Sonda de temperatura con termistor NTC

Una sonda de temperatura con termistor NTC mide la temperatura mediante un elemento semiconductor cuya resistencia cae conforme se calienta. Ese comportamiento es el contrario del de los elementos de platino que se usan en los detectores de proceso, y es la razón de que esta familia se especifique con su propio par de cifras y no con una designación Pt: la resistencia a una temperatura de referencia y la constante B, que describe con qué pendiente cambia la resistencia a lo largo del alcance.

La versión de esta página es la variante de 10K, con 10 kΩ nominales a 25 °C y un valor B25/50 de 3950 K, ambos dentro de ±1 %. El elemento sensor va en una sonda de acero inoxidable 304 de 5×25 mm, sacada por hilos de conexión y terminada en conectores de enchufe XH-2P, de modo que la sonda puede enchufarse directamente en una placa de control o en un módulo de adquisición en lugar de aterrizar en una regleta de bornes.

Como la resistencia a 25 °C y la constante B están ambas toleradas, las dos cifras que necesita una placa de control para linealizar la señal están especificadas y no son nominales. Esa es la diferencia práctica entre una sonda que sigue un punto de consigna en un aparato termostático y otra que simplemente conmuta cerca de él.

Cómo funciona un sensor de termistor NTC

Un termistor es un semiconductor cuya concentración de portadores cambia con la temperatura y, en un elemento de coeficiente de temperatura negativo, la resistencia baja conforme el elemento se calienta. El cambio es pronunciado en comparación con un elemento metálico, y de ahí vienen tanto sus ventajas como sus límites. En un alcance estrecho alrededor de la temperatura ambiente un termistor produce un cambio de resistencia grande para un cambio pequeño de temperatura, así que un circuito sencillo puede resolver un incremento fino. En un alcance amplio esa misma curva es marcadamente no lineal, de modo que la lectura tiene que linealizarse contra el elemento concreto, que es exactamente lo que describen el par R25 y B.

Por eso dos sondas con la misma resistencia nominal no son intercambiables. Dos elementos de 10 kΩ con constantes B distintas siguen curvas distintas, y una placa linealizada para uno leerá desviada respecto al otro a lo largo del alcance aunque los dos concuerden a 25 °C. El material suministrado aquí declara el valor B solo para la versión de 10K y deja las demás opciones de resistencia sin él, así que esas opciones no pueden tratarse como el mismo dispositivo con otra resistencia de referencia.

El cuerpo de la sonda y cómo se encuentra con el medio determinan lo que el elemento ve realmente. Una vaina de acero inoxidable da al elemento protección mecánica y un camino térmico definido, y la constante de tiempo térmica de 3 segundos que se declara en agua agitada es una propiedad de ese conjunto y no del semiconductor solo: el diámetro de la vaina y el espesor de su pared, y la firmeza con que el elemento se aloja dentro, importan más que el tipo de elemento. La misma sonda en aire en reposo es un dispositivo más lento, y el material lo declara al medir la constante en agua agitada.

El autocalentamiento es el segundo efecto que hay que tener a la vista. La constante de disipación de 3,6 mW/°C es la potencia que eleva 1 °C el cuerpo sensor en aire en reposo, y la potencia máxima de 256 mW es un límite de destrucción y no una cifra de trabajo. Entre las dos está la decisión de diseño: corriente de excitación suficiente para resolver la temperatura, y no tanta como para que el elemento se caliente él mismo. En aire en reposo, donde el calor sale despacio, ese techo es mucho más bajo que en un líquido.

Cómo elegir la sonda NTC adecuada

Empiece por lo que tiene que gobernar la lectura. Un termostato, un corte de protección y un visualizador de temperatura imponen exigencias distintas a la misma sonda, y las dos cifras que deciden si una placa puede usarla son la resistencia a 25 °C y la constante B. Donde una placa está ya construida para un par concreto, cambiar el valor de resistencia o el valor B cambia la temperatura mostrada, así que la sonda tiene que emparejarse con la entrada y no comprarse por el mismo valor nominal.

Después, el alcance de temperatura. Los dos rangos declarados en el material suministrado no concuerdan, y el propio material señala la discrepancia, así que una aplicación caliente debería proyectarse contra la cifra más baja hasta que eso se confirme. Una sonda elegida cerca del extremo superior de un rango no deja margen para la tolerancia del elemento ni para la diferencia entre la temperatura del medio y la temperatura en el elemento.

Después, el ajuste mecánico. La sonda estándar es de 5×25 mm y el material ofrece otras dimensiones a medida, pero el tamaño de la sonda no es solo una cuestión de montaje: una vaina mayor responde más despacio y una más pequeña llega a sitios donde una mayor no cabe. Donde la sonda se apoya contra una superficie en lugar de ir sumergida, la superficie de contacto y la fuerza de apriete deciden la lectura tanto como el elemento.

Por último, la conexión. El enchufe XH-2P encaja en una placa con un conector hembra compatible. Donde el tramo es largo o el ambiente es húmedo hay que fijar la longitud de los hilos y su aislamiento, y ninguna de las dos cosas se declara en el material suministrado.

Limitaciones y puntos por confirmar

La familia del elemento es la primera limitación. Esto es un termistor y no un RTD de platino, así que no puede sustituirse en una entrada de PT100 ni usarse donde se exija una temperatura documentada y trazable sin una tabla R-T y un registro de calibración. Donde el proceso necesita una temperatura que pueda referirse a un patrón, la familia de platino es la que hay que usar y esta sonda no es un equivalente.

La segunda es que el material suministrado no da ninguna tabla de resistencia frente a temperatura. El par R25 y B describe la curva, pero una placa de control suele linealizarse contra una tabla y no contra dos cifras, y varios de los ensayos de fiabilidad se declaran como una deriva admisible de resistencia, que solo puede convertirse en un error de temperatura cuando esa tabla esté disponible.

En tercer lugar, el material no declara grado de protección, ni longitud de hilos, ni temperatura admisible del aislamiento, ni certificación. Todo eso se publica en esta página como información pendiente y no como una estimación. Las cifras de rigidez dieléctrica y de resistencia de aislamiento se midieron en agua, lo que habla del aislamiento eléctrico del conjunto de hilos, pero no son una afirmación sobre cuánto tiempo puede permanecer sumergida la sonda ni en qué medios.

Por último, la identificación está abierta. El producto no lleva designación de modelo en el material suministrado, así que al hacer un pedido hay que indicar el valor de resistencia, el valor B, las dimensiones de la sonda, la longitud de los hilos y la forma de terminación, en lugar de citar un código.