TADUTOAE DE TEMPEATUĂ Măurarea temperaturii e bazează pe diferite fenmene şi efecte fizice, în care mdificarea temperaturii determină mdificări ale unr prprietăţi au caracteritici ale materialelr: variaţia dimeniunilr gemetrice, variaţia rezitenţei electrice, apariţia unei teniuni electrmtare de-a lungul jncţiunii a duă metale, variaţia intenităţii radiaţei emie, variaţia frecvenţei de reznanţă a unui crital de cuarţ etc. Acurateţea prceului de măurare a temperaturii ete farte imprtantă pentru cele mai multe aplicaţii de cntrl a diferitelr prcee tehnlgice. În Tabelul unt prezentate patru dintre cele mai utilizate tipuri de traductare de temperatură, împreună cu câteva caracteritici emnificative ale lr. Tabelul Tip de traductr cu SEMONDUTO Dmeniul de temperaturi [ ] -55... +50 aracteritici liniaritate repetabilitate enibilitate 0mV/K au 0µA/K TEMOUPLU -84... +2300 caracteritici repetabile cu EZSTENŢĂ VABLĂ -200...+850 TEMSTOUL -75... +300 liniaritate bună acurateţe liniaritate labă enibilitate bună Obervaţii neceită ură de excitare neceită jncţiune rece cmpenatare neceită ură de excitare ct redu neceită ură de excitare Termcuplurile unt capabile ă măare temperaturi extreme dar neceită tehnici de realizare a temperaturii de referinţă, unt neliniare şi au un nivel mic al emnalului de ieşire. Senzrii de temperatură cu emicnductri e pretează la realizarea lr ub frmă integrată, au un nivel mare al emnalului de ieşire dar acperă un dmeniu relativ retrân de temperaturi. Termmetrele cu rezitenţă metalică au acurateţe şi liniaritate mai bune, dar neceită ură de energie de excitare şi un circuit de maură de tip punte. Termitrii au cea mai mare enibilitate dar unt puternic neliniari. Senzri cu dipzitive emicnductare Se ştie că intenitatea curentului prin jncţiunea unei dide emicnductare pate fi exprimată cu ajutrul relaţiei: eu d kt = e în care ete curentul de aturaţie prin jncţiunea plarizată inver. În plarizare directă expnenţiala ete mult upraunitară, atfel încât e pate crie cu farte bună aprximaţie: e eud kt E U BE E Fig.
elaţia precedentă ete valabilă şi pentru juncţiunea bază-emitr a unui tranzitr biplar (fig.) şi, neglijînd cntribuţia curentului de bază la curentul de clectr, e pate crie: eu kt BE e () Exprimând teniunea dintre bază şi emitr din relaţia precedentă: U BE kt e = ln (2) vm berva că aceata ete direct prprţinală cu temperatura mediului în care e află jncţiunea. Pe aceată dependenţă e bazează flirea unr tructuri integrate cu tranzitri pentru măurarea temperaturii. La 300K mărimea raprtului kt/e ete de 26 mv. niderând tructură frmată din n tranzitri identici cnectaţi în paralel (fig.2), curenţii de clectr ai tranzitrilr vr fi şi ei identici, atfel încât curentul ttal de clectr al tructurii va fi: 2 n eu kt = + +... + = n e (3) BEn Atfel, teniunea dintre bazele şi emitrii tranzitrilr va avea expreia: U BEn kt e n = ln (4) Dacă atfel de tructură e aciază cu încă un tranzitr (T ) identic cu primii şi cu glindă de curent (T 2 şi T 3 ), e realizează un enzr de temperatură ca cel din fig.3. T 2 T 3 2 n T T 2 T n /2= /2= 2 n U BEn T T T 2 T n U BE U BEn U ie Fig.2 Oglinda de curent aigură egalitatea curenţilr de clectr pentru tranzitrul T şi pentru tructura T, T 2,..., T n. Teniunea dintre baza şi emitrul a tranzitrului T ete dată de expreia (2) iar teniunea U BEn va fi cea dată de relaţia (4). Între teniunile marcate în figură exită relaţia: U = U + U BE au: kt ln e BEn ie kt = ln e n + U ie 2 Fig.3
