Металлические термометры сопротивления. Для металлов при температурах, близких к температуре Дебая и выше, удельное сопротивление ρ линейно меняется с температурой Т

Для металлов при температурах, близких к температуре Дебая и выше, удельное сопротивление ρ линейно меняется с температурой Т

ρ = ρ₀ [1 + α_ρ (T – T₀)], (3.1)

где ρ₀ и α_ρ – удельное сопротивление и температурный коэффициент удельного сопротивления.

α_ρ = 1/ρ·(dρ/dT) при температуре Т₀. Это объясняется рассеиванием электронов на фононах.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС)

α_R = 1/R·(dR/dT) (3.2)

зависит от α_ρ и от коэффициента линейного расширения материала α_L: α_R = α_ρ – α_L. Ввиду того, что α_L на два порядка меньше, чем α_ρ, то α_R α_ρ.

При небольших изменениях температуры ΔТ в окрестности значения Т зависимость сопротивления металлического резистора от температуры линейна

R(T + ΔT) = R(T)·(1 + α_R ΔТ). (3.3)

В более широком диапазоне температур

R(T) = R₀ (1 + AT + BT² + CT³), (3.4)

где Т выражается в градусах Цельсия; R₀ – сопротивление при 0 ºС.

Для измерения температуры используются терморезисторы с высокостабильным ТКС, линейной зависимостью R(T), хорошей воспроизводимостью свойств и инертностью к воздействию окружающей среды. К таким материалам в первую очередь относится платина. Из-за дешевизны используются медные терморезисторы, а также применяются вольфрамовые и никелевые. Платину можно получить очень высокой чистоты (99,999 %), химическая пассивность платины и отсутствие структурных изменений обеспечивают стабильность электрических свойств. Платиновые термометры сопротивления используются а диапазоне от –260 до 1100 ºС.

Зависимость сопротивления меди от температуры линейна с очень высокой степенью точности, но химическая активность меди ограничивает верхний температурный предел 180 ºС. Нижний температурный предел составляет –200 ºС. Из-за низкого удельного сопротивления меди приходится использовать длинные проводники.

У терморезисторов из вольфрама наблюдается большая чувствительность к низким температурам ( при менее 100 К), чем у платины. Вольфрам может примеряться при более высоких температурах, чем платина, и имеет лучшую линейность сопротивления. Недостатком его является худшая стабильность электрических характеристик, чем у платины.