores NTC también se pueden utilizar como compensadores térmicos para otros componentes. Entonces, si se instala un termistor NTC en paralelo con la resistencia que establece el modo de transistor y tiene un TKS positivo, entonces el cambio de temperatura afectará a cada elemento de manera opuesta. Como resultado, el efecto de la temperatura se compensa y el punto de operación del transistor no cambia.
Hay dispositivos combinados llamados termistores con calentamiento indirecto. Un elemento dependiente de la temperatura y un calentador están ubicados en una carcasa de tal elemento. Hay contacto térmico entre ellos, pero están galvánicamente aislados. Al variar la corriente a través del calentador, se puede controlar la resistencia.
Los termistores con diferentes características son ampliamente utilizados en ingeniería. Además de las aplicaciones estándar, su ámbito de trabajo se puede ampliar.Todo está limitado solo por la imaginación y las calificaciones del desarrollador.
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