Índice1. Objetivo......................................................................................................................................5

2. Introducción...............................................................................................................................6

3. Simulación..................................................................................................................................7

4. Desarrollo experimental...........................................................................................................11

5. Conclusión................................................................................................................................15

6. Bibliografía...............................................................................................................................15

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Tabla de ilustraciones

Ilustración 1........................................................................................................................................7Ilustración 2........................................................................................................................................7Ilustración 3........................................................................................................................................8Ilustración 4........................................................................................................................................8Ilustración 5........................................................................................................................................9Ilustración 6......................................................................................................................................10Ilustración 7......................................................................................................................................12Ilustración 8......................................................................................................................................12Ilustración 9......................................................................................................................................12Ilustración 10....................................................................................................................................13Ilustración 11....................................................................................................................................13Ilustración 12....................................................................................................................................13Ilustración 13....................................................................................................................................13Ilustración 14....................................................................................................................................13

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1. ObjetivoGeneral:

Observa el comportamiento que tienen los termistores NTC y termistor PTC a diversas temperaturas.

Específicos:

Medir las resistencias que generan los termistores NTC y PTC a cierta temperatura. Comprender el comportamiento de los termistores NTC y PTC. Lograr que el voltaje de salida E0 llegue a cero, para que el puente de Wheatstone

esté balanceado. Comprobar los resultados obtenidos mediante gráficas, que demuestren el valor de

las resistencias respecto a la temperatura.

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2. Introducción

Denominamos sensor a un dispositivo que es capaz de convertir una magnitud física (presión, temperatura, caudal) en una señal eléctrica. Este dispositivo primero capta una magnitud física, sensa la señal, posteriormente pasa al actuador donde es acondicionada (filtrado + amplificado), y finalmente sale; la señal se debe acondicionar para adaptarla a las necesidades del equipo que debe leer la señal.

En la presente práctica se realizó la medición de las diferentes resistencias que presentan los termistores NTC y PTC a diversas temperaturas. Se trabajó con los siguientes componentes y materiales:

Termistor NTC. Termistor PTC. Potenciómetro de 1kΩ. Cargador de 5 volts. Multímetro digital Recipiente para agua Resistencias de 47Ω y de 100Ω.

De la misma forma el presente trabajo se elaboró con el propósito de comprobar el funcionamiento del puente de Wheatstone al estar compuesto el circuito por dos resistencias, un termistor NTC y otro PTC y un potenciómetro de un kilo, para conocer así la estructura y el funcionamiento específico que cada uno de estos tiene. Al igual que el comportamiento de los dos tipos de termistores, comprobando así los resultados obtenidos con el aumento o disminución de la resistencia de cada uno de los termistores al estar a una baja o alta temperatura.

Por último cabe mencionar que cada uno de los componentes utilizados en la elaboración de los circuitos anteriores cumple con una función específica, ya sea la de hacer un divisor de voltaje, regular el voltaje en R1 y R3 deben tener mismo voltaje, y en R2 y R4 el voltaje debe ser el mismo, al igual que controlar la corriente que pasa por las resistencias R1 y R2 la cual debe ser la misma, y en R3 y R4 deben tener misma corriente, y hacer que el voltaje llegue a cero en E0.

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3. Simulación

Termistor PTC

5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

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4

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10

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Thermistor PTC

Ilustración 1

Esta imagen ilustra la gráfica del termistor PTC, representando el comportamiento no lineal que tiene y la forma en que su resistencia varía. Conforme la temperatura se va incrementando, el termistor va aumentando su resistencia.

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Termistor NTC

5 10 15 20 25 30 35 40 45 500123456789

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Thermistor NTC

Ilustración 2

Esta imagen ilustra la gráfica del termistor NTC, representando el comportamiento no lineal que tiene y la forma en que su resistencia varía. Conforme la temperatura se va incrementando, el termistor va disminuyendo su resistencia.A continuación se presentarán las tablas.Termistor PTCTEMPERATURA

RESISTENCIA

7 7 9 7.5

11 6.713 715 7.317 6.619 7.421 7.123 7.125 7.327 7.329 7.431 7.833 7.935 8.237 8.539 8.841 9.343 9.7

6

45 10

Termistor NTCTEMPERATURA

RESISTENCIA

9 8.711 7.913 7.115 6.717 6.819 6.321 5.623 5.425 5.127 4.829 4.631 4.333 4.235 4.237 439 3.641 3.243 3.345 3.447 3.4

Los componentes que se utilizaron fueron:

Resistencias de 47 Ω y 100Ω.

