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Termistores

Um termistor é um sensor de temperatura cuja resistência muda quando aquecido ou resfriado. Em impressoras 3D, secadores e pequenos dispositivos de aquecimento, é frequentemente usado como feedback para controlar o aquecedor.

A opção mais comum na comunidade de impressão 3D é o termistor NTC 100K. NTC significa que à medida que a temperatura aumenta, a resistência diminui. 100 kOhm geralmente significa cerca de 25°C em 25°C.

Onde é usado

Termistores são usados para medir a temperatura de:

  • hotend;
  • heated bed;
  • printer chamber;
  • filament dryer;
  • air duct;
  • heating module;
  • área de eletrônica, se for necessária uma proteção simples contra superaquecimento.

Em um dispositivo com aquecedor, um termistor não é um sensor decorativo. Determina quando o controlador reduz a potência, desativa o aquecimento ou para com erro.

Tabelas NTC 100K, Beta e de Pesquisa

Termistores diferentes podem parecer iguais, mas ter características diferentes.

Parâmetros importantes:

  • resistência em 100 kOhm, por exemplo 100 kOhm;
  • type: NTC or PTC;
  • Beta, for example 3950K;
  • resistance/temperature lookup table;
  • operating temperature range;
  • accuracy;
  • package: glass bead, cartridge, screw sensor, sheath;
  • wire insulation.

Se o firmware selecionar o tipo de sensor errado, a temperatura será exibida incorretamente. O erro pode ser pequeno à temperatura ambiente e perigoso à temperatura operacional.

Portanto, a frase “termistor de 100K” nem sempre é suficiente. Para o firmware, um modelo específico ou pelo menos o Beta/tabela correto é importante.

Como o controlador mede a temperatura

Um termistor geralmente é conectado a uma entrada analógica através de um divisor de tensão com um resistor pull-up. O controlador mede a tensão, converte-a em resistência e, em seguida, usa uma tabela ou fórmula de consulta para obter a temperatura.

Voltage divider with thermistor for temperature measurement

Source: Wikimedia Commons, Sjlegg, Public Domain

No Klipper, isso é definido através de sensor_pin, pullup_resistor, às vezes [thermistor] ou uma seção [thermistor] personalizada.

No Marlin, o tipo de termistor é selecionado através dos parâmetros de configuração do sensor e limites de temperatura.

Para o usuário, a chave é simples: o firmware deve saber exatamente o tipo de sensor que está instalado no dispositivo.

Circuito Aberto e Curto-Circuito

Um termistor e sua fiação podem falhar.

Sintomas típicos:

  • broken wire;
  • poor connector contact;
  • wires short together;
  • damaged insulation;
  • o sensor escorregou da bainha;
  • fio desgastado em peça móvel;
  • o sensor mostra a temperatura ambiente mesmo que o aquecimento esteja acontecendo.

O firmware geralmente possui proteções como MAXTEMP, MAXTEMP, verificação de aquecimento e proteção contra fuga térmica. Mas essas proteções só funcionam se o sensor e o firmware estiverem configurados corretamente, e a parte de alimentação puder realmente ser desligada.

Se um sensor cair do aquecedor, mas permanecer conectado eletricamente, isso é especialmente perigoso: o firmware pode detectar “temperatura baixa” e continuar aquecendo.

Thermal Contact

A montagem do termistor costuma ser mais importante do que parece.

O sensor deve medir a temperatura do local que você realmente precisa controlar. Para um hotend, é o bloco de aquecimento. Para uma cama, é a superfície ou local relacionado à temperatura real da cama. Para um aquecedor de ar, é um ponto escolhido pela lógica de segurança e controle.

O contato térmico é afetado por:

  • sensor pressure;
  • thermal paste;
  • mounting hole;
  • sheath;
  • screw mounting;
  • gap;
  • material ao redor do sensor;
  • wire condition;
  • contamination or dried paste;
  • vibração e montagem solta.

Se um termistor apenas tocar lateralmente em uma parte, ele poderá responder lentamente e mostrar a temperatura errada. O controlador PID então obtém informações atrasadas e a temperatura pode ultrapassar ou exceder o alvo.

Sensor Package

Os termistores vêm em embalagens diferentes.

Glass bead:

  • cheap;
  • tiny;
  • requires careful mounting;
  • fácil de danificar o fio ou o isolamento.

Cartridge thermistor:

  • mais fácil de inserir no orifício do bloco de aquecimento;
  • geralmente mecanicamente mais estável;
  • importante combinar diâmetro e comprimento.

Screw thermistor:

  • monta facilmente em uma superfície metálica;
  • pode proporcionar um bom contato se instalado corretamente;
  • não deve apertar demais ou danificar o fio.

Sensor in sheath:

  • conveniente para ar, líquido ou invólucro;
  • responde mais lentamente se a bainha for maciça;
  • o ponto de instalação adequado é importante.

A escolha do pacote depende do que está sendo medido e de como o sensor será reparado.

Verificação com multímetro

A verificação básica pode ser feita com um multímetro no modo de resistência. O procedimento detalhado está no artigo prático: Verificando um termistor.

Para um NTC 25°C típico em temperatura ambiente em torno de 100 kOhm, você espera cerca de 100 kOhm. O valor exato depende da temperatura e da tolerância.

Quando aquecido com os dedos, a resistência do NTC deve diminuir. Se o multímetro mostrar circuito aberto, curto-circuito ou o valor saltar quando você mover o fio, primeiro verifique o conector e a fiação.

A verificação do multímetro não substitui a calibração e não prova a precisão no 200°C, mas mostra rapidamente um tipo óbvio de sensor aberto, em curto ou errado.

O que verificar antes de comprar

Antes de comprar um termistor, verifique:

  • resistance at 25°C;
  • Beta or exact model;
  • compatibilidade com firmware;
  • operating temperature range;
  • sensor package;
  • comprimento e material do fio;
  • connector type;
  • mounting method;
  • whether you need a cartridge, screw, sheath or glass bead;
  • se o sensor se adapta ao seu bloco de aquecimento ou local de instalação;
  • disponibilidade de descrição técnica ou informações claras.

Para um hotend, é melhor obter um sensor que se encaixe mecanicamente no bloco específico. Para uma câmara ou secador, o local de instalação, a proteção dos fios e a estabilidade da medição no fluxo de ar são mais importantes.

Erros típicos

  • sensor_type errado selecionado;
  • pensar que qualquer termistor 100K é o mesmo;
  • o sensor está mal pressionado;
  • no proper thermal contact;
  • o sensor escorregou da bainha;
  • fio friccionado ou quebrado no corpo do sensor;
  • o contato do conector é ruim;
  • fiação próxima a linhas de energia desnecessariamente;
  • o termistor mede o ar, mas o controlador pensa que mede o aquecedor;
  • conjunto de firmware sem max_temp e max_temp razoáveis;
  • aquecedor ligado sem proteção de hardware independente.

Ponto Principal

Um termistor é um feedback para um aquecedor. É importante não apenas comprar “100K NTC”, mas selecionar o tipo certo de firmware, montar o sensor no lugar certo e verificar a fiação.

Mau contato térmico ou sensor_type errado podem ser mais perigosos do que um sensor completamente morto, porque o sistema continua funcionando, mas toma decisões sobre a temperatura errada.

Reference Materials