Терморезистивное измерительное преобразование

Терморезистивное измерительное преобразование основано на зависимости электрического сопротивления проводников и полупроводников от температуры.

Как было показано в разд. 2.2, электрическое сопротивление проводников при нагреве увеличивается, а полупроводников — уменьшается.

В узком температурном диапазоне зависимость удельного электрического сопротивления проводников от температуры близка к линейной:

где р — удельное электрическое сопротивление проводника при температуре 9; ро — удельное электрическое сопротивление проводника при температуре 0_О; а_с — температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

В табл. 2.1 приведены значения удельного электрического сопротивления р при О °С и температурного коэффициента сопротивления а_с для некоторых материалов.

Рис. 8.9. Зависимость удельного электрического сопротивления вольфрама от температуры (сплошная линия) и аппроксимация ее линейной зависимостью (пунктирная линия)

В широком диапазоне температур зависимость удельного электрического сопротивления от температуры носит нелинейный характер. На рис. 8.9 показана зависимость р (0) вольфрама для диапазона температур 0…3600 °С. Аппроксимация этой зависимости линейной функцией (показана на рисунке пунктирной линией) дает в указанном интервале температур относительную погрешность, достигающую 10%. Поэтому для измерительных преобразований, требующих высокой точности, используется аппроксимация температурной зависимости удельного электрического сопротивления полиномом третьего порядка вида:

где а, Ь, с — коэффициенты, определяемые химическим составом материала.

Зависимость удельного электрического сопротивления полупроводников от температуры имеет ярко выраженный нелинейный характер. На рис. 8.10 показана типовая зависимость электрического сопротивления полупроводникового резистора (термистора) от температуры /?(0), а для сравнения приведена аналогичная зависимость для металла (платины). Анализ этих зависимостей показывает, что сопротивление термистора значительно чувствительнее к изменению температуры, но характеризуется гораздо большей нелинейностью зависимости Л (0) по сравнению с резистором из платины.

Рис. 8.10. Зависимость электрического сопротивления резисторов из полупроводника (сплошная линия) и платины (пунктирная линия) от температуры

Зависимость сопротивления полупроводника от температуры можно аппроксимировать различными функциями, но наибольшее распространение получило экспоненциальное выражение:

где /?о — сопротивление полупроводникового резистора при температуре 0о, К; R — сопротивление полупроводникового резистора при температуре 9, К; р — температурный коэффициент, определяемый материалом полупроводника и имеющий размерность К.

Величину р в узком диапазоне температур считают постоянной и нс зависящей от изменения температуры (для приведенного на рис. 8.10 примера р=4000 К). В широком диапазоне температур зависимость р от температуры аппроксимируют полиномами второй и третьей степени.

Достоинство полупроводниковых терморезисторов по сравнению с металлическими — высокая чувствительность. Недостатки заключаются в значительной нелинейности функции преобразования R (B), се сильной зависимости от химического состава материала, что обусловливает большой разброс характеристик даже для терморезисторов одного типа.