Множество промышленных отраслей зависят от температуры окружающей среды. Измерение температуры среды имеет важную роль в процессе производства. Так как среда производства может состоять из жидкости, газа, сыпучего порошка, твердой поверхности и т. п., то и измерение температуры имеет свою особенность. Существует множество датчиков температуры, построенных с использованием различных физических законов. Одни из них прекрасно справляются с конкретной задачей по измерению температуры, другие предназначены для универсального использования. В данной статье описаны датчики на основе металлических термисторов.
Ключевые слова: терморезистор, термистор, температурный коэффициент сопротивления.
Терморезистивные датчики характеризуются своей чувствительностью к изменению температуры, из-за чего изменяют свое электрическое сопротивление. Бывает два типа терморезистивных датчика, с положительным PTC и с отрицательным NTC коэффициентом сопротивления (PTC от слов «Positive temperature coefficient”, характеризуется повышение сопротивления с повышением температуры; NTC от слов «Negative temperature coefficient”, характеризуется снижением сопротивления с повышением температуры и увеличением сопротивления при ее понижении, этот параметр отталкивается от базового сопротивления при комнатной температуре). Такие датчики применяются для измерения физических величин, например скорости, температуры, плотности вакуума, концентрации и т. п. в диапазоне температур от -250 до + 1000°С. Терморезисторы в основном изготавливаются из платины, железа, меди, никеля. Сплавы металлов не используются, так как нарушаются характеристики стабильности при добавлении примеси в чистый металл [1, с. 115].
К недостаткам можно отнести высокую нелинейность термисторов, позволяющую их использовать в узком температурном диапазоне. Использование термисторов так же ограничено в диапазоне низких температур. Для проведения измерений обычно используют резистивный мост, в котором 2 обычных резистора и 2 терморезистивных датчика, изменяя температуру на термисторах можно получить зависимость. Пример измерительной схемы на Рисунке 1.
Рис. 1. Мост Уитстона
Форма терморезистора может напоминать: плоскую пластину, диск, стержень, шайбу, трубку, бусинку, цилиндр. Так же терморезисторы классифицируются по числу градусов (Таблица 1).
Таблица 1
Классификация терморезисторов по температурным параметрам
|
Наименование |
Значение(в Кельвинах) |
|
Сверх высокотемпературные |
от 900…1300 |
|
Высокотемпературные |
от 570…899 |
|
Среднетемпературные |
от 170…510 |
|
Низкотемпературные |
до 170 |
Металл или сплав, из которого сделан терморезистор имеет свой температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Температурный коэффициент сопротивления показывает зависимость электрического сопротивления от температуры вещества, измеряется в 1/К (кельвин в степени -1). Коэффициент с обратным знаком называют ТКП (температурный коэффициент проводимости). Ниже приведена таблица с ТКС разных веществ [2].
Таблица 2
Температурный коэффициент сопротивления различных веществ
|
Металл, сплав. |
t, °C |
a, × |
|
Серебро |
0 |
4,033 |
|
Медь |
20 |
4,30 |
|
Золото |
0 |
4,5 |
|
Алюминий |
20 |
4,2 |
|
Вольфрам |
20 |
4,6 |
|
Железо |
20 |
6,51 |
|
Свинец |
20 |
3,66 |
|
Никелин |
20 |
0,02 |
|
Никель |
20 |
6,00 |
|
Нихром |
18 |
0,2 |
Выбор терморезистора определяется несколькими показателями: габаритами, статической и температурной ВАХ (вольт-амперная характеристика), ТКС, номинальным сопротивлением, по максимальной мощности и температуре, интервалом рабочей температуры (прибор работает длительное время без погрешностей и повреждений).
В основном терморезистивные датчики используются для прецизионного измерения температуры в бытовой и промышленной электронике, автомобильных системах, защите телекоммуникационных линий, системах освещения.
Литература:
- Мэклин Э. Д. Терморезисторы: Пер. с англ. / Под общей редакцией К. И. Мартюшова. — М.: Радио и связь, 1983. — 208 с.
- Терморезистивные датчики // Датчики и сенсоры онлайн журнал Практика использования, теоретические основы и современные тенденции. URL: http://datchikisensor.narod.ru/0128.html (дата обращения: 11.04.2019).
