Uno dei tipi più comuni di sensori di temperatura sul mercato è il termistore, una versione abbreviata di "resistenza termicamente sensibile". I termistori sono sensori a basso costo molto robusti e robusti. Il termistore è il sensore di temperatura di scelta per le applicazioni che richiedono alta sensibilità e buona precisione. I termistori sono limitati a una piccola gamma di temperature operative a causa della loro risposta non lineare alla temperatura.
Costruzione
I termistori sono componenti a due fili realizzati in ossidi metallici sinterizzati, disponibili in diversi tipi di pacchetti per supportare una varietà di applicazioni. Il pacchetto termistore più comune è una piccola perla di vetro con un diametro da 0,5 a 5 mm con due fili. I termistori sono anche disponibili in pacchetti montabili sulla superficie, dischi e integrati in sonde metalliche tubolari. I termistori di vetro del tallone sono abbastanza robusti e robusti, con la modalità di guasto più comune che danneggia i due fili di piombo. Tuttavia, per le applicazioni che richiedono un grado maggiore di robustezza, i termistori a sonda in tubo di metallo offrono una protezione maggiore.
Benefici
I termistori presentano numerosi vantaggi, tra cui precisione, sensibilità, stabilità, tempi di risposta rapidi, elettronica semplice e costi ridotti. Il circuito da interfacciare con un termistore può essere semplice come un resistore di pull-up e misurare la tensione attraverso il termistore. Tuttavia, la risposta dei termistori alla temperatura è molto non lineare e spesso sono sintonizzati su un intervallo di temperatura ridotto che limita la loro precisione alla piccola finestra, a meno che non vengano utilizzati circuiti di linearizzazione o altre tecniche di compensazione. La risposta non lineare rende i termistori molto sensibili ai cambiamenti di temperatura. Inoltre, le dimensioni ridotte e la massa di un termistore conferiscono loro una piccola massa termica che consente a un termistore di rispondere rapidamente a un cambiamento di temperatura.
Comportamento
I termistori sono disponibili con un coefficiente di temperatura negativo o positivo (NTC o PTC). Un termistore con un coefficiente di temperatura negativo diventa meno resistivo all'aumentare della temperatura mentre un termistore con un coefficiente di temperatura positivo aumenta di resistenza all'aumentare della temperatura. I termistori PTC vengono spesso utilizzati in serie con componenti in cui i picchi di corrente possono causare danni. Come componenti resistivi, quando la corrente li attraversa, i termistori generano calore che provoca una variazione di resistenza. Poiché i termistori richiedono una fonte di corrente o una fonte di tensione per funzionare, il cambiamento di resistenza indotto dal riscaldamento autonomo è una realtà inevitabile con i termistori. Nella maggior parte dei casi, gli effetti di autoriscaldamento sono minimi e la compensazione è necessaria solo quando è richiesta un'elevata precisione.
Modalità operative
I termistori vengono utilizzati in due modalità operative oltre la normale modalità di funzionamento resistenza-temperatura. La modalità voltaggio-corrente alternata utilizza il termistore in una condizione di auto-riscaldamento, a regime. Questa modalità viene spesso utilizzata per i misuratori di portata in cui un cambiamento nel flusso di un fluido attraverso il termistore causerà un cambiamento nella potenza dissipata dal termistore, la sua resistenza e corrente o tensione a seconda di come viene pilotato. Un termistore può anche essere azionato in una modalità di sovratemperatura in cui il termistore è soggetto a una corrente. La corrente farà sì che il termistore si autoriscaldi, aumentando la resistenza nel caso di un termistore NTC e proteggendo un circuito da un picco di alta tensione. In alternativa, è possibile utilizzare un termistore PTC nella stessa applicazione per proteggere da picchi di corrente elevati.
applicazioni
I termistori hanno una vasta gamma di applicazioni, le più comuni sono la rilevazione diretta della temperatura e la soppressione dei picchi. Le caratteristiche dei termistori NTC e PTC si prestano ad applicazioni quali:
- Indicatori di livello del liquido
- Compensazione della temperatura
- Misurazione del flusso
- Vacuum Gages
- Protezione termica
- Controllo guadagno amplificatore
- Circuiti di ritardo
- Interruttori termici
linearizzazione
A causa della risposta non lineare dei termistori, i circuiti di linearizzazione sono spesso richiesti per fornire una buona precisione in un intervallo di temperature. La risposta di resistenza non lineare alla temperatura di un termistore è data dall'equazione di Steinhart-Hart che fornisce una buona resistenza all'adattamento della curva di temperatura. Tuttavia, la natura non lineare si traduce in una scarsa precisione nella pratica, a meno che non venga utilizzata la conversione da analogico a digitale ad alta risoluzione. L'implementazione di una semplice linearizzazione hardware di una resistenza parallela, in serie o parallela e in serie con il termistore migliora drasticamente la linearità di una risposta dei termistori e estende la finestra della temperatura operativa del termistore ad un costo di una certa precisione. I valori di resistenza utilizzati nei circuiti di linearizzazione dovrebbero essere scelti per centrare la finestra della temperatura per la massima efficacia.
