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1. OBJETIVOS

Mostrar cómo es el comportamiento de las resistencias variables.

Caracterizar sensores resistivos.

Calcular los errores obtenidos diferenciando el de cero, ganancia y no linealidad.

2.- MATERIALESLa tarjeta insertable UniTrain-I de Resistencias variables, SO4203-7B, sirve para analizar esta clase de resistencias, siendo posible estudiar los siguientes tipos:

Fotorresistencia (LDR)Termorresistencia con coeficiente negativo de temperatura (NTC) Termoresistencia con coeficiente positivo de temperatura (PTC) Varistores (VDR)

3.- FUNFUNDDAAMMEENTNTOO TTEÓEÓRRIICCOOPara observaciones sencillas, se puede prescindir de la aplicación de la tecnología de medición puesto que las resistencias (excepto la VDR) reaccionan muy sensiblemente a las influencias externas. La sensibilidad de los componentes se puede variar por medio de potenciómetros o resistencias conectadas en serie. Se puede comprobar la reacción de los componentes que reaccionan a los cambios de temperatura simplemente con el tacto (temperatura corporal). La alimentación de tensión se realiza por medio del sistema de bus UniTrain-I o por los experimentadores.

Resistencias variables termorresistencias (NTC)Las termorresistencias NTC (NTC = Coeficiente Temperatura Negativa) son semiconductores fabricados con cerámica policristalina de óxidos mixtos, que se emplean en mayor grado para la medición de la temperatura. En los materiales semiconductores, la cantidad de portadores libres de carga se eleva con el aumento de la temperatura, de manera que la resistencia eléctrica disminuye ante dicho aumento de temperatura. Por esta razón se los denomina también termistores. Con temperatura ambiente, presentan un coeficiente negativo de temperatura en el orden de magnitud de -3 a -5 % por grado. El rango típico de temperatura va de -60ºC a +200 ºC. La dependencia en función de la temperatura obedece a la siguiente ecuación:

T : Temperatura en K

T0 : Temperatura de referencia

B : Constante dependiente del material

La temperatura de referencia y la constante dependiente B del componente se pueden tomar de la correspondiente hoja de datos. Las temperaturas se deben expresar en Kelvin. La transformación de la temperatura a grados Kelvin se realiza por medio de la ecuación:

T = ( + 273°C).

Las resistencias NTC poseen una sensibilidad esencialmente mayor que los termómetros de resistencia metálica. Entre los campos de aplicación se encuentra todo tipo de medición y control automático de temperatura. La desventaja de muchas aplicaciones, no obstante, radica en que la curva de la resistencia no es lineal sino exponencial. Por tanto, se debe llevar a cabo una linealización de dicha curva.

La tabla siguiente muestra, a manera de ejemplo, los valores básicos de una resistencia NTC, con una temperatura de referencia de T0 = 25°C y un valor de resistencia correspondiente de R25 = 5 k.

Tabla 1: Valores básicos de una resistencia NTC. (R25

Temperatura de medición

en °C0 20 25 40 60 80 100 120

Valores básicos

en ohmios16325 6245 5000 2663 1244 627,5 339 194,7

La imagen siguiente muestra la característica correspondiente (curva roja) junto con la característica de una resistencia que tiene un valor de referencia de 10 k (curva azul).

Ajustes del Amperímetro B

Rango de medición: 20 mA DC

Modo de operación: AV

Shunt: 10 ohmios

4.- PROCEDIMIENTO

Característica estática de resistencia

En el experimento siguiente se debe analizar la respuesta de las resistencias NTC. Para ello se registrará la característica de una resistencia de este tipo y se discutirán los posibles rangos de aplicación de este tipo de resistencias.Monte el circuito experimental que se representa a continuación en la sección II de la tarjeta de experimentación SO4203-7B:

Abra el instrumento virtual Fuente de tensión continua y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Encienda a continuación el instrumento por medio de la tecla POWER.Abra el instrumento virtual Voltímetro A y Amperímetro B, seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente

En el caso de que realice la medición de corriente empleando el amperímetro virtual, abra el instrumento y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.

.

