UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO Facultad de ingeniería eléctrica, electrónica, mecánica y minas Carrera profesional ingeniería eléctrica
DISPOSITIVOS ELECTRONICOS
Proyecto de………….
DOCENTE: Ing.
ALUMNOS :
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REGULADOR DE TEMPERATURA CON TERMISTOR
I.
EL TERMISTOR
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 Res istor . Existen dos tipos de termistor:
NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura negativo PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura positivo
Cuando la temperatura aumenta, los tipo PTC aumentan su resistencia y los NTC la disminuyen. En algunos casos, la resistencia del termistor a la temperatura ambiente puede disminuir en hasta un 6 % por cada 1 º C. de aumento de temperatura. Esta elevada sensibilidad a las variaciones de temperatura hace que el termistor resulte muy adecuado para mediciones precisas de temperatura, utilizándose muy ampliamente para aplicacio9ones de control y compensación en el rango de 150 a 450 º C. II.
CARACTERÍSTICAS:
En comparación con las termocuplas y las termoresistencia, el termistor no ofrece ventajas de exactitud de salida y estabilidad. Posiblemente una ventaja importante esta la extremadamente elevada sensibilidad del termistor a las variaciones de la temperatura. Los termistores NTC poseen elevada resistencia a baja temperatura, pero su resistencia disminuye exponencialmente medida que crece la temperatura. Por el contrario las resistencias de los metales como ser platino, níquel, cobre aumentan linealmente con la temperatura. Los termistores no sirven para la medición de temperaturas dentro de alcances muy amplios, puestos que sus variaciones de resistencia son demasiado grandes para que puedan medirse de una manera adecuada, con un solo instrumento; alcances de alrededor de 100 kilo ohms suelen ser lo máximo admisible. Los termistores resultan particularmente útiles para medir alcances reducidos de temperatura justamente a causa de sus grandes variaciones de resistencia, por ejemplo la resistencia de un termistor típico varia 156 ohms de 0 º C a 1 º C. mientras que la del platino varia 0,385 ohms.
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La elevada resistencia de los termistores no solo hace aumentar la sensibilidad posibilitando la medición de alcances reducidos de temperatura sino también permite la conexión bifilar. La resistencia del alambre de conexión y los efectos de la temperatura ambiente son despreciables si se los compara con las existencias del termistor y sus variaciones de resistencia. Formas constructivas de termistores NTC a-Tipo glóbulo con distintos tipos de terminales b- Tipo disco c- Tipo Barra La estabilidad del termistor es una de las características que están bajo estudio, recientemente se ha desarrollado una técnica de deposición electrónica de radiofrecuencias que produce sensores de SiC de película delgada adecuada para las temperaturas entre los 100 º C y 450 ºC., que sufren un cambio de resistencia menor del 3 % luego de 2000 horas de uso a 400 ºC, La linealidad es otra área donde se registran importantes avances. Actualmente se esta fabricando un termistor que puede mantener linealidad dentro de 0,5 º C desde 65 º C hasta 200 º C. La especificación es estrictamente valida sólo para potencia cero puesto que los problemas de disipación de calor interfieren con el desempeño, pero el fabricante sostiene que los errores son mínimos a los niveles prácticos de corriente y tensión. En las aplicaciones de medición y control de temperatura, el termistor se usa generalmente, como uno de los brazos del puente de Wheatstone convencional. Este tipo de circuito suministra una máxima sensibilidad para aumentar para aumentar los niveles de salida del puente, se puede insertar un amplificador entre la salida del puente y el instrumento indicador o dispositivo de control. Este dispositivo es el que también se utiliza en el caso de las termoresistencias metálicas. El termistor puede utilizarse asimismo en modo de autocalentamiento para detectar flujos de líquidos o gas para analizar la composición de fluidos. En tales aplicaciones, el elemento de detección se halla directamente expuesto al flujo del fluido y la disipación de potencia en el termistor suministra una indicación de la velocidad de flujos o calor especifico del medio de inmersión. Los pequeños tamaños de los termistores, típicamente don diámetros de 2,5 mm. Producen una rápida respuesta a las variaciones de temperatura, sin embargo una vez instalados dentro de una vaina o blindaje, la respuesta es equivalente a la de una termocupla protegida. El pequeño tamaño hace también que el termistor sea más susceptible que una termoresistencia a los errores de autocalentamiento, la constante de disipación, o sea la potencia en mV. para elevar la temperatura del termistor1 º C. por encima de la temperatura ambiente inicial es normalmente de 1 mW / º C. en el aire sin
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movimiento. Un valor en las mismas condiciones de una termoresistencia de platino de 100 ohms es de 20 mW / º C.
