Thermistance

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Les principaux capteurs de température utilisés en électronique sont basés sur la loi de variation de la résistance électrique en fonction de la température.

Thermo-résistance, thermistance, capteurs au silicium[modifier | modifier le code]

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, tungstène, titane) avec l'augmentation de la température.
  • Thermistances : variation (plus 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).

Principales caractéristiques[modifier | modifier le code]

Les principales caractéristiques 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), 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.

Classification[modifier | modifier le code]

On distingue deux types de thermistances : les CTN et les CTP mais il existe aussi les CCTPN.

Caractéristiques typiques d'une CTN et d'une CTP

Symbole[modifier | modifier le code]

Il est basé sur celui d’une résistance :

Symboles.png

CTN[modifier | modifier le code]

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[N 1] est négligeable, on peut exprimer une relation entre la résistance de la CTN et sa température par la relation de Steinhart-Hart[N 2] :

{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 (T_n < T < T_{n+1}) :

{{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)\,[1]

Dans ces équations :

  • R_T est la résistance (en ohms) du capteur à la température T cherchée (en kelvins);
  • T_n est une température où la résistance R_n 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 \beta (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 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 limitation d'impulsions transitoires, la mesure de flux de liquides.

CTP[modifier | modifier le code]

Fusible CTP

Les CTP (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 °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.

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, voir ci-dessus) ;
  • 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 et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. échauffement dû au passage du courant
  2. lire l'article pour plus de détails sur la manipulation de cette relation

Références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]