O que é um sensor de temperatura termistor NTC (EN) - CTN (FR)?

NTC significa "coeficiente de temperatura negativo", denominado CTN em francês "coeficiente de temperatura negativo". Termistores NTC são resistores com coeficiente de temperatura negativo, o que significa que a resistência diminui à medida que a temperatura aumenta. Eles são usados ​​principalmente como sensores resistivos de temperatura e dispositivos limitadores de corrente. O coeficiente de sensibilidade à temperatura é cerca de cinco vezes maior que o dos sensores de temperatura de silício (silistores) e cerca de dez vezes maior que o dos detectores de temperatura de resistência (RTDs). Os sensores NTC são geralmente usados ​​na faixa de temperatura de -55 ° C a 200 ° C.

Definição: Uma sonda térmica de termistor NTC é um resistor sensível à temperatura cuja resistência exibe uma diminuição grande, precisa e previsível na resistência à medida que a temperatura do núcleo do resistor aumenta ao longo da faixa de temperatura de operação.

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Características dos termistores NTC - CTN

Ao contrário dos detectores de temperatura de resistência, que são feitos de metais, os sensores de temperatura de termistor NTC são geralmente feitos de cerâmica ou polímeros. Diferentes materiais usados ​​resultam em diferentes respostas de temperatura, bem como outras características.

Curvas T ° / R de sondas de termistor NTC - CTN

A sensibilidade à temperatura de um sensor NTC é expressa em "variação percentual por grau ° C". Dependendo dos materiais usados ​​e das especificações do processo de produção, os valores típicos para sensibilidades à temperatura variam de -3% a -6% por ° C.

Enquanto a maioria das sondas de medição de termistor NTC são geralmente adequadas para uso na faixa de temperatura de -55°C a 200°C, ao fornecer suas leituras mais precisas, existem famílias especiais de sondas CTNs adequadas para uso em temperaturas próximas ao zero absoluto (- 273,15°C), bem como aqueles especialmente projetados para uso acima de 150°C.

Curva da sonda NTC

Como pode ser visto na figura, os termistores NTC têm uma inclinação de resistência-temperatura muito mais acentuada do que os medidores RTD de liga de platina, o que resulta em melhor sensibilidade para detecção de temperatura.

Apesar disso, os sensores RTD (TERMÔMETROS DE RESISTÊNCIA DE PLATINUM tipo Pt100) continuam sendo os sensores mais precisos com uma precisão de ± 0,5% da temperatura medida e são úteis na faixa de temperatura entre -200 ° C e 800 ° C, uma faixa muito mais ampla do que os sensores de temperatura NTC.

Comparação com outros sensores de temperatura

Comparado à RTD, o NTC tem um tamanho menor, resposta mais rápida, maior resistência a impactos e vibrações a um custo menor
Dito isso, esse tipo de sonda oferece um controle de temperatura um pouco menos preciso do que os RTDs. 

Em comparação com a sonda termopar, a precisão da medição de temperatura é semelhante. No entanto, os termopares podem suportar temperaturas muito altas (até mais de 1000°C) e são usados ​​em tais aplicações em vez de termistores NTC - NTC, onde às vezes são chamados de pirômetros.

Apesar disso, os termistores O NTC oferece maior sensibilidade, estabilidade e precisão do que os termopares em temperaturas mais baixas. Além disso, os medidores termistores NTC são usados ​​com menos circuitos adicionais e, portanto, com um custo total menor.
O custo é reduzido ainda mais pela falta de necessidade de circuitos de condicionamento de sinal (amplificadores, conversores de nível, etc.) frequentemente necessários para RTDs e sempre necessários para termopares.

Risco de auto-aquecimento

Ilustração de auto-aquecimento do termistor NTCO efeito de autoaquecimento é um fenômeno que ocorre sempre que uma corrente flui através da sonda de medição do termistor NTC. Como o termistor é basicamente um resistor, ele dissipa energia na forma de calor quando há uma corrente fluindo através dele.

Este calor é gerado no centro do termistor e afeta a precisão da medição. A extensão em que isso ocorre depende da quantidade de corrente que circula, do ambiente (seja um líquido ou um gás, se existe um fluxo no sensor NTC, etc.) .), o coeficiente de temperatura do termistor e o estado do termistor.

O fato de que a resistência do sensor NTC e, portanto, a corrente que flui através dele depende do ambiente é frequentemente usada em detectores para a presença de líquidos como os encontrados em tanques de armazenamento.

Capacidade térmica

A capacidade térmica representa a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura do termistor de 1 ° C e é geralmente expresso em mJ/°C. O conhecimento da capacidade térmica precisa é de grande importância ao usar um sensor de termistor NTC como dispositivo limitador de corrente de irrupção, pois define a velocidade de resposta do sensor de temperatura NTC.

Seleção e cálculo da curva

O rigoroso processo de seleção deve levar em consideração a constante de dissipação do termistor, a constante de tempo térmico, o valor da resistência, a curva resistência-temperatura e as tolerâncias, para mencionar os fatores mais importantes.

