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2.13 - Termómetro

Un termómetro es un dispositivo que mide la temperatura o un gradiente de temperatura (el nivel de calor o frío de un objeto). Un termómetro tiene dos elementos importantes: (1) un sensor de temperatura (p. ej., el bulbo de un termómetro de mercurio o el sensor pirométrico en un termómetro infrarrojo) en el cual ocurre algún cambio con la temperatura; y (2) un medio para convertir este cambio en un valor numérico (p. ej., la escala visible en un termómetro de mercurio o la lectura digital en un modelo infrarrojo). Los termómetros se utilizan ampliamente en tecnología e industria para monitorear procesos, en meteorología, en medicina y en investigación científica.

Un termistor es un tipo de sensor de temperatura cuya resistencia depende significativamente de la temperatura, y existen dos tipos: Coeficiente de Temperatura Negativo (NTC) y Coeficiente de Temperatura Positivo (PTC). La resistencia de un termistor PTC aumenta con la temperatura, mientras que el NTC muestra el comportamiento contrario.

En este experimento usaremos un termistor NTC para construir un termómetro.

• Termistor

Componentes Necesarios

En este proyecto, necesitamos los siguientes componentes.

Es muy conveniente comprar un kit completo; aquí está el enlace:

Nombre	ELEMENTOS EN ESTE KIT	LINK DE COMPRA
Kit Kepler	450+	Kepler Ultimate Kit

También puedes comprarlos por separado en los enlaces a continuación.

N°	INTRODUCCIÓN DEL COMPONENTE	CANTIDAD	LINK DE COMPRA
1	Conociendo el Pico W	1	COMPRAR
2	Cable Micro USB	1
3	Protoboard	1	COMPRAR
4	Cables de Puente (Jumpers)	Varios	COMPRAR
5	Resistor	1(10KΩ)	COMPRAR
6	Termistor	1	COMPRAR

Esquema

En este circuito, la resistencia de 10K y el termistor están conectados en serie, y la corriente que pasa a través de ellos es la misma. La resistencia de 10K actúa como protección, y GP28 lee el valor después de la conversión de voltaje del termistor.

Cuando la temperatura aumenta, el valor de resistencia del termistor NTC disminuye, lo que provoca que su voltaje disminuya, y el valor de GP28 también disminuirá; si la temperatura es lo suficientemente alta, la resistencia del termistor será cercana a 0, y el valor de GP28 será cercano a 0. En este momento, la resistencia de 10K desempeña un papel protector, evitando que 3.3V y GND se conecten directamente, lo que resultaría en un cortocircuito.

Cuando la temperatura baja, el valor de GP28 aumentará. Si la temperatura es lo suficientemente baja, la resistencia del termistor será infinita, y su voltaje será cercano a 3.3V (la resistencia de 10K es despreciable), y el valor de GP28 será cercano al valor máximo de 1023.

La fórmula de cálculo se muestra a continuación.

Valor Digital = (Voltaje Analógico / 3.3V) * 1023

Conexión

Nota

• El termistor es negro y está marcado como 103.

• El anillo de colores de la resistencia de 10K ohmios es rojo, negro, negro, rojo y marrón.

Código

Nota

• Puedes abrir el archivo 2.13_thermometer.ino en la ruta kepler-kit-main/arduino/2.13_thermometer.

• O copia este código en Arduino IDE.

• No olvides seleccionar la placa (Raspberry Pi Pico) y el puerto correcto antes de hacer clic en el botón Subir.

Cuando el programa se ejecuta, el Monitor Serial imprimirá las temperaturas en grados Celsius y Fahrenheit.

¿Cómo funciona?

Cada termistor tiene una resistencia nominal. Aquí es de 10K ohmios, medida a 25 grados Celsius.

Cuando la temperatura aumenta, la resistencia del termistor disminuye. Luego, los datos de voltaje se convierten en valores digitales mediante el adaptador A/D.

La temperatura en grados Celsius o Fahrenheit se muestra mediante programación.

long a = analogRead(analogPin);

Esta línea se usa para leer el valor del termistor.

float tempC = beta / (log((1025.0 * 10 / a - 10) / 10) + beta / 298.0) - 273.0;
float tempF = 1.8 * tempC + 32.0;

Estos cálculos convierten los valores del termistor en grados centígrados y grados Fahrenheit.

Nota

Aquí está la relación entre la resistencia y la temperatura:

RT = RN expB(1/TK – 1/TN)

• RT es la resistencia del termistor NTC cuando la temperatura es TK.

• RN es la resistencia del termistor NTC a la temperatura nominal TN. Aquí, el valor de RN es 10k.

• TK es la temperatura en Kelvin y su unidad es K. Aquí, el valor de TK es 273.15 + grados Celsius.

• TN es la temperatura nominal en Kelvin; la unidad también es K. Aquí, el valor de TN es 273.15+25.

• B (beta), la constante material del termistor NTC, también se llama índice de sensibilidad térmica, con un valor numérico de 3950.

• exp es la abreviatura de exponencial, y el número base e es un número natural, aproximadamente igual a 2.7.

Convierte esta fórmula TK=1/(ln(RT/RN)/B+1/TN) para obtener la temperatura en Kelvin, la cual menos 273.15 dará la temperatura en grados Celsius.

Esta relación es una fórmula empírica. Es precisa solo cuando la temperatura y la resistencia están dentro del rango efectivo.

Este código se refiere a ingresar Rt en la fórmula TK=1/(ln(RT/RN)/B+1/TN) para obtener la temperatura en Kelvin.