Общие теоретические сведения об ИП температуры

Общие теоретические сведения об ИП температуры

Для измерения температуры применяются разнообразные ИП. Одной из наиболее обширных и распространённых групп являются терморезисторы.

Терморезисторы – это ИП температуры в изменении активного сопротивления. Применяются металлические и полупроводниковые ИП. Металлические терморезисторы обладают положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), колеблющимся от 0,35 до 0,7% на один градус изменения температуры. Для изготовления терморезисторов применяются металлы, обладающие высокой стабильностью ТКС, инертностью к воздействию окружающей среды. Это платина, медь, никель. Платиновые терморезисторы используются в диапазоне температур от –200 до +600^О С. Сопротивление платиновых терморезисторов выражается соотношениями:

- в диапазоне от 0⁰С до + 650⁰С: R_t=R₀(1+At+B(t)²);

- в диапазоне от – 200⁰С до 0⁰С: R_t=R₀(1+At+B(t)²+C(t –100)³);

где R₀ – сопротивление при 0⁰ С;

А, В, С – коэффициенты, определяемые свойствами металла.

Медные терморезисторы применяются в диапазоне от – 60 ^ОС до 180 ^ОС. При расчёте сопротивления медных ТП можно пользоваться соотношением:

R_t=R₀(1+ α t), где α - ТКС меди.

Свойства платиновых ТП отличаются высокой стабильностью, они обладают химической инертностью к изменяемой среде. Медные ТП имеют линейную зависимость R_t= f(t), при t свыше 200⁰С медь окисляется.

Промышленные терморезисторы (термометры сопротивления) выпускаются в двух типов: ТСП – термосопротивления платиновые и ТСМ – термосопротивления медные. Никелевые ТП серийно не выпускаются, т.к. характеристика их R= f(t) свыше 100^ОС нелинейная и неоднозначная.

Металлические термометры сопротивлений являются одним из наиболее точных преобразователей температуры. Так, например, платиновые терморезисторы позволяют измерять температуру с погрешностью порядка 0,001 ^ОС.

Конструктивно промышленные термометры сопротивления выпускаются в виде чувствительных элементов, помещённых в защитный корпус. Чувствительный элемент изготавливается в виде спирали из платиновой или медной проволоки, закреплённой на слюдяном или платиновом каркасе.

Полупроводниковые терморезисторы (ПТР) отличаются от металлических меньшими габаритами большими значениями ТКС.

ТКС у ПТР отрицателен, температурная зависимость описывается формулами:

R_t=Ae ^b/T

где Т – абсолютная температура; А, b - коэффициенты, или

где R1 – сопротивление термистора при температуре Т1.

Точность измерения температуры с помощью ПТР может быть достаточно высокой (погрешность порядка 0,01К). С помощью разного типа ПТР можно измерять температуру в диапазоне от –200 ^ОС до1000 ^ОС.

Недостатки ПТР – нелинейность зависимости R_T = f(T) и значительный разброс параметров от образца к образцу (плохая взаимозаменяемость).

Нелинейность характеристики и технологический разброс параметров терморезисторов затрудняет получение линейных шкал термометров. Чтобы улучшить линейность и обеспечить взаимозаменяемость терморезисторов, необходимых при массовом производстве термометров, приходится применять специальные схемы линеаризации и унификации.

Для измерения температуры применяется также другие виды полупроводниковых преобразователей. В частности, термодиоды, термотранзисторы, стабилитроны, работающие в диапазоне от – 80 ^ОС до+150 ^ОС на основе открытых и закрытых p – n переходов. Например, при заданном токе, напряжение на открытом переходе или стабилитроне линейно изменяется с температурой, причём ТКС для открытого p – n перехода отрицателен и составляет 243 мВ/К, а для стабилитрона – положителен и достигает 8 мВ/ К.

Достоинством термодиодов и терморезисторов являются малые габариты, возможность взаимозаменяемости и, главное, дешевизна, позволяющая широко применять их в датчиках.