Введение в датчики температуры: термисторы, термопары, термометры сопротивления и микросхемы термометров.

Узнайте о различных типах датчиков температуры, их преимуществах и недостатках.

Датчики температуры являются одними из наиболее часто используемых датчиков. Датчики температуры используются во всех типах оборудования, включая компьютеры, автомобили, кухонную технику, кондиционеры и (конечно) домашние термостаты. Пять наиболее распространенных типов датчиков температуры включают в себя:

В этой статье вы кратко ознакомитесь с каждым из перечисленных типов датчиков.

Как следует из названия, термистор (т.е.термничегоistor) представляет собой устройство, чувствительное к температуре, сопротивление которого зависит от температуры.

Термисторы доступны в двух типах: PTC (положительный температурный коэффициент) и NTC (отрицательный температурный коэффициент). Сопротивление термистора PTC увеличивается с повышением температуры. Напротив, сопротивление термистора NTC уменьшается с повышением температуры, и этот тип термистора, по-видимому, является наиболее часто используемым. См. рисунок 1 ниже.

Важно понимать, что зависимость между сопротивлением термистора и его температурой очень нелинейна, как показано на рисунке 2.

Стандартное уравнение зависимости сопротивления термистора NTC от температуры выглядит следующим образом:

$$R_T=R_{25C}\cdot e^{\left\{\beta\left[\left(1/\left(T+273\right)\right)-\left(1/298\right)\ вправо]\вправо\}}$$

Где:

R25C — номинальное сопротивление термистора при комнатной температуре (25 °C). Обычно это значение указывается в таблице данных.

β (бета) — постоянная материала термистора в Кельвинах. Обычно это значение указывается в таблице данных.

T — фактическая температура термистора в градусах Цельсия.

Однако существует два простых метода линеаризации поведения термистора, а именно: резистивный режим и режим напряжения.

При линеаризации резистивного режима параллельно термистору подключается обычный резистор. Если значение резистора такое же, как значение термистора при комнатной температуре, область линеаризации будет симметрична относительно комнатной температуры. См. рисунок 3 ниже.

С другой стороны, линеаризация режима напряжения включает термистор последовательно с обычным резистором, образующим схему делителя напряжения — схема делителя напряжения должна быть подключена к известному, фиксированному и стабильному источнику опорного напряжения VREF.

Эта конфигурация приводит к созданию выходного напряжения, которое в некоторой степени линейно зависит от температуры. Как и при линеаризации резистивного режима, если значение резистора равно сопротивлению термистора при комнатной температуре, то область линеаризации будет симметрична относительно комнатной температуры (рис. 4).

Термопары обычно используются для измерения более высоких температур и более широких температурных диапазонов.

Подводя итог тому, как работают термопары, можно сказать, что любой проводник, подвергающийся температурному градиенту, будет генерировать небольшое напряжение. Это явление известно как эффект Зеебека. Величина генерируемого напряжения зависит от типа металла. Практическое применение эффекта Зеебека связано с двумя разнородными металлами, которые соединены на одном конце и разделены на другом конце. Температуру соединения можно определить по напряжению между проводами на конце, не являющемся соединением.

Существуют различные типы термопар. Определенные комбинации сплавов стали популярными, и желаемая комбинация определяется такими переменными, как стоимость, доступность, химические свойства и стабильность. Различные типы лучше всего подходят для разных применений, и их обычно выбирают в зависимости от требуемого диапазона температур и чувствительности.

На рисунке 5 представлен график характеристик термопары.

Резистивные датчики температуры, также известные как термометры сопротивления, являются, пожалуй, самым простым для понимания датчиком температуры. RTD похожи на термисторы в том, что их сопротивление меняется в зависимости от температуры. Однако вместо использования специального материала, чувствительного к изменениям температуры, как в случае с термистором, в термометрах сопротивления используется катушка проволоки, намотанная на сердечник из керамики или стекла.