PRACTICA DE LABORATORIO N°01 “CALIBRACION DE UN TERMISTOR”
I.
OBJETIVOS 1. Determinar la ecuación calibración de un elemento sensor (Termistor CNT), mediante la medición de temperaturas y resistencias. 2. Determinar algunas características sistemáticas del termistor.
II.
FUNDAMENTO TEORICO Termistor, componente electrónico cuya resistencia varía sensiblemente con la temperatura. Se trata de una resistencia no lineal, ya que la corriente que la atraviesa no es función lineal del voltaje. Un termistor de coeficiente negativo de temperatura (NTC) es aquel cuya resistencia disminuye a medida que la temperatura aumenta, y un termistor de coeficiente positivo de temperatura (PTC) es aquel cuya resistencia aumenta conforme aumenta la temperatura. La variación de temperatura puede tener dos orígenes distintos. El calentamiento es externo cuando la energía calorífica procede del ambiente en el que se encuentra la resistencia. El calentamiento es interno, y se denomina entonces autocalentamiento, cuando la fuente de calor está generada, por efecto Joule, por la propia corriente que atraviesa el termistor. Los NTC funcionan por calentamiento externo y son utilizados como sensores de temperatura, mientras que los PTC funcionan por autocalentamiento y se emplean para proteger los componentes electrónicos de un circuito de las sobrecorrientes que aparecen en el encendido del mismo. Los termistores tienen, frente a otros componentes sensibles a las modificaciones de temperatura, las ventajas de su bajo precio, sus dimensiones reducidas, su rápida respuesta y su elevada resistencia nominal, es decir, su resistencia a 25 ºC. Un Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor va decreciendo a medida que aumenta la temperatura. Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura. Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, etc. La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial:
Donde:
……………. (1)
R (Ω) es la resistencia a la temperatura T
T (K) es la temperatura A y B son las constantes del termistor
La característica tensión-intensidad (V/I) de un termistor NTC presenta un carácter peculiar ya que, cuando las corrientes que lo atraviesan son pequeñas, el consumo de potencia (R *
2
I
) será demasiado pequeño para registrar aumentos apreciables de
temperatura, o lo que es igual, descensos en su resistencia óhmica; en esta parte de la característica, la relación tensión-intensidad será prácticamente lineal y en consecuencia cumplirá la ley de Ohm. Si seguimos aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegará a un valor de intensidad en que la potencia consumida provocará aumentos de temperatura suficientemente grandes como para que la resistencia del termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementándose la intensidad hasta que se establezca el equilibrio térmico. Ahora nos encontramos, pues, en una zona de resistencia negativa en la que disminuciones de tensión corresponden aumentos de intensidad. También se dispone de termistores con coeficientes positivos de temperatura (CPT). Estos termistores tienen la característica de aumentar su resistencia cuando aumenta la temperatura.
III.
PARTE EXPERIMENTAL 3.1 EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES
EQUIPOS
Una cocina eléctrica
Una computadora cargada con el software LabPro
INSTRUMENTOS 0
0
Un termómetro de mercurio de -10 C a 110 C
Un multimetro digital.
MATERIALES
Un vaso de precipitación
Un termistor (CNT) de 100 ohmios
Un agitador
Dos cables eléctricos conectores de un metro
Dos plus machos
Un soporte, hielo y agua
3.2 PROCEDIMIENTO
Armar el equipo experimental como se muestra en la figura N° 01.
Colocar el hielo en el vaso de precipitación.
FIGURA Nº 02
Seleccionar en el multimetro, el ohmímetro con el rango apropiado
Tomar mediciones de temperaturas y resistencias desde el punto de fusión del agua 0
0
0
(0 C) hasta el punto de ebullición (100 c) en intervalos de 5 C anotarlos en la tabla Nº1. Para una buena medición agite el agua para uniformizar la temperatura.
IV.
