Mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của kim loại Cảm biến nhiệt độ

Các yếu tố cảm biến RTD thông thường được sử dụng trong ứng dụng y sinh học gồm platinum (Pt), nickel (Ni), hoặc copper (Cu) có mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ (R vs T) cùng với dải nhiệt độ hoạt động. Mối quan hệ R vs T được xác định là sự thay đổi điện trở của cảm biến trên mỗi độ thay đổi nhiệt độ.[1] Sự thay đổi tương đối trong điện trở (hệ số nhiệt độ điện trở) chỉ biến đổi nhỏ trong phạm vi hữu ích của cảm biến.

Platinum được đề xuất bởi Sir William Siemens làm thành phần cho cảm biến nhiệt độ điện trở trong bài giảng Bakerian năm 1871:[2] Platinum là một kim loại quý và có mối quan hệ ổn định nhất giữa điện trở và nhiệt độ trong phạm vi nhiệt độ lớn nhất. Các yếu tố nickel có dải nhiệt độ hạn chế vì sự thay đổi điện trở trên mỗi độ thay đổi nhiệt độ trở nên không tuyến tính ở nhiệt độ trên 300 °C (572 °F). Copper có mối quan hệ điện trở và nhiệt độ tuyến tính rất cao; tuy nhiên, đồng bị oxi hóa ở nhiệt độ trung bình và không thể sử dụng ở trên 150 °C (302 °F).

Đặc điểm đáng chú ý của kim loại được sử dụng làm các thành phần điện trở là sự xấp xỉ tuyến tính của mối quan hệ điện trở và nhiệt độ trong khoảng từ 0 đến 100 °C. Hệ số nhiệt điện trở được ký hiệu là α và thường được đưa ra trong đơn vị Ω/(Ω·°C):

α = R 100 − R 0 100 , ∘ C ⋅ R 0 , {\displaystyle \alpha ={\frac {R_{100}-R_{0}}{100,{\rm {^{\circ }C}}\cdot R_{0}}},}

trong đó:

R 0 {\displaystyle R_{0}} là điện trở của cảm biến tại 0 °C, R 100 {\displaystyle R_{100}} là điện trở của cảm biến tại 100 °C.

Platinum tinh khiết platinum có α = 0.003925 Ω/(Ω·°C) trong khoảng từ 0 đến 100 °C và được sử dụng trong việc xây dựng các cảm biến RTD chất lượng cao. Ngược lại, hai tiêu chuẩn rộng rãi được công nhận cho các cảm biến RTD công nghiệp IEC 60751 và ASTM E-1137 chỉ định α = 0.00385 Ω/(Ω·°C). Trước khi những tiêu chuẩn này được áp dụng rộng rãi, đã sử dụng nhiều giá trị α khác nhau. Vẫn có thể tìm thấy các đầu dò cũ được làm bằng platinum với α = 0.003916 Ω/(Ω·°C) và 0.003902 Ω/(Ω·°C).

Các giá trị α khác nhau cho platinum được đạt được thông qua quá trình doping - giới thiệu một cách cẩn thận các chất tạp, được nhúng vào cấu trúc mạng tinh thể của platinum và dẫn đến một đường cong R vs. T và giá trị α khác nhau.

Tài liệu tham khảo

WikiPedia: Cảm biến nhiệt độ http://www.omega.com/temperature/Z/pdf/z241-245.pd... http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electri... http://www.instrumentationservices.net/hand-held-t... http://www.bipm.org/utils/common/pdf/its-90/TECCha... https://books.google.com/books?id=7cI83YOIUTkC https://www.punetechtrol.com/product/resistance-te... https://www.youtube.com/watch?v=OYOYI_IPKGY https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/SpecialPublicati... https://archive.org/stream/philtrans09056316/09056... https://web.archive.org/web/20090305232013/http://...