Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Шефтель И.Т. Терморезисторы. Электропроводность 3[[i]]d[[ i]]-окислов. Параметры, характеристики и области применения

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

17.29 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 3839 / 4239 40 41 42 > Следующая >>>

§ Ю.4] ТЕРМПРЕЗИСТОРЫ ДЛЯ ТЕРМОСТАТОВ 383

леской решетки есть следствие возмущения электронной системы [488, 491, 492]. Обсуждение этого вопроса долж но быть предметом специального рассмотрения.

Электрические свойства монокристаллов полутораокиси ванадия и ряда поликристаллических твердых растворов в

системах	V 3	0 3 — M e 2 0 3 ( M e = T i ,	A l , Сг) изучались	В. И.
Новиковым,		Б. А. Таллерчиком	и др. [493, 494].	Эти,
а также	другие исследования		кристаллической	струк

туры и электропроводности окислов ванадия позволили разработать несколько промышленных типов терморе зисторов с отрицательным ТКС и температурной зависи мостью сопротивления, имеющей релейный характер [411,

Фб

CTS-15; CT9-1S

Рис. 160. Конструктивное оформление терморезисторов типа СТ8-1Б, СТ9-1Б и СТ9-1А [438, 442].

495, 496]. Иногда такие TP называют			терморезисторами
с критической температурой.
Терморезисторы иа	основе	V 2 0 3 ,	которым присвоены
типовые обозначения	СТ8-1А	и СТ8-1Б,		разработаны
В. PL Новиковым и Б. А. Таллерчиком,				а на основе
V 0 2 (СТ9-1А и СТ9-1Б)	- В. Н. Новиковым и Л. М. Аху-

тиной. Терморезисторы СТ8-1А изготовлены в виде штабиков квадратного сечения н по конструктивному оформ лению подобны позисторам СТ10-1 (рис. 138). Терморезис торы СТ9-1А защищены электроизоляционным компаун дом (рис. 160). Терморезпсторы СТ8-1Б и СТ9-1Б герме тизированы в стеклянном корпусе (рис. 160), в котором они залиты специальным компаундом. Вследствие этого


384	ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ		T E P M 0 P E 3 U C T O P 0 B	[ГЛ. X
эти TP могут работать в условиях тропической влажности
воздуха	(относительная	влажность 98%, + 4 0 °С). Интер
вал рабочих температур для			GT8 составляет	—196 -~
- г - + 7 0 °С и для СТ9		60 --г- + 100 °С.
При	температурах	ниже —140 °С для GT8		и ниже

+ 5 5 °С для СТ9 сопротивление TP уменьшается при уве личении температуры (рис. 161 и 162). В интервале тем

ператур

от

+ 7 0

до

—110

120 °С для СТ8 и при тем

пературах

выше

+ 8 5

°С

для СТ9 TP имеют неболь

шой

(до

0,5%/

°С)

поло

жительный

ТКС.

Охлаждение

типа

СТ8 ниже - 1 1 0 ч - —

120°С

приводит

резкому

уве

личению

сопротивления

на 3—6

порядков

вели

чин.

Температурная

за

висимость

сопротивления

т°с

СТ8

характеризуется

на-

и ю* '

л и ч и

е м

гистерезиса поряд-

Т'К'г

ка 10—13°С. Номинальная

Рис. 161. Типовая температур-

величина

сопротивления

пая зависимость

сопротивления

этих

IJr

при

T P СТ8.

не

превышает

0,5

ом,

а при

—196 °С — не

ме

нее 1000 ом. Максимально допустимые мощности рассеяния для T P , находящихся в спокойном воздухе при —196 °С, составляют 0,6—1,1 em. для СТ8-1А и 0,7 — 1 впг для СТ8-1Б. Коэффициент рассеяния соответственно равен 2—4 мвтп/°С и 2,5—3,5 мвтпГС Тепловая постоян ная времени в воздухе равна 15—30 и 60—80 сек.