atfel încât expreia teniunii de ieşire va fi: U ie kt = ln n (5) e Pe acelaşi principiu fizic e bazează flirea amplificatrului peraţinal Nrtn ca enzr de temperatură. nexiunea flită atunci când ete flit în acet cp ete prezentată în fig.4a. 2 i i 2 i - i + i b T i - u d 2 v i + D T 4 v a) b) c) Fig.4 Jncţiunea bază-emitr a tranzitrului T din tructura internă a amplificatrului (în fig.4b ete prezentată dar partea de intrare a acetuia) ete plarizată direct de către teniunea de ieşire care apare ca urmare a alimentării amplificatrului cu teniunea V +. Expreia teniunii de ieşire pate fi calculată pe baza chemei echivalente din fig.4c, din care pt fi crie ecuaţiile: i << i, i2 i i2 ud i = 2 v = i + i 2 v + = 2 u d (6) niderând cntante valrile rezitenţelr din circuit, din ec.6 e bervă că teniunea de ieşire depinde excluiv de teniunea jncţiunii bază-emitr a tranzitrului T. Ete cuncut faptul că pentru jncţiune de Si, teniunea în plarizare directă ete dependentă de temperatură. Ea variază cu aprximativ -2mV/, atfel încât pe baza ec.6 pate fi criă ecuaţia de variaţie a teniunii de ieşire: v = 2 + 2 mv 0 (7) Variaţia teniunii de ieşire pate fi calată alegând în md adecvat raprtul 2 /. Atfel, dacă drim ca teniunea de ieşire ă varieze cu 0mV la variaţie a temperaturii cu, e alege 2 / =4. Un atfel de enzr ete enibil chiar la variaţii de temperatură datrate cntactului cu crpul uman. El pate fi flit ca enzr de nivel de temperatură dacă emnalul de la ieşirea a ete aplicat la intrarea unui cmparatr de teniune care pate fi realizat tt cu un amplificatr Nrtn. 3
Termcuplul Termelectricitatea ete relaţia dintre temperatura unei ubtanţe şi energia electrică. În anumite cndiţii, energia electrică şi căldura pt fi cnvertite reciprc. Dacă variaţiile energiei electrice datrate cnveriei energiei termice pt fi măurate, acetea pt fi crelate cu temperatura ubtanţei. nductr metalic X nductr metalic Y nductr metalic X Jnctiunea t.e.m. t.e.m. 2 Jnctiunea 2 nductr metalic X nductr metalic X Fig.5 nductr metalic X Atunci când pereche de duă metale diferite unt udate frmând buclă închiă, iar cele duă jncţiuni e află la temperaturi diferite (fig.5), bucla va fi parcură de un curent electric a cărui intenitate depinde de diferenţa dintre temperaturile jncţiunilr. Aceta ete efectul Seebeck care ete flit pentru măurarea temperaturilr. Efectul Seebeck cntă în apariţia unei teniuni electrmtare nete într-un circuit cu duă jncţiuni între metale diferite, aflate la temperaturi diferite. Pentru aceleaşi duă metale diferite şi aceeaşi diferenţă de temperatură dintre jncţiuni, teniunea electrmtare netă (uma algebrică a celr duă t.e.m.) ete aceeaşi. Ea pate fi măurată şi calibrată în unităţi de maură a temperaturii. Dacă cele duă jncţiuni e află la aceeaşi temperatură, teniunea electrmtare netă ete nulă. În mmentul în care temperatura uneia dintre cele duă jncţiuni începe ă e chimbe, apare t.em. netă, care ete cu atât mai mare cu cât diferenţa dintre temperaturi ete mai mare. Aceta ete principiul pe care e bazează funcţinarea termcuplului. nda manta de prtectie pre circuitul de maura nductr metalic X firele termcuplului V-V 2 V jnctiunea calda jnctiunea rece 2 Fig.6 Termcuplul ete cmpu din duă fire metalice diferite udate, atfel încât ă frmeze un circuit închi (fig.6). Snda prpriu-ziă ete reprezentată de una din jncţiuni (jncţiunea de 4
