Sonda termistore NTC

La sensibilità alla temperatura di un sensore NTC è espressa in "variazione percentuale per grado ° C". A seconda dei materiali utilizzati e delle specifiche del processo di produzione, i valori tipici per le sensibilità alla temperatura variano da Da -3% a -6% per ° C.

Mentre la maggior parte delle sonde di misura a termistore NTC sono generalmente adatte per l'uso nell'intervallo di temperatura da -55°C a 200°C, quando forniscono letture più accurate, esistono famiglie speciali di sonda CTN adatte per l'uso a temperature vicine allo zero assoluto (- 273,15°C) e quelli appositamente progettati per l'uso al di sopra di 150°C.

Come si può vedere nella figura, i termistori NTC hanno una pendenza della resistenza-temperatura molto più ripida rispetto ai misuratori RTD in lega di platino, il che si traduce in una migliore sensibilità per il rilevamento della temperatura.

Nonostante tutto, i sensori RTD (TERMOMETRI A RESISTENZA AL PLATINO tipo Pt100) restano i sensori più precisi con una precisione di ± 0,5% della temperatura misurata e sono utili nel range di temperatura compreso tra -200°C e 800°C, un range molto più ampio rispetto ai sensori di temperatura NTC.

Rispetto a RTD, il NTC avere un dimensioni ridotte, risposta più rapida, maggiore resistenza agli urti e alle vibrazioni a costi inferiori. 
Detto questo, questo tipo di sonda offre un controllo della temperatura leggermente meno preciso rispetto agli RTD. 

Rispetto alla sonda a termocoppia, l'accuratezza della misurazione della temperatura è simile. Tuttavia, le termocoppie possono resistere a temperature molto elevate (fino a oltre 1000°C) e vengono utilizzate in tali applicazioni al posto dei termistori NTC - NTC, dove vengono talvolta chiamati pirometri.

Nonostante questo, i termistori NTC offre maggiore sensibilità, stabilità e precisione rispetto alle termocoppie a temperature più basse. Inoltre, i misuratori a termistore NTC vengono utilizzati con un minor numero di circuiti aggiuntivi e quindi a un costo totale inferiore.
Il costo è ulteriormente ridotto dalla mancanza di circuiti di condizionamento del segnale (amplificatori, convertitori di livello, ecc.) spesso necessari per gli RTD e sempre necessari per le termocoppie.

Rischio di autoriscaldamento

L'effetto autoriscaldante è un fenomeno che si verifica ogni volta che una corrente scorre attraverso la sonda di misura del termistore NTC. Poiché il termistore è fondamentalmente un resistore, dissipa energia sotto forma di calore quando c'è una corrente che lo attraversa.

Questo calore è generato al centro del termistore e influisce sulla precisione della misurazione. La misura in cui ciò accade dipende dalla quantità di corrente che scorre, dall'ambiente (se si tratta di un liquido o di un gas, se c'è un flusso sul sensore NTC, ecc. .), il coefficiente di temperatura del termistore e lo stato del termistore.

Il fatto che la resistenza del sensore NTC e quindi la corrente che lo attraversa dipende dall'ambiente viene spesso utilizzata nei rivelatori per la presenza di liquidi come quelli presenti nei serbatoi di stoccaggio.

Capacità termica

La capacità termica rappresenta la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura del termistore di 1 ° C ed è solitamente espresso in mJ / °C. Conoscere la capacità termica precisa è di grande importanza quando si utilizza un sensore a termistore NTC come dispositivo di limitazione della corrente di spunto, in quanto definisce la velocità di risposta del sensore di temperatura NTC.

Selezione e calcolo della curva

Il rigoroso processo di selezione deve tenere conto della costante di dissipazione del termistore, della costante di tempo termica, del valore di resistenza, della curva temperatura-resistenza e delle tolleranze, per menzionare i fattori più importanti.

