Trabajo Termistor

Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Luis Alejandro Beltran C. MEDIDOR DE FLUJO CON TERMISTORES.

ResumenLos termistores son sensores de temperatura de tipo resistivo de bajo costo. Su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura, bien sea aumento o disminución de resistencia con el aumento de la temperatura.Una de las características mas evidentes en el trabajo con termistores el el efecto de Autocalentamiento, efecto que se presenta en cierto rango de operación. Aún cuando este efecto es tipicamente indeseado debido su no linealidad y a la dificultad que puede presentar para predecir el comportamiento del sensor, puede ser aprovechado para ciertas aplicaciones de medición, una de ellas es la medición de caudal o flujo en la cual se hace uso de las caracteristicas del termistor en arreglos de parejas que permiten la medición precisa de flujos de gases y liquidos.

I. INTRODUCCIÓN

Un termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. El término termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor y existen dos tipos de termistor:

NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura negativo

PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura positivo

Son elementos PTC los que la resistencia aumenta cuando aumenta la temperatura, y elementos NTC los que la resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura.

Su funcionamiento se basa en la variación de la resistencia de un semiconductor con la temperatura, debido a la variación de la concentración de portadores. Para los termistores NTC, al aumentar la temperatura, aumentará también la concentración de portadores, por lo que la resistencia será menor, de ahí que el coeficiente sea negativo. Para los termistores PTC, en el caso de un semiconductor con un dopado muy intenso, éste adquirirá propiedades metálicas, tomando un coeficiente positivo en un margen de temperatura limitado. Usualmente, los termistores se fabrican a partir de óxidos semiconductores, tales como el óxido férrico, el óxido de níquel, o el óxido de cobalto.

Sin embargo, a diferencia de los sensores RTD, la variación de la resistencia con la temperatura es no lineal. Para un termistor NTC, la característica es hiperbólica. Para pequeños incrementos de temperatura, se darán grandes incrementos de resistencia. Por ejemplo, el siguiente modelo caracteriza la relación entre la temperatura y la resistencia mediante dos parámetros:

con

donde:

1

MEDIDOR DE FLUJO CON TERMISTORES.APLICACIÓN DE APROVECHAMIENTO DEL

EFECTO DE AUTOCALENTAMIENTO EN TERMISTORES

LUIS ALEJANDRO BELTRAN CASTAÑEDAEstudiante Ingeniería Electrónica

Universidad Distrital Francisco José de [email protected]


RT es la resistencia del termistor NTC a la temperatura T (K)

R0 es la resistencia del termistor NTC a la temperatura de referencia T_0 (K)

B es la temperatura característica del material, entre 2000 K y 5000 K.

Las NTCs son resistencias de material semiconductor constituídas por una mezcla de óxidos metálicos. El aument o de temperatura aporta la energía necesaria para que se incremente el número de portadores capaces de moverse, lo que lleva a un incremento en la con ductividad del material, reduciéndose la resistencia.

Si el dopado de impurezas es muy intenso, el semiconductor adquiere propiedades metálicas con coeficiente de temperatura positivo (PTC) en un margen de temperaturas limitado.

II. CÁRACTERISTICA R-T

Las NTCs son resistencias de material semiconductor constituídas por una mezcla de óxidos metálicos. El aument o de temperatura aporta la energía necesaria para que se incremente el número de portadores capaces de moverse, lo que lleva a un incremento en la con ductividad del material, reduciéndose la resistencia. Si el dopado de impurezas es muy intenso, el semico nductor adquiere propiedades metálicas con coeficiente de temperatura positivo (PTC) en un margen de temperaturas limitado.

Figura 1. Carácteristica R-T Termistor

La resistencia nominal de un termistor NTC hace referencia a su valor resistivo a una temperatura de referencia, generalmente 25 ºC (298 K). Los valores de resistencia nominal más comunes varían entre 10Ω y 20 M Ω

III. MODELO MATEMÁTICO

Para los termistores tipo NTC, en un margen de temperatura reducido (50ºC), la dependencia entre RT y T se puede considerar de tipo exponencial de la forma:

donde R0 es la resistencia a una temperatura de referencia (generalmente 25ºC), y T0 es dicha temperatura expresada en kelvins. El parámetro B es la denominada temperatura característica del material, y tiene valores de 2000 K a 5000 K, pero varía con la temperatura, aumentando al aumentar esta. El valor de B se puede encontrar midiendo la resistencia del termistor a dos temperaturas conocidas T1 y T2.