măură au jncţiunea caldă) care pate fi puă într- manta prtectare. Ea ete plaată în mediul a cărui temperatură vrem ă măurăm. Mărimea şi enul curentului care va parcurge circuitul atunci câd jncţiunile e află la temperaturi diferite depinde de diferenţa de temperatură şi de tipul metalelr flite. De regulă, t.e.m. rezultantă ete mică (de rdinul mv). Un vltmetru cnectat în circuit reprezintă ieşirea pentru utilizatr şi ete calibrat în unităţi de temperatură. Pentru bună acurateţe a rezultatelr, cea de a dua jncţiune (jncţiunea de referinţă au jncţiunea rece) trebuie menţinută la temperatură cntantă, eliminând atfel errile datrate driftului termic. Jncţiunea de referinţă ete denumită şi jncţiune rece, chiar dacă temperatura ei (de regulă 0 ) pate fi mai mare decât temperatura jncţiunii de măură. T.e.m. rezultantă nu ete influenţată de dimeniunile cnductrilr, de ariile uprafeţelr jncţiunilr au de mdul în care unt udate metalele. Metalele tipice flite pentru cntrucţia termcuplurilr unt rdiul, aliajele de nichel şi crm, aliajele de aluminiu şi nichel au aliajele de nichel şi cupru. Metalele care e împerechează cu acetea unt platina, cuprul şi fierul. ncinta de prtecţie în care ete intrduă jncţiunea de măură trebuie ă fie rezitentă din punct de vedere mecanic şi la mediile crzive. În Tabelul 2 unt prezentate tipurile de termcupluri şi caracteriticile lr, precum şi ntaţiile internaţinale flite pentru ele, iar în fig.7 caracteriticile electrice ale lr. Tabelul 2 Variaţia de ntervalul de Materiale pentru teniiune pe tt Ntaţie temperatură jncţiuni intervalul de ANS recmandat [ ] t emperatură [mv] aracteritici Pt 94% h 6% Liniaritate bună la temperaturi 3,6 38...+800 B Pt 70% h 30% înalte Adecvat pentru temperaturi W95%e5% - 37 0...+2300 înalte. aant, greu de manipulat, W 75% e 25% ctiitr. ea mai mare enibilitate. rmel - ntantan 75 0...+982 E Derivă relativ mare în timp. Ete nemagnetic. Fier - ntantan 50-84...+760 J el mai ieftin rmel - Alumel 56-84...+260 K ea mai bună liniaritate. elativ ctiitr. Dimeniuni mici, timp de răpun Platină 8,7 0...+593 curt. Pate fi utilizat în Pt 87% h 3% atmfere xidante. Platină Pt 90% h 0% 6 0...+538 S dem ezitent la umiditate. Aplicaţii upru - ntantan 26-84...+400 T în indutria alimentară, frigrifică şi în mediul încnjurătr. u - Aur şi cbalt 5,8-265...0 Senibilitate bună la temperaturi jae. tiitr. rmel - aliaj 90%Ni + 0%r nt antan - aliaj 55%u + 45%Ni Alumel - aliaj Ni + Al Termcuplurile unt flite pe cară largă la măurarea temperaturilr lidelr, lichidelr au gazelr: în furnale metale tpite în reactare nucleare mnitrizarea temperaturii în timpul peraţiilr medicale măurarea temperaturii biectelr farte mici, de exemplu a cmpnentelr electrnice emicnductare 5
