Sensor de temperatura termistor

O que é um sensor de temperatura termistor?

Um termistor é um termômetro cuja resistência depende da temperatura. O termo é uma combinação de "térmico" e "resistência". É composto por óxidos metálicos, prensados ​​para formar um grânulo, disco ou forma cilíndrica, depois encapsulados em um material impermeável como epóxi ou vidro.

Os diferentes tipos de sensores de temperatura do termistor

Existem dois tipos de termistores: 

  • o coeficiente de temperatura negativo (NTC ou CTN) 
  • e o coeficiente de temperatura positivo (PTC ou CTP). 

Com uma sonda NTC, quando a temperatura aumenta, a resistência diminui. Por outro lado, quando a temperatura diminui, a resistência aumenta. Este tipo de termistor é o mais utilizado.

Um termistor PTC funciona um pouco diferente. Quando a temperatura aumenta, a resistência aumenta e quando a temperatura diminui, a resistência diminui. Normalmente, um termistor atinge alta precisão dentro de uma faixa de temperatura limitada de aproximadamente 50 ° C em torno da temperatura alvo. Esse intervalo depende da resistência básica.

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símbolos de termistor

A seta ao lado de T significa que a resistência é variável, dependendo da temperatura. A direção da seta ou da barra não é significativa.

Os sensores termistor são fáceis de usar, baratos, robustos e reagem de forma previsível às mudanças. Embora não funcionem bem com temperaturas muito baixas ou altas, eles são o sensor de escolha para aplicações que medem a temperatura em uma faixa de medição baixa. O termistor é ideal quando é necessário um controle preciso da temperatura.

Alguns dos usos mais comuns para termistores são em termômetros digitais, medição de temperatura de óleo e refrigerante, eletrodomésticos como fornos e geladeiras.

Figura 1: Símbolo do termistor - Estados Unidos e Japão

Como o termistor "mede" a temperatura?

Na realidade, um termistor não "lê" nada, a resistência de um termistor muda com a temperatura. O grau de variação da resistência depende do tipo de material usado no termistor.

Ao contrário de outras sondas de medição, os termistores não são lineares, o que significa que os pontos em um gráfico que representam a relação entre resistência e temperatura não formarão uma linha reta. A construção do termistor determina a localização da linha e seu curso. Um gráfico de termistor típico se parece com isso:

Figura 2: resistência em função da temperatura

Qual é a diferença entre um termistor e outros sensores?

Além dos termistores, vários outros tipos de sensores de temperatura são usados. Os mais comuns são detectores de temperatura de resistência (RTDs) e circuitos integrados (ICs). A sonda de medição que funciona melhor para uma finalidade específica é baseada em muitos fatores. 

Faixa de temperatura: A faixa global aproximada de temperaturas em que um tipo de sonda pode ser usado. Dentro de uma determinada faixa de temperatura, alguns sensores funcionam melhor que outros.

Custo: custo relativo quando esses sensores são comparados entre si. Por exemplo, os termistores são baratos em comparação aos RTDs, em parte porque o material escolhido para os RTDs é a platina.

Sensibilidade: tempo aproximado necessário para passar de um valor de temperatura para outro. Este é o tempo, em segundos, necessário para um termistor atingir 63,2% da diferença de temperatura entre a leitura inicial e a última.

Que formas de termistor estão disponíveis?

Os sensores de temperatura do termistor vêm em uma variedade de formas - disco, chip, cordão ou haste - e podem ser montados em superfície ou integrados a um sistema. Podem ser encapsulados em resina epóxi, vidro, resina fenólica cozida ou pintados. A melhor forma geralmente depende do material que está sendo monitorado, como um sólido, líquido ou gás.

Um chip termistor é normalmente montado em uma placa de circuito impresso. Existem muitas formas diferentes de termistores.

Escolha uma forma que permita o contato máximo da superfície com o dispositivo cuja temperatura está sendo monitorada. Qualquer que seja o tipo de termistor, a conexão ao dispositivo monitorado deve ser feita usando uma pasta com alta condutividade térmica ou um adesivo epóxi. É geralmente importante que esta pasta ou cola não conduza eletricidade.

Como um termistor funciona em um sistema controlado?

O termistor é usado principalmente para medir a temperatura de um dispositivo. Em um sistema com temperatura controlada, o termistor é uma parte pequena, mas importante, de um sistema maior. Um controlador de temperatura monitora a temperatura do termistor. Em seguida, ele informa a um aquecedor ou resfriador quando ligar ou desligar, a fim de manter a temperatura da sonda.

A cabeça do sensor é fixada na placa de resfriamento que deve manter uma temperatura específica para resfriar o dispositivo, e os fios são conectados ao controlador de temperatura. O controlador de temperatura também é conectado eletronicamente ao dispositivo Peltier, que aquece e resfria o dispositivo alvo. O dissipador de calor é conectado ao dispositivo Peltier para facilitar a dissipação de calor.

A localização da sonda do termistor no sistema afeta tanto a estabilidade quanto a precisão da medição do sistema de controle. Para melhor estabilidade, o termistor deve ser colocado o mais próximo possível do aquecedor termoelétrico ou resistivo. Para melhor precisão, o termistor deve estar localizado próximo ao dispositivo que requer controle de temperatura.

Idealmente, o termistor é embutido no dispositivo, mas também pode ser fixado usando cola ou pasta condutora de calor. Mesmo se um dispositivo de medição estiver integrado, as lacunas de ar devem ser eliminadas com pasta térmica ou cola.

