Termistores NTC e PTC para Medidas de Temperatura

Existem muitas aplicações que requerem medições de temperatura ambiente como parte da aquisição de dados ou aplicações de controle. Quando você precisa coletar essas medições eletricamente, suas principais opções são:

• Medições infravermelhas
• Medições com termopar
• Medições com sonda RTD
• Termistores NTC e PTC

Cada um desses componentes tem seu lugar no cenário de medição de temperatura. Se você está construindo um sistema compacto que precisa coletar medições sensíveis de temperatura ambiente em uma faixa de temperatura limitada, um termistor NTC ou PTC é a escolha ideal. Existem vários componentes montáveis em PCB disponíveis no mercado, e esses componentes fornecem medições altamente precisas dentro de faixas de temperatura específicas.

Qual Medição de Temperatura é Melhor para Minha Aplicação?

Entre as várias técnicas de medição de temperatura, os termistores encontram seu lugar na coleta de medições altamente precisas dentro de faixas de temperatura limitadas. A tabela abaixo mostra uma comparação das capacidades e aplicações desses componentes.

| | Termistores | Sondas RTD | Termopares | Sensores IR | | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- | | Faixa Típica | -100 a ~300 °C | Até ~700 °C | Até ~2000 °C | Até ~3000 °C | | Precisão | 10-2 a 1 °C | 10-1 a 1 °C | 10-1 a 10 °C | 10-3 a 10 °C | | Ativo ou Passivo | Ativo (fonte const. de tensão ou corrente) | Ativo (fonte const. de tensão ou corrente) | Passivo (gera uma tensão) | Alimentado por bateria | | Linearidade | Não linear | Um tanto linear | Não linear | Altamente linear | | Suscetibilidade a Ruído | Baixa | Baixa | Alta | Nenhuma | | Estabilidade a Longo Prazo | Alta | Muito alta | Varia | Varia |

A estabilidade a longo prazo dos termistores é muito alta comparada a outros dispositivos, e é superada apenas pela estabilidade das sondas RTD. Esses componentes também são melhor utilizados para medições de temperatura ambiente, embora possam ser usados com uma carcaça de sonda para coletar medições pontuais em certas aplicações. Os próprios componentes são altamente resistentes a ruídos, embora a circuiteria de medição ainda possa ser suscetível a EMI.

Talvez o aspecto mais importante dos termistores que os torna ideais para dispositivos compactos, como produtos IoT, seja seu pequeno tamanho. Esses componentes têm as mesmas dimensões que capacitores ou resistores, e estão disponíveis como componentes de montagem em superfície ou através de furo. Como podemos ver na tabela acima, se você precisa coletar uma medição precisa de temperatura ambiente dentro de uma faixa limitada usando um componente pequeno, então um termistor pode ser a escolha ideal.

Tipos de Termistores e Medições

Existem dois tipos de termistores: coeficiente de temperatura negativo (NTC) e coeficiente de temperatura positivo (PTC). Esses dois tipos de termistores têm respostas de temperatura diferentes. Quando o termistor aquece, sua resistência muda. A resistência de um termistor NTC diminuirá à medida que a temperatura aumenta, e o inverso ocorre com um termistor PTC.

A resistência desses componentes precisa ser medida, pois a temperatura é determinada a partir de uma medição da queda de tensão através do termistor, ou da corrente através do termistor. Essa medição é então convertida em uma mudança de temperatura. Isso requer alguma calibração ao projetar o dispositivo, e a sensibilidade nas mudanças de tensão/corrente medidas dependerá do circuito usado para medição. Uma técnica de medição típica é usar um circuito de ponte de Wheatstone ou um circuito divisor de tensão. A conversão para um valor de temperatura pode então ser realizada usando um processador simples, como um microcontrolador.

Termistores NTC e PTC

Vishay, NTCS0603E3473FHT

O NTCS0603E3473FHT da Vishay faz parte da família NTCS0603E3 de termistores. Esses termistores vêm em uma variedade de medições de resistência nominal e têm valores NTC. Este componente de montagem em superfície em particular é um componente encapsulado em vidro, tornando-o ideal para aplicações industriais ou automotivas.

A imagem abaixo mostra um modelo LTSpice para o termistor NTCS0603E3473FHT em um circuito divisor de tensão para medições de temperatura. Aqui, o termistor NTCS0603E3473FHT tem uma resistência nominal de 47 kOhms, e os resistores neste divisor de tensão são ajustados para 4.7 kOhms. Neste tipo de simulação, os valores dos resistores R1 e R2 precisam ser cuidadosamente escolhidos para garantir que a queda de tensão medida através do termistor/R2 produza alta sensibilidade na faixa de temperatura desejada. Certifique-se de selecionar cuidadosamente os outros resistores usados nesses circuitos e em circuitos de ponte de Wheatstone.

Modelo de simulação LTSpice para um circuito divisor de tensão e resultados de simulação mostrando a queda de tensão através de R2 com mudanças na temperatura. Do nota de aplicação NTCS0603E3473FHT.

EPCOS, B57237S109M

O B57237S109M da EPCOS é um termistor NTC que também oferece proteção contra corrente de inrush. Este termistor de montagem através de furo tem um longo tempo de resposta de 90 segundos devido à capacitância nos terminais. Embora tenha um longo tempo de resposta, ele oferece proteção contra mudanças bruscas de temperatura grandes que podem ser encontradas em aplicações industriais.

Limitação de corrente de inrush no termistor NTC B57237S109M. Do datasheet B57237S109M.

EPCOS, B59980C80A70

O termistor PTC B59980C80A70 de montagem através de orifício da EPCOS possui um tempo de resposta rápido e pode operar com tensões DC de até 63 V. O tempo de resposta deste componente é uma função da corrente no componente durante a comutação, conforme mostrado no gráfico abaixo. O tempo de resposta pode variar de ~100 segundos até ~1 ms em alta corrente de acionamento. Como a corrente nesses componentes também é uma função de sua resistência e temperatura, o tempo de resposta variará com a temperatura ambiente. A EPCOS forneceu dados significativos para projetar esses sistemas e garantir um tempo de resposta consistente dentro da faixa de operação desejada, mas isso deve ser levado em consideração ao trabalhar com esse tipo de componente.

Tempo de resposta a 80 °C e corrente nominal no termistor PTC B59980C80A70. Do datasheet do B59980C80A70.

Quando você precisar selecionar termistores NTC e PTC, encontrará muitas opções na Octopart. Você também encontrará muitas opções para componentes de montagem superficial ou através de orifício para sua próxima PCB.

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