Repita el paso d pero en forma descendente y anotar las mediciones en la tabla N°2
RESULTADOS 4.1 Tablas de datos experimentales Tabla Nº.1: Mediciones en forma ascendente para la temperatura del sensor n
T (°C)
T (K)
1/T -1 (K)
R (Ω)
1
0
273
0.0036630
-
2
5
278
0.0035971
160.1
3
10
283
0.0035336
155.3
4
15
288
0.0034722
132.7
5
20
293
0.0034130
117.8
6
25
298
0.0033557
95
7
30
303
0.0033003
75.3
8
35
308
0.0032468
66
9
40
313
0.0031949
56.6
10
45
318
0.0031447
45
11
50
323
0.0030959
39.9
12
55
328
0.0030488
34.7
13
60
333
0.0030030
29.7
14
65
338
0.0029586
25.7
15
70
343
0.0029155
21.9
16
75
348
0.0028736
18.7
17
80
353
0.0028328
16.2
18
85
358
0.0027933
14
19
90
363
0.0027548
12.2
20
95
368
0.0027174
11
21
100
373
0.0026810
-
Tabla N°.2: mediciones en forma descendente para la temperatura del sensor n
T (°C)
T (K)
1/T -1 (K)
R (Ω)
1
100
373
0.0026810
-
2
95
368
0.0027174
12
3
90
363
0.0027548
20
4
85
358
0.0027933
13.60
5
80
353
0.0028328
16.6
6
75
348
0.0028736
18.7
7
70
343
0.0029155
21.4
8
65
338
0.0029586
24.7
9
60
333
0.0030030
29.2
10
55
328
0.0030488
33.9
11
50
323
0.0030959
41.7
12
45
318
0.0031447
47.1
13
40
313
0.0031949
55.5
14
35
308
0.0032468
63.9
15
30
303
0.0033003
76.5
16
25
298
0.0033557
104.3
17
20
293
0.0034130
111.2
18
15
288
0.0034722
136.3
19
10
283
0.0035336
171.4
20
5
278
0.0035971
180.3
21
0
273
0.0036630
-
V.
DISCUSIONES De las medidas tomadas podemos observar como al varias la temperatura varia la resistencia del termistor. Y es inversamente proporcional, quiere decir que si aumenta la temperatura entonces la resistencia disminuye
VI.
CUESTIONARIO 1. Para los siguientes rangos de temperatura: a. 0 °C a 100 °C b. 0 °C a 50 °C c.
15 °C a 45 °C
Hacer las graficas R vs. T, Hacer las graficas R vs. 1/T utilizando el Microsoft Excel con sus respectivas ecuaciones de calibración y coeficientes de correlación
a. Rango de temperatura de 0 °C a 100 °C R vs T 300 250 200 150 100 50 0 250
270
290
310
330
350
370
390
0.0027
0.0029
0.0031
0.0033
0.0035
0.0037
0.0039
R vs 1/T 300 250 200 150 100 50 0 0.0025
a. Rango de temperatura de 0 °C a 50 °C R vs T
300 250 200 150 100 50 0 270
280
290
300
310
320
330
R vs 1/T
300
250
200
150
100
50
0 0.003
0.0031
0.0032
0.0033
0.0034
0.0035
0.0036
0.0037
b. Rango de temperatura de 15 °C a 45 °C R vs T
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 285
290
295
300
305
310
315
320
R vs 1/T
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335 0.0034 0.00345 0.0035
2. Para el rango de 0 °C a 100 °C : a. Especificar el alcance de entrada y salida del termistor. ALCANCE: Alcance de entrada:
Imin 273°K
Imax 373 °K
Alcance de salida:
Omin 180 Ω b.
Omax 11 Ω
Especificar el intervalo de entrada y de salida del termistor INTERVALO:
c.
Intervalo de entrada =
I m a x - I m i n
= 100 °K
Intervalo de salida =
O m a x - O m i n
= -169Ω
Determinar la ecuación de la línea recta ideal de termistor.
( )
Para los datos que tenemos por laboratorio esto se convierte en:
()
300 250 200 150 100 50 0 250
d.
270
290
310
330
350
370
Determinar la ecuación de no linealidad del termistor. ECUACION DE NO LINELIDAD:
() ()
390
e.
Calcular la no linealidad máxima con porcentaje de la reflexión a escala
completa del termistor.
0 -20
250
270
290
310
330
350
370
390
-40 -60 -80 -100 -120 -140 -160
El máximo se da cuando T = 373 y N =-5 .795 No linealidad (%) Del elemento
sensor No linealidad (%) Del elemento
()
sensor f.
Determinar la sensibilidad del termistor para una temperatura de 50°C. SENSIBILIDAD
() () () () ()
g.
Calcular la histéresis máxima como porcentaje de la deflexión a escala completa del termistor.
() ⁄ ⁄ El máximo se da cuando T = 373 y H = -6.38 Histéresis Máxima (%)
Histéresis Máxima
(%)