Poiché la relazione tra resistenza e temperatura (la curva RT) è altamente non lineare, è necessario utilizzare alcune approssimazioni nella progettazione pratica del sistema.

Approssimazione del primo ordine: Quando k è il coefficiente di temperatura negativo, ΔT è la differenza di temperatura e ΔR è la variazione di resistenza risultante dalla variazione di temperatura. Questa approssimazione del primo ordine è valida solo per un intervallo di temperatura molto ristretto e può essere utilizzata solo per temperature in cui k è quasi costante nell'intero intervallo di temperatura.

Formula beta: Un'altra equazione fornisce risultati soddisfacenti, con una precisione di ±1°C nell'intervallo da 0°C a +100°C, che dipende da una singola costante del materiale β ottenibile mediante misurazioni della temperatura. L'equazione può essere scritta come segue:

Dove R (T) è la resistenza alla temperatura T in Kelvin, R (T 0 ) è un punto di riferimento alla temperatura T 0 . La formula beta richiede una calibrazione a due punti, che in genere non è più accurata di ±5°C nell'intero intervallo utile del termistore NTC.

Equazione di Steinhart-Hart: L'approssimazione più nota fino ad oggi è la formula di Steinhart-Hart, pubblicata nel 1968. Dove ln R è il logaritmo naturale della resistenza alla temperatura T in Kelvin, e A, B e C sono coefficienti derivati ​​da misurazioni sperimentali. 

Questi coefficienti sono generalmente pubblicati dai fornitori di termistori nella scheda tecnica. La formula di Steinhart-Hart è tipicamente accurata entro circa ±0,15°C nell'intervallo da -50°C a +150°C, che è sufficiente per la maggior parte delle applicazioni. 

Se è richiesta una precisione maggiore, l'intervallo di temperatura deve essere ridotto e un'accuratezza migliore di ± 0,01 ° C nell'intervallo da 0 ° C a + 100 ° C.

La scelta della formula utilizzata per calcolare la temperatura dalla misurazione della resistenza dovrebbe basarsi sulla potenza di calcolo disponibile, nonché sui requisiti di tolleranza effettivi.

In alcune applicazioni un'approssimazione del primo ordine è più che sufficiente, mentre in altre anche l'equazione di Steinhart-Hart non soddisfa i requisiti.

In questo caso è necessario calibrare punto per punto la sonda di temperatura del termistore NTC, effettuando un numero elevato di misurazioni e creando una tabella di corrispondenza. 

Termistori incapsulati in resina epossidica

Queste sonde a termistore NTC sono realizzate con ossidi metallici (manganese, cobalto, rame e nichel) sinterizzati nel corpo ceramico. 

Generalmente offrono tempi di risposta rapidi, una migliore stabilità e consentono il funzionamento a temperature più elevate rispetto ai sensori NTC Disk e Chip, ma sono più fragili.

È comune sigillarli nel vetro, per proteggerli da danni meccanici durante il montaggio e per migliorare la loro stabilità di misura. Le dimensioni tipiche vanno da 0,075 a 5 mm di diametro.

Termistori a disco e chip

Questi misuratori a termistore NTC hanno contatti di superficie metallizzati. Sono più grandi e hanno tempi di reazione più lenti rispetto ai resistori NTC a sfera.

Tuttavia, a causa delle loro dimensioni, hanno una maggiore costante di dissipazione (potenza necessaria per innalzare di 1°C la loro temperatura) e, poiché la potenza dissipata dal termistore è proporzionale al quadrato della corrente, portano correnti di tipo termistore superiore.

I termistori a disco sono realizzati pressando una miscela di polveri di ossido in uno stampo rotondo, che viene poi sinterizzato ad alta temperatura. I trucioli vengono solitamente prodotti mediante un processo di stampaggio a nastro in cui un impasto liquido di materiale viene steso in una pellicola spessa, essiccato e tagliato. Le dimensioni tipiche vanno da 0,25 a 25 mm di diametro.

Termistori NTC incapsulati in vetro