Термометри опору

Термо́метр опору — прилад для вимірювання температури, на основі чутливого елемента, електричний опір (первинного вимірювального перетворювача) якого залежить від температури. Як чутливий елемент використовуються терморезистори з металевого чи напівпровідникового матеріалу. В останньому випадку їх називають термісторами.

Терморезистор плівкового типу

Терморезистор, виконаний дротяною намоткою

Умовне графічне зображення терморезистора як чутливого елемента термометра опору

Принцип роботи

Принцип дії термометрів опору базується на властивості провідників і напівпровідників змінювати свій електричний опір при зміні температури.

Залежність опору провідника від його температури у найпростішому випадку виражається лінійною залежністю:

$R_{T}=R_{0}(1+\alpha \cdot \Delta T)\,$

де:

R_T — електричний опір при температурі T [Ом];

R₀ — електричний опір при початковій температурі T₀ [Ом];

α — температурний коефіцієнт електричного опору [K⁻¹];

ΔT — зміна температури, що становить T-T₀ [K].

Матеріали, які використовуються для виготовлення термометрів опору, повинні мати максимальний і постійний температурний коефіцієнт електричного опору, лінійну залежність опору від температури, мати відтворюваність властивостей і інертність до впливів навколишнього середовища.

Для виготовлення сенсорів термометрів опору використовують мідь, нікель, платину, вольфрам, що мають позитивний температурний коефіцієнт.

Термометри опору відносяться до одних із найточніших перетворювачів температури. Похибка вимірювання температури за допомогою термометра опору може складати 0,001°С.

Для виготовлення напівпровідникових термоопорів (термісторів) застосовують оксиди металів (Mn₂O₃, Cu₂O₃, Fe₂O₃ і ін.), що пресуються і спікаються при високій температурі. Вони мають малі розміри і великі значення температурного коефіцієнту опору.

Розрізняють два види терморезисторів:

• термістори - мають негативний температурний коефіцієнт опору, тобто при зростанні температури, опір зменшується.
• позистори - мають позитивний температурний коефіцієнт опору, тобто при збільшенні температури, опір також зростає.

Схеми підключення терморезисторів у термометрах опору

Двопровідна схема

Трипровідна схема

Чотирипровідна схема

Випадок нелінійної залежності опору від температури

$R_{T}=R_{0}\left[1+AT+BT^{2}+cT^{3}(T-100)\right]\;(-200\;{}^{\circ }\mathrm {C} <T<0\;{}^{\circ }\mathrm {C} ,$

$R_{T}=R_{0}\left[1+AT+BT^{2}\right]\;(0\;{}^{\circ }\mathrm {C} \leq T<850\;{}^{\circ }\mathrm {C} ).$

Звідки, $R_{T}$ опір при T, $R_{0}$ опір при 0 °C, константи (для платинового опору) — : $A=3.9083\times 10^{-3}\;{}^{\circ }\mathrm {C} ^{-1}$

$B=-5.775\times 10^{-7}\;{}^{\circ }\mathrm {C} ^{-2}$

$C=-4.183\times 10^{-12}\;{}^{\circ }\mathrm {C} ^{-4}.$

Оскільки коефіцієнти B та C відносно незначні, опір зростає майже за лінійним законом.

Переваги термометрів опору

• Висока точність вимірювань (зазвичай біля ±0,1 °C)
• Висока надійність при використанні 4-х провідної схеми вимірювань

Недоліки термометрів опору

• Низький діапазон вимірювань (в порівнянні з термопарами)
• Не можуть вимірювати високих температур

Таблиця опорів деяких термісторів

Опір у Омах (Ω)

Температура у °C	Pt100	Pt1000	PTC	NTC	NTC	NTC	NTC	NTC
	Typ: 404	Typ: 501	Typ: 201	Typ: 101	Typ: 102	Typ: 103	Typ: 104	Typ: 105
−50	80,31	803,1	1032
−45	82,29	822,9	1084
−40	84,27	842,7	1135			50475
−35	86,25	862,5	1191			36405
−30	88,22	882,2	1246			26550
−25	90,19	901,9	1306		26083	19560
−20	92,16	921,6	1366		19414	14560
−15	94,12	941,2	1430		14596	10943
−10	96,09	960,9	1493		11066	8299
−5	98,04	980,4	1561	31389	8466
0	100,00	1000,0	1628	23868	6536
5	101,95	1019,5	1700	18299	5078
10	103,90	1039,0	1771	14130	3986
15	105,85	1058,5	1847	10998
20	107,79	1077,9	1922	8618
25	109,73	1097,3	2000	6800			15000
30	111,67	1116,7	2080	5401			11933
35	113,61	1136,1	2162	4317			9522
40	115,54	1155,4	2244	3471			7657
45	117,47	1174,7	2330				6194
50	119,40	1194,0	2415				5039
55	121,32	1213,2	2505				4299	27475
60	123,24	1232,4	2595				3756	22590
65	125,16	1251,6	2689					18668
70	127,07	1270,7	2782					15052
75	128,98	1289,8	2880					12932
80	130,89	1308,9	2977					10837
85	132,80	1328,0	3079					9121
90	134,70	1347,0	3180					7708
95	136,60	1366,0	3285					6539
100	138,50	1385,0	3390
105	140,39	1403,9
110	142,29	1422,9
150	157,31	1573,1
200	175,84	1758,4

Див. також

• Термопара
• Термістор
• Біметалева пластина
• Манометричний термометр
• Пірометр
• Магазин опорів
• Місток Вінстона

Джерела

• ДСТУ 3518-97 Термометрія. Терміни та визначення.
• ДСТУ IEC 60751:2006 Термоперетворювачі опору промислові платинові (IEC 60751:1983, IDT)
• Шашков А. Г. Терморезистори і їх застосування. — К.: Наука, 1997. — 156 с.