IV. CÁRACTERISTICA I-T

En otras aplicaciones la característica que interesa es la que describe la evolución de la corriente en el termistor a lo largo del tiempo después de aplicarla. La velocidad a la cual la corriente cambia será inicialmente lent a debido a la alta resistencia del termistor y la resistencia de la fuente. Cuando el dispositivo comienza a calentarse la resistencia disminuye rápidamente y la velocidad de cambio de la corriente se incrementa. Finalmente, cuando el dispositivo se acerca a la condición de equilibrio la velocidad de cambio de la corriente disminuye hasta que la corriente alcanza su valor final.

2


Figura 2. Carácteristica I-T Termistor

Se observa que el autocalentamiento está sometido a una constante de tiempo que supone un retardo entre la tensión aplicada y el instante en que se alcanza el valor de corriente estacionario. La constante de tiempo térmica del termistor (τ) se define como el cociente entre su capacidad calorífica cp y su constante de disipación térmica (δ).

V. CÁRACTERISTICA V-I

Para algunas aplicaciones interesa la relación entre la tensión en los termimales del termistor y la corriente que circula a través del mismo. Para corrientes bajas, la tensión en bornes del termistor es prácticamente proporcional a la corriente porque el autocalentamiento del termistor es muy pequeño. Cuando aumenta la corriente, el termistor sufre un autocalentamiento apreciable y alcanza una temperatura por encima de la del ambiente, reduciéndose su resistencia y, por lo tanto, la caída de tensión a través de él.En la zona de autocalentamiento el termistor es sensible a cualquier efecto que altere el ritmo de disipación de calor. Esto permite aplicarlo a las medidas de caudal, nivel, conductividad calorífica, entre otros. Si la velocidad de extracción de calor es fija, el termistor es sensible a la potencia eléctrica de entrada, y entonces se puede aplicar al control del nivel de tensión o de potencia.

Figura 3. Carácteristica V-I Termistor

Figura 3. Carácteristica V-I Termistor (Representación Logarítmica)

VI. APLICACIÓN ANEMÓMETRO

El termistor posibilita la confección de un anemómetro sin partes móviles mediante un circuito bastante sencillo. Se trata de un puente de cuatro ramas (R1,R2,R3,R4) en el que dos de ellas (R1 y R4) son termistores adaptados. Una rama del puente

3


(R5) es un reostato para equilibrar a cero el puente (ajustando previamente a cero el amperímetro M1) y el reostato R3 es el control de calibración.

VII. APLICACIÓN DE MEDICIÓN DE FLUJO

De acuerdo a los analizado anteriormente y teniendo como base la caracteristica:

VIII.

IX. CONCLUSIONES

REFERENCIAS [1] “Overview and Principles of Internet Traffic

Engineering”, RFC 3272, Mayo de 2002.[2] “Mecanismos de Balanceo de Carga en MPLS con RSVP-

TE y OSPF”, Wilmar Rafael Muñoz Bravo y Marco Antonio Trujillo Castrillos, Tesis de Grado, Noviembre de 2006.

[3] “Independent study report. Study of Traffic Engineering Algorithms and Framework”, Shyam Subramanian.

[4] “Balanceo de Cargas en Redes MPLS”, Docentes Oscar J. Calderon C. y Xavier Hesselbach Serra. UIS 2004.

[5] “Hashing based traffic partitioning in a multicast-multipath MPLS network model”, Varios Autores, LANC '05 Proceedings of the 3rd international IFIP/ACM Latin American conference on Networking, 2005.

[6] “MATE: MPLS Adaptive Traffic Engineering”, Varios Autores, Abril de 2001.

[7] “Advanced Routing Algorithms and Load Balancing on MPLS”, Varios Autores, Posts & Telecommun. Inst. of Technol. Febrero de 2007.

[8] “Design and implementation of an MPLS based load balancing architecture for Web switching”, Radu Dragos, Sanda Dragos & Martin Collier School of Electronic Engineering – DCU, 2005.

[9] “LC, A Load Balance Algorithm In Mpls-Te”, J. M. Arco, J. A. Carral, A. García, M. Moreno, España.

[10] “BSO algoritmo de reparto de tráfico para MPLS-TE”, J. M. Arco, A. García, J. A. Carral, G. Ibañez, España, 2007.

[11] “Design and Implementation of MPLS Network Simulator Supporting LDP and CR-LDP”, Gaeil Ahn and Woojik Chun, Korea, 2000.

4

Trabajo Termistor

Documents

Transcript of Trabajo Termistor