În general, ele unt ieftine şi veratile. Utilizând termcupluri e pt măura temperaturi de la - 265 până la 2300, cu precizie care depinde de felul de metalelr flite pentru cntrucţia lr. Dintre enzrii cu care temperatura e măară direct, termcuplurile acperă cel mai larg dmeniu de temperaturi. Ele răpund detul de rapid la variaţiile de temperatură dar au acurateţe mai mică decât termmetrele cu rezitenţă metalică. U [mv] ie eficient Seebeck [ µ V/ ] 70 60 50 40 30 Tip E Tip J Tip K Tip 80 70 60 50 40 Tip E Tip J Tip K 20 0 Tip T Tip 30 Tip S 0 0 t [ ] -0 0-250 0 500 000 500 2000-250 20 0 500 000 Tip S 500 t [ ] Fig.7 ea mai la îndemână metdă de menţinere la temperatură cntantă a jncţiunii de referinţă era plaarea ei într- baie de apă cu gheaţă aflată la 0. Azi ete înă mult mai practic ă e fleacă metde electrnice de realizare a teniunii de referinţă crepunzătare temperaturii de 0, chiar dacă jncţiunea rece ete la altă temperatură. În fig.8 ete prezentată chemă blc a unui circuit electrnic detinat acetui cp. U ie u U cmp ircuit electrnic de cmpenare u u Vt ( ) aceeai Vt ( 2) temperatura t t 2 Senzr de temperatura Blc izterm Fig.8 Jncţiunea de referin ţă, aflată la temperatură arecare ete plaată într-un blc izterm a cărui temperatură, t, ete măurată de un alt enzr de temperatură. Semnalul electric (curent au teniune) furnizat de enzr ete aplicat unui circuit electrnic care furnizează la ieşirea a teniune (U cmp ) care cmpenează diferenţa dintre teniunea jncţiunii la temperatura t şi teniunea 6
ei la 0. ircuitul electrnic de cmpenare pate fi realizat de exemplu cu un amplificatr peraţinal cnectat ca aplificatr diferenţial. Analizând chema din fig.8 e pate berva că: Uie Ucmp = V ( t) V ( t2 ) (8) Teniunea de la ieşirea cmparatrului ete funcţie de temperatura blcului izterm. alibrarea dipzitivului de măurare e face în felul următr: e plaează jncţiunea de măură la 0 şi e aju tează amplificarea circuitului de cmpenare atfel încât teniunea de ieşire ă fie 0V. În acete cndiţii: Ucmp = V ( 0 ) V ( t2) (9) Subtituind teniunea de la ieşirea cmparatrului dată de relaţia (9) în expreia teniunii de ieşire dată de relaţia (8), e bţine pentru teniunea de ieşire la temperatură arecare t, expreia: U ie = V ( t ) V (0 ) (0) Ete evident că relaţia precedentă ete valabilă dar în cndiţiile în care temperatura jncţiunii de referinţă ete menţinută cntantă prin intermediul blcului izterm. Senzri rezitivi Termmetrele cu rezitenţă metalică acperă un dmeniu relativ larg de temperaturi, fiind flite pentru măurarea temperaturii gazelr şi lichidelr, a temperaturii uprafeţelr unr lide au temperatura din interirul unr lide uşare. Ele unt tabile şi rezitente la cndiţii de mediu neprietenae, fiind de flite în indutria chimică (pentru măurarea temperaturii lichidelr crzive au pulberilr) au indutria alimentară (pentru măurarea temperaturii prduelr alimentare, cum ar fi carnea). Termmetrele cu rezitenţă metalică au acurateţe bună dar un răpun lent în timp, fiind detul de fragile şi uneri cumpe. nductibilitatea electrică a unui metal depinde de deplaarea electrnilr prin reţeaua a critalină. Datrită excitării termice, rezitenţa electrică a unui cnductr metalic variază în funcţie de temperatura. Marea majritate a metalelr au un ceficient de temperatură al rezitenţei pzitiv (rezitenţa electrică a lr creşte dată cu creşterea temperaturii). Pe dmenii retrâne de temperatură dependenţa rezitenţei