Proiectarea unui Termometru Electronic

TERMOMETRU CU REZISTENTA ELECTRICA

O rezistenta electrica cu variatie cunoscuta în functie de temperatura constituie un senzor de temperatura. Prin masurarea valorii rezistentei se poate afla temperatura sa si implicit a mediului în care se afla.

Ne propunem sa folosim o punte Wheastone care sa fie echilibrata la 0ÚC astfel încât la madificarea temperaturii sa putem citii diferenta de tensiune de pe punte si astfel putem face un grafic cu vatiatia tensiunii de pe punte cu variatia temperaturii.

Generalitati asupra variatiei rezistentei electrice cu temperatura:

Rezistivitatea electrica a metalelor se datoreaza ciocnirilor electronilor de conductie [1] cu:

-vibratiile retelei cristaline (fononii);

-defectele din reteaua cristalina;

-impuritatile din metal (atomi straini);

-momentele magnetice localizate în nodurile retelei cristaline(magnoni).

Variatia rezistivitatii electrice cu temperatura are loc datorita modificarii mecanismelor de ciocnire sub influenta temperaturii.

Mecanismele de ciocnire cu impuritatile si cu defectele din retea sunt independente de temperatura efectul lor global fiind acela de crestere a rezistivitatii electrice dar de micsorare a coeficientului de temperatura al rezistivitatii pâna la anulare chiar.

Mecanismele de ciocnire cu vibratiile retelei si cu momentele magnetice sunt puternic dependente de temperatura. Din aceasta cauza materiale bune pentru rezistenta electrica a termometrelor sunt metalele pure care au un coeficient relativ mare de variatie a rezistivitatii electrice cu temperatura. Cei mai mari coeficienti de temperatura ai rezistivitatii electrice se întâlnesc la metalele pure cu ordonare magnetica precum fierul si nichelul.

Pentru masurarea temperaturilor între - 200 si +600 °C se întrebuinteaza foarte mult termometrele cu rezistenta. Functionarea acestor termometre se bazeaza pe variatia rezistentei electrice a metalelor cu temperatura. Dependenta rezistentei de temperatura se poate exprima prin:

(l)

în care:

R - este rezistenta electrica la O C;

A,B,C - coeficienti de variatie a rezistentei cu temperatura;

T — temperatura în grade Celsius;

R — valoarea rezistentei electrce la temperatura t.

Daca se cunoaste R si a, atunci masurând printr-o metoda oarecare rezistenta R , la o temperatura t se poate calcula usor valoarea temperaturii. Formula (1) este utilizata în determinarile industriale. Pentru masurari de mare precizie, în special la termometrele cu rezistenta de platina, se întrebuinteaza formule mai complexe, variatia rezistentei cu temperatura putându-se aproxima destul de bine printr-o ecuatie de gradul doi:

unde:

STANDARD Coeficient de temperatura ± Coeficienti:

A B C

DIN43760 0,003850 3,9080*10

-5,8019*10

-4,2735*10

American 0,003911 3,9692*10

-5,8495*10

-4,2325*10

ITS-90 0,003926 3,9848*10

-5,8700*10

-4,0000*10

Curbele de variatie relativa a rezistentei (R/RJ în functie de temperatura t au diferite forme pentru diverse metale, în functie de coeficientul de rezistenta a. Aceste curbe nu sunt în general liniare (cu exceptia câtorva metale ca de exemplu Pt si Cu, dar numai în prima aproximatie) de aceea scarile aparatelor indicatoare trebuie gradate prin comparare în mai multe puncte. Din acest motiv, materialele destinate pentru construirea, termometrelor cu rezistenta trebuie sa satisfaca urmatoarele conditii:

1. Coeficientul de rezistenta a sa aiba o valoare mare; valoarea acestui coeficient poate fi exprimata prin relatia:

a = (R100-R0)/(R0*100)

1. Curba de variatie relativa a rezistentei cu temperatura sa fie uniforma.

2. Rezistivitatea materialului utilizat sa fie mare, pentru ca obtinerea rezistentei dorite în termometru sa nu necesite o lungime prea mare a firului.

3. Compozitia chimica si structura metalului sa fie constante; metalul nu trebuie sa se oxideze sau sa reactioneze cu mediul înconjurator.

4. Firele sa fie omogene; aceasta conditie poate fi respectata daca se asigura compozitia constanta a diferitelor loturi de metal.