Circuit de termòstat basat en termistor

El termòstat es forma sumant dos termes grecs thermo i statos, thermos significa calor i statos significa estacionari, de peu o fix. El termòstat s’utilitza per controlar els dispositius o electrodomèstics segons la temperatura, com ara encendre / apagar l’aire condicionat, escalfadors d’habitacions, etc., planxa elèctrica, forns, assecadors i molts més. Avui dia també hi ha disponibles termòstats programables i intel·ligents al mercat.

Tipus de termòstat:

Per detectar la temperatura, diferents termòstats utilitzen diferents dispositius o sensors, i segons això es poden classificar principalment en dos tipus

1. Termòstat mecànic
2. Termòstat elèctric / electrònic

Termòstat mecànic -

El termòstat bimetàl·lic cau sota el termòstat mecànic. Generalment tenen una carcassa i un pom com es mostra a la imatge següent. Té un contacte fix i un fetge mòbil que es compon de dos metalls diferents amb coeficients d’expansió lineals diferents. L'extrem de la palanca mòbil es connecta amb un contacte fix quan disminueix la temperatura i es desconnecta quan la temperatura ambient és alta. És així com pot encendre i apagar els dispositius segons la temperatura.

Alguns exemples on s’utilitzen termòstats bimetàlics: planxa, nevera, aire condicionat.

Termòstat elèctric -

Els sensors electrònics de temperatura més habituals són els termoparells i els termistors que s’utilitzen en el termòstat. Tant les propietats elèctriques del termistor com del termoparell experimenten canvis quan s’exposen a variacions de temperatura.

El termoparell és un dispositiu que utilitza almenys dues tires de metall diferents que s’uneixen en un extrem per formar dues unions; unió calenta i unió freda. La unió calenta és una unió de mesura; l'objecte la temperatura del qual es mesura es col·loca a la unió calenta, mentre que la unió freda (la temperatura de la qual es coneix) és la unió de referència. A causa d'aquesta diferència de temperatura es genera una diferència de tensió coneguda com a tensió termoelèctrica que s'utilitza per mesurar la temperatura. El termoparell s’utilitza en calderes, forns, etc.

L’altre tipus de sensor elèctric que s’utilitza en el termòstat és el termistor que estudiarem amb més detall amb exemple.

Què és un termistor?

Com el seu nom indica, un termistor és una combinació de dues paraules, Thermal i Resistor. És un component resistiu la resistència del qual varia amb el canvi de temperatura.

Els termistors són molt fiables i tenen una àmplia gamma d’escales per detectar preciosament variacions menors de temperatura. Són econòmics i útils com a sensor de temperatura. El termistor s’utilitza en el termòstat digital.

Tipus de termistor

Segons la seva variació de resistència respecte a la temperatura circumdant, hi ha dos tipus de termistors. A continuació s’expliquen amb detall: -

1. PTC: coeficient de temperatura positiu.

La seva resistència és directament proporcional a la temperatura, és a dir, la seva resistència disminueix amb la disminució de la temperatura i viceversa.

2. NTC: coeficient de temperatura negatiu.

La seva resistència és indirectament proporcional a la temperatura, és a dir, la seva resistència disminueix amb l'augment de la temperatura i viceversa.

Utilitzem termistor NTC a la nostra aplicació. 103 indica que la resistència del termistor a temperatura normal significa 10 k Ohm.

Aplicació del termistor NTC:

Poder controlar qualsevol dispositiu en funció de la variació de temperatura és una idea molt convenient i interessant. Una de les aplicacions més populars és l’alarma contra incendis, on el termistor detecta la calor i activa l’alarma.

Els termistors NTC són els més utilitzats en diverses aplicacions, però on es requereix una resistència baixa en el punt de partida, s’utilitzen termistors PTC.

La resistència del termistor a temperatura ambient és especificada pel fabricant a la fitxa tècnica juntament amb els diferents conjunts de valors de resistències a temperatura diferent, de manera que es pot triar el termistor adequat per a l’aplicació adequada.

A continuació, es detallen alguns circuits construïts mitjançant l’ús del termistor:

• Alarma contra incendis mitjançant termistor
• Ventilador de CC controlat per temperatura mitjançant termistor
• Interfície de termistor amb Arduino per mesurar i visualitzar la temperatura a la pantalla LCD
• Electrodomèstics de temperatura controlada

Component necessari:

1. Termistor NTC 103 (10k Ω).
2. BJT BC 547.
3. Potenciòmetre de 5k Ω (POT).
4. Resistència de 1 kΩ.
5. LED.
6. Font d'alimentació - 6V CC.
7. Taula de pa i cables de connexió.

Diagrama de circuits del circuit de termistor:

Funcionament del circuit del termòstat:

El circuit compromet un circuit divisor de tensió i el circuit de commutació “ON i OFF” de sortida. El circuit divisor de tensió està format pel termistor i una resistència variable.

La sortida del circuit divisor de tensió està connectada a la base del transistor NPN mitjançant una resistència de 1 k. El circuit divisor de tensió permet detectar la variació de la tensió causada per la variació de la resistència del termistor. En utilitzar un POT al divisor de tensió, podem ajustar la sensibilitat del termistor. També podeu utilitzar una resistència fixa en lloc de la resistència variable per a un punt d’activació fix, vol dir que el LED s’encendrà, només si la temperatura creua un valor determinat i no podeu ajustar la temperatura del punt d’activació. Així que millor utilitzeu un POT i varieu la sensibilitat només girant el comandament.

Es pot seleccionar el conjunt de resistències mitjançant la fórmula següent:

Vo = × V _IN

Al nostre circuit, hem substituït R2 per POT i R1 per LDR, de manera que la tensió de sortida canvia amb la resistència del termistor. I la resistència del termistor canvia amb la temperatura exterior, de manera que el voltatge de sortida canviarà a mesura que canviem la temperatura al voltant del termistor. El transistor s’encendrà a 0,7 V o més, que és la tensió VBE.

Una forma més senzilla de seleccionar i conèixer R2 adequat per al termistor NTC de 10 k és simular el circuit a Proteus i obtenir un valor proper de R2. També substituint el termistor per una resistència variable, podem estudiar el seu efecte equivalent al circuit segons els diagrames de circuits següents:

La segona part del circuit és la secció de transistors on el transistor actua com a commutador del LED D1. Atès que un transistor és un dispositiu controlat per corrent, una resistència R1 està connectada al seu terminal d’entrada per limitar la pujada de corrent.

En referència al circuit de simulació anterior, tan aviat com la temperatura augmenta prop del termistor, la seva resistència elèctrica disminueix, resultant un augment de la tensió a través de RV1. Així doncs, la tensió a la base del transistor (V _BE) també augmenta i, tan aviat com el V _BE ≥0,7 V, el transistor comença a conduir-se i s’encén el LED.

Tingueu en compte que podem substituir aquest LED per un zumbador o una bombeta, etc. al circuit anterior, amb una addició mínima de pocs components més. Consulteu també el vídeo de demostració següent.