Sonda de temperatura com termistor NTC

Uma sonda de temperatura com termistor NTC mede a temperatura por um elemento de semicondutor cuja resistência cai quando ele aquece. Esse comportamento é o oposto do dos elementos de platina usados nas termorresistências de processo, e é por isso que esta família se especifica pelo seu próprio par de números, e não por uma designação Pt: a resistência em uma temperatura de referência e a constante B, que descreve com que inclinação a resistência varia ao longo da faixa.

A construção desta página é a variante 10K, com 10 kΩ nominais a 25 °C e valor B25/50 de 3950 K, ambos com tolerância de ±1 %. O elemento sensor fica em uma sonda de aço inoxidável 304 de 5×25 mm, saída por fios e terminada em conectores tipo plugue XH-2P, de modo que a sonda entra direto em uma placa de controle ou em um módulo de aquisição, em vez de ser aterrada em um borne.

Como a resistência a 25 °C e a constante B têm ambas tolerância declarada, os dois números de que uma placa de controle precisa para linearizar o sinal são especificados, e não meramente nominais. Essa é a diferença prática entre uma sonda que acompanha um valor de ajuste em um aparelho termostático e uma que apenas comuta perto dele.

Como funciona o termistor NTC

O termistor é um semicondutor cuja concentração de portadores muda com a temperatura e, em um elemento de coeficiente negativo, a resistência cai quando o elemento aquece. A variação é acentuada diante da de um elemento metálico, e é daí que vêm as suas qualidades e os seus limites. Em uma faixa estreita em torno da temperatura ambiente, o termistor produz uma grande variação de resistência para uma pequena variação de temperatura, de modo que um circuito simples consegue resolver um incremento fino. Em uma faixa larga, a mesma curva é fortemente não linear, de modo que a leitura precisa ser linearizada em função do elemento específico, e é exatamente isso que o par R25 e B descreve.

É por isso que duas sondas com a mesma resistência nominal não são intercambiáveis. Dois elementos de 10 kΩ com constantes B diferentes seguem curvas diferentes, e uma placa linearizada para um deles vai ler com desvio em relação ao outro ao longo de toda a faixa, ainda que os dois concordem a 25 °C. O material fornecido aqui declara o valor B apenas para a construção 10K e deixa as outras opções de resistência sem um, de modo que essas opções não podem ser tratadas como o mesmo aparelho com uma resistência de referência diferente.

O corpo da sonda e o modo como ela encontra o meio definem o que o elemento realmente vê. Uma bainha de aço inoxidável dá ao elemento proteção mecânica e um caminho térmico definido, e a constante de tempo térmico de 3 s medida em água agitada é propriedade desse conjunto, e não do semicondutor isolado: o diâmetro da bainha e a espessura da parede, e o quanto o elemento está firme dentro dela, importam mais do que o tipo de elemento. A mesma sonda em ar parado é um aparelho mais lento, e o material diz isso ao medir a constante em água agitada.

O autoaquecimento é o segundo efeito a manter à vista. A constante de dissipação de 3,6 mW/°C é a potência que eleva o corpo sensor em 1 °C em ar parado, e os 256 mW de potência máxima são um limite de destruição, e não um valor de trabalho. Entre os dois está a decisão de projeto: corrente de excitação suficiente para resolver a temperatura, mas não tanta que o elemento aqueça a si mesmo. Em ar parado, onde o calor sai devagar, esse teto é bem mais baixo do que em um líquido.

Como escolher a sonda NTC certa

Comece pelo que a leitura precisa acionar. Um termostato, um corte de proteção e um display de temperatura impõem exigências diferentes à mesma sonda, e os dois números que decidem se uma placa pode usá-la são a resistência a 25 °C e a constante B. Onde a placa já está construída para um par, mudar o valor da resistência ou o valor B muda a temperatura apresentada, de modo que a sonda precisa ser compatível com a entrada, e não comprada pelo mesmo valor nominal.

Depois, a faixa de temperatura. Os dois intervalos declarados no material fornecido não concordam, e o próprio material sinaliza a divergência, de modo que uma aplicação quente deve ser projetada pelo valor mais baixo até que isso seja confirmado. Uma sonda escolhida perto do topo de uma faixa não deixa margem para a tolerância do elemento nem para a diferença entre a temperatura do meio e a temperatura no elemento.

Depois, o ajuste mecânico. A sonda padrão é de 5×25 mm e o material oferece outras dimensões sob encomenda, mas o tamanho da sonda não é só uma questão de encaixe: uma bainha maior responde mais devagar, e uma menor alcança lugares onde uma maior não entra. Onde a sonda é pressionada contra uma superfície, e não imersa, a área de contato e a força de fixação decidem a leitura tanto quanto o elemento.

Por fim, a conexão. O plugue XH-2P serve a uma placa com conector correspondente. Onde o percurso é longo ou o ambiente é úmido, o comprimento dos fios e o seu isolamento precisam ser definidos, e nenhum dos dois está declarado no material fornecido.

Limites e pontos a confirmar

A família do elemento é o primeiro limite. Isto é um termistor, e não uma termorresistência de platina, de modo que ele não pode ser ligado no lugar de uma PT100 nem usado onde se exige uma temperatura documentada e rastreável sem uma tabela R-T e um registro de calibração. Onde o processo precisa de uma temperatura que possa ser reportada a um padrão, a família da platina é a indicada, e esta sonda não é equivalente.

O segundo é que o material fornecido não dá tabela resistência-temperatura. O par R25 e B descreve a curva, mas uma placa de controle costuma ser linearizada contra uma tabela, e não contra dois números, e vários dos ensaios de confiabilidade são declarados como uma deriva admitida na resistência, que só pode ser convertida em erro de temperatura quando essa tabela existir.

Terceiro, o material não declara grau de proteção, comprimento dos fios, classe de temperatura dos fios nem certificação. Esses pontos aparecem nesta página como Informação necessária, e não estimados. Os valores de rigidez dielétrica e de resistência de isolamento foram medidos em água, o que diz respeito ao isolamento elétrico do conjunto de fios, mas não são uma declaração sobre por quanto tempo a sonda pode ficar imersa, nem em quais meios.

Por fim, a identificação está em aberto. O produto não traz designação de modelo no material fornecido, de modo que, em um pedido, o valor de resistência, o valor B, as dimensões da sonda, o comprimento dos fios e a forma do terminal precisam todos ser declarados, e não cotados como um código.