Universidad de Cundinamarca, Fusagasugá, Colombia
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Resumen - El presente informe documenta la resolución del
laboratorio de caracterizar un termistor de instrumentación, el
cual propone la linealización de este mismo, para lograr lo
planteado se hicieron mediciones respectivas en un NTC,
posterior mente se realizaron las tablas con los datos obtenidos en
cada medición, también se implementó un circuito divisor de
voltaje y un puente de Wheatstone con las resistencias RP1 y RP2
halladas en la práctica para tener los datos de la salida unipolar y
diferencial respectivamente.
I. INTRODUCCIÓN
El siguiente documento hace parte del desarrollo del curso
instrumentación, continuando con el estudio de sensores
transductivos, se propone el montaje y análisis de un termistor NTC,
apoyándonos en el datasheet y fuentes de internet para la elaboración
de dicho laboratorio.
II. TEORÍA
El nombre termistor se aplica generalmente a sensores
fabricados con óxidos metálicos en forma de gotas, barras,
cilindros, y película gruesa. Los termistores se dividen en dos
grupos: NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo) y PTC
(Coeficiente de Temperatura Positivo). Se fabrican a partir de
óxidos semiconductores de los metales de transición del grupo
del hierro, como Cr, Mn, Fe, Co, Ni, etc. La resistividad de
estos óxidos es muy elevada, pero se transforman en
semiconductores al añadirles pequeñas cantidades de otros
iones de distinta valencia (por ejemplo: óxido férrico con
sustitución de algunos iones Fe3 por Ti4, se logra un
semiconductor tipo N).
Un termistor convencional de óxido metálico es NTC, esto
quiere decir que su resistencia decrece cuando aumenta la
temperatura. La resistencia de un termistor NTC, como en
cualquier resistor, está determinada por sus dimensiones
físicas y la resistividad del material. La relación entre
resistencia y temperatura es extremadamente no lineal. En la
práctica, puede ser aproximada tanto por un polinomio como
por una función exponencial. Esta última es usual en
aplicaciones de exactitud moderada y normalmente es
especificada por dos números: su resistencia nominal RTo a
una temperatura de referencia (generalmente T0 = 25 °C ó
298,15 °K) y el valor de ß (beta) que es un número
representativo de la sensibilidad:
donde RT es la resistencia a la temperatura T medida en
grados Kelvin (°K). A beta (b) se lo llama temperatura
característica del termistor. Su valor (en °K) se determina
midiendo las resistencias R1 y R2 a dos temperaturas
diferentes T1 y T2:
Esta fórmula puede ser suficientemente exacta para
aplicaciones en una banda estrecha de temperaturas. El
parámetro a especifica el termistor, pero no describe
directamente su sensibilidad, la cual es un coeficiente de
temperatura negativo, a (NTC). Este se puede obtener
diferenciando la ecuación (1):
Como se puede ver, a depende tanto de b como de la
temperatura. Un termistor es mucho más sensible a
temperaturas bajas y su sensibilidad a cae rápidamente con el
aumento de la temperatura. En realidad, b no es constante y
depende de la temperatura en forma bastante importante. Para
mediciones de precisión la relación llamada de Steihart-Hart
tiene una amplia aceptación en la industria para calcular la
temperatura T, en grados Kelvin, a partir de la resistencia del
termistor. Esta ecuación es un polinomio de tercer orden
hallado empíricamente:
donde A, B, y C son coeficientes hallados experimentalmente.
Para hallar estos coeficientes se debe resolver un sistema de
tres ecuaciones para tres temperaturas diferentes. La ecuación
explícita de Steihart-Hart para la resistencia toma la forma:
Donde:
Linealización de un termistor
Andrés Felipe Caro Muñoz: afcaro@ucundinamarca.edu.co
Carlos Felipe Martínez Pedraza: cfelipemartinez@ucundinamarca.edu.co
Juan Felipe Rivera Álvarez: jfeliperivera@ucundinamarca.edu.co