Circuito completo de regulador de temperatura con termistor
El termistor NTC mantiene una baja resistencia cuando la temperatura es alta y una baja resistencia cuando la temperatura es baja.Cuando el termistor aumenta su temperatura, disminuye su resistencia (es mejor conductor de la corriente eléctrica) hasta que en el punto de disparo, la tensión existente entre la Base y el emisor del transistor Q1 es suficientemente alta como para saturar el transistor de modo que la corriente que ahora circula por el Colector de Q1, en serie con el RELY y se activa por lo tanto LED, lo enciende, indicando activación del sistema de control de temperatura. En el caso contrario, cuando la temperatura disminuye por debajo del valor de activación, la resistencia del termistor NTC aumenta (es peor conductor), el transistor Q1 pasa de saturación a corte y la corriente por su Colector es tan pequeña que el diodo LED se apaga. III.
ANALISIS DE CIRCUITO EN DC
Algunas consideraciones consideraciones para el análisis análisis en continua del circuito: circuito: 4
La resistencia de termistor NTC en mínima, normalmente esta ohm, por lo lo tanto no afecta en análisis en continua. E Rely que se utiliza en este proyecto es de 5 Voltios, tiene una resistencia de unos 100 ohm. El diodo no afecta en el análisis de circuito porque su fin es proteger al circuito (principalmente al transistor) contra los corrientes que se generan por la carga en sentido contrario que pueden dañar al transistor. En este proyecto el potenciómetro sirve para calibrar la sensibilidad del termistor, con el potenciómetro se puede calibrar para que sea más sensible o menos sensible a la variación de temperatura. para el análisis de circuito se considera la máxima valor de potenciómetro o sea 10k ohm. El transistor BC 334 tiene una ganancia =150 y Vbe=0.7V.
Por lo tanto e l circuito queda de la siguiente manera
En el base del transistor llevamos a circuito equivalente de thevenin. calculamos tensión de thevenin Vth
(5.1k )(7V ) 5.1k 10 k 10 k
1.4223V
Calculamos la resistencia equivalente de thevenin
Rth
(5.1k )(10k 10k ) 5.1k 10 k 10 k
4.1K
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El circuito queda asi como se muestra el siguiente circuito.
En el malla I.
1.4223V 4.1kI B Vbe 10 I E 0
Desarrollando resulta de siguiente manera
4.1kI B
10 I E 1.4223V Vbe ……………………….(1)
Sabemos que:
I c I B
y
IE
( 1) I B
de las dos ecuaciones se obtiene
IC
I E 1
para mayores que 100,
IC
I E
Entonces la ecaucion 1 quede asi
4.1k
I C
10 I C 1.4223V Vbe
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despejando despejando I C I C
1.4223V 4.1k
V be
0.01 K
reemplazando los valores I C
1.4223V 4.1k
0.7V
19.35mA
0.01k 150 I C I CQ 19.35mA
reemplazando I C
I B
I B
19.35mA 150
I B
I C
0.129mA
En la malla II
0 7V 100 I c VCE 10 I E Desarrollando
VCE
7V 100 IC 10I C
VCE
7V 110 I C
reemplaza reemplazando ndo I C VCE 7V 110(19.35mA) VCE 7V 110(19.35mA) VCE
IV.
VCEQ 4.8715V
LA SIMULACION REALIZARA EN PROTEUS
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V.
ICQ IBQ VCEQ
VI.
COMPARACION DE RESULTADOS DE PUNTO OPERACIÓN DEL TRANSISTOR PARA ESTE CIRCUITO
TEORICO 19.35mA 0.129mA 4.8715V
SIMULACION 19.9mA 0.19mA 4.83V
DE
EXPERIMENTAL 18.9mA 0.88mA 5.12V
CONCLUSIÓN
El regulador de temperatura funciona como se esperaba. este regulador se usar para controlar la temperatura en ambientes pequeños. El punto de operación de transistor utilizado en el circuito es aproximadamente igual teóricamente, experimentalmente y e simulación como se muestra en la tabla de comparación. Esto quiere decir que las ecuaciones definidas para transistores bipolares se cumple.
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