Thermistor

Thermistance

Les principaux capteurs de température utilisés en électronique sont basés sur la loi de variation d’une résistance. Ces éléments ne suivent pas la loi d’Ohm : ce sont des résistances non linéaires.

• Thermo-résistances : variation de la résistivité de certains métaux (argent, cuivre, nickel, or, platine, tungstène, titane) en fonction de la température.
• Thermistances : variation de la résistance d’oxydes métalliques en fonction de la température.

On trouve également des capteurs de température au silicium.

Principales Caractéristiques

Les principales qualités de ces capteurs sont : Précision, Linéarité, Valeur nominale pour une température donnée (à 25 °C), Temps de réponse (en s), Sensibilité ou coefficient de température (variation de la résistance en fonction de la température), Etendue ou gamme de mesure (température min. et max. d’utilisation), Durée de vie, Stabilité (variation des différents paramètres dans le temps), Encombrement, coût.

Classification

On distingue deux types de thermistances : les CTN et les CTP.

Caractéristiques typiques d'une CTN et d'une CTP

Symbole

Il est basé sur celui d’une résistance :

CTN

CTN

Les CTN (Coefficient de Température Négatif, en anglais NTC, Negative Temperature Coefficient) sont des thermistances dont la résistance diminue de façon uniforme avec la température.

Lorsque l'effet Joule (échauffement dû au passage du courant) est négligeable, on peut exprimer une relation entre la résistance de la CTN et sa température par la relation de Steinhart-Hart (lire l'article pour plus de détails sur la manipulation de cette relation) :

${1 \over {T+273,15}} = A + B \ln(R_T) + C (\ln(R_T))^3 \,$

Cette formule, valable à toutes les températures, peut être simplifiée sur une plage limitée de températures. La formule devient :

${{R_T} \over {R_0}}=\exp\left(\beta\times\left({1 \over {T+273,15}} - {1 \over {T_0+273,15}}\right)\right) \,$

Et, pour plus de précision, entre deux températures proches d'une valeur donnée (T_n < T < T_{n + 1}) :

${{R_T} \over {R_n}}=\exp\left(\frac{\alpha_n}{100}\cdot(T_n + 273,15)^2 \cdot\left( \frac{1}{T+273,15} - \frac{1}{T_n+273,15}\right)\right)\,$^[1]

Dans ces équations :

• R_T est la résistance (en ohms) du capteur à la température T cherchée (en °C);
• T_n est une température où la résistance R_n est déjà connue, proche de la température T cherchée ;
• R₀ est la résistance annoncée à une température de référence T₀ (souvent 25 °C) ;
• A, B et C sont les coefficients de Steinhart–Hart (donnés par le constructeur ou obtenus expérimentalement avec trois mesures de référence) qui sont des constantes caractéristiques du composant valides à toute température;
• α_n (en %/°C) et β (en kelvins) sont des coefficients considérés constants par approximation dont l'usage est limité à certaines températures.

• près de Tn, on a : $\alpha_n = {1\over {R_n}}\times{{dR}\over{dT}} = {A + B \ln R_n + C (\ln R_n)^3 \over B+3.C.(\ln R_n)^2} = {1 \over (T+273,15).(B+3.C.(\ln R_n)^2)}$ (multiplier par 100 pour avoir des % / °C )
• utilisable sur une gamme [T1;T2] $\beta = {{(T_1+273,15).(T_2+273,15)}\over{T_2-T_1}}\times ln\left({{R_1}\over{R_2}}\right)$

Les CTN sont fabriquées à base d'oxydes de métaux de transition (manganèse, cobalt, cuivre et nickel). Ces oxydes sont semiconducteurs.

Les CTN peuvent être utilisées dans une large plage de températures, de -200 °C à + 1 000 °C, et elles sont disponibles en différentes versions : perles de verre, disques, barreaux, pastilles, rondelles, puces etc. Les résistances nominales vont de quelques ohms à une centaine de kohms. Le temps de réponse dépend du volume de matériau utilisé.

Les CTN sont utilisées pour les mesures et le contrôle de la température, la suppression d'impulsions transitoires, la mesure de flux de liquides.

CTP

Fusible CTP

Les CTP (Coefficient de Température Positif, en anglais PTC, Positive Temperature Coefficient) sont des thermistances dont la résistance augmente fortement avec la température dans une plage de température limitée (typiquement entre 0 °C et 100 °C), mais diminue en dehors de cette zone.

Les CTP sont fabriquées à base de titanate de baryum. Elles sont comme les CTN, disponibles en différentes variantes et valeurs.

Les CTP peuvent être utilisées :

• comme détecteur de température, pour protéger des composants (moteurs, transformateurs) contre une élévation excessive de la température ;
• comme protection contre des surintensités ;
• comme détecteur de niveau de liquide : la température de la CTP et donc sa résistance, sera différente lorsque le capteur est dans l'air ou plongé dans un liquide.

Notes

1. ↑ (en)EPCOS - caractérisation des R/T des CTN[pdf]

Voir aussi

• Résistance (composant)

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