Параметры и характеристики терморезисторов. Применение

Современные терморезисторы изготавливаются из многих полупроводниковых материалов. Для этой цели применяются германий Ge, кремний Si, карбид кремния SiС и др. Однако подавляющее большинство промышленных типов ТР созданы на основе окислов переходных материалов (Mn, Co, Ni, Cu, V и др.). Изготавливаются ТР, как правило, спеканием порошковых материалов в форме бусинок, стержней, дисков.

К основным параметрам ТР с отрицательным ТКС относятся:

1) габаритные размеры;

2) величина сопротивления R_t при определенной температуре t (20⁰ или 150⁰ для высокотемпературных ТР);

3) ТКС в % на 1⁰ С при температуре t;

4) постоянная времени, характеризующая тепловую инерционность ТР (время, за которое температура ТР изменится на 63% от разности температур образца и среды);

5) максимально допустимая температура;

6) максимально допустимая мощность рассеяния;

7) коэффициент энергетической чувствительности в ВТ /% R, равный мощности, которую нужно рассеять на ТР для уменьшения его сопротивления на 1%.

Одним из важнейших характеристик ТР являются статические вольт-амперные характеристики. На рисунке 72.8 представлена типичная ВАХ ТР с отрицательным ТКС. На начальном участке характеристика близка к линейной, так как при малых токах мощность рассеяния мала для того, чтобы нагреть ТР. Дифференциальное сопротивление . При дальнейшем повышении силы тока ТР нагревается, его сопротивление уменьшается. При некотором значении I_m напряжение становится максимальным U_m, а затем из - за сильного уменьшения сопртивления U падает, и величина становится отрицательной.

Рисунок 72.8

Терморезисторы широко применяются в технике. На основе ТР разработаны системы измерения и регулирования температуры, противопожарной сигнализации и теплового контроля, созданы схемы температурной компенсации ряда элементов электрических цепей, изменения вакуума, скорости движения жидкостей и газов. ТР используются в качестве бесконтактных переменных сопротивлений, ограничителей и предохранителей в цепях электрического тока, стабилизаторов напряжения, генераторов и др. ТР, называемые боломерами, широко применяются для регистрации инфракрасного излучения. Пружина ВАХ уменьшается.

Рабочая формула

(72.11)

где, – ширина запрещенной зоны; К = 1,38 10^-23 Дж/К=0,86 10^-4 эВ/К

lnR и взять из графика (рисунок 72.2).

Описание установки и методы измерений

Терморезистор помещен в сосуд с холодной водой. Нагрев воды осуществляется электрическим нагревателем. Температура измеряется термометром. В работе предусматривается проведение измерений в интервале температур от комнатной или несколько низшей до Т ~ 100 ⁰С.

Сопротивление ТР определяется с помощью измерительного моста постоянного тока МО-62. Принципиальная схема моста приведена на рисунке 72.9.

МОСТ

Rd

R₂

R_cp

П1

PG

RK

Rх

R₃

П2

Рисунок 72.9

R_СР представляет собой пятидекадный магазин сопротивлений, используемый в качестве плеча сравнения. R₂ и R₃ – плечи отношения моста, соотношение которых может меняться с помощью переключателя (не показанного на схеме). Терморезистор RK подключается к зажимам П1 и П2 (R_x). Равновесие моста достигается при равенстве отношений сопротивлений:

, откуда

При равновесии стрелка нуль-гальванометра РG устанавливается на нуль.

Порядок выполнения работы

1) Ознакомиться с установкой;

2) Налить холодной воды в сосуд. Измерить ее температуру и занести в таблицу;

Таблица 72.1

t0,C	T, К	103/T, K-1	R,Oм	ln R

3) Подключить ТР к зажимом П1 и П2 (R_x) моста. Расположение зажимов и переключателей управления моста показано на рисунке 72.10;

Рисунок 72.10

4) Измерить сопротивление R терморезистора;

5) Подготовить мост к работе: переключатель питания «ПП» должен быть в положении «36V»; переключатель схемы «ПС» в положении «2з» (двухзажимная); переключатель гальванометра В7 в положении ГВ (гальванометр встроенный); подключить прибор с помощью сетевого шнура к сети ≈220В, включить мост переключателем «СЕТЬ» (в положение «ВКЛ»), при этом должна загореться сигнальная лампочка;

6) На переключателе плеч отношения установить множитель N=1000.

7) При нажатой кнопке «ГРУБО» вращением ручек декадных переключателей сопротивления плеча сравнения «х100Ω», «х10Ω», «х1Ω», «х0,1Ω», «х0,01Ω» установить стрелку гальванометра на нуль; затем это сделать при нажатой кнопке «ТОЧНО»;

8) Отпустить кнопки «ТОЧНО» и «ГРУБО»;

9) Определить по показаниям переключателей величину R , например:

R =1х100+2х10+5х1+0х0,1+2х0,01 = 125,02 (Ом) (72.12)

и вычислить величину измеренного сопротивления

R =N · R = R (72.13)

Значение R занести в таблицу.

10) Подключить нагреватель к сети ~ 220 В. Подогреть воду на 7 - ­12 . Отключить нагреватель от сети. Выждать 1­2 минуты, измерить температуру и сопротивление, их значения занести в таблицу;

11) Продолжать аналогичные измерения до 90 – 100 С. Можно в процессе измерений не отпускать кнопки «ТОЧНО», «ГРУБО», а в течение нагрева постепенно подстраивать величину R_cp;

12) Выключить мост переключателем «СЕТЬ», отключить от сети мост и нагреватель;

13) Обработать результаты измерений;

14) Заполнить таблицу Т, и

15) Построить график в координатах lnR, ;

16) Из графика (рисунок 72.11) определить ширину запрещенной зоны материала терморезистора на основе зависимости (72.6).

(72.14)

отсюда (72.15)

где (72.16)

••

••

•

•

Рисунок 72.11

Меры безопасности

Измерительный мост должен быть заземлен.

Соблюдать осторожность при работе с нагревателем. Подключать его к сети только при наполнении сосуда водой и установки крышки с закрепленными в ней терморезистором, проводом резистивного нагревателя и термометром.

Запрещается оставлять без наблюдателя приборы, находящиеся под напряжением.

После окончания работы отключить от сети мост и нагреватель.