unui cnductr metalic de temperatură ete aprape liniară. Pe dmenii mai largi de temperatură ea ete neliniară şi pate fi criă ub frma: t 2 3 ( + t + βt + γ +...) = α t () Unde, ete rezitenţa în hmi a cnductrului la temperatură de referinţă (de regulă 0 ), t ete rezitenţa în hmi a cnductrului la temperatura t, α ete ceficientul de temperatură al rezitenţei materialului iar β, γ,... unt ceficienţi de neliniaritate. Aceată dependenţă de temperatură a reziteţei electrice a metalelr tă la baza flirii lr în termmetrele cu rezitenţă metalică. Metalele cele mai flite în ca traductri de temperatură unt platina, cuprul şi nichelul. Valrile tandardizate pentru rezitenţa la temperatura de referinţă (valri nminale) unt 0, 50, 00, 500 şi 000 hmi. În Tabelul 3 unt prezentate caracteriticile acetr materiale, cu precizarea că ele e referă la termmetre cu rezitenţa nminală de 00 Ω. Dintre metalele flite ca enzri rezitivi de temperatură, menţinate în Tabelul 3, cel mai flit ete platina. Deşi ete farte cumpă, ea are avantajul de a fi un material de referinţă pentru tandardele internaţinale. Platina ete un metal tabil şi are calitatea de a nu e vlatiliza apreciabil la temperaturi până la 000. În chimb ea pate fi cntaminată de gaze în atmfere reducătare şi acţinează ca un catalizatr în prezenţa anumitr hidrcarburi. De aceea termmetrele cu fir de platină unt de bicei încapulate. Nichelul cu un grad înalt de puritate, are cea mai mare variaţie a 7
rezitenţei cu temperatura între 0 şi 00. Pete 300 ceficientul ău de temperatură cade bruc, iar caracteritica a ete puternic neliniară. uprul e xidează uşr şi îşi pierde puritatea, ceea ce îl face mai puţin utilizabil. Pentru măurarea temperaturilr de pete 000 pate fi utilizat wlframul. Tabelul 3 aracteritici/material Platină Nichel upru ezitivitatea la 0 [Ω - m - ] 9,83x0-8 63,8x0-8 5,6x0-8 00 [ 00 - ] 3,85x0-3 6, 7x0-3 4, 26x0-3 α [ - ] 3,92x0-3 5,43x0-3 - β [ -2 ] -0,558x0-6 7,85x0-6 - Dmeniul de temperaturi măurabile [ ] -200...+600-00...+250-200...+50 Expreia 00 reprezintă un parametru adiţinal pentru caracterizarea termmetrelr cu 00 rezitenţă metalic, cuncut ub denumirea de ceficient mediu de temperatură între 0 şi 00. Exită divere cnfiguraţii gemetrice în care unt cntruiţi enzrii termmetrelr cu rezitenţă metalică, în funcţie de aplicaţia cncretă căreia îi unt detinate. În fig.9 ete prezentată chematic una dintre ele. Firul metalic ete înfăşurat pe un tub ceramic şi fixat în interirul unei incinte de prtecţie frmând nda de temperatură. Ea ete cnectată în ramura de măură a unei punţi Wheattne de curent cntinuu. După ce puntea a ft echilibrată la temperatura de referinţă, dezechilibrul ei va fi funcţie temperatură. Aceata va fi indicată de către vltmetrul din ramura de măură a punţii, etalnat în unităţi de temperatură. SONDA DE TEMPEATUA rezitenta bbinata manta de prtectie cnductri de cnexiune cnductri de cmpenare punte Wheattne + alimentare Fig.9 urentul care parcurge enzrul rezitiv trebuie ă fie uficient de mic, atfel încât ă nu determine creşterea temperaturii acetuia prin efect Jule. Practic e acceptă creştere cu maximum 0,5 a temperaturii enzrului datrată curentului de excitare.un alt efect care pate intrduce erri în prceul de măurare ete căderea de teniune pe firele de cnexiune dintre enzr şi 8
