Термисторы.

Различают термисторы с положительным температурным коэффициентом и отрицательным. Их так и называют ПТК – термисторы и ОТК – термисторы.

У ОТК термисторов значения сопротивлений изменяется в меньшую сторону на 2-3 порядка в рабочем интервале температур по гиперболическому закону, с ростом температуры.

У ПТК термисторов происходит резкое скачкообразное возрастание значения сопротивления в узком интервале температур (5-7 ⁰С). На значительном температурном интервале практически не изменяет значение сопротивления, а затем на узком интервале их сопротивление резко возрастает. Поэтому они применяются, как сигнальные или релейные элементы.

ОТК термисторы – напротив, применяются температурных измерений.

Применяются термисторы различной формы и размеров. Наиболее распространенными материалами, используемыми в ОТК-термисторах, это оксиды группы элементов железа (хром, марганец, железо, кобальт, никель). Эти материалы обладают достаточно высоким удельным сопротивлением. Их сопротивление, которое обычно определяется при 25 ⁰С, составляет от 0,1 Ом до 100 МОм. Они предназначены для работы от -100 до +600 ⁰С, и их сопротивление меняется в 1000 раз. Выпускаются серийно в форме от очень малых шайб диаметром менее 0,2 мм до стержней или дисков диаметром более 25 мм.

Зависимость сопротивления термистора от температуры записывается в виде:

Здесь R_T – сопротивление при температуре T в Кельвинах.

R_∞ – сопротивление при ∞ высокой температуре.

β – постоянная прибора.

Данное уравнение для конкретных расчетов можно переписать:

Здесь R₁ и R₂ это сопротивление при T₁ и T₂ соответственно. β может колебаться в очень широких пределах и достигать 10⁴. Она зависит от материала термистора и его габаритов, эта величина изменяется с температурой. Поэтому уравнение термистора пригодно для использования только в строго определенном диапазоне. Термисторы имеют температурный коэффициент сопротивления от 3÷6% от номинала на 1 ⁰C по сравнению с 0,4% на 1 ⁰C для термометров сопротивления. Поэтому они являются очень чувствительными преобразователями. Термисторы имеют также такие преимущества, как малые размеры, низкая стоимость и малые вариации от одного прибора к другому менее, чем 0,2 ⁰C в физиологическом диапазоне (0-70⁰C). Недостатки термисторов состоят в том, что они имеют нелинейную зависимость сопротивления от температуры и малую стабильность ±0,5 ⁰C*В.

Другие температурные датчики.

Кварцевые датчики измеряют изменение резонансной частоты кварцевого кристалла. Для реализации процесса измерения требуется относительно сложная схема со счетчиком. Поэтому кварцевые температурные датчики используются в основном, как лабораторный прибор. Его рабочий температурный диапазон составляет от –80 до 250 ⁰C. Прибор линеен на интервале от –50 до 250 ⁰C, точность его показаний составляет ± 0,05 ⁰C.

Полупроводниковые датчики температуры, обычно регистрируют изменение напряжения на переходе база-эмиттер транзистора в зависимости от температуры. Их температурная чувствительность по напряжению составляет 2,1 мВ/⁰C. Напряжение база-эмиттер изменяется согласно выражению:

k – постоянная Больцмана (1,3806504(24)*10⁻²³Дж/К);

I – температура в Кельвинах.

q – заряд электрона.

I_k – ток коллектора.

I_n – обратный ток насыщения транзистора.

Два транзистора можно соединить, так, чтобы получить дифференциальный выход:

* схема соединения самостоятельно.

Здесь I₁ и I₂ – это коллекторные токи двух транзисторов. Обычно I₁ =2I₂, таким образом получаем, что все члены в этом уравнении постоянны. ∆U_бэ изменяется линейно с изменением температуры. Полупроводниковые датчики не относятся к высокоточным приборам. Его точность составляет ±2 ⁰C в диапазоне от – 40 до 150 ⁰C.

Радиационный пирометр. Это бесконтактный прибор для измерения температуры. Он реагирует на излучение преимущественно в инфракрасном спектре с длинами волн от 0,75 до 1000 мкм. Оптические линзы и зеркальная система, которые чувствительны в инфракрасной области спектра, используется, чтобы сфокусировать на температурный датчик, обычно термоэлектрический или резистивный. Выходной сигнал калибруется так, чтобы прибор показывал температуру исследуемого образца. Радиационный пирометр обычно используют для измерения очень высоких температур, вплоть до 3500 ⁰C, но существую системы, которые используются для измерения отрицательных температур вплоть до – 50 ⁰C.