La temperatura desempeña un papel fundamental en el funcionamiento de cualquier circuito electrónico.
Cada componente electrónico tiene su límite térmico y un rango de temperatura que debe mantenerse para un funcionamiento correcto y preciso.
Para controlar la temperatura, se utilizan varios sensores en los que un termistor es una solución eficaz y rentable.
La demanda de componentes o dispositivos precisos (termistores) ha aumentado en los últimos años. Los termistores miden la temperatura con precisión y funcionan eficazmente durante años.
¿Qué es un Termistor?
Un termistor es un semiconductor que contiene un material de mayor resistencia que el material conductor y un resistor que reacciona a la temperatura. La resistencia de un termistor depende del material con el que está fabricado. Su material de construcción consiste en óxidos metálicos, aglutinantes y estabilizadores que se prensan en obleas y se cortan en chips, y la proporción de materiales compuestos determina su resistencia o curva de temperatura.
El término «termistor» hace referencia a resistores termosensibles que son sensores muy precisos y eficaces para medir la temperatura. Las dos formas de termistores son los de coeficiente de temperatura positivo (termistores PTC) y los de coeficiente de temperatura negativo (termistores NTC), en los que la resistencia de un termistor NTC disminuye al aumentar la temperatura y la resistencia de un termistor PTC aumenta al aumentar la temperatura.
Los termistores son componentes pasivos cuya resistencia varía cuando cambia la temperatura de un sistema. Son un método barato, preciso y dinámico para medir la temperatura.
Los termistores se utilizan para controlar la temperatura que rodea a un dispositivo. Las temperaturas detectadas por los termistores influyen en los equipos y se utilizan para la detección de temperatura y la desconexión por sobrecarga. Los termistores se pueden encontrar en una gran variedad de circuitos, equipos y dispositivos, proporcionando un método de bajo coste para la monitorización de la temperatura.
Existen varias configuraciones de termistores, siendo las más comunes las herméticamente selladas y flexibles (serie HSTH), las atornilladas y con arandela, y las autoadhesivas de montaje en superficie. Los termistores HSTH están completamente sellados con una cubierta de polímero plástico para proteger los elementos sensores de la humedad y la corrosión.
Símbolo
Los símbolos de los termistores se muestra en la siguiente figura.
Tipos de Termistores
Como cualquier resistor, un termistor resiste la corriente eléctrica. Sin embargo, a diferencia de un resistor, los termistores afectan a la corriente eléctrica en función de la temperatura. La resistencia de un termistor a la corriente eléctrica cambia en función de la temperatura. Todos los termistores funcionan siguiendo el mismo principio en lo que respecta a las fluctuaciones de temperatura.
Entre los termistores NTC y PTC, los termistores NTC son los más utilizados.
Termistor NTC
En los termistores NTC, la resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura. Los termistores NTC están hechos de material semiconductor con una conductividad entre conductores eléctricos y no eléctricos. Cuando un componente se calienta, los electrones se desprenden de los átomos de la red. Se desprenden y transportan electricidad con facilidad. Al aumentar la temperatura, un termistor transporta la electricidad de forma rápida y eficaz.
El comportamiento de un termistor NTC varía en función de sus componentes. Los fabricantes modifican la proporción de mezcla de los óxidos o los metales dopantes para satisfacer los requisitos deseados. Otro factor en el proceso de fabricación es el contenido de oxígeno en la cocción y las variaciones en la velocidad de enfriamiento.
Los termistores NTC se fabrican en discos, varillas, placas, perlas o chips utilizando un óxido metálico sinterizado. Los termistores NTC de óxido metálico se fabrican a partir de una potencia fina comprimida y sinterizada. Los materiales incluyen manganeso, níquel, cobre, hierro y titanio, así como cristales de silicio o germanio.
El método de conducción de los termistores NTC varía en función de los tipos de materiales utilizados en su fabricación. La elección de los materiales viene determinada por el rango de temperatura que se va a medir.
Germanio – de 1 Kelvin (K) a 100 K o de -457,6 °F a -279,4 °F (de -272 °C a -173 °C)
Silicio – hasta 250 K o -9,4 °F (-23 °C)
Óxido metálico – de 200 K a 700 K o de -99,4 °F a 798,8 °F (de -73 °C a 426 °C)
Para temperaturas más altas, los termistores se fabrican con óxido de aluminio (Al2O3), óxido de berilio (BeO), dióxido de circonio (ZrO2), óxido de itrio (Y2O3) y óxido de disprosio (Dy2O3).
Los termistores NTC se presentan en una amplia variedad de tamaños para adaptarse a cualquier aplicación. Son una parte importante de la industria electrónica, que los utiliza en un tamaño de grano pequeño. Las variaciones en los tamaños crean variaciones en las propiedades y características de un termistor.
