Jos halutaan suorittaa luotettava lämpötilamittaus, on ensin valita oikea lämpötilainstrumentti eli lämpötila-anturi. Termoparit, termistorit, platinavastukset (RTD) ja lämpötila-IC:t ovat testauksessa yleisimmin käytettyjä lämpötila-antureita.
Seuraavassa on johdatus lämpöpari- ja termistorilämpötilainstrumenttien ominaisuuksiin.
1. Termopari
Termoparit ovat yleisimmin käytettyjä lämpötila-antureita lämpötilan mittauksessa. Sen tärkeimmät edut ovat laaja lämpötila-alue ja sopeutumiskyky erilaisiin ilmakehän ympäristöihin sekä tukeva, edullinen, ei vaadi virtalähdettä ja myös halvin. Termopari koostuu kahdesta eri metallilangasta (metalli A ja metalli B), jotka on liitetty toiseen päähän. Kun termoparin toista päätä lämmitetään, termoparipiirissä on potentiaaliero. Lämpötila voidaan laskea mitatun potentiaalieron avulla.
Jännitteen ja lämpötilan välillä on kuitenkin epälineaarinen suhde, ja lämpötila vaatii toisen mittauksen vertailulämpötilalle (Tref) jännitteen ja lämpötilan epälineaarisen suhteen vuoksi. Testauslaitteiston ohjelmistoa tai laitteistoa käytetään jännitteen lämpötilamuutoksen prosessoimiseen instrumentin sisällä, jotta lopulta saadaan termoelementin lämpötila (Tx). Sekä Agilent 34970A että 34980A tiedonkeruujärjestelmissä on sisäänrakennetut mittaus- ja laskentaominaisuudet.
Lyhyesti sanottuna termoparit ovat yksinkertaisimpia ja monipuolisimpia lämpötila-antureita, mutta ne eivät sovellu erittäin tarkkoihin mittauksiin ja sovelluksiin.
2. Termistori
Termistorit on valmistettu puolijohdemateriaaleista, joiden lämpötilakerroin on enimmäkseen negatiivinen, mikä tarkoittaa, että resistanssi pienenee lämpötilan noustessa. Lämpötilan muutokset voivat aiheuttaa merkittäviä muutoksia vastuksessa, mikä tekee siitä herkimmän lämpötila-anturin. Termistorien lineaarisuus on kuitenkin erittäin huono ja liittyy läheisesti tuotantoprosessiin. Valmistaja ei voi tarjota standardoitua termistorikäyrää.
Termistoreilla on hyvin pieni tilavuus ja ne reagoivat nopeasti lämpötilan muutoksiin. Mutta termistorit vaativat virtalähteen käyttöä, ja niiden pieni koko tekee niistä erittäin herkkiä itsekuumenemisvirheille.
Termistorit mittaavat absoluuttista lämpötilaa kahdella linjalla hyvällä tarkkuudella, mutta ne ovat kalliimpia kuin termoparit ja voivat mitata lämpötiloja pienemmällä alueella. Yleisesti käytetyn termistorin resistanssi on 5k Ω 25 asteessa ja jokainen 1 asteen lämpötilamuutos aiheuttaa 200 Ω resistanssin muutoksen. Huomaa, että 10 Ω:n johtovastus aiheuttaa vain merkityksettömän 0,05 asteen virheen. Se soveltuu erittäin hyvin virransäätösovelluksiin, jotka vaativat nopeaa ja herkkää lämpötilan mittausta. Pieni koko on edullinen tilantarpeisiin sovelluksiin, mutta on kiinnitettävä huomiota itsekuumenemisvirheiden estämiseen.
Termistoreilla on myös omat mittaustekniikat. Termistorien etuna on niiden pieni koko, koska ne voivat nopeasti stabiloitua aiheuttamatta lämpökuormia. Se on kuitenkin myös erittäin heikko, koska suuret virrat voivat aiheuttaa itsekuumenemista. Koska termistorit ovat resistiivisiä laitteita, mikä tahansa virtalähde tuottaa niihin lämpöä tehon takia. Teho on yhtä suuri kuin virran ja vastuksen neliön tulo. Siksi on käytettävä pientä virtalähdettä. Jos termistori altistuu korkealle kuumuudelle, se aiheuttaa pysyviä vaurioita.
