Резистивный детектор температуры

Металлы имеют положительный температурный коэффициент сопротивление т. е. с увеличением температуры сопротивление проводника растет. Это свойство используется в резистивных детекторах температуры.

Резистивные детекторы температуры (resistance temperature detector -RTD) обычно выполняются из платиновой проволоки. Сопротивление R является практически линейной функцией температуры Т(в °С) при опорном значении Т0 = 0°С. Отношение сопротивления R при температуре Т к сопротивлению R0 при опорной температуре Т0 можно выразить как

где а - это температурный коэффициент сопротивления и b - положительная или отрицательная постоянная (рис. 2.15). Для платины типичными значениями параметров являются а = 0.004 [°С↑-1] , b = 0.59 - 10↑-6 [°С↑-2].

Рис. 2.15. Температурная характеристика сопротивления резистивного детектор температуры и термистора

Существуют RTD для набора стандартных сопротивлений. Наиболее часто используемый тип имеет сопротивление 100 Ом при опорной температуре 0°С (273°К), у него есть собственное имя — Pt-100.

Датчики типа RTD имеют весьма низкую чувствительность, и любой ток i, используемый для определения изменения сопротивления, будет нагревать датчик, изменяя его показания на величину, пропорциональную квадрату тока. Выходное сопротивление чаще всего измеряется мостовыми схемами.

Конструктивно терморезистивный детектор температуры выглядит следующим образом

1 – корпус (металлический);

2 – клеммы (выводы);

3 – катушка в виде тонкой проволоки;

4 – изолятор.

График зависимости сопротивления R от температуры T представлен на рис. 2.15

Зависимость близка к линейной, ТКС – положительный. Терморезисторы практически не подвержены старению, очень живучие.

Термистор

Термистор (thermistor), т. е.температурно-зависимый резистор, изготавливается из полупроводникового материала, имеющего отрицательный температурный коэффициент и высокую чувствительность. Его сопротивление нелинейно зависит от температуры

где Т- температура в градусах Кельвина, R0 — сопротивление при опорной температуре Т0 (обычно 298 °К, т. е. 25 °С ), а Р - постоянная (обычно 3000-5000 °К). Наклон кривой R-Т(рис. 2.15) соответствует температурному коэффициенту а, который, в свою очередь, является функцией температуры

Значение коэффициента а обычно лежит в диапазоне от -0.03 до -0.06 К↑-1 при 25°С (298К).

Из-за конечного сопротивления термистора при протекании по нему тока выделяется тепло. Энергия, выделяемая в термисторе при 25 °С, имеет обычно порядок 0.002 мВт. При постоянной рассеяния около 1 мВт/ °С температура датчика будет повышаться на 1 °С (на воздухе) на каждый милливатт рассеиваемой мощности.

Термистор не является точным датчиком температуры. Однако, благодаря своей чувствительности, он используется для измерений малых отклонений температуры. Это устройство довольно надежно как механически, так и электрически. Нелинейное выходное напряжение термистора должно быть преобразовано в линейную зависимость от температуры. Это можно сделать с помощью аналогового устройства или программным способом. Программными средствами можно непосредственно задать градуировочную таблицу или функцию - обратную характеристике термистора. Линейность характеристики можно получить, присоединив к термистору несложные электронные устройства. Термисторы применяются для измерения температур вплоть до 500-600 °С.