itemul de măură, mai ale dacă acetea unt lungi şi au rezitenţe cmparabile cu ale enzrului. Acet efect pate fi cmpenat prin adăugarea unr cnductri de cmpenare în ramura punţii adiacentă cu nda, ca în fig.9, au flind metda celr 4 fire (cnexiunea Kelvin). Aceată metdă e fleşte mai ale atunci când ditanţa de la ndă la itemul de măură şi afişare a temperaturii ete mare. O atfel de ndă ete prezentată în fig.0. element rezitiv incapulat in ceramica carcaa din tel inxidabil terminale de cnexiune praf de ceramica de mare puritate izlatr de ceramica de mare puritate trecere ermetica la temperatura ridicata Fig.0 Schema electrică echivalentă a ndei şi itemului de măură ete prezentată în fig.. Alimentarea ndei e face cu ură de curent cntant aflată în aprpierea ei, prin cnductare curte. Măurarea teniunii pe enzrul rezitiv e face fie cu un vltmetru digital cu impedanţă de intrare farte mare, etalnat în unităţi de tempera tură, fie cu un amplificatr peraţinal au de intrumentaţie. În ambele cazuri curentul care parcurge cnductarele de măură ete farte mic, atfel încât căderea de teniune pe ele ete mult mai mică decât căderea de teniune pe enzrul rezitiv. alimentare maura enzr rezitiv 00Ω pre vltmetru digital au amplificatr alimentare Fig. maura În cazul în care dmeniul de temperaturi măurate ete mare şi variaţia rezitenţei enzrului nu mai pate fi cniderată liniară, răpunul lui pate fi liniarizat flind punte cu amplificatr peraţinal (punte activă), enzrul rezitiv fiind plaat în ramura de curent cntant (ramura de reacţie negativă) a amplificatrului peraţinal. Dacă emnalul de la ieşirea punţii atfel realizate nu ete uficient de mare, el pate fi amplificat cu un al dilea amplificatr peraţinal au de intrumentaţie. O chemă de principiu care aplică aceată metdă ete arătată în fig.2. 2 E punte T 3 P AO AO 2 v Fig.2 9
Se pate demntra uşr că teniunea de dezechilibru a unei punţi de curent cntinuu ca cea din fig.3 ete: U D E = 2 2 + (2) A + 0,4 E punte de curent cntinuu D B U D [V] 0,2 Vltmetru digital cu impedanta de intrare farte mare 0,0 0 0 20 30 40 50 [Ω] Fig.3 Fig. 4 După cum e vede, dependenţa ei de variaţia a unei rezitenţe ete neliniară. Neliniaritatea răpunului unei punţi pentru E = 5V şi = 00 Ω e pate berva şi în reprezentarea grafică din fig.4, în care pentru am cniderat un dmeniu mare de variaţie pentru mai bună vzualizare a neliniarităţii. Vm arăta acum că flind chemă ca cea din fig.2, pe de parte e liniarirează răpunul punţii de măură iar pe de alta, e amplifică emnalul de ieşire al aceteia. Pentru aceata vm redeena chema din fig.2 atfel încât ă e berve mai bine rlul fiecărui amplificatr peraţinal (fig.5). La bervare atentă e va vedea că cele duă cheme unt identice. E = 2 T P ( ) 4 E = 3 T AO AO 2 v v NVESO SUMATO v Fig.5 Amplificatrul peraţinal AO lucrează în cnexiune inverare, teniunea la ieşirea lui fiind: = T E (3) Scriind expreia termrezitenţei la temperatură arecare T ca: T = T + T ( T ete v alarea termrezitenţei la 0 ), e vede că teniunea de ieşire v ete liniar dependentă de variaţia T a aceteia. 0
