Sondas NTC
NTC significa ‘Coeficiente de temperatura negativo’, esto quiere decir que la resistencia de la sonda NTC disminuye al aumentar la temperatura. Y se usan sobre todo, como sensores de temperatura resistivos y dispositivos limitadores de corriente.
Las sondas NTC se fabrican generalmente con cerámica o polímeros, y los diferentes materiales utilizados en la fabricación de estas dan lugar a diferentes respuestas de temperatura, así como a otras características de rendimiento distintos.
Características de las sondas NTC
Respuesta a la temperatura
La mayoría de las sondas NTC suelen ser adecuadas para su uso en un rango de temperaturas entre -55 y 200 °C, donde dan sus lecturas más precisas. Existen familias especiales de estas que pueden utilizarse a temperaturas cercanas al cero absoluto, así como las creadas específicamente para su uso por encima de 150 °C.
La sensibilidad a la temperatura de una sonda NTC se expresa como «porcentaje de cambio por grado C» o «porcentaje de cambio por grado K». Dependiendo de los materiales involucrados y de las particularidades del proceso de producción, los valores típicos de las sensibilidades de temperatura oscilan entre -3% y -6% / °C.
Efecto de autocalentamiento
El efecto de autocalentamiento es un fenómeno que se produce siempre que hay una corriente que fluye a través de una sonda NTC. Dado que esta es básicamente una resistencia, difumina energía en forma de calor cuando hay una corriente que fluye a través de ella.
Este calor es producido en el núcleo de la sonda y altera la precisión de las mediciones. El grado en que esto sucede depende de la cantidad de corriente que fluye del entorno, del coeficiente de temperatura de la sonda, del área total del termistor, entre otros factores.
El hecho de que la resistencia del sensor NTC y, por tanto, la corriente que lo atraviesa, dependa del entorno, se utiliza a menudo en los detectores de presencia de líquidos, como los que se encuentran en los depósitos de almacenamiento.
Capacidad térmica
La capacidad térmica representa la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de la sonda en 1 °C y suele expresarse en mJ/°C. Comprender la capacidad calorífica precisa es muy importante cuando se utiliza una sonda NTC como dispositivo limitador de corriente de entrada, ya que define la velocidad de respuesta del sensor de temperatura NTC.
Tipos de sondas NTC
Los materiales que suelen intervenir en la fabricación de las resistencias NTC son el platino, el níquel, el cobalto, el hierro y los óxidos de silicio, utilizados como elementos puros o como cerámicas y polímeros. Las sondas NTC pueden clasificarse en tres grupos, dependiendo del proceso de producción utilizado.
Sonda térmica de termistor de perlas
Estas sondas NTC se fabrican con hilos de plomo de aleación de platino directamente sinterizados en el cuerpo de cerámica. Usualmente ofrecen tiempos de respuesta rápidos, mejor estabilidad y permiten el funcionamiento a temperaturas más altas que las sondas NTC de disco y chip, sin embargo son más frágiles.
Es habitual cubrirlos en vidrio, para resguardarlos de daños mecánicos durante el montaje y para mejorar su estabilidad de medición. Los tamaños típicos oscilan entre 0,075 y 5 mm de diámetro.
Sonda térmica de termistor de disco y de chip
Las sondas de este tipo cuentan con contactos superficiales de metal. Son más grandes y, como resultado, tienen tiempos de reacción más lentos que las resistencias NTC de tipo perla. Sin embargo, debido a su tamaño, poseen una mayor constante de disipación, la cual es la potencia necesaria para aumentar su temperatura en 1 °C.
Dado que la potencia disipada por el termistor es proporcional al cuadrado de la corriente, pueden manejar corrientes más altas mucho mejor que los termistores tipo perla. Las sondas de tipo disco se producen prensando una mezcla de polvos de óxido en una matriz redonda y sinterizándola después a altas temperaturas.
Los chips suelen fabricarse mediante un proceso de fundición en cinta en el que se extiende una pasta de material en forma de película gruesa, se seca y se corta para darle forma. Los tamaños típicos oscilan entre 0,25 y 25 mm de diámetro.
Sonda térmica de termistor encapsulado en vidrio
Se trata de sondas NTC cubiertas en una burbuja de vidrio hermético. Están diseñados para su uso con temperaturas superiores a 150 °C, o para el montaje en placas de circuito impreso, donde la robustez es un requisito.
Encapsular un termistor en vidrio mejora la estabilidad del sensor y lo protege del entorno. Se fabrican sellando herméticamente las resistencias NTC de tipo perla en un recipiente de vidrio. Los tamaños más comunes oscilan entre 0,4 y 10 mm de diámetro.
Usos comunes de las sondas NTC
Las sondas NTC tienen una amplia variedad de aplicaciones. Se usan para medir, controlar y compensar la temperatura. También pueden utilizarse para detectar la ausencia o la presencia de un líquido, como dispositivos limitadores de corriente en circuitos de alimentación, para controlar la temperatura en aplicaciones de automoción, entre otros. Los sensores NTC pueden dividirse en tres grupos, según la característica eléctrica que se aproveche en una aplicación.
Característica resistencia-temperatura
Las aplicaciones basadas en la característica resistencia-temperatura incluyen la medición, el control y la compensación de la temperatura. También incluyen momentos en los que se utiliza una sonda NTC para que la temperatura del sensor de temperatura NTC esté relacionada con algún otro fenómeno físico.
Este grupo de aplicaciones requiere que la sonda opere en una condición de potencia cero, lo que significa que la corriente que lo atraviesa se mantiene lo más baja posible, para evitar el calentamiento de la misma.
Característica corriente-tiempo
Las aplicaciones basadas en la característica corriente-tiempo son: retardo de tiempo, limitación de corriente de entrada, supresión de sobretensiones, y muchas más. Estas características están vinculadas con la capacidad térmica y la constante de disipación de la sonda NTC utilizada.
El circuito suele basarse en el calentamiento de la sonda NTC debido a la corriente que pasa por él. En un momento dado provocará algún tipo de cambio en el circuito, dependiendo de la aplicación en la que se utilice.
Característica tensión-corriente
Las aplicaciones basadas en la característica tensión-corriente de un termistor suelen implicar cambios en las condiciones ambientales o variaciones en el circuito que provocan cambios en el punto de funcionamiento en una curva determinada del circuito. Dependiendo de la aplicación, esto puede utilizarse para la limitación de corriente, la compensación de temperatura o las mediciones de temperatura.