Ahora, ajuste la tensión de alimentación Ue empleando uno tras otro, los valores expuestos en la tabla 1.

,

Ajustes del voltímetro A

Rango de medición: 5 V DC

Modo de operación:

AV

Ajustes de la fuente de tensión continua

Rango: 10 V

Tensión de salida:

1 V

Mida cada tensión U en la resistencia NTC al igual que la corriente I que fluye por la resistencia y anote los valores de medición en la tabla antes de ajustar un nuevo valor de tensión espere siempre aproximadamente un minuto antes de llevar acabo la medición de corriente. Si pulsa la pestaña ‘Diagrama’ de la tabla, después de realizar todas las mediciones, podrá visualizar gráficamente la característica resultante.

El grado de calentamiento resistencia durante el servicio depende de la potencia consumida. Si se registra esta potencia en función del valor de la resistencia, se obtiene la característica de temperatura de la resistencia. Calcule la potencia P = U·I y la resistencia R = U/I para cada medición documentada en la tabla 1, y anote en la tabla 2 los valores obtenidos.A continuación, visualice las correspondientes curvas características:

Tabla 1: Tabla 2:

Ue [V] P[mW](UxI) R[Ohm](U/I)

1.00 0.004 0.025

2.00 0.002 0.05

3.00 0.002 0.2

4.00 0.002 0.2

5.00 0.002 0.05

6.00 0.006 0.0666

7.00 0.01 0.04

8.00 0.012 0.0333

9.00 0.014 0.02857

10.00 0.018 0.02222

Ue [V] U [V] I[mA] 1.00 0.01 0.4

2.00 0.01 0.2

3.00 0.02 0.1

4.00 0.02 0.1

5.00 0.01 0.2

6.00 0.02 0.3

7.00 0.02 0.5

8.00 0.02 0.6

9.00 0.02 0.7

10.00 0.02 0.9

5.- CUESTIONARIO:1.- ¿Por qué es necesario esperar aproximadamente un minuto antes de medir la corriente después de realizar una modificación de la tensión?

a) En primer lugar la tensión de alimentación debe estabilizarse.

b) La resistencia NTC se calienta ante el flujo de corriente. De esta manera disminuye la resistencia y la medición solo se puede realizar después de que la temperatura haya alcanzado su valor estacionario.c) La resistencia NTC se enfría ante el flujo de corriente. De esta manera disminuye la resistencia y la medición solo se puede realizar después de que la temperatura haya alcanzado su valor estacionario.

d) No existe ningún motivo en especial para esperar antes de medir la corriente.

Respuesta:

b) la resistencia del NTC se calienta ante el flujo de corriente. De esta manera disminuye la resistencia y la medición solo se puede realizar después de que la temperatura haya alcanzado su valor estacionaria.

Justificación:

Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura sea elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura.La característica tensión-intensidad (V/I) de un resistor NTC presenta un carácter peculiar, ya que las corrientes que lo atraviesan son pequeñas, el consumo de potencia (RI2) será demasiado pequeña para registrar aumentos apreciables de temperatura, o lo que es igual, descensos en su resistencia óhmica, en esta parte de la característica la relación tensión-intensidad será prácticamente lineal y en consecuencia cumplirá la ley de ohm. Si seguimos aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegara a un valor de intensidad en la que la potencia consumida provocará aumentos de temperatura suficientemente grandes como para que la resistencia del termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementándose la intensidad hasta que se establezca el equilibrio térmico

2.- ¿Qué afirmaciones podría realizar en relación con la característica obtenida?

a) La pendiente de la característica es constante.

b) La pendiente de la característica varía.

c) La tensión en la resistencia NTC adopta un valor máximo.

d) La tensión en la resistencia NTC aumenta continuamente.

e) Si la tensión asciende, disminuye la pendiente de la característica.

f) Si la tensión asciende, aumenta la pendiente de la característica.

Respuesta:

b) La pendiente de la característica varía.