Amplificatrul peraţinal AO 2 lucrează în cnexiune umatare. El înumează pnderat teniunea v cu teniunea de referinţă, furnizând la ieşirea teniunea: v E T = 4 v 4 = 4 E 4 E (4) 3 2 3 2 Ţinînd cnt de cndiţia de echilibru a unei punţi de curent cntinuu, ete prtun ă e aleagă = 2, atfel încât relaţia precedentă va deveni: T v = 4 E (5) 3 Dacă impunem cndţia ca la temperatura de 0 teniunea de ieşire ă fie nulă, atunci trebuie ă alegem 3 = T, atfel încât expreia finală a teniunii de ieşire va avea frma: T v = 4 E (6) T au, facând ubtituţia, T = T + T, e bţine: v = 4 T T E (7) Atfel, teniunea de ieşire a traductrului cmpu din enzrul de temperatură şi electrnica de măură va avea duă avantaje majre faţă de traductrul cu punte implă: dependenţa ten iunii de ieşire de variaţia rezitenţei enzrului ete liniară teniunea de dezechilibru a punţii ete amplificată Mărimea amplificării pate fi ajutată mdificând valarea rezitenţei 4 din reţeaua de reacţie a amplificatrului umatr. Termitri Termmetrele cu rezitenţe metalice bbinate au dezavantajul variaţiei mici a rezitenţei cu temperatura. Termitrii (abrevierea de la thermal reitr, engl.) flec acelaşi principiu de măurarea a temperaturii dar variaţia cu temperatura a rezitenţei lr ete mult mai mare (de pete 00 de ri) decât cea a enzrilr rezitivi metalici. Aceata e întâmplă dearece ei unt cnfecţinaţi din materiale emicnductare, mult mai enibile la variaţiile de temperatură decât metalele. Termitrii unt ametecuri de xizi ai pământurilr rare, Mn, r, Ni,, ametecaţi cu pulbere fină de cupru. Nu e flec xizi de germaniu au iliciu, care de bicei unt utilizaţi la cnfecţinarea dipzitivele emicnductare (dide, tranzitri, circuite integrate etc.). Pentru măurarea temperaturilr în intervalul -75... +75 e flec termitri cu rezitenţe ub kω. În intervalul 75 50 e flec termitri cu rezitenţe de pînă la 00kΩ, iar în intervalul 50 300 termitri cu rezitenţe mai mari de 00kΩ. În md nrmal, rezitenţa unui termitr cade dată cu creşterea temperaturii. De aceea ei e nimec termitri cu ceficient negativ de temperatură (NT negative temperature cefficient). Exită şi termitri cu ceficient pzitiv de temperatură dar ei unt fliţi farte rar. Dependenţa dintre rezitenţă şi temperatură ete expnenţială (deci neliniară) şi ete exprimată prin relaţia: T β T T = e (8)
unde T ete rezitenţa termitrului la temperatura ablută T [K], ete rezitenţa termitrului la temperatura ablută de referinţă T [K] iar β ete cntantă caracteritică materialului termitrtului, depinzând de cmpziţia materialului acetuia şi de tehnlgia de fabricaţie. eficientul β e defineşte ca: = ln 2 T T2 β (9) având valri uzuale cuprine în dmeniul 3000-5000K. În relaţia (9) T şi T 2 unt temperaturi pecificate, de regulă 273,5K (0 ) şi 323,5K (50 ), iar şi 2 unt valrile rezitenţei termitrului la acete temperaturi. În multe catalage termitrii unt caracterizaţi şi prin ceficientul α, definit ca: d α = T (20) T dt El ete exprimat în % per. u cât ceficienţii α şi β unt mai mari, cu atât variaţia per a rezitenţei termitrului ete mai mare, adică el are enibilitate mai bună. Termitrii e prduc ub mai multe frme gemetrice (fig.6): dic, mărgea, bară. termitr prtectie din ticla Dic Margea Bara Simbl Fig.6 Pentru măurarea temperaturii, termitrul pate fi cnectat în ramura de măură a unei punţi Wheattne, într- manieră imilară cnectării rezitenţei metalice (fig.9). El are un imbl