Напівпровідникові перетворювачі

Інформація і аналіз літературних джерел дозволяє зробити висновок про побудову пристроїв контролю температури зі стабільними в часі параметрами на основі електронно-діркових переходів. Одним із методів підвищення точності таких пристроїв полягає у використанні р-n переходів на ділянці вольт-амперної характеристики з малою силою струму і великим опором, який можна регулювати вибором величини сили струму. Деякі розроблені схеми дозволяють не тільки підвищити точність вимірювань, але й забезпечують взаємозамінність термочутливих пристроїв, що має важливе значення при їх серійному випуску.

Високоомні чутливі елементи на основі р-n переходу можна використовувати в тих випадках, коли датчик потрібно помістити далеко від реєструючого пристрою (для ліній з опором 2-3 кОм).

Інерційність датчиків може бути значно зменшена за рахунок спеціальної безкорпусної конструкції. В даному випадку інерційність може складати менше 0,1°С.

Можливе використання в якості чутливих елементів більшість транзисторів. Чутливість прямої напруги до температури складає 2,5+0,5мВ/град (у 80 раз більше, ніж в металічних термопарах), чутливість прямого струму емітера й струму колектора при U_e=const (8-15%)/град, що в 2-3 рази вище, ніж у напівпровідникових терморезисторів. Максимальною чутливістю володіють колекторні характеристики.

Найбільшою ідентичністю володіють прямі характеристики транзисторів. Транзистори з високим коефіцієнтом підсилення можуть володіти ідентичністю, яка досягає 0,5% при градуюванні в трьох і більше температурних точках, та при введенні відповідних поправок, точність вимірювань може бути підвищена до 0,1%. Дослідження кремнієвих транзисторів показали, що залежність напруги емітер-база від температури лінійна і практично не має гістерезису.

Вивчалась можливість вимірювання температури з допомогою германієвих тріодних термоприймачів. За думкою І.Б.Фогельсона, із допомогою тріодів можна добитися вимірювання температури з похибкою, не більшою ніж при використанні платинових термометрів 2-го класу. Основним параметром тріодних термоприймачів рахують струм короткого замикання емітера, який дозволяє отримати добру відтворюваність різних зразків напівпровідникових тріодів.

В медичній практиці цікавість представляють не тільки вимірювання, але й реєстрація температури. В якості реєструючого пристрою використовуються стандартні самопишучі потенціометри. Дуже виражену температурну залежність параметрів мають чотирьохшарові структури, на основі яких побудовані тунельні діоди. Також можливе використання в медицині в якості перетворювачів температури, кремнієвих стабілітронів, інжекційних діодів, фотодіодів, фототранзисторів, фототирісторів і варикапів.

Термошумові перетворювачі

При температурі вищій абсолютного нуля електрони знаходяться в постійному хаотичному русі, який створює хаотично змінну напругу на кінцях провідника і при збільшенні температури напруга збільшується. Квадрат середньої напруги U на кінцях провідника з опором, що знаходиться при температурі, вираженої у градусах Кельвіна, пропорційний опору.

Хаотичні потенціали дають напругу в широкому діапазоні частот від нуля до НВЧ. Якщо вимірювальний діапазон обмежений смугою частот f, то квадрат напруги буде рівним

(12)

де k – постійна Больцмана.

На опорі 1кОм при кімнатній температурі в смузі частот 10Гц створюється середньоквадратична напруга величиною кількох мікровольт.

Основною проблемою для реалізації шумових термометрів є невелика вимірювальна величина. Тому, звичайно, використовується метод порівняння (компенсаційний метод). Якщо напруга шумів провідника в одній і тій ж смузі частот рівна при двох різних його температурах Т₁ і Т₂, одна з яких шукана, а друга відома, то

(13)

Діапазон температур, в якому може використовуватися шумовий метод, практично не обмежений (від 0,01 до 3000°К). Похибка складає 0,1‑1.