Для TP типа СТ9 сопротивление уменьшается более чем на 2 порядка в интервале от 55 до 70 °К. Гистерезис


в	температурной			зависимости		сопротивления		(рис.	162)
в	области	скачка		сопротивления равен			примерно		3 °С.
Номинальная			величина		сопротивления		TP	при	25 °С
находится		в	пределах		от 150	до 450 ом. Максимально
допустимые мощности рассеяния						для СТ9-1А составляют
0,35—0,8		впъ и для		СТ9-1Б — 0,2—0,4 втп, если образцы
находятся		в спокойном воздухе				при 25 °С. В этих же ус

ловиях коэффициенты рассеяния соответственно равны 5 ^

§ 10.4]

ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ ДЛЯ ТЕРМОСТАТОВ

385

10 мвтпГС и 3—5 мвтп/°С, а постоянные времени не пре вышают НО сек для СТ9—1А и 120 сек для СТ9-1Б.

Оксидно-ванадиевые TP могут быть использованы в качестве датчиков температуры, нагревателей саморегу лирующихся термостатов (§ 9.3.3), рассчитанных на температуры около —110 и + 6 6 °С, и бесконтактных реле. Применение TP для стабилизации температуры основано

10"

R,OM
103
/О2
10
I
0,1
-60-50 -25	0	25	50	75 Г,С
Рис. 162. Типовая	температурная			зависимость
сопротивления			T P СТ9.

на релейном характере температурной зависимости соп ротивления. Через образец пропускается ток такой вели чины, чтобы мощность рассеяния, соответствующая наг реву TP до температуры перехода, достигалась при зна чении сопротивления, находящемся в средней области скачка. Тогда температура TP будет оставаться практи чески постоянной, так как ее изменения будут автомати чески компенсироваться резким изменением сопротивле ния образца и рассеиваемой на нем мощности. Темпера тура окружающей среды, естественно, должна быть ниже температуры перехода.

Следует отметить, что ванадиевые TP выгодно отли чаются от позисторов значительно большей температур ной чувствительностью и отсутствием в них варисторного эффекта. Существенным недостатком этих TP является наличие гистерезиса в температурной зависимости соп ротивления. До настоящего времени не удалось также разработать способы существенного (на десятки °С) сме щения области скачка на температурной шкале.

13 И. Т. Шефтель

386

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ

[ГЛ, X

§ 10.5. Пусковые терморезисторы

Мощные терморезисторы, предназначенные для исполь зования в качестве автоматических пусковых реостатов различных мощных электрических устройств, были раз работаны в Ростовском институте инженеров железно дорожного транспорта [416]. Эти T P (рис. 142) имеют вид прямоугольного параллелепипеда, пронизанного цилин дрическими каналами (сотовая конструкция) для увели чения коэффициента рассеяния и уменьшения постоянной времени.

В качестве	исходного	материала используются смеси
окислов меди и	марганца.
Контактный	узел T P	допускает гибкий монтаж и

последовательно-паралельное соединение образцов. Край ние ряды отверстий TP серебрятся и затем в них плотно вставляются медные посеребренные жгутики, применяе мые в качестве токоподводов к щеткам электродвига телей.

На жгутики и в отверстия перед установкой предварите льно наносится слой серебряной пасты. Серебро после его восстановления обжигом образцов при ~ 700 °С и про пускания через них тока в 10—15 а плотно скрепляет контакты с телом ТР.

Холодное сопротивление (при 20 °С) TP может на ходиться в пределах от 20 до 100 ом. Величина постоян ной В составляет 2300—3200 °К. Максимально допусти мая сила тока при естественном воздушном охлаждении равна 10 а. Максимально допустимая температура (кратко временно) — 700 °К. Время охлаждения от этой темпе ратуры до комнатной при естественном воздушном ох

лаждении составляет		90	сек и	при принудительном	воз
душном	охлаждении	(скорость		воздуха 20 м/сек) — 10—
15 сек. Вес T P — 12,5 г.			Терморезисторы РИИЖТа пред
ставляют	значительной		интерес для использования		их

всиловых цепях. Соединяя их в группы последовательно

ипараллельно" (при подборе характеристик), можно ком плектовать пусковые реостаты на различные токи немощ

ности.	Можно	только пожелать, чтобы возможно
быстрее	было	организовано серийное производство
таких	ТР.

5 10.6]	ИЗМЕРИТЕЛИ МОЩНОСТИ	387
	§ 10.6. Измерители мощности
Первыми	отечественными типами T P , предназначен
ными для измерения мощности в диапазоне СВЧ		(табл.

