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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 (por ejemplo, el bulbo de un termómetro de mercurio en vidrio o el sensor pirométrico en un termómetro infrarrojo), en el que ocurre algún cambio con una variación en la temperatura; y (2) un medio para convertir ese cambio en un valor numérico (por ejemplo, la escala visible en un termómetro de mercurio en vidrio 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 investigaciones científicas.

Un termistor es un tipo de sensor de temperatura cuya resistencia depende fuertemente de la temperatura. Existen dos tipos de termistores: de Coeficiente de Temperatura Negativo (NTC) y de Coeficiente de Temperatura Positivo (PTC). La resistencia del termistor PTC aumenta con la temperatura, mientras que la del NTC disminuye a medida que la temperatura aumenta.

En este experimento, usaremos un termistor NTC para crear un termómetro.

Termistor

Componentes Necesarios

Para este proyecto, necesitaremos los siguientes componentes.

Es muy conveniente adquirir un kit completo; aquí tienes el enlace:

Nombre	ELEMENTOS EN ESTE KIT	ENLACE
Kit Kepler	450+	Kepler Ultimate Kit

También puedes comprarlos por separado en los enlaces a continuación.

SN	COMPONENTE	CANTIDAD	ENLACE
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

Esquemático

sch_temp

En este circuito, el resistor de 10K y el termistor están conectados en serie, y la corriente que pasa a través de ellos es la misma. El resistor de 10K actúa como protección, y el pin 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 una disminución en su voltaje, por lo que el valor de GP28 disminuirá. Si la temperatura es lo suficientemente alta, la resistencia del termistor se acercará a 0, y el valor de GP28 estará cerca de 0. En este caso, el resistor 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. Cuando la temperatura es lo suficientemente baja, la resistencia del termistor será infinita, y su voltaje estará cerca de 3.3V (el resistor de 10K es insignificante), y el valor de GP28 se acercará al valor máximo de 65535.

La fórmula de cálculo es la siguiente:

(Vp/3.3V) x 65535 = Ap

Conexiones

wiring_temp

Nota

El termistor es negro y está marcado con 103.
El código de colores del resistor de 10K ohmios es rojo, negro, negro, rojo y marrón.

Código

Nota

Abre el archivo 2.13_thermometer.py en la ruta de kepler-kit-main/micropython o copia este código en Thonny, luego haz clic en «Run Current Script» o simplemente presiona F5 para ejecutarlo.
No olvides seleccionar el intérprete «MicroPython (Raspberry Pi Pico)» en la esquina inferior derecha.
Para tutoriales detallados, consulta Abrir y ejecutar código directamente.

import machine
import utime
import math

thermistor = machine.ADC(28)

while True:
    temperature_value = thermistor.read_u16()
    Vr = 3.3 * float(temperature_value) / 65535
    Rt = 10000 * Vr / (3.3 - Vr)
    temp = 1/(((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15+25)))
    Cel = temp - 273.15
    Fah = Cel * 1.8 + 32
    print ('Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F' % (Cel, Fah))
    utime.sleep_ms(200)

Al ejecutar el programa, la consola imprimirá las temperaturas en Celsius y Fahrenheit.

¿Cómo funciona?

Cada termistor tiene una resistencia normal. 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 cantidades digitales mediante el adaptador A/D.

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

import math

Existe una biblioteca de funciones matemáticas que declara un conjunto de funciones para realizar operaciones y transformaciones matemáticas comunes.

math

temperature_value = thermistor.read_u16()

Esta función se utiliza para leer el valor del termistor.

Vr = 3.3 * float(temperature_value) / 65535
Rt = 10000 * Vr / (3.3 - Vr)
temp = 1/(((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15+25)))
Cel = temp - 273.15
Fah = Cel * 1.8 + 32
print ('Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F' % (Cel, Fah))
utime.sleep_ms(200)

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

Vr = 3.3 * float(temperature_value) / 65535
Rt = 10000 * Vr / (3.3 - Vr)

En las dos líneas de código anteriores, se calcula primero el voltaje utilizando el valor analógico leído, y luego se obtiene Rt (la resistencia del termistor).

temp = 1/(((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15+25)))

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 a la temperatura TK.
RN es la resistencia del termistor NTC bajo la temperatura nominal TN, aquí con un valor de 10k.
TK es la temperatura en Kelvin, y su unidad es K (273.15 + grados Celsius).
TN es la temperatura nominal en Kelvin, también en K. Aquí TN es 273.15 + 25.
B (beta), la constante del material del termistor NTC, también se llama índice de sensibilidad térmica y tiene un valor 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, y resta 273.15 para obtener los grados Celsius.

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

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

temp = temp - 273.15

Convierte la temperatura de Kelvin a grados Celsius.

Fah = Cel * 1.8 + 32

Convierte los grados Celsius a grados Fahrenheit.

print ('Celsius: %.2f °C Fahrenheit: %.2f ℉' % (Cel, Fah))

Imprime los grados Celsius y Fahrenheit con sus respectivas unidades en la consola.