L'un des types de capteurs de température les plus courants sur le marché est la thermistance, une version abrégée de «résistance sensible à la chaleur». Les thermistances sont des capteurs à faible coût très robustes et robustes. La thermistance est le capteur de température de choix pour les applications nécessitant une sensibilité élevée et une bonne précision. Les thermistances sont limitées à une petite plage de températures de fonctionnement en raison de leur réponse non linéaire à la température.
Construction
Les thermistances sont des composants à deux fils en oxydes de métal fritté, disponibles en plusieurs types d’emballages pour prendre en charge diverses applications. L'ensemble de thermistances le plus courant est une petite perle de verre d'un diamètre de 0,5 à 5 mm avec deux fils. Les thermistances sont également disponibles dans des boîtiers montables en surface, des disques et intégrées dans des sondes métalliques tubulaires. Les thermistances à billes de verre sont assez robustes et robustes, le mode de défaillance le plus courant étant l’endommagement des deux fils conducteurs. Cependant, pour les applications nécessitant un degré de durcissement plus important, les thermistances du type sonde à tube métallique offrent une protection accrue.
Avantages
Les thermistances présentent plusieurs avantages, notamment la précision, la sensibilité, la stabilité, un temps de réponse rapide, une électronique simple et un faible coût. Le circuit d'interface avec une thermistance peut être aussi simple qu'une résistance de rappel et mesurer la tension aux bornes de la thermistance. Cependant, la réponse des thermistances à la température est très non linéaire et elles sont souvent réglées sur une petite plage de températures, ce qui limite leur précision à la petite fenêtre sauf si des circuits de linéarisation ou d'autres techniques de compensation sont utilisés. La réponse non linéaire rend les thermistances très sensibles aux changements de température. En outre, la petite taille et la faible masse d’une thermistance leur confèrent une petite masse thermique qui permet à une thermistance de réagir rapidement à un changement de température.
Comportement
Les thermistances sont disponibles avec un coefficient de température négatif ou positif (NTC ou PTC). Une thermistance à coefficient de température négatif devient moins résistive à mesure que la température augmente, tandis qu'une thermistance à coefficient de température positif augmente en résistance à mesure que sa température augmente. Les thermistances PTC sont souvent utilisées en série avec des composants où les surintensités pourraient causer des dommages. En tant que composants résistifs, lorsque le courant les traverse, les thermistances génèrent de la chaleur qui provoque un changement de résistance. Comme les thermistances ont besoin d’une source de courant ou de tension pour fonctionner, le changement de résistance induit par l’auto-échauffement est une réalité inévitable avec les thermistances. Dans la plupart des cas, les effets d'auto-échauffement sont minimes et une compensation n'est nécessaire que si une précision élevée est requise.
Modes opérationnels
Les thermistances sont utilisées dans deux modes de fonctionnement au-delà du mode de fonctionnement typique résistance / température. Le mode tension / courant utilise la thermistance dans un état auto-échauffant et stable. Ce mode est souvent utilisé pour les débitmètres où une modification du débit d'un fluide dans la thermistance provoquera une modification de la puissance dissipée par la thermistance, sa résistance, ainsi que du courant ou de la tension, en fonction de son pilotage. Une thermistance peut également être utilisée dans un mode courant en fonction du temps où la thermistance est soumise à un courant. Le courant provoquera l'auto-échauffement de la thermistance, ce qui augmentera la résistance dans le cas d'une thermistance NTC et protégera un circuit contre les pointes de haute tension. Vous pouvez également utiliser une thermistance PTC dans la même application pour la protéger des surtensions élevées.
Applications
Les thermistances ont de nombreuses applications, les plus courantes étant la détection directe de la température et la suppression des surtensions. Les caractéristiques des thermistances NTC et PTC se prêtent à des applications telles que:
- Indicateurs de niveau de liquide
- compensation de température
- Mesure de flux
- Jauges à vide
- Protection thermique
- Contrôle du gain de l'amplificateur
- Circuits à retardement
- Interrupteurs thermiques
Linéarisation
En raison de la réponse non linéaire des thermistances, des circuits de linéarisation sont souvent nécessaires pour fournir une bonne précision sur une plage de températures. La réponse de résistance non linéaire à la température d'un thermistor est donnée par l'équation de Steinhart-Hart qui fournit une bonne résistance à l'ajustement de la courbe de température. Cependant, la nature non linéaire entraîne une faible précision dans la pratique, sauf si une conversion analogique-numérique à haute résolution est utilisée. L'implémentation d'une simple linéarisation matérielle d'une résistance parallèle, série ou parallèle et série avec la thermistance améliore considérablement la linéarité de la réponse d'une thermistance et étend la fenêtre de température de fonctionnement de la thermistance à un coût d'une certaine précision. Les valeurs de résistance utilisées dans les circuits de linéarisation doivent être choisies pour centrer la fenêtre de température pour une efficacité maximale.
