62.Тр с отрицательным и положительным ткс. Кремниевые датчики температуры.

Согласно стандарту ФРГ DIN 44070 и стандарту Международной элек­тротехнической комиссии (IEC Publ. 539), терморезисторами с отрицатель­ным ТКС называются полупроводниковые резисторы, сопротивление кото­рых падает при повышении температуры. У таких терморезисторов ТКС составляет около 3-6 %/К, что примерно в 10 раз больше, чем у плати­новых или никелевых датчиков. Терморезисторы состоят из поликристал- лической смеси различных спеченных оксидов, например Ре₂0з (шпинель), Zn₂Ti0₄, MgCr₂0₄, Ti0₂, или NiO и СоО с 1л₂0з. Процесс спекания осуще­ствляется при 1000 - 1400°С. Затем изготовляют контакты путем вжига- ния серебряной пасты. Для обеспечения высокой стабильности сопротив­ления, прежде всего при длительных измерениях, терморезисторы после спекания подвергают еще искусственному старению. С помощью специ­альных режимов обработки достигается высокая стабильность сопротив­ления. Важным параметром терморезисторов является вольт-амперная ха­рактеристика. Если датчик работает на постоянном токе (около 10 мА), то падение напряжения на нем составляет около 6.8 В. Но в воде из-за более высокого сопротивления оно уже оказывается равным примерно 13 В. Следователь­но, как только датчик вступает в контакт с наполняющей средой (водой), напряжение скачком возрастает с 6.8 до 13 В. Быстрота электронной индикации этого скачка температуры (посто­янная времени) зависит от геометрии датчика. Терморезисторы можно использовать также для задержки времени срабатывания реле. При подаче напряжения переключения Ub ток I протекает через реле и резистор Rt. Из-за высокого сопротивления терморезистора ток 1 меньше тока переключения I_s. В результате самона- грева терморезистора его сопротивление снижается, ток возрастает до ве­личины тока переключения l_s и контакт S₂ замыкается. Кремниевые датчики температуры: Измерение температуры с помощью кремниевых датчиков представ­ляет собой интерес в случае массового применения, так как они значитель­но дешевле других датчиков и имеют большой температурный коэффици­ент. Недостатками кремниевых датчиков являются меньший диапазон из­меряемых температур и большая нелинейность. Однако для определенных применений эти недостатки имеют второстепенное значение. Для более точных измерений с помощью кремниевого датчика тем­пературы его квадратичная характеристика должна быть линеаризована. Проще всего это достигается включением не зависящего от температуры сопротивления R_L параллельно кремниевому датчику, если схема питается постоянным током.

63.Применение датчиков температуры: медный, платиновый и марганцевый термометры сопротивления.

Широкое внедрение систем автоматического управления и регулиро­вания температуры в производстве вызывает необходимость развития раз­работок и серийного изготовления современных электронных датчиков температуры. При этом преимуществами по сравнению с датчиками других типов по массогабаритным характеристикам, надежности, технологично­сти изготовления обладают твердотельные датчики, в которых чувстви­тельный элемент выполнен на основе полупроводниковых материалов, по­зволяющих использовать микроэлектронную технологию и наилучшим об­разом приспособленных к дальнейшей интеграции - совмещению функций в одном кристалле. Медный пленочный термометр сопротивления: Температурные измерения в диапазоне -250...+300 °С, как правило, осуществляются проволочными термометрами сопротивления из меди и платины. К недостаткам проволочных термометров относится индивиду­альная технология их изготовления: намотка, подгонка номинального со­противления и монтаж ЧЭ. Все это приводит к большой трудоемкости из­готовления термометров. Названные недостатки могут быть преодолены с помощью микроэлектронной технологии, которая позволяет изготовить пленочные металлические ЧЭ для использования в термометрах сопротив­ления. Основные ее преимущества - возможность массового изготовления ЧЭ без применения ручного труда, автоматизация процесса подгонки но­минального сопротивления и монтажа ЧЭ в термометре. Медный пленочный ЧЭ представляет собой подложку 1 из ситалла, сапфира, поликора или другого изоляционного материала с напыленным на нее медным меандром. К контактным площадкам 4 припаиваются токовво- ды 2 из провода МС-16. Сверху ЧЭ закрыт защитным покрытием 3 от воз­действия окружающей среды. Для изготовления ЧЭ применяется техноло­гия вакуумного напыления медной пленки на подложку с последующим формированием меандра и контактных площадок методом фотолитогра­фии. Платиновый пленочный термометр сопротивления: Доля резистивных и термоэлектрических термопреобразователей, используемых в технике, составляет сейчас 94 % всех средств измерения температуры. Однако терморезистивные преобразователи по сравнению с термоэлектрическими имеют такие преимущества в области температур -50...+650 °С, как высокая чувствительность, стабильность характеристик. Обычно ЧЭ ТСП изготавливается из тонкой проволоки или фольги строго определенного электрического сопротивления, со стабильным ТКС. Однако использование проволочных и фольговых ТСП имеет значительные ограничения из-за низкого быстродействия и относительно больших раз­меров ЧЭ, а уменьшение диаметра проволоки и толщины фольги сильно усложняют технологию изготовления ЧЭ и влечет за собой резкое увеличе­ние цены ТСП. Марганцевый пленочный термометр сопротивления: Область низких температур в диапазоне ниже 20 К, так называемая область гелиевых температур, является традиционно сложной для измере­ний. Чистые металлы используются для изготовления низкотемпературных термометров. Обычно это платина. Однако при температуре 20 К ТКС пла­тины составляет 1/50 его значения при комнатной температуре. Как прави­ло, для измерений в этой области используют полупроводниковые термо­метры: угольные, германиевые, диоды из арсенида галлия и т.д. Главным недостатком этих термометров является сложная зависимость их сопро­тивления от температуры. Для металла существенными считаются пластичность и способность поддаваться обработке; а-марганец не отвечает этим критериям, он твер­дый и хрупкий и его нельзя получить в виде проволоки. Его кристалличе­ская структура представляет собой куб. Обычно металл существует в виде зерен длиной 30-50 мм, что обусловлено технологией его получения элек­тролитическим путем. Таким образом, на основе марганцевых пленочных ЧЭ разработаны поверхностные и средовые термометры для диапазона температур 4.2...30 К.