Estas resistencias forman uno de los dos divisores de voltaje que tiene el puente de Wheatstone, y deben tener los mismos valores de corriente cuando el puente esté balanceado.

Potenciómetro de 1KΩ.

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Ilustración 3

Este componente es utilizado para regular el voltaje en la salida E0, esta salida debe llegar a cero, para que el puente esté balanceado, y así las resistencias R1 y R3 (termistor) tengan los mismos valores de voltaje al igual que las resistencias R2 y R4 (potenciómetro).

Termistor NTC y PTC.

El funcionamiento de estos componentes se basa en la variación de la resistencia de un semiconductor con la temperatura, debido a la variación de la concentración de portadores.

Los termistores PTC son dispositivos que varían su resistencia en función de la temperatura de forma no lineal, su resistencia va aumentando a medida que aumenta la temperatura. Son utilizados para circuitos sensores de temperatura y su característica principal es que no puede estar expuesto a altas temperaturas, ya que al hacerlo este se comportaría como una NTC.

El termistor NTC son resistores no lineales cuya resistencia disminuye fuertemente con la temperatura. El coeficiente de temperatura es negativo y elevado. Existen termistores NTC de tipo disco y cilíndricos.

Diferencias.

El coeficiente de temperatura de un termistor PTC es único entre unos determinados márgenes de temperaturas. Fuera de estos márgenes, el coeficiente de temperatura es cero o negativo.

El valor absoluto del coeficiente de temperatura de los termistores PTC es mucho más alto que el de los termistores NTC.

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Ilustración 4

Ilustración 5

4. Desarrollo experimental

Un sensor es un dispositivo que mide una variable física ya sea temperatura, humedad, presión, luz, entre otros, y la transforma a una señal eléctrica. Una vez que la señal es sensada pasa a un actuador el cual necesita una señal externa para actuar.

De la misma forma se define como Sistema lineal al conjunto de objetos que interactúan entre sí y tienen prioridades de superposición, que son las siguientes:

*Homogeneidad: Un cambio en la amplitud provoca una variación en la salida.*Aditividad: Cuando la señal de salida es igual a la suma de las salidas generadas por las diferentes señales de entrada.*Invariabilidad en el tiempo: Al mover la señal de entrada en el tiempo se produce un movimiento idéntico en la señal de salida.

La terminología básica de un sensor es necesaria para emplearlos adecuadamente, y son los siguientes:

Sensibilidad: Relación de la señal de salida respecto al cambio de la señal de entrada. Esto se define por medio de la pendiente de la curva característica de la señal de salida.

S= y/x. En un sistema lienal si hay un incremento en la señal de entrada, habrá un incremento en la señal de salida, linealmente.

Error: Desviación de cualquier valor de la curva característica a partir del valor real de la variable medida.

Rango: Capacidad del dispositivo de medir valores máximos y mínimos. Al rango total se le conoce como rango dinámico (Rdyn) y se escribe de la siguiente forma:

Rdyn= Y max. – |Y min. |.

Precisión: Medida de la reproducibilidad de las mediciones, produce que las mediciones sucesivas difieran de la otra.

Resolución: Cambio más pequeño del valor medido al cual corresponde un instrumento.

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Tiempo de respuesta: Tiempo requerido para que la señal de salida de un sensor cambie de un estado final a partir de in estado inicial.

Puente de Wheatstone

Ilustración 6

El puente Wheatstone es el circuito más sensitivo que existe para medir una resistencia. Este circuito consiste en una resistencia en cada uno de los cuatro brazos y una fuente de voltaje conectada entre dos resistencias opuestas.

En el puente hay dos divisores de voltaje conectados en paralelo. La salida de voltaje E0 es la diferencia entre los dos voltajes referenciados a tierra (EC, ED), es decir E0=EC-ED. Como EC

y ED pueden expresarse en términos del voltaje de excitación, podemos usar las formulas del divisor de voltaje.

