1. Терморезистори

Принцип дії терморезистивних перетворювачів заснований на властивості провідників і напівпровідників змінювати свій електричний опір при зміні температури.

Для терморезистивних перетворювачів використовують матеріали, що володіють високою стабільністю ТКО, високою відтворюваністю електричного опору при даній температурі, значною питомою електричним опором, високим ТКО, стабільністю хімічних і фізичних властивостей при нагріванні, інертністю до впливу досліджуваного середовища. До таких матеріалів, в першу чергу, відносяться платина, мідь, нікель, вольфрам та ін. Найбільш широко застосовують платинові та мідні терморезистори.

Опір платинових терморезисторів в діапазоні температур від 0 до 650 °С описується рівнянням

де R_ , R₀ – опори перетворювача відповідно при робочої та нулвої

температурах; А, В постійні коефіцієнти.

Для платинового дроту, що застосовується в промислових терморезисторах, А = 3,96847·10^-3 К^-1; В = -5,847·10^-7 К^-2. В інтервалі температур від 0 до -200 °С залежність опору платини від температури має вигляд

де С = 4,356·Ι0^-13 К^-3.

До недоліків платинових перетворювачів температури відносяться досить висока забрудненість платини парами металів (особливо заліза) при високих температурах і порівняно невисока хімічна стійкість у відновному середовищі, внаслідок чого матеріал стає крихким, втрачає стабільність характеристик.

Мідні терморезистивних перетворювачі широко використовують в діапазоні температур від 50 до 180 °С, внаслідок їх низької вартості і досить високої стійкості до корозії. Залежність опору міді від температури описується лінійним рівнянням

де  = 4,26·10^-3 К^-1.

До недоліків мідних перетворювачів температури відноситься висока окислення міді при нагріванні, внаслідок чого їх застосовують в порівняно вузькому діапазоні температур у середовищах з низькою вологістю і за відсутності агресивних газів.

Напівпровідникові терморезистори відрізняються від металевих великими значеннями ТКС, а отже, меншими розмірами та інерційністю. Температурна залежність для них описується виразом

де А, В - постійні коефіцієнти.

Недоліками напівпровідникових терморезисторів, що істотно знижують їх експлуатаційні якості, є нелінійність залежності опору від температури, значний розкид номінальних значень опорів різних зразків та їх ТКО.

Терморезистори зазвичай застосовують для вимірювання температури. При цьому струм, що проходить через перетворювач, повинен бути малим. Якщо через терморезистор пропускати великий фіксований струм, то його перегрів по відношенню до навколишнього середовища може стати значним. Встановлене значення перегріву і відповідно опору при цьому буде визначатися умовами тепловіддачі поверхні терморезистора. Якщо нагрітий терморезистор помістити в середу зі змінними теплофізичними характеристиками, то з'являється можливість виміру ряду фізичних величин, наприклад швидкості потоку рідин і газів, щільності газів і т.п.

Чутливість дротяних мідних терморезисторів К_SM = dR₀/d = αR₀, платинових – К_SП = R_o(A + 2B).

Чутливість дротяних мідних терморезисторів постійна, а чутливість платинових змінюється із зміною температури. При однакових значеннях R₀ чутливість мідних терморезисторів вище.

Основними джерелами погрішноітей терморезистивних перетворювачів температури є неточність підгонки опору R₀ при температурі 0 °С і відхилення відношення W₁₀₀ (опору R₁₀₀ при 100 °С до опору R₀) від номінального значення, нестабільність цих параметрів у часі, додатковий нагрів від проходження робочого струму, нестабільність опору знімальних проводів, що підходять від вимірювальної схеми до перетворювача, та ін. Відносні похибки δ_ПІДГ і δ_ВІДΗ (у відсотках), щп обумовлені неточністю підгонки R₀ і відхиленням відношення W₁₀₀ від номінального значення, визначають за наступними виразами (для платинових терморезисторів):

де δR₀ - відносне відхилення R₀ від номінального значення; ΔΑ - відхилення коефіцієнта А від номінального значення.

Таблиця 4.3 – основні характеристики платинових і мідних термометрів

Тип перетворювача	Номінальний опір, Ом	Умовне позначення	Діапазон робочих температур, °С
ТОП	1 5 10 (46) 50 100 500	1П 5П 10П (гр.. 21) 50П 100П 500П	-50…1100 -100…1100 -200…1000 -260…1000 -260…1000 -260…1000 -260…300
ТОМ	10 50 (53) 100	10М 50М (гр.. 23) 100М	-50…200 -50…200 -50…180 -200…200

Нестабільність терморезистивних перетворювачів пояснюється зміною значень R₀ і W₁₀₀ внаслідок забруднення чутливого елемента конструкційними матеріалами. Похибки, що виникають у результаті зміни R₀ і W₁₀₀, мають різні знаки, тому частково компенсуються.

За динамічним властивостям терморезистивні перетворювачі ідентичні термоелектричним перетворювачам.

Промислово випускаються термометри опору з платиновими (ТОП) і мідними (ТОМ) чутливими елементами, що призначені для вимірювання температур у діапазоні від -200 до 1100 °С (табл. 5.1).

Промислові термоперетворювачі випускають у вигляді чутливих елементів у захисних корпусах. Чутливий елемент сучасного платинового терморезистора має вигляд спіралі, вміщеній в канавки двох- або чотирьохканального керамічного каркаса й ущільненої порошкоподібним оксидом алюмінію. Оксид алюмінію є гарним електричним ізолятором, має великі теплостійкість і теплопровідністю. Чутливий елемент мідних терморезистивних перетворювачів опору представляє собою безкаркасну обмотку з мідного ізольованого дроту, покритоого фторопластовою плівкою і вміщеній у металевий захисний чохол.