24 и рис. 143), являются терморезисторы серий Т-8 и Т-9. [430, 435]. Полупроводниковый элемент этих T P представ ляет собой крошечную бусинку, размеры которой сравнимы с размерами точки, поставленной на бумаге остро отто ченным карандашом. Бусинка снабжена проволочными платиновыми электродами, приваренными к более мас сивным электрическим выводам. Для защиты от внешних воздействий бусинка герметизирована в миниатюрной стеклянной ампуле. Такие TP рассчитаны на использова ние их в радиотехнической индикаторной или измеритель ной аппаратуре для измерения мощности от долей микро ватта до нескольких милливатт.

Недостатки измерительных бусинковых СВЧ-термо- резисторов были детально проанализированы М. В. Аб росимовым [497]. Для обеспечения возможно более пол ного поглощения мощности СВЧ бусинковые T P исполь зуются в настраиваемых терморезисториых головках, позволяющих скомпенсировать полную реактивность T P на каждой конкретной частоте. Такие головки громоздки, сложны и неудобны в работе. Кроме того, мощность бес полезно теряется в тонких платиновых выводах T P , что особенно существенно в миллиметровом диапазоне длин волн.

СВЧ-терморезистор в первую очередь должен иметь возможно меньшую шунтирующую мощность. Это дости гается применением нитеобразных (цилиндрических) полу проводниковых элементов с соответствующим увеличением расстояния между концами платиновых выводов. Соот

ветствующие		TP	получили типовые обозначения ТШ-1
и ТШ-2	. Если у		бусинковых	T P	шунтирующая	емкость
порядка	0,2	пф, то у новых		T P она в 5—10 раз		меньше
[497]. В TP ТШ-2 полупроводниковый элемент гермети
зирован	в	стеклянном баллоне,			а в ТШ-1	вынесен
из него.

Эти TP позволили сконструировать ненастраивамые и относительно широкодиапазонные терморезисторные го ловки с малыми потерями измеряемой мощности. По дан ным работы [497] TP без стеклянного баллона обладают

13*

388

Тип

T P

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ						[ГЛ. X
Номинальное сопротивле ние, 20(при		Основные		параметры терморезнсторов —
	^?
°С)					Диапазон
	С: '	Постоян		ТКС		Основная
ком	8 2				рабочих
	о к	ная В, " К	- а т , %/°С,		температур,	рабочая
	в о			при 20 °С		точка, 0*1
	<1 g				°С

Т8Д		3,0			—1500		- 1 , 7		до	140	140—160
Т8Е		3,0			—1500					t 1	140—160
Т8М		5,5									180—220
Т8Р		0,35					- 0 , 8				115—135
Т8С1										» »	110—130
Т8С2										» 1	140—160
Т8СЗ										> )	140—160
Т8С1М										> J	1 1 0 - 1 3 0
Т8С2М										i t	140—160
Т8СЗМ										> t	140—160
Т9		2,8								»»	1 1 5 - 1 3 5
ТШ-1		2500			—1400		- 1 , 6			i >	150
ТШ-2		1700			- 1 8 5 0		2 2				150
СТЗ-29		2,2		20	2700—3300 3,15—3,85				— 40 - ^+85		240
СТЗ-32		2,2		20	2700 - 3300 3,15—3,85				- 4 0 - S - + 7 0		200
•) Под ъгощностью рассеяния T P в рабочей точкe									понимается		мощность,
греве обраа ца токем				до величины		ctлротивленигl,			соответств1рющей его
«) Под 'гувствит ельносяJK> T P в						ра(5очей точке			при	темпергiType окру-
ни я	T P при измене		Н И И M O I				яния ва 1 м	!ttl.
ни я	T P при измене			цности рассе				!ttl.
•) т -		время в с гкундах			, в течение i		оторого изм<гнение			темпег	атуры ТР.
3%	от устансвивп-егеся зг				ачения.

рядом преимуществ при использовании их в измеритель ных приборах СВЧ: баллон ограничивает возможность создания оптимальной конфигурации внутренней полости головки, ограничивает возможность помещения бусинки в оптимальном положении, увеличивает потери и шунти рующую емкость и др.