Justificación:

Debido a que la característica tensión-intensidad viene relacionada inversamente, se puede deducir que si logramos variar uno de estos factores tendremos a continuación un cambio en la pendiente; ya sea para un aumento (en el caso de reducir la tensión) o de una disminución (en el caso de aumentar la tensión).

c) La tensión en la resistencia NTC adopta un valor máximo.

Justificación:

La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial.

La característica tensión-intensidad (V/Y) de un termistor NTC presenta un carácter peculiar puesto que, cuando las corrientes que la atraviesen son pequeños, el consumo de potencia será demasiado pequeño para registrar aumentos apreciables de temperatura, o el que es igual, descensos en su resistencia óhmica lo que ira acompañada de una disminución de la pendiente de la misma ; en esta parte de la característica, la relación tensión-intensidad será prácticamente lineal y en consecuencia cumplirá la ley de Ohmio.

e) Si la tensión asciende, disminuye la pendiente de la característica.

Justificación:

Si seguimos aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegará a un valor de intensidad que la potencia consumida provocará aumentos de temperatura suficientemente grandes cómo para que la resistencia del termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementándose la intensidad hasta que se establezca el equilibrio térmico. Ahora nos encontramos pues, en una zona de resistencia negativa en la cual disminuciones de tensión corresponden a aumentos de intensidad.

3.- ¿Á que conclusión se puede arribar a partir de las dos característica obtenidas?

a) Si la temperatura aumenta, disminuye el valor de la resistencia NTC.

b) Si el consumo de potencia aumenta, se incrementa el valor de la resistencia NTC.

c) Si el consumo de potencia aumenta, disminuye el valor de la resistencia NTC.

d) Si el consumo de potencia aumenta, aumenta la temperatura de la resistencia NTC.

e) Si el consumo de potencia aumenta, aumenta la temperatura de la resistencia NTC.

f) Si las resistencias NTC se emplean como sensores de temperatura, deberían operar con bajas intensidades de corriente para evitar los efectos del calentamiento.

g) Si las resistencias NTC se emplean como sensores de temperatura, deberían operar con elevadas intensidades de temperatura de corriente para obtener resultados estables.

Respuesta:

a) Si la temperatura aumenta, disminuye el valor de la resistencia NTC.

c) Si el consumo de potencia aumenta, disminuye el valor de la resistencia NTC

e) Si el consumo de potencia aumenta, aumenta la temperatura de la resistencia NTC.

f) Si las resistencias NTC se emplean como sensores de temperatura, deberían operar con bajas intensidades de corriente para evitar los efectos del calentamiento.

Justificación:

Como las resistencias NTC disminuyen su valor al aumentar la temperatura en la que se encuentran y lo contrario ocurrirá al disminuir la temperatura. También al aumentar el consumo de la potencia entonces lógicamente también aumentará la temperatura del ambiente en que se encuentra y variará el valor de la resistencia NTC.

6.- CONCLUSIONES

La potencia eléctrica puede ser expresada como una función dependiente en forma directa de la diferencia de potencial aplicada a un elemento, así como de la resistividad de dicho elemento.

La corriente es inversamente proporcional a la resistencia, por lo tanto cuando aumenta la resistencia la corriente baja y viceversa.

La corriente es directamente proporcional al voltaje, por lo tanto cuando aumenta el voltaje aumenta también la corriente.

La gráfica de R versus I tiene pendiente negativa debido a que son inversamente proporcionales y la gráfica de V versus I, al ser rectificada, tiene pendiente positiva debido a que son directamente proporcionales.

Mediante el experimento hemos aprendido el comportamiento de una resistencia NTC.

7.- SUGERENCIAS:

Ser preciso con el tiempo (1 minuto) de enfriamiento de la resistencia NTC para no obtener datos equivocados

Montar adecuadamente el circuito experimental para evitar fallos posteriores

Trabajar con bajas intensidades para evitar efectos de calentamiento

8- BIBLIOGRAFIA:

Sensores y acondicionadores de señal por Ramón Pallás Areny http://www.ifent.org/lecciones/ntc/ntc.htm Manual de laboratorio de física III. http://www.tr3sdland.com/2011/12/componentes-el-sensor-ntc/ https://www.youtube.com/watch?v=BcGzZdYl2Ug