Температурная чувствительность сопротивления

Удельная проводимость (сопротивление) материала зависит от температуры, что для узкого диапазона изменения температуры можно учесть введением температурного коэффициента сопротивления (ТКС) α в линейное уравнение

ρ = . . . , (4.5)

где ρ0 - удельное сопротивление материала при температуре, выбранной в качестве точки отсчёта (обычно это либо 0◦C, либо 25◦C).

В широком диапазоне удельное сопротивление большинства материалов зависит от температуры не линейно (можно привести пример с вольфрамовой нитью лампы накаливания…)

В частности, для той же нити накаливания справедливо уравнение второго порядка:

ρ = . . . , (4.6)

где t - температура в ◦C, а размерность ρ – Ом*м.

Металлы обладают положительным ТКС, тогда как большинство полупроводников и различные окислы – отрицательным…

Резисторы, предназначенные для работы в обычных электронных схемах, должны иметь как можно меньший ТКС. В то же время на ярко выраженной зависимости удельного сопротивления от температуры основана работа резистивных температурных датчиков. Здесь ТКС, характеризующий температурную чувствительность сопротивления, принимает большие значения.

К резистивным термодатчикам относятся полупроводниковые терморезисторы (термисторы) и металлические резистивные термометры сопротивления (РТС).

Наиболее известны платиновые РТС, предназначенные для работы в широком диапазоне измеряемых температур: от −200◦C до + 600◦C. Статическая характеристика чувствитель-ного элемента на основе платинового РТС (см. рис. 4.1) хорошо аппроксимируется прямой

R =R0(1.00+36.79×10−4t) Ом. (4.7)

Множитель при t (наклон характеристики) определяет чувствительность датчика - +0.3679 %/◦C, а точка калибровки сопротивления R0 соответствует значению t = 0◦C.

Рис. 4.1 Температурная зависимость двух терморезисторов и платинового РТС

Терморезисторы – это полупроводниковые резисторы (изготовленные на основе окислов никеля, марганца, кобальта и др. металлов), которые могут иметь как положительный (позисторы), , так и отрицательный ТКС. Диапазон сопротивлений промышленно выпускаемых терморезисторов очень широк – от долей Ом до мегом. Изготавливаются в форме трубок, таблеток, дисков…; существуют плёночные терморезисторы, размещенные на керамической подложке.

Температурная зависимость терморезисторов – существенно нелинейная. Наиболее часто встречающаяся аппроксимация – экспоненциальная:

Rt(Т)= . . . , (4.8)

где Т0 –точка начальной калибровки (в градусах Кельвина), Rt0 – сопротивление в точке калибровки, β – характеристическая температура материала (также в К); β=3000…5000.

Обратите внимание: терморезисторы, как правило, сертифицируются в точке Т0 =25◦C, тогда как металлические термометры сопротивления при Т0 =0◦C. Как видно из графиков рис. 4.1, чувствительность у полупроводниковых терморезисторов значительно выше платиновых металлических.