Sensori resistivi: LDR, NTC e PTC
LDR, NTC e PTC sono componenti la cui resistenza cambia in funzione di una grandezza fisica. L’LDR reagisce alla luce, mentre NTC e PTC reagiscono alla temperatura. Per trasformare questa variazione in una tensione leggibile da Arduino, ESP32 o da un circuito analogico si usa spesso un partitore resistivo. In questa guida vediamo funzionamento, curve, formule, taratura e applicazioni pratiche.
Che cosa sono i sensori resistivi?
Un sensore resistivo modifica la propria resistenza elettrica quando cambia una grandezza fisica. La variazione può essere letta direttamente con strumenti di misura oppure convertita in una tensione attraverso un partitore.
LDR
La resistenza cambia con la luce incidente.
NTC
La resistenza diminuisce quando la temperatura aumenta.
PTC
La resistenza aumenta quando la temperatura aumenta.
LDR, NTC e PTC: differenze principali
| Componente | Grandezza | Andamento resistenza | Uso tipico |
|---|---|---|---|
| LDR | Luce | Più luce → meno resistenza | Crepuscolari, rilevamento luminosità. |
| NTC | Temperatura | Più temperatura → meno resistenza | Termometria, compensazione, limitazione inrush. |
| PTC | Temperatura | Più temperatura → più resistenza | Protezione, autoriscaldamento, limitazione corrente. |
Come funziona una LDR?
LDR significa Light Dependent Resistor. È un fotoresistore il cui materiale cambia conducibilità in funzione della quantità di luce incidente.
Curva luce-resistenza dell’LDR
La relazione tra illuminamento e resistenza è fortemente non lineare. In molti modelli può essere descritta approssimativamente con una legge di potenza.
Come funziona un termistore NTC?
NTC significa Negative Temperature Coefficient. La sua resistenza diminuisce all’aumentare della temperatura.
10 kΩ è spesso il valore nominale a 25 °C.
La resistenza scende sotto il valore nominale.
Parametro Beta dell’NTC
Una formula molto usata per descrivere un NTC è il modello Beta.
| Simbolo | Significato |
|---|---|
| T | Temperatura da calcolare in kelvin. |
| T0 | Temperatura nominale, spesso 25 °C = 298,15 K. |
| R | Resistenza misurata. |
| R0 | Resistenza nominale a T0. |
| B | Costante Beta del termistore. |
Equazione di Steinhart-Hart
Per una migliore precisione su intervalli di temperatura più ampi si usa spesso l’equazione di Steinhart-Hart.
Come funziona un PTC?
PTC significa Positive Temperature Coefficient. La resistenza aumenta con la temperatura. Esistono PTC con comportamento graduale e componenti con una forte transizione oltre una determinata temperatura.
Sensore
Può essere usato per rilevare temperatura o surriscaldamento.
Protezione
L’aumento di R può limitare la corrente in caso di anomalia.
Resettable fuse
I PTC polimerici possono proteggere da sovracorrente e autoripristinarsi.
Trasformare la resistenza in tensione: il partitore
Un ADC misura tensione, non resistenza. Per questo LDR e termistori vengono spesso collegati con una resistenza fissa formando un partitore di tensione.
Dalla tensione al valore ADC
ADC ≈ 2,5 / 5 × 1023 ≈ 512.
LDR, NTC e PTC con Arduino
5 V → R fissa → ADC → sensore → GNDanalogRead(A0)Per un sensore da circa 10 kΩ nell’area di lavoro, una resistenza fissa da 10 kΩ è spesso un buon punto di partenza per ottenere buona sensibilità attorno a quel valore.
Sensori resistivi con ESP32
ESP32 lavora a livelli logici tipicamente di 3,3 V e l’ADC ha caratteristiche differenti rispetto all’ATmega328P di Arduino UNO.
Taratura del sensore
La taratura consiste nel confrontare la lettura del circuito con un riferimento noto.
LDR
Confronto con luxmetro o soglie reali di luce.
NTC
Confronto con termometro affidabile a più temperature.
PTC
Verifica della curva o della soglia termica.
Autoriscaldamento del termistore
La corrente che attraversa NTC o PTC dissipa potenza e può riscaldare il sensore stesso, falsando la misura.
Tolleranza, precisione e stabilità
| Errore | Effetto |
|---|---|
| Tolleranza R0 | Sposta la curva del sensore. |
| Tolleranza Beta | Cambia la conversione temperatura-resistenza. |
| Resistenza fissa | Influenza la tensione del partitore. |
| Vref ADC | Errore sistematico nella conversione. |
| Rumore | Oscillazione della lettura ADC. |
| Cablaggio | Resistenza dei fili importante nei sensori a bassa R o a distanza. |
Applicazioni pratiche
Luci automatiche, rilevamento giorno/notte, allarmi luminosi.
Termometri, controllo ventole, compensazione termica.
Limitazione della corrente di spunto negli alimentatori.
Protezione da sovracorrente e surriscaldamento.
Come scegliere LDR, NTC o PTC
| Parametro | Cosa controllare |
|---|---|
| Valore nominale | Resistenza al punto di riferimento. |
| Range operativo | Illuminazione o temperatura prevista. |
| Tolleranza | Errore iniziale del componente. |
| Curva | Beta, Steinhart-Hart o caratteristica luce-resistenza. |
| Potenza | Limite prima di autoriscaldamento o danneggiamento. |
| Tempo di risposta | Quanto rapidamente segue la variazione fisica. |
| Package | Dimensioni, montaggio, contatto termico o esposizione alla luce. |
Errori comuni con i sensori resistivi
- leggere direttamente una resistenza con l’ADC senza partitore o circuito di misura;
- alimentare un ADC ESP32 con 5 V;
- considerare lineare la risposta di un LDR;
- convertire un NTC usando una Beta diversa da quella reale;
- dimenticare che R0 è riferita a una temperatura specifica;
- ignorare l’autoriscaldamento;
- scegliere una resistenza fissa molto lontana dal valore utile del sensore;
- usare un solo punto di taratura per misure che richiedono precisione;
- confondere PTC termistore e fusibile PPTC;
- non filtrare letture ADC rumorose.