Los termistores NTC encapsulados en vidrio están completamente sellados para eliminar la posibilidad de errores de lectura. Su encapsulado los hace aplicables a condiciones ambientales severas, y existen pocas limitaciones para su uso. Los termistores encapsulados en vidrio tienen un rango de funcionamiento de -55 °C a 200 °C (-67 °F a 392 °F). Son excepcionalmente precisos, tienen un tiempo de respuesta rápido y son muy pequeños para facilitar su colocación.
Termistor PTC
Los termistores PTC funcionan en sentido contrario a los termistores NTC. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistencia en el termistor. Existen dos tipos de termistores PTC: uno muestra un aumento lineal mientras que el otro muestra cambios repentinos en la resistencia. Los dos tipos se conocen como de conmutación y silistor.
Los termistores PTC de conmutación no son lineales. Al principio, la resistencia disminuye un poco con el aumento de la temperatura. Una vez que alcanza cierto nivel, la resistencia aumenta rápidamente, lo que lo hace ideal para uso de protección.
Los termistores PTC de silistor tienen un semiconductor como material base y son lineales. Los termistores PTC suelen encontrarse en diversos equipos de detección de temperatura. Están hechos de silicio dopado; el nivel de dopaje determina sus características.
El tipo de termistor PTC de conmutación es muy utilizado. Se fabrican con materiales policristalinos, como carbonato de bario u óxido de titanio, así como sílice, tántalo y manganeso. En el proceso de fabricación, los materiales se muelen hasta convertirlos en polvo y se comprimen para adaptarlos a la forma del termistor. La mayoría de los termistores PTC tienen cables conductores, pero también se venden en forma de chip. En general, se fabrican colocando un chip en alambre de cinta y se sueldan por inmersión o métodos manuales.
¿Cómo Funciona un Termistor? – ¿Cómo «Mide» la Temperatura?
En realidad, un termistor no «mide» nada, sino que su resistencia cambia con la temperatura. El grado de variación de la resistencia depende del tipo de material utilizado en el termistor.
A diferencia de otros sensores, los termistores son No Lineales, lo que significa que los puntos de un gráfico que represente la relación entre la resistencia y la temperatura no formarán una línea recta. La ubicación de la línea y su variación dependen de la construcción del termistor. Un gráfico típico de un termistor tiene este aspecto:
Diferencia Entre Termistores y Sensores
Existen varias diferencias entre los termistores y los sensores de temperatura de resistencia (RTD), siendo los RTD y los circuitos integrados los tipos de sensores más comunes.
- Rango de temperatura: El rango de temperatura de un termistor oscila entre 0 °C y 100 °C (32 °F y 212 °F).
- Coste: Un termistor cuesta mucho menos que un RTD debido a que se utiliza platino para fabricar los RTD.
- Constante de tiempo: La constante de tiempo de los termistores es de 6 a 14 segundos, que es demasiado larga para aplicaciones de alta tecnología.
- Estabilidad: Los termistores tienen una estabilidad cercana a 0.0009 °C (32.002 °F) y mantienen constante la detección en función de la realimentación de temperatura de un circuito.
Aunque los termistores son pequeños, son partes esenciales de los sistemas de control de temperatura de circuitos más grandes. Son un dispositivo económico para bajas temperaturas en comparación con los termopares, que son más caros y se utilizan como dispositivos para altas temperaturas. A diferencia de los termopares, los termistores duran más y no sufren deriva térmica.
Ventajas de los Termistores
Las mediciones de temperatura son muy comunes y algo que la mayoría de la gente controla a diario. Todos los hogares tienen un gran número de dispositivos de medición de temperatura, la mayoría de los cuales incluyen termistores. Los termistores se encuentran en alarmas contra incendios, frigoríficos, hornos, calderas y microondas. Su capacidad única para transformar la resistencia eléctrica en lecturas de temperatura los convierte en una herramienta muy beneficiosa y precisa.
Existen varios tipos de sensores para medir la temperatura, como los termopares y los detectores de temperatura por resistencia (RTD). Aunque todos los dispositivos proporcionan los mismos datos precisos, muchos fabricantes eligen los termistores en lugar de otros métodos.
- Menor coste: El coste es una de las principales fuerzas impulsoras de la popularidad de los termistores. Son capaces de proporcionar datos exactos y precisos para un pequeño rango de temperaturas a un coste mínimo.
- Menor tamaño: Los termistores tienen un diseño compacto y se fabrican en muchas formas, como perlas, discos y varillas. Aunque están disponibles en tamaños pequeños, los termistores son excepcionalmente resistentes y duraderos.
- Control de irrupción: Cuando se enciende un aparato, se carga con una cantidad anormalmente alta de corriente, lo que se denomina corriente de irrupción. Sin protección, pueden producirse daños y resultados perjudiciales para el dispositivo. Los termistores NTC se utilizan como limitadores de corriente de irrupción (ICL) para proteger circuitos sensibles. Las corrientes de irrupción pueden dañar condensadores, contactos de interruptores de potencia y diodos rectificadores. Los termistores PTC también se utilizan para limitar la corriente de irrupción y proteger contra sobrecorrientes.