Como a relação entre resistência e temperatura (a curva RT) é altamente não linear, certas aproximações devem ser usadas em projetos práticos de sistemas.

fórmula de aproximação de primeira ordem: dR = k * dT

Aproximação de primeira ordem: Quando k é o coeficiente de temperatura negativo, ΔT é a diferença de temperatura e ΔR é a mudança na resistência resultante da mudança de temperatura. Essa aproximação de primeira ordem é válida apenas para uma faixa de temperatura muito estreita e só pode ser usada para temperaturas em que k é quase constante em toda a faixa de temperatura.


Aproximação das equações beta: R (T) = R (T0) * exp (Beta * (1 / T-1 / T0))Fórmula beta: Outra equação fornece resultados satisfatórios, com uma precisão de ± 1 ° C na faixa de 0 ° C a + 100 ° C. Depende de uma única constante de material β pode ser obtido por medições de temperatura. A equação pode ser escrita da seguinte forma:

Onde R (T) é a resistência à temperatura T em Kelvin, R (T 0 ) é um ponto de referência à temperatura T 0 . A fórmula beta requer uma calibração de dois pontos, que geralmente não é mais precisa do que ± 5 ° C em toda a faixa útil do termistor NTC.

Equação de Steinhart para uma aproximação precisa: 1 / T = A + B * (ln (R)) + C * (ln (R)) ^ 3

Equação de Steinhart-Hart: A aproximação mais conhecida até o momento é a fórmula de Steinhart-Hart, publicada em 1968. Onde Rn é o logaritmo natural da resistência à temperatura T em Kelvin, e A, B e C são coeficientes derivados de medições experimentais. 

Esses coeficientes são geralmente publicados pelos fornecedores de termistor na ficha técnica. A fórmula Steinhart-Hart geralmente tem precisão de aproximadamente ± 0,15 ° C, na faixa de -50 ° C a + 150 ° C, o que é suficiente para a maioria das aplicações. 

Se for necessária uma precisão mais alta, a faixa de temperatura deve ser reduzida e é possível uma precisão melhor que ± 0,01 ° C na faixa de 0 ° C a + 100 ° C.

Escolha a aproximação correta

A escolha da fórmula usada para calcular a temperatura a partir da medição da resistência deve basear-se na potência computacional disponível, bem como nos requisitos reais de tolerância.

Em algumas aplicações, uma aproximação de primeira ordem é mais do que suficiente, enquanto em outras até a equação de Steinhart-Hart falha nos requisitos.

Neste caso, a sonda de temperatura termistor NTC deve ser calibrada ponto a ponto, realizando um grande número de medições e criando uma tabela de correspondência. 

Resina epóxi NTCTermistores encapsulados em epóxi

Estas sondas termistor NTC são feitas de óxidos metálicos (manganês, cobalto, cobre e níquel) emittés no corpo cerâmico. 

Eles geralmente oferecem tempos de resposta rápidos, melhor estabilidade e permitem a operação em temperaturas mais altas do que os sensores Disk e Chip NTC, mas são mais frágeis.

É comum selá-los em vidro, protegê-los de danos mecânicos durante a montagem e melhorar sua estabilidade de medição. Os tamanhos típicos variam de 0,075 a 5 mm de diâmetro.

NTC com disco e chipTermistores de disco e chip

Esses medidores de termistor NTC possuem contatos de superfície metalizados. Eles são maiores e têm tempos de reação mais lentos do que os resistores NTC tipo bola.

No entanto, devido ao seu tamanho, apresentam uma constante de dissipação mais alta (potência necessária para elevar a temperatura em 1 ° C) e, uma vez queA emissão dissipada pelo termistor é proporcional ao quadrado da corrente, eles suportam correntes mais altas como termistores.

Os termistores de disco são fabricados pressionando uma mistura de pós de óxido em um molde redondo, que é sinterizado a alta temperatura. As lascas são geralmente feitas por um processo de moldagem de fita, onde uma pasta de material é espalhada na forma de um filme espesso, seca e cortada. Os tamanhos típicos variam de 0,25 a 25 mm de diâmetro.

NTC encapsulado em vidroTermistores NTC encapsulados em vidro

Estes são sensores de temperatura NTC selados em uma bolha de vidro hermética. Eles são projetados para uso com altas temperaturas (acima de 150°C) ou para montagem em PCB. circuito impresso, onde a robustez é essencial.

Encapsular um termistor ems o vidro melhora a estabilidade do sensor e protege o sensor do meio ambiente. Eles são fabricados por hermeticamente selando resistores NTC do tipo pérola em um recipiente de vidro. Os tamanhos típicos variam de 0,4 a 10 mm de diâmetro.

Símbolo do termistor NTC

O símbolo a seguir é usado para um termistor com um coeficiente de temperatura negativo, de acordo com a norma IEC.
símbolo do termistor