Thermistance

           Présentation:

Les thermistances, comme les capteurs de température à résistance (RTD), sont des semi-conducteurs thermosensibles (sensible a la température)  dont la résistance varie avec la température. Les thermistances sont constituées d’un matériau semi-conducteur d’oxyde métallique encapsulé dans une petite bille d’époxy ou de verre. En outre, les thermistances présentent généralement des valeurs de résistance nominale plus élevées que les RTD (de 2 000 à 10 000 Ω) et peuvent être utilisées pour de plus faibles courants.

           =>Thermo-résistance, thermistance :
Couramment, on différencie les thermo-résistances des thermistances comme suit :
  • Thermo-résistances : augmentation régulière de la résistivité de certains métaux (argent, cuivre, nickel, or, platine , titane) avec l'augmentation de la température.

  • Thermistances : variation ( importante) de la résistance d'autres matières (oxydes métalliques, composites) en fonction de la température, cette variation pouvant être assez régulière ou soudaine, dans un domaine étroit de température.

  • On trouve également des capteurs de température au silicium, dont la plupart sont plutôt basés sur la dépendance en température de diodes que de résistances proprement dites. Autrement, suivant le niveau de dopage, les résistances à base de matériaux semi-conducteurs peuvent avoir un coefficient en température négatif (dopage faible) ou positif (dopage élevé).
       Caractéristiques principales :

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






  •       CTN :

Les CTN (Coefficient de Température Négatif, en anglais NTC, Negative Temperature Coefficient) sont des thermistances dont la résistance diminue de façon uniforme quand la température augmente et vice-versa.


Lorsque l'effet Joule est négligeable, on peut exprimer une relation entre la résistance de la CTN et sa température par la relation de Steinhart-Hart :
                               {1 \over {T}} = 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}} - {1 \over {T_0}}\right)\right) \,
Et, pour plus de précision, entre deux températures proches d'une valeur donnée  :
                             {{R_T} \over {R_n}}=\exp\left(\frac{\alpha_n}{100}\cdot(T_n)^2 \cdot\left( \frac{1}{T} - \frac{1}{T_n}\right)\right)\,
Dans ces équations :
  • R_T est la résistance (en ohms) du capteur à la température  cherchée (en kelvins).
  • T_n est une température où la résistance  est déjà connue, proche de la température T cherchée .
  • R_0 est la résistance annoncée à une température de référence T_0 (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;
  • \alpha_n (en %/K) et  (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{{{\mathrm d}R}\over{{\mathrm d}T}} = {A + B \ln R_n + C (\ln R_n)^3 \over B+3.C.(\ln R_n)^2} = {1 \over T.(B+3.C.(\ln R_n)^2)}           (multiplier par 100 pour avoir des % / °C )
  • utilisable sur une gamme       [T1;T2]  \beta = {{T_1.T_2}\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 semi-conducteurs.
Les CTN sont utilisées pour les mesures et le contrôle de la température, la limitation d'impulsions transitoires, la mesure de flux de liquides.
  •     CTP  :  
Les (Coefficient de Température Positif, en anglais PTC, Positive Temperature Coefficient) sont des thermistances dont la résistance augmente avec la température. On distingue les thermo-résistances (augmentation continue et régulière de la résistance avec la température, voir ci-dessus) des CTP dont la valeur augmente fortement avec la température dans une plage de température limitée (typiquement entre 0 °C et 100 °C).

Pour ces dernières, il y a deux types principaux :
  • CTP fabriquées à base de titanate de baryum. Leur valeur augmente brutalement dans un domaine étroit de température, puis diminue progressivement au-delà de cette zone. Elles sont comme les CTN, disponibles en différentes variantes et valeurs, et sont plutôt utilisées comme capteurs.
  • CTP polymère-carbone. Leur valeur augmente aussi brutalement dans un domaine de température étroit, mais sans diminution au-delà. Elles sont principalement utilisées comme fusibles réarmables.
fusibles réarmables.

   Utilisation :
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 (fusible réarmable). 
  • 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.

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