Термисторы

Термистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления , простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени.

Зависимость сопротивления от температуры

Для промышленных платиновых термометров сопротивления используется уравнение Каллендара-Ван Дьюзена (en), с известными коэффициентами, которые установлены экспериментально и нормированы в международном стандарте МЭК 60751:

Здесь, сопротивление при T °C, сопротивление при 0 °C, и константы (для платинового сопротивления) -

Поскольку коэффициенты B и C относительно малы, сопротивление растёт почти линейно по мере роста температуры.

Для термометров повышенной точности выполняется градуировка в ряде температурных точек и определяются индивидуальные коэффициенты вышеприведенной зависимости.^[3]

Существуют полупроводниковые термометры сопротивления — при увеличении температуры, сопротивление этих датчиков уменьшается. Применяются обычно на транспорте. Для подключения используют обычно 2-х проводную схему подключения.

Существует 3 схемы включения датчика в измерительную цепь:

• 2-х проводная

В схеме подключения простейшего термометра сопротивления используется два провода. Такая схема используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление выводов включается в измеренное сопротивление и приводит к появлению дополнительной погрешности. Такая схема не применяется для термометров класса А и АА.

• 3-х проводная обеспечивает значительно более точные измерения, за счёт того, что появляется возможность измерить отдельно сопротивление подводящих проводов и вычесть его из суммарного измеренного сопротивления.

• 4-х проводная — наиболее точная схема, обеспечивает полное исключение влияния подводящих проводов. Недостаток — увеличение объёма используемого материала, стоимости и габаритов сборки. Невозможно использовать в четырехплечем мосте Уинстона.

В промышленности наиболее распространенной является трёхпроводная схема. Для точных, эталонных измерений используется только четырёхпроводная схема.

Преимущества термометров сопротивления

• Высокая точность измерений (обычно лучше ±1 °C), может доходить до 0,13м °C(0,00013).

• Возможноcть исключения влияния изменения сопротивления линий связи на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы измерений

• Практически линейная характеристика

Недостатки термометров сопротивления

• Малый диапазон измерений (по сравнению с термопарами)

• Более дорогой (по сравнению с термопарами), если это платиновый термометр сопротивления типа ТСП

• Требуется дополнительный источник питания для определения температуры

Вопрос 21

В отличие от металлов многие полупроводники и оксиды имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Зависимость между величиной сопротивления и температурой для таких термосопротивлений часто является сильно нелинейной. В данной работе в качестве термометра с отрицательным ТКС применен германиевый (Ge) термометр сопротивления. Его внешний вид показан на рис.3. Рис.3. Полупроводниковый германиевый термистор Полупроводниковые термосопротивления (композиционный углерод, легированный германий и др.) широко применяются для измерения низких температур (0,1-100 К) благодаря их высокой чувствительности. Они представляют собой полупроводниковые пластинки (плёнки) различных габаритов и формы с приваренными металлическими выводами, помещаемые часто в защитную оболочку. В диапазоне температур 4,2-13,8 К применяют как особо точные германиевые термосопротивления. При температурах выше 100 К применение полупроводниковых термосопротивлений ограничено из-за их нестабильности и разброса индивидуальных характеристик. Удельная электрическая проводимость собственного полупроводника определяется классическим соотношением: , где n₀, p₀ – равновесная концентрация электронов и дырок, μ_n, μ_p – подвижность. Для легированных полупроводников концентрация основных носителей всегда существенно больше, чем концентрация неосновных носителей, поэтому проводимость таких полупроводников будет определяться только компонентой проводимости основных носителей. Подвижность носителей при нагревании изменяется сравнительно слабо (по степенному закону, T^3/2), а концентрация очень сильно (экспоненциально). Для собственного полупроводника концентрация носителей заряда определяется следующей зависимостью: Так как проводимость полупроводника напрямую зависит от числа свободных носителей заряда, температурная зависимость удельной проводимости полупроводника подобна температурной зависимости концентрации основных носителей. Таким образом, сопротивление полупроводника будет зависеть от температуры по следующему закону: , где N_о – коэффициент, зависящий от типа и геометрических размеров полупроводника; ^ Э – энергия активации примесей (для примесных полупроводников) или ширина запрещенной зоны (для собственных полупроводников), k – постоянная Больцмана. постоянная В=Э/k носит название коэффициента температурной чувствительности и приводится в паспортных данных на терморезистор. экспериментально коэффициент температурной чувствительности определяют по формуле: где Т₁ и Т₂ – исходная и конечная температуры рабочего температурного диапазона, R₁ и R₂ – сопротивления терморезистора при температуре соответственно Т₁ и Т₂.  Выпускаются также полупроводниковые терморезисторы, называемые позисторами, которые имеют в сравнительно узком интервале температур положительный температурный коэффициент сопротивления. При нагревании величина сопротивления полупроводниковых терморезисторов убывает, а позисторов - возрастает в сотни и тысячи раз.