Зависимость сопротивления от температуры:

1. Проволочного резистора;

2. Термистора.

Сопротивление же термисторов уменьшается с ростом температуры (рис.5, кривая 2) вследствие значительного (на несколько порядков) увеличения концентрации носителей заряда – свободных электронов и дырок. При увеличении температуры усиливается и тепловое движение атомов полупроводника, но влияние этого процесса на величину сопротивления гораздо меньше влияния роста концентрации носителей заряда, поэтому, в результате совместного действия этих процессов сопротивление термистора уменьшается.

В общем случае изменение сопротивления ∆R при изменении температуры ∆Т можно записать в виде:

∆R = R₀ (1+·α(Т) ·∆Т); ∆Т = Т – Т₀, (2)

где R₀ – начальная величина сопротивления при температуре Т₀, Т – измеряемая температура, α(Т) – температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

Значение α может быть либо положительным (α>0), что наблюдается у металлов (т.е. при ∆Т>0 и ∆R >0), либо отрицательным (α<0) – у полупроводников. Величина ТКС характеризует чувствительность датчика:

(3)

Высокий ТКС в 10 – 20 раз больший, чем у металлов, а, следовательно, и высокую чувствительность имеют полупроводниковые терморезисторы. Кроме того, термисторы обладают и малым временем реакции 3 – 4 с. Поэтому большинство температурных датчиков, нашедших применение в медицине, выполнено на основе термисторов. Конструкция термисторов представляет собой обычно стержень, шайбу, диск или “бусинку” из полупроводника, к которым припаяны выводы. Причем, высокое удельное сопротивление полупроводников позволяет изготовлять резисторы очень малых размеров (вплоть до десятых долей мм), что дает возможность производить измерения температуры даже в глубине тканей организма.

На рис. 6 изображен, в качестве примера, один из датчиков для измерения температуры поверхности тела. Корпус (1) его внешне очень похож на шариковую авторучку, но вместо шарика на рабочем конце его имеется термистор (2), выводы (3) от которого идут внутри полого корпуса.

Рис. 6

Датчик для измерения температуры поверхности тела.

Недостатком термисторов является нелинейная зависимость их сопротивления от температуры (рис. 5, кривая 2) и невысокая стабильность во времени, вследствие чего перед каждым измерением необходима калибровка прибора. Поэтому для постоянного длительного контроля за состоянием температуры пациента часто используют проволочные терморезисторы и термоэлектрические датчики (см. ниже), которые имеют стабильные во времени характеристики и линейную зависимость от температуры (кривая 1, рис. 5).

В основу работы термоэлектрических датчиков положено явление термоэлектричества. Суть его заключается в следующем: если путем сварки или спайки собрать замкнутую цепь из двух разнородных проводников или полупроводников и затем нагреть один из двух полученных спаев, то в цепи появится электрический ток (термоток). Составленная таким образом цепь называется термоэлементом или термопарой. Величина термотока i_T зависит от разности температур спаев и при постоянстве одного из них будет функцией температуры другого: .

Таким образом, термоэлектрический датчик непосредственно преобразует тепловую энергию в электрическую, т.е. относится к генераторным датчикам. При современной технологии спай проводников может быть сделан достаточно малым, поэтому термоэлектрический датчик может помещаться и в просвете обыкновенной инъекционной иглы. Такие иглы применяются для измерения внутримышечной или подкожной температуры внутри того или иного органа.