Quais são os limites de tensão superior e inferior na entrada do sensor de temperatura?

Os limites de voltagem do sensor retornados a um controlador de temperatura são especificados pelo fabricante. Idealmente, selecione um termistor e uma combinação de correntes de polarização que produzam uma tensão dentro da faixa permitida pelo controlador de temperatura.

Lei de Ohm

A tensão está ligada à resistência (lei de Ohm). Essa equação é usada para determinar qual corrente de polarização é necessária. A lei de Ohm estipula que a corrente que passa por um condutor entre dois pontos é diretamente proporcional à diferença de potencial entre os dois pontos e que, para essa corrente de polarização, está escrito:

U = R x I

où:

U é a tensão, em Volts (V)

I BIAS é a corrente, em Amperes ou em Amperes (A)

I BIAS significa que a corrente é fixa

R é a resistência, em Ohms (Ω)

O controlador produz uma corrente de polarização para converter a resistência do termistor em uma tensão mensurável. O controlador aceita apenas uma certa faixa de tensão. Por exemplo, se uma faixa do controlador estiver entre 0 e 5 V, a tensão do termistor não deve ser menor que 0,25 V, para que o ruído elétrico de baixo nível não interfira na leitura e não seja não mais de 5 V para poder ser lido.

exemplos

Suponha que o uso do controlador ATR121 e um termistor de 10 kΩ (B25 / 85: 3435K), como os sensores NTC universal impermeável 10kOhm B3435 1500mm - Guilcor , e que a temperatura que o dispositivo deve manter é de 20 ° C. De acordo com a ficha técnica, a resistência é de 10 Ω a 000 ° C. Para determinar se o termistor pode funcionar com o controlador, devemos saber a faixa utilizável correntes de viés. Usando a lei de Ohm para resolver I, sabemos o seguinte:

G / R = I BIAS
0,25 / 10 = 000 µA é o final mais baixo da faixa
5,0 / 126700 = 500 µA é o mais alto

Sim, este termistor funcionará se a corrente de polarização do regulador de temperatura puder ser ajustada entre 25 µA e 500 µA.

Ao selecionar um termistor e uma corrente de polarização, é melhor escolher um sensor cuja tensão esteja no meio da faixa. A entrada de retorno do controlador deve ser energizada, derivada da resistência do termistor.

O modelo mais preciso usado para converter a resistência dos termistores em temperatura é chamado de equação de Steinhart-Hart.

Qual é a equação de Steinhart-Hart?

A equação de Steinhart-Hart é um modelo desenvolvido no momento em que os computadores não eram onipresentes e a maioria dos cálculos matemáticos era feita usando regras de slides e outras ferramentas matemáticas, como do que as tabelas de funções transcendentais. A equação foi desenvolvida como um método simples para modelar as temperaturas do termistor com facilidade e precisão. A equação de Steinhart-Hart é a seguinte:

1 / T = A + B (lnR) + C (lnR) 2 + D (lnR) 3 + E (lnR) 4 ...

où:

T é a temperatura, em Kelvin (K, Kelvin = Celsius + 273,15),

R é a resistência em T, em Ohms (Ω).

A, B, C, D e E são os coeficientes de Steinhart-Hart que variam de acordo com o tipo. do termistor usado e a faixa de temperatura detectada.

Em Napierian Natural 2.71828 é um tronco natural ou base de tronco

A equação padrão de Steinhart-Hart usada é a seguinte:

1 / T = A + B (lnR) + C (lnR) 3

Uma das vantagens dos programas de computador é que equações que levariam dias ou até semanas para serem resolvidas são resolvidas em instantes. Digite "Steinhart-Hart Equation Calculator" em qualquer mecanismo de busca e as páginas de links para calculadoras online são retornadas.

Como é usada a equação de Steinhart-Hart?

Esta equação calcula com mais precisão a resistência real de um termistor em função da temperatura. Quanto mais estreita a faixa de temperatura, mais preciso será o cálculo da resistência. A maioria dos fabricantes de termistores fornece os coeficientes A, B e C para uma faixa de temperatura típica.

Quem são Steinhart e Hart?

John S. Steinhart e Stanley R. Hart primeiro desenvolveram e publicaram a equação de Steinhart-Hart em um artigo intitulado "Curvas de calibração para termistores" em 1968, enquanto eles eram pesquisadores da Carnegie Institution em Washington. . Steinhart tornou-se professor de geologia e geofísica, depois estudou ciências marinhas na Universidade de Wisconsin-Madison, e Stanley R. Hart tornou-se pesquisador sênior da Woods Hole Oceanographic Institution.

Conclusão

Sensores de termistor são resistores dependentes da temperatura que mudam a resistência com mudanças na temperatura. Eles são muito sensíveis e reagem a mudanças muito pequenas de temperatura. Eles são melhor usados ​​quando uma temperatura específica deve ser mantida e ao monitorar temperaturas dentro de 50°C da temperatura ambiente.

Os medidores termistores, como parte de um sistema de controle de temperatura, são a melhor maneira de medir e controlar o aquecimento e resfriamento de um dispositivo Peltier. Sua capacidade de ajuste por minuto permite a máxima estabilidade do sistema. Os termistores podem ser integrados ou montados em superfície no dispositivo que requer monitoramento de temperatura. Dependendo do tipo, eles podem medir líquidos, gases ou sólidos.



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