Termistore: caratteristiche e funzionamento del semiconduttore

I termistori sono dispositivi elettronici capaci di reagire al cambiamento di temperatura nell’ambiente da monitorare. Puoi vedere i termistori come un particolare resistore capace di reagire alla temperatura nell’ambiente variando la sua resistenza.

Un termistore viene prodotto utilizzando materiale semiconduttore, quali ossidi di cromo, ossidi di ferro, oppure ossidi di cobalto e di manganese. Data la stabilità degli elementi con cui sono prodotti, hanno il vantaggio di subire poco gli effetti dell’invecchiamento.

Non tutti i termistori reagiscono allo stesso modo al cambiamento di temperatura, infatti, il principio di funzionamento del termistore dipende dal tipo usato. I termistori si distinguono in due categorie.

1. Termistore NTC: dall’inglese negative temperature coefficient, è una tipologia di termistore la cui resistenza diminuisce all’aumentare della temperatura.
2. Termistore PTC: dall’inglese positive temperature coefficient, reagisce a un coefficiente di temperatura molto elevato rientrante in una certa gamma termica.

Per quanto riguarda la produzione, i termistori vengono commercializzati nella forma semplice a disco ricoperto di ceramica oppure possono essere lavorati per fornire versioni che combinano fili conduttori. Altre versioni sono dotate di rivestimenti protettivi (termistori a perla).

Per quanto riguarda l’uso dei rivestimenti, questi dipendono dall’applicazione. Se i termistori devono essere impiegati in ambienti con temperature relativamente basse (-50°C – 150°C) allora si usano rivestimenti epossidici. Quando serve impiegare il termistore in ambienti che possono raggiungere temperature elevate (-50°C – 300°C), si preferisce adottare un involucro protettivo in materiali vetrosi.

Non va dimenticato l’altro impiego che si può fare dei termistori, ovvero come elementi regolatori di tensione e per il controllo della limitazione della corrente elettrica.

Quando scegli il termistore più adatto alla tua soluzione d’impiego, dovrai tenere conto di due caratteristiche di base. La prima riguarda la resistenza del termistore a 25°C (o 77°F). La seconda riguarda il rapporto tra resistenza e curva di temperatura. Non essendo presente uno standard, dovrai valutare se scegliere termistori che garantiscono una migliore stabilità o una resistenza più elevata.

Dove si usano i termistori

I termistori, per la loro elevata sensibilità che può giungere a 0,0005°C, sono utilizzati come dispositivi termometrici a resistenza in ogni circuito elettronico e ambiente dove risulta necessario un preciso controllo delle temperature.

Esistono termistori per usi generici, che si adattano a disparati campi di utilizzo. Questi possono essere montati facilmente su apparecchiature elettroniche o dove è necessario effettuare prove di progettazione e di affidabilità di apparati appena prodotti. Sono, quindi, ideali come sensori nel controllo di processo.

I termistori per immersione in un liquido sono dotati di un involucro di protezione resistente alla corrosione e all’umidità. In alcuni casi, si inseriscono i termistori in tubi a tenuta stagna per poterli immergere senza rischi nel liquido di cui è necessario monitorare la temperatura.

I termistori per il rilevamento della temperatura di superficie sono protetti da un involucro in resina epossidica posta all’interno di un corpo metallico di forma rotonda e il più sottile possibile. Questi, vengono poi fissati alla superficie di cui si vuol monitorare la temperatura.

Grazie alla loro precisione nel monitoraggio della temperatura ambiente, i termistori sono ampiamente impiegati nei rilevatori di calore degli impianti antincendio, nei motori e in tutti quei sistemi dove è necessario monitorare la temperatura, forni compresi.

Entriamo un po’ più nello specifico dei tipi di termistori disponibili in commercio e, in particolare, scopriamo quali sono le differenze tra termistori PTC e NTC.

• I termistori NTC presentano un coefficiente di temperatura negativo, quindi la resistenza si riduce all’aumentare della temperatura. Una caratteristica che li rende ideali per essere impiegati come limitatori di corrente di inserzione in linea. Rispetto ai normali resistori a valore fisso, hanno il vantaggio di permettere la riduzione di una perdita di energia nel circuito.
• I termistori PTC sono a coefficiente di temperatura positivo, quindi all’opposto delle sonde NTC (altro modo di definire i termistori NTC), la resistenza cresce all’aumentare della temperatura nel sistema. La loro funzione peculiare è come fusibili azzerabili, per questo sono impiegati in apparecchiature dove agiscono per scongiurare le sovracorrenti.

Date le loro caratteristiche, un termistore NTC lo si trova in un condizionatore e in un forno, mentre un termistore PTC è più indicato nei motori, nei piccoli riscaldatori e nei termostati per la regolazione della temperatura ambiente.

Passiamo ora alle differenze tra termoresistenze e termistori. Le termoresistenze (resistance temperature detector, RTD) hanno il compito di monitorare le temperature degli ambienti o dei dispositivi come i termistori, ma alcune caratteristiche li rendono diversi.

Genericamente, possiamo affermare che i termistori sono idonei per un monitoraggio delle temperature basse e non superiori ai 300°C (utilizzando versioni con rivestimenti in materiale vetroso). Gli RTD sono indicati quando è necessario monitorare temperature elevate fino a 660°C.

Da un punto di vista tecnico, le termoresistenze presentano una variazione resistiva che vista sul grafico appare lineare. Invece, nei termoresistori, la variazione resistiva disegna una curva sul grafico. Inoltre, gli RTD dispongono di uno standard relativo al rapporto tra resistenza e curve di temperatura che, come abbiamo visto, i termistori non hanno.

Da un punto di vista applicativo, quindi, non è necessario fare una scelta tra termoresistenze e termistori. Dovrai, invece, valutare il contesto di applicazione e quale dei due fa maggiormente al caso tuo.

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Come testare un termistore

Vediamo ora come fare per testare un termistore presente su un dispositivo, allo scopo di comprendere se è ancora funzionante o meno.

Tutto ciò che ti serve è un multimetro professionale da impostare sulla misurazione della resistenza. Come per una normale resistenza, non è importante la polarità, mentre è importante che sul display venga indicato un numero diverso da “0” o dal simbolo dell’infinito (∞).

Se sul display ti appare un valore che indica la capacità resistiva del termistore, significa che il componente è funzionante. Quando la misurazione restituisce un valore 0 o infinito, il termistore non è più funzionante e va sostituito con una versione che rispetti le caratteristiche tecniche dell’originale.

Il termistore è, quindi, un resistore il cui valore dipende dalla temperatura e per questo è applicato sia come sensore termico che come sensore ottico. Non è di secondaria importanza la sua applicazione come regolatore di tensione.

Abbiamo visto che i termistori si dividono in NTC e PTC e che la differenza risiede nel coefficiente di temperatura rilevato: positivo per i PTC e negativo per gli NTC.

Abbiamo potuto appurare, inoltre, che esiste una differenza tra termistore e termoresistenza (RTD), e che i due dispositivi non sono esattamente intercambiabili. Gli RTD, in particolare, trovano applicazione nelle industrie dove le temperature possono salire molto rispetto ad altri ambienti.

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