prpriu, care-l deebeşte de cel al unei rezitenţe bişnuite. Termitrul e pate încălzi şi datrită trecerii prin el a unei părţi din curentul care alimentează puntea, determinând erare, un drift, în precizia de măurare. mpenarea acetei erri e face prin cnectarea în punte a unui al dilea termitr, identic cu primul şi menţinerea lui la temperatură de referinţă cntantă. n cazul termitrilr cu rezitenţe de rdinul kω-lr efectul rezitenţei firelr de cnexiune pate fi neglijat şi nu e pune prblema flirii unr cnexiuni de tip Kelvin. Termitrii pt fi fabricaţi la dimeniuni farte mici şi rezitenţe mari şi au un răpun rapid la variaţiile de temperatură. Dmeniul de temperaturi acperit ete, -00... +300, dar unt pibile şi temperaturi mai mari. Ei pt fi fliţi pentru măurarea temperaturii în paţii mici. Având bună repetabilitate şi rezluţie fină pe dmenii mici de temperatură, termitrii unt farte fliţi în aplicaţii medicale. De aemenea, unt fliţi pentru mnitrizarea circuitelr electrnice şi pt fi încapulaţi în crpuri lide pentru a fi fliţi ca nde pentru măurarea temperaturii uprafeţelr. Dearece variaţia cu temperatura a rezitenţei termitrilr ete puternic neliniară, etalnarea intrumentului indicatr ete dificilă. De aceea e pune prblema liniarizării răpunului lr. Pe dmenii retrâne de temperatură, aceata e pate realiza prin cnectarea în paralel cu termitrul a unei rezitenţe (şunt). Valarea rezitenţei e calculează atfel încât, la mijlcul intervalului de temperatură cniderat, valarea rezitenţei echivalente (termitr în paralel cu rezitenţa de liniarizare) ă fie egală cu media aritmetică a rezitenţelr echivalente la capetele intervalului de temperatură. Atfel, dacă: 2
- rezitenţa termitrului la temperatura t 2 - rezitenţa termitrului la temperatura t 2 m - rezitenţa termitrului la temperatura medie (t + t 2 )/2 valarea rezitenţei de liniarizare, lin, e calculează din ecuaţia: 2 lin + lin 2 lin lin + lin + 2 m = lin + m În fig.7 unt reprezentate dependenţele de temperatură ale rezitenţei unui termitr, a rezitenţei şunt de liniarizare şi a rezitenţei liniarizate, pe un dmeniu de temperatură de 00. Am flit ghilimelele pentru că dependenţ a de temperatură a rezitenţei echivalente nu ete perfect liniară. La temperaturi cuprine între temperatura minimă şi temperatura medie ea ete ceva mai mare decât rezitenţa crepunzătare dreptei care trece prin cele trei puncte definite anterir, iar la temperaturi cuprine între temperatura medie şi temperatura maximă ete ceva mai mică. Abaterile de la liniaritate unt maxime la mijlcul celr duă emi-intervale de temperatură. (2) 80 60 40 [ Ω] termitr 20 00 80 60 40 liniarizare 20 0 0 25 liniarizata 50 75 00 t [ ] Fig.7 În practică, termitrul împreună cu rezitenţa şunt de liniarizare e mntează într- punte de curent cntinuu, al cărei răpun e liniarizează cu un amplificatr peraţinal (punte activă), aşa cum am flit în cazul enzrilr rezitivi metalici (fig.2). Grupul paralel frmat din termitr şi rezitenţa de liniarizare e cnectează în ramura de reacţie negativă a amplificatrului peraţinal. Pentru amplificarea emnalului de răpun al punţii active la valarea drită, emnalul de la ieşirea punţii active e pate aplica la intrarea unui etaj de amplificare realizat tt cu un amplificatr peraţinal. 3