3.1.2. Термисторы

Полупроводниковые термометры сопротивления, или термисторы, обладают более высокой величиной температурного коэффициента сопротивления α_R (до 6 ÷ 8 % на 1 С) по сравнению с металлическими термометрами сопротивления, т.е. более высокой крутизной преобразования и большим удельным сопротивлением. В связи с малыми конструктивными размерами термистров, их постоянная времени может составлять не более 0,02 ÷ 0,05 с.

Термисторы с отрицательным α_R состоят из поликристаллической смеси различных спеченных оксидов, например Fe₂O₃ (шпинель), Zn₂TiO₄, MgCr₂O₄, TiO₂ или NiO и CoO с Li₂O. Для обеспечения высокой стабильности сопротивления, прежде всего при длительных измерениях, терморезисторы подвергают искусственному старению. Такие термисторы широко применяются в океанологических измерителях.

Температурная кривая термистора от сопротивления описывается уравнением:

. (3.3)

Если R_T и R_N – величины сопротивления, соответствующие температурам T и T_N (°К), а B – константа материала термистора, имеющая размерность °К, то тогда α_R термистора оказывается равным _R = -B∙T^-2 и составляет около 3 ÷ 6 %∙°K^-1, что примерно в 10 раз больше, чем у платиновых датчиков.­

Кремниевые термисторы имеют положительный температурный коэффициент сопротивления α_R, а его характеристика соответствует квадратичному уравнению:

, (3.4)

где R_T – сопротивление при T С; R₂₅– сопротивление при эталонной температуре T_э= 25 С; T – разность температур (T = T–T_э);  и  – температурные коэффициенты с типичными значениями 0,78·10^-2 С^-1 и 1,84·10^-5 С^-2 соответственно.

Конструктивно термисторы выполняются в остеклованном виде или размещаются в корпусах подобных транзисторным. Иногда – на подложке из керамики, как, например, термистор GC325M2 фирмы "Fenwal Electronics", используемый для компенсации платинового датчика температуры CTD–зонда Mark-III. На рис. 3.2. представлен внешний вид термисторов, используемых в производстве гидрологических зондов.

Рис. 3.2. Внешний вид незащищенных (а) и защищенных (б) термисторов

Другой термистор GB32JM19 фирмы Fenwal, устанавливаемый практически во все модели измерителей фирмы "Aanderaa Data Instruments" (AADI), позволяет измерять температуру с точностью до 0,03 С. Однако исходная инерционность термистора в моделях температурных датчиков: 4060 (рис. 3.3 а), 4050, 4880 и 4880R, - значительно ухудшена (из-за установки в массивный прочный корпус) и достигает 2 с. Каждый датчик является отдельным прибором высокой степени готовности, изготовленным по технологии «plug and play», имеет измерительную плату, процессор с заданными калибровочными коэффициентами и плату интерфейса (рис. 3.3 б). Такими модулями удобно комплектовать измерительные блоки долговременных буйковых станций. Модели 4880 и 4880R изготовлены из стали, имеют вес 138 г и рассчитаны на предельную глубину – 300 м, титановые корпусы моделей 4060 и 4050 допускает погружение до 6000 м, вес 120 г.

Корпус каждого модуля снабжён 10-тиконтактным разъёмом для считывания данных и программирования регистратора. В частности, задаются периодичность его включения, от 2 с до 255 мин, и вариант интерфейса. На всех моделях возможны несколько вариантов связи с управляющим блоком, в том числе, в ASCII–кодах в соответствии со стандартом RS–232, кроме модели 4880R, на которой реализован только один - RS-422 (рис. 3.3 в, г). Скорость передачи данных 9 600 бод. Внешнее питание модулей – ток постоянного напряжения от 6 до 14 В, потребление составляет менее 4 мА.

а б

в г

Рис. 3.3. Внешний вид (а), устройство (б) температурного датчика модели 4060 фирмы AADI, а также выводы разъёмов 4060 4050, 4880 (в) и 4880R (г)