- Protección contra el sobrecalentamiento: El flujo de corriente en un circuito eléctrico produce calor que se disipa. El calor creado aumenta la temperatura del resistor. Con un termistor, se alcanza la cantidad definida de resistencia y se reduce el calor.
- Usos variados: Aunque los termistores se conocen principalmente como componentes para medir la temperatura, se han utilizado para medir la presión, el nivel de líquidos y la potencia. Se utilizan como protectores contra sobrecargas y avisan de averías.
- Precisión exacta: Los termistores se instalan a una distancia medida de un circuito. Esta forma de instalación evita errores en las lecturas debidos a la resistencia en el cable. Dado que los termistores funcionan en un rango de temperatura pequeño, sus lecturas son más precisas. Responden rápidamente a cambios de temperatura pequeños y diminutos.
- Tiempo de respuesta rápido: Dado que los termistores pueden responder a ligeros cambios incrementales de temperatura, proporcionan datos instantáneamente con poco retardo. Esta propiedad particular también se debe al pequeño rango de temperaturas que monitorizan.
- Fácil personalización: Existe una variedad infinita de termistores que se pueden adaptar, cambiar y configurar para cualquier tipo de aplicación de temperatura. Sus múltiples tipos y tamaños permiten utilizarlos en cualquier operación, condición o situación.
Aplicaciones de los Transistores
El control preciso de la temperatura es un aspecto crucial de muchos procesos de fabricación. La precisión y exactitud del control de la temperatura pueden determinar el éxito o el fracaso de una aplicación. La función principal de la resistencia termosensible de un termistor es mostrar un cambio significativo, predecible y preciso de la resistencia eléctrica en respuesta a la temperatura.
Donde y cuando sea necesario medir la temperatura, ya sea en aplicaciones industriales o en la cocina casera, se utiliza un termistor para determinar, controlar y supervisar la temperatura. Un uso común de los termistores es como parte de un sistema HVAC, que son responsables del soporte térmico y el flujo de aire.
La temperatura de trabajo de los termistores oscila entre 0 °C y 100 °C (32 °F y 212 °F). Los termistores de Clase A ofrecen la mayor precisión, mientras que los de clase B se utilizan cuando no se requieren mediciones exactas. Los termistores son instrumentos muy estables que no pierden precisión con el paso del tiempo.
Termistores en Termostato
La parte central de un termostato es un termistor altamente sensible. El control de la temperatura en un sistema HVAC consta de componentes de circuito simples que incluyen un amplificador operacional, un termistor y un relé, siendo el termistor el principal sensor de temperatura del circuito.
Termistores para Vehículos
Los termistores se utilizan mucho en los automóviles para medir la temperatura del aceite y el refrigerante. Son el dispositivo que permite al conductor saber si el vehículo se está sobrecalentando. Los termistores se conectan directamente a los instrumentos del salpicadero y recopilan la información necesaria sobre la eficacia del funcionamiento de un vehículo.
Termistor para Microondas
Cada microondas tiene un termistor para determinar y mantener la temperatura del microondas. Los termistores evitan que los microondas se sobrecalienten y se incendien.
Baterías Recargables
El proceso de recarga de una batería produce un calor que hay que controlar. En las unidades de recarga se incluye un termistor de baja resistencia que controla el proceso de recarga. Si se calienta demasiado, el termistor detiene la carga para evitar accidentes o daños.
Termistores para Teléfonos Móviles
Los teléfonos móviles son cada vez más pequeños, compactos y avanzados tecnológicamente, por lo que tienen un mayor potencial de sobrecalentamiento. Los termistores detectan el calor dentro del teléfono y transmiten los datos recogidos al circuito integrado. Los termistores de los teléfonos móviles permiten que los componentes eléctricos funcionen con eficacia y precisión cuando se detecta calor.
Termistor en lavadora
El propósito de un termistor en una lavadora es determinar cuándo se ha alcanzado la temperatura óptima para el correcto funcionamiento de la máquina. Cuando aparece un código de error en la pantalla de una lavadora relativo a un error de calentamiento, indica un termistor defectuoso o un problema con el elemento calefactor. Los termistores garantizan que se mantenga la temperatura adecuada y son un componente esencial para el funcionamiento de la lavadora y la secadora.
Termistores para Protectores contra Sobretensiones
Dado que una sobrecarga eléctrica genera calor, los protectores contra sobretensiones son necesarios para evitar sobrecargas que podrían dañar los equipos. Los termistores se colocan en los protectores contra sobretensiones para controlar los picos de energía. Cuando se produce una sobrecarga, se acumula calor. El termistor identifica la acumulación y corta el flujo de corriente.
Termistores para Frigoríficos
Un termistor en un frigorífico es un método para recopilar información sobre el congelador, el evaporador y el frigorífico. Controla la temperatura del frigorífico y envía los datos recogidos a la placa de control. En el evaporador, un termistor se fija a la parte superior del serpentín del evaporador. Un frigorífico puede tener de cinco a nueve termistores diferentes que controlan todos los aspectos del funcionamiento del frigorífico.