Caso práctico: Uso de NTC para sensor de temperatura

Objetivo

Construir un sensor de temperatura sencillo con un termistor NTC y un resistor fijo, aprender a leer su tensión y convertirla en resistencia/temperatura.

Topología (resumen)

• Divisor resistivo: R1 (resistor fijo) a +5 V y NTC a GND.
• Nodo central V_NTC como salida analógica proporcional a la temperatura.

Mediciones (resumen)

• Medir V_5V (alimentación) y V_NTC (nodo del divisor).
• Calcular R_NTC a partir de V_NTC.
• Relacionar R_NTC con la temperatura usando tabla del fabricante o ecuación β.

Materiales

• 1 × Termistor NTC 10 kΩ @25°C (p. ej., β ≈ 3950 K)
• 1 × Resistor 10 kΩ, 1% (R1)
• 1 × Fuente de alimentación 5 V (o 3.3 V; coherente en todo el montaje)
• 1 × Protoboard
• 6 × Cables de puente
• 1 × Multímetro digital (DMM)
• 1 × Termómetro de referencia (opcional, para calibración)
• 1 × Vaso con agua con hielo y 1 × secador/aire caliente (opcional, para pruebas térmicas)

Guía de conexionado

• Identifica en la protoboard una línea para +5 V y otra para GND.
• Conecta la fuente: positivo a la barra +5 V y negativo a la barra GND.
• Inserta R1 entre la barra +5 V y una fila libre (este será el nodo V_NTC).
• Inserta el NTC entre esa misma fila (nodo V_NTC) y la barra GND.
• Verifica continuidad: debe existir un camino +5 V → R1 → nodo V_NTC → NTC → GND.
• Conecta el DMM en modo voltímetro:
• Punta negra (COM) a GND.
• Punta roja al nodo V_NTC.
• Abreviaturas usadas en el esquema:
• V_5V: tensión de la fuente en el rail de +5 V. Para medirla, coloca la punta roja en el punto marcado V_5V y la negra en GND.
• V_NTC: tensión en el nodo central del divisor. Para medirla, coloca la punta roja en el punto marcado V_NTC y la negra en GND.
• GND: referencia de 0 V (tierra). Punto de referencia para todas las mediciones.

Esquemático

                 +5 V
                  │
                  ● V_5V
                  │
                ┌─┴─┐
                │   │     R1 = 10 kΩ (resistor fijo)
                │   │
                └─┬─┘
                  │────● V_NTC ───────────────> medir con DMM (V)
                ┌─┴─┐
                │   │     NTC = 10 kΩ @25°C (termistor)
                │   │
                └─┬─┘
                  │
                  ● GND
                  │
                 GND

Mediciones y pruebas

• Verificación de alimentación:

  • Mide V_5V con el DMM (roja en V_5V, negra en GND). Debe ser estable (p. ej., 5.00 V ±0.1 V). Regístrala: la necesitarás en los cálculos.

• Lectura a temperatura ambiente:

  • Mide V_NTC (roja en V_NTC, negra en GND). Anota V_NTC y la temperatura ambiente aproximada (T_amb) con el termómetro de referencia si lo tienes.

• Cálculo de la resistencia del NTC (R_NTC):

  • Usa la relación del divisor: R_NTC = R1 × V_NTC / (V_5V − V_NTC).
  • Ejemplo de uso: si V_5V = 5.00 V, V_NTC = 2.50 V y R1 = 10 kΩ, entonces R_NTC ≈ 10 kΩ × 2.50 / 2.50 = 10 kΩ.

• Respuesta a cambios de temperatura:

  • Calienta el NTC con la mano o aire tibio (no excesivo). Espera 5–10 s y mide V_NTC. Debería aumentar si el NTC está abajo (a GND), porque R_NTC disminuye con la temperatura.
  • Enfría el NTC con aire frío o acercándolo a un vaso con hielo (sin mojarlo si no es encapsulado sellado). Espera 10–20 s y mide V_NTC. Debería disminuir.
  • Registra pares de datos: (T_ref, V_NTC) y calcula (T_ref, R_NTC).

• Estimación de temperatura a partir de R_NTC (opcional):

  • Con datasheet (R_25 y β): usa la ecuación β o una tabla para convertir R_NTC en T. Una aproximación común es: 1/T = 1/T0 + (1/β)·ln(R/R0), con T y T0 en Kelvin, R0 = 10 kΩ a T0 = 298.15 K (25°C).
  • Si no tienes β, usa una tabla del fabricante o calibra a dos puntos (hielo ~0°C y ambiente/caliente conocido).

• Diagnóstico rápido:

  • Si V_NTC ≈ V_5V siempre: el NTC podría estar abierto o mal conectado a GND.
  • Si V_NTC ≈ 0 V siempre: cortocircuito en el nodo o NTC en cortocircuito.
  • Si V_NTC es muy ruidoso: revisa contactos en protoboard o añade un condensador de 100 nF del nodo V_NTC a GND.

Errores comunes

• Invertir posiciones: colocar el NTC arriba y R1 abajo cambia el sentido de la variación de V_NTC.
• Medir resistencia (ohmímetro) con el circuito alimentado: puede dañar el DMM o dar lecturas falsas. Desconecta la alimentación para medir ohmios.
• No compartir referencia: medir V_NTC sin conectar la punta negra del DMM a GND del circuito.
• Usar valores muy desbalanceados (p. ej., R1 ≫ R_NTC_nom): reduce la sensibilidad útil cerca de la temperatura objetivo. Una buena práctica es R1 ≈ R_NTC a la temperatura de interés.

Seguridad

• Trabaja con 5 V o 3.3 V; evita tocar elementos calefactores muy calientes.
• Si usas secador, mantén distancia para no sobrecalentar el NTC (consulta su potencia/tamaño).
• Evita condensación o agua si el NTC no es hermético. Si haces pruebas con hielo/agua, usa un encapsulado sellado o una bolsa plástica.

Mejoras y ampliaciones

• Filtrado: añade 100 nF entre V_NTC y GND para reducir ruido.
• Linealización: usa una red con resistor en paralelo/serie para linealizar en un rango estrecho de T.
• Lectura con microcontrolador: conecta V_NTC a una entrada ADC, calcula R_NTC y T en firmware, y promedia lecturas.
• Calibración: ajusta R1 o aplica una corrección por software tras registrar dos o más puntos de referencia.
• Cambio de escala: si tu ADC es de 3.3 V, usa alimentación de 3.3 V para el divisor o un divisor adicional/limitador adecuado.

Con esto has construido y probado un sensor de temperatura básico basado en un resistor NTC y un resistor fijo, entendiendo cómo la tensión en el nodo V_NTC refleja los cambios de temperatura.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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