Для измерения температур используются терморезисторы из материалов, обладающих высокостабильным ТКС, линейной зависимостью сопротивления от температуры, хорошей воспроизводимостью свойств и инертностью к воздействиям окружающей среды. К таким материалам, в первую очередь, относится платина. Благодаря своей дешевизне широко распространены медные терморезисторы, применяются также вольфрамовые и никелевые.
Сопротивление платиновых терморезисторов в диапазоне температур от 0 до +650 °С выражается соотношением
R Θ = R 0(1 + А Θ + B Θ2),
где R 0 – сопротивление при 0 °С; Θ – температура, °С.
Для платиновой проволоки с отношением R 100/ R 0 = 1,385 значения А =3,90784·10-3 K-1; В =5,7841·10-7 К-2. В интервале температур от 0 до -200 °С зависимость сопротивления платины от температуры имеет вид:
R Θ = R 0[1 + A Θ + B Θ2 + С (Θ – 100)Θ3],
где С = – 4,482·10-12 К-4. Промышленные платиновые термометры согласно ГОСТу 6651–78 используются в диапазоне температур от –260 до +1100°С.
Миниатюрные высокоомные платиновые терморезисторы изготовляют путем вжигания или нанесения иным путем платиновой пленки на керамическое основание толщиной 1–2 мм. При ширине пленки 0,1–0,2 мм и длине 5–10 мм сопротивление терморезистора лежит в пределах 200–500 Ом. Такого рода термочувствительные элементы при нанесении пленки с обеих сторон используются для измерения температурного градиента и имеют порог чувствительности (1 ¸ 5)·10-5 К/м.
При расчете сопротивления медных проводников в диапазоне температур от –50 до +180°С можно пользоваться формулой:
R Θ = R 0 (1 + aΘ),
где a = 4,26·10-3 К-1; R 0 – сопротивление при 0 °С.
Если для медного терморезистора требуется определить сопротивление R Θ, (при температуре Θ2) по известному сопротивлению , (при температуре Θ1), то следует пользоваться формулой .
Медный терморезистор можно применять только до температуры 200°С в атмосфере, свободной от влажности и коррелирующих газов. При более высоких температурах медь окисляется. Нижний предел температуры для медных термометров сопротивления равен –200°С, хотя при введении индивидуальной градуировки возможно их применение вплоть до –260°С [1].
Погрешности, возникающие при измерении температуры термометрами сопротивления, вызываются нестабильностью во времени начального сопротивления термометра и его ТКС, изменением сопротивления линии, соединяющей термометр с измерительным прибором, перегревом термометра измерительным током. В частности, В.И. Лахом для определения допустимого измерительного тока через термометр в диапазоне измеряемых температур до 750°С приводится соотношение:
I = 2 d 1,5∙DΘ0,5,
где I – ток, А; d – диаметр проволоки термометра, мм; DΘ – допустимое приращение показаний термометра за счет его нагревания током. В диапазоне температур от –50 до +100°С перегрев находящегося в спокойном воздухе провода диаметром d = 0,05¸ 0,1 мм определяется из формулы:
DΘ = 5 I 2/ d 2.
УПолупроводниковых терморезисторов в отличие от металлических габариты меньше а значения ТКС больше.
ТКС полупроводниковых терморезисторов (ПТР) отрицателен и уменьшается обратно пропорционально квадрату абсолютной температуры: a = B /Θ2. При 20°С ТКС составляет 0,02–0,08 К-1.
Температурная зависимость сопротивления ПТР (рис. 2-55, кривая 2) достаточно хорошо описывается формулой:
R Θ = AeB/T,
где Т – абсолютная температура; A – коэффициент, имеющий размерность сопротивления; В – коэффициент, имеющий размерность температуры.
На рис. 2-52 для сравнения приведена температурная зависимость для медного терморезистора (прямая 1).
Если для применяемого ПТР не известны коэффициенты А и В, но известны сопротивления R 1 и R 2 при T 1 и Т 2, то сопротивление и коэффициент В для любой другой температуры можно определить из соотношений:
.
Недостатками полупроводниковых терморезисторов, существенно снижающими их эксплуатационные качества, являются нелинейность зависимости сопротивления от температуры (рис. 2-52) и значительный разброс от образца к образцу как номинального сопротивления, так и постоянной В.