5.5. Термисторы

Термистор - это полупроводниковое термочувствительное со­противление. При повышении температуры сопротивление термистора резко уменьшается, а следовательно, увеличивается его электропроводность. Устройство некоторых термисторов приве­дено на рис. 96. Различают стержневые формы термисторов (рис. 96, а, б), сферические 1 и дисковые 2 (рис. 96, в).

Основное достоинство термисторов - большой температур­ный коэффициент сопротивления, равный 3-4% на градус (у платины и меди около 0,4% на градус). Малые габариты термис­торов обеспечивают их небольшую тепловую инерционность, что важно при измерении сравнительно быстро меняющихся температур.

Термисторы могут быть изготовлены очень небольших разме­ров для измерения температур в миниатюрных приборах и в малодоступных местах. Обычное сопротивление термисторов, применяемых для измерения температур, составляет от 1 до 5 к Ом. При таком значительном сопротивлении результаты из­мерений не зависят от длины соединительных проводов. Температурный диапазон применения термисторов составляет от -50 до +180 °С. Выпускают термисторы, работающие и до 450 °С. Измерительные схемы с использованием термисторов принци­пиально не отличаются от схем с проволочными термометрами сопротивления (см. разд. 5.4). Следует учитывать только, что сопротивление термисторов с ростом температуры падает не линейно, а экспоненциально.

Основным параметром термистора является его вольтамперная характеристика (рис. 96, г). У небольших термисторов, имеющих малую тепловую инерцию, кривая U = f(I) имеет хо­рошо выраженный максимум, за которым следует падение на­пряжения с увеличением силы тока. При повышении температуры сопротивление термистора падает, а ток, проходящий через него, растет, что приводит к увеличению выделения энергии в форме теплоты в самом термисторе. При некоторой температуре ток в измерительной схеме может возрасти настолько, что теплота, выделяемая в термисторе, не будет успевать отводиться, а это приведет к дальнейшему разогреву и возрастанию тока, а следовательно, и увеличению погрешностей в измерении темпе­ратуры.

Рис. 96. Устройство тсрмисторов (о, б, в) и их вольтамперная характеристика (г):

а, б: 1 - вещество, обладающее электрическим со­противлением; 2 - колпачки; 3 - защитный металличе­ский чехол; 4 - стеклянный изолятор

Поэтому каждый термистор имеет верхний температур­ный предел применимости. Для выбора рабочего режима термистора снимают его вольтамперную характеристику. В соот­ветствии с полученной характеристикой подбирают параметры измерительной схемы, которые отвечают левому участку кривой до точки максимума. При замене термистора прибор снова ка­либруют.

Другим недостатком термисторов является систематическое изменение сопротивления со временем и связанная с этим невысокая воспроизводимость показаний. При 100 °С показания термисторов воспроизводятся в интервале ±0,01 °С. Наибольшее стабильностью показаний термисторы обладают в интервале температур от -60 до +100 °С. Когда термистор помещают в герметичный защитный чехол, стабильность их показаний возрастает, но при этом увеличивается их инерционность. При длительном пользовании термистором измеряемая температура до с точностью до 1 ⁰С может воспроизводиться лишь при условии периодически повторяемой калибровки.

В качестве полупроводниковых датчиков температуры могут быть использованы также полупроводниковые диоды и транзи­сторы- При постоянном значении тока, протекающего в прямом направлении через переход транзистора, изменение напряжения на переходе практически линейно меняется с температурой. Датчиками могут быть как германиевые, так и кремниевые транзисторы.