EC= Ein (R2/R1+R2)ED= Ein (R4/R3+R4)

E0= Ein [(R2/R1+R2) - (R4/R3+R4)]

Si el voltaje en el puente está balanceado se tiene la siguiente igualdad: EC=ED

Para el voltaje de las resistencias de arriba, se tiene la siguiente igualdad: EAC= EAD

Si las ecuaciones anteriores se cumplen, entonces el puente está balanceado. Si se dividen las dos ecuaciones anteriores se tiene lo siguiente: ECB = EDB

EAC EAD

Empleando la ley de ohm, podemos escribir la ecuación de la siguiente manera:IACB R1 = IADB R3

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IACB R2 IADB R4

Quedando:R1 = R3

R2 R4

Por otro lado, en la presente práctica, se midió y comprobó la resistencia y la variación que ésta tenía con los dos tipos de termistores, apreciándose el comportamiento no lineal que estos poseen al estar a una alta o baja temperatura en el agua.

Los Pasos a seguir para el armado del circuito fueron:

Paso número uno: Se construyó y comprobó el puente de Wheatstone utilizando cuatros resistencias con los siguientes valores:47 Ω.100 Ω.150 Ω.Y un potenciómetro de 1 KΩ.

Paso número dos: Posteriormente al comprobar que el puente de Wheatstone funcionaba, se prosiguió a sustituir a R3 por un termistor NTC o PTC.

Paso número tres: Con el termistor NTC se midió el valor de la resistencia a temperaturas de 9-47 grados centígrados, realizando la medición cada dos grados. De la misma forma con el termistor PTC se calculó el valor de la resistencia a temperaturas de 5-45 grados centígrados, realizando la medición cada dos grados; para poder medir la resistencia de los respectivos termistores en necesario desconectar la fuente de voltaje que alimenta al circuito.

Cabe mencionar que cada vez que se realizaba la medición para observar el valor de la resistencia, con el potenciómetro se tenía que regular la salida E0, hasta un voltaje de cero, para que de esta forma el puente de Wheatstone estuviera balanceado, teniendo en R1, R3 un voltaje igual, y en R2, R4 compartieran el mismo voltaje.

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En esta imagen se está midiendo el voltaje en E0, a una temperatura de 40 grados centígrados. Para regular el voltaje lo más cercano a cero, se utilizó el potenciómetro de 1KΩ.

Esta imagen ilustra la medición del voltaje en Eo a una temperatura de 29º C, y la resistencia que el termistor PTC tiene a esta temperatura.

Para poder medir la resistencia del termistor se debe desconectar el circuito de la fuente de voltaje +5V.

Ilustración 12

Los materiales utilizados fueron:

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Ilustración 8Ilustración 7

Ilustración 9

Ilustración 10Ilustración 11

5. ConclusiónEl puente de Wheatstone fue el circuito utilizado para realizar la práctica con los termistores NTC y PTC, debido a que éste mide una resistencia. Se observó que los dos tipos de termistores presentan un comportamiento no lineal, debido a que la relación que existe entre la temperatura y resistencia es no constante.

De la misma forma se observó que el termistor NTC tenía una mayor resistencia a una temperatura de 9 grados, ya que al llegar a 47º C presentaba una resistencia de 3.4Ω. En cambio el termistor PTC presentaba una menor resistencia a una temperatura de 7º C, pero al llegar a 45º C su resistencia era de 10 Ω.

Se logró comprender el comportamiento de los termistores NTC y PTC, la función y el uso que se le da al puente de Wheatstone para medir la resistividad de componentes pasivos, y lograr que éste esté en equilibrio al tener un voltaje de cero en la salida E0.

Por último cabe mencionar que para realizar cada medición de resistencia primero se comprobó si el puente estaba balanceado al tener voltajes similares en ECB=EDB y en EAC=EAD. El puente de Wheatstone es utilizado para medir una resistencia, debido a que es uno de los circuitos más sensitivos que existe, por lo que lo hizo ideal para esta práctica con termistores, ya que estos dependiendo de la temperatura su resistencia varía.

6. Bibliografía

http://www.uib.es/depart/dfs/GTE/education/industrial/tec_electronica/teoria/termistores_NTC_1.pdf

http://www.uib.es/depart/dfs/GTE/education/industrial/tec_electronica/teoria/termistores_PTC_1.pdf

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Ilustración 14Ilustración 13

http://isa.umh.es/asignaturas/asc/temasautomatas/Tema6.pdf

http://www.unicrom.com/Tut_puente_wheatestone.asp

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