Следует	отметить, что технология изготовления					T P
серий Т8, Т9 и ТШ			обладает	теми же недостатками,		что
и технологический			процесс	терморезисторов серии		ТП
(§ 10.3). Хотя состав материалов, применяемых для						из
готовления	этих T P , в последующем				был несколько	из
менен, общий		технологический принцип — регулирова
ние величины		электропроводности			полупроводника	за

§ 10.6]		ИЗМЕРИТЕЛИ			МОЩНОСТИ			389
							Т а б л и ц а 24
измерителей	мощности СВЧ
Мощность	Чувствит.	S к	а я 2	Размеры баллона
рассеяния	в рабочей		а я 2
в основной	точке 3 ) ,		к в 4
рабочей	ом/мат	s ь~а ё	О ю о	длина, мм		диаметр,		О я
точке О,	ом/мат	s ь~а ё		длина, мм		диаметр,		О я
мат			в ЯЗ.		+1 мм	мм	Si 5	р. а,
мат		М QJ К	в ЯЗ.		+1 мм	+0,5 мм	Si 5	О Я
10—15	20—30		1,0			3	500
7—10	3 0 - 7 0					3
9—11	66—90					3
7— 12	10—19					3
9,5—24	1 0 - 4 0					3
8— 19	1 2 - 2 5					3
7— 23	10—50					3
9,5—24	1 0 - 4 0				макс,	3
8— 19	12—25			макс,		3
7—23	10—50			макс.		3
7—19	1 0 - 4 0				6	2
9— 12			0,8
13,5—17,5,			1,3		6.5	3,0
1 9 - 3 1	10—16		0,73)				5000	11
12,4 -- 18,6	20—30	-0,14'	0,78 )				5000

рассеиваемая T P ,		находящимся в	спокойном воэдухе при 20 "С и разо-
основной рабочей точке.
жающего	воздуха	+20 °С понимается величина изменения сопротивле-
вызванное	мгновенным изменением		рассеиваемой им мощности, достигает

счет изменения его стехиометрического состава			— остался
прежним со всеми вытекающими отсюда			последст
виями.
Современными высококачественными		СВЧ измеритель
ными T P являются терморезисторы	типа	СТЗ-29 и СТЗ-32
(табл. 24), разработанные В. Н.	Новиковым.		Терморе

зисторы СТЗ-29 снабжены тонким стеклянным защитным чехлом, предохраняющим их от повреждения до поста новки в терморезисторную головку. Полупроводниковый элемент этих TP изготовлен в виде миниатюрного стерж ня. Срок службы СТЗ-29 в 10 раз превышает срок службы T P серий Т8, Т9 и ТШ.

Бусинковые трехэлектродные TP типа СТЗ-32 пред назначены для измерения мощности СВЧ в коаксиаль-

390

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ

[ГЛ. X

ных трактах. Наличие трех выводов позволяет избавиться от развязывающего дросселя в коаксиальной головке, ограничивающего диапазон измеряемых частот, и упро щает конструкцию всего устройства.

§ 10.7. Терморезисторы с косвенным подогревом

Ранние типы отечественных терморезисторов с кос венным подогревом [421, 430, 435] выполнены в виде ламп с нормальным октальным цоколем (рис. 154). Параметры

этих T P ,	которым	присвоены	типовые	обозначения
ТКП-20,	ТКП-50 и	ТКП-300,	приведены	в табл. 25.

Буквы ТКП — краткое наименование изделия (TP кос венного подогрева), а цифры указывают величину соп ротивления полупроводникового элемента в омах при но минальной мощности, рассеиваемой в подогревной об мотке. Большие габариты и неудовлетворительные дина мические характеристики этих TP ограничивают возмож ности их применения. Кроме того, для технологического процесса изготовления T P серии ТКП характерны те же недостатки, что и для TP серий ТП, Т8 и Т9.

В последние годы Р. И. Виленкиной, В. Н. Новико вым и Л. М. Ахутиной была разработана серия новых высококачественных TP с косвенным подогревом: СТ1-21, 27, 30 и СТЗ-21, 27, 31 (табл. 25 и рис. 154). Характерис тики некоторых типов этих изделий детально рассматри ваются в работах [422, 426]. Термочувствительные эле менты новых терморезисторов выполнены в виде бусинки, на которой с помощью изолирующего материала закреп лен миниатюрный спиральный нихромовый подогрева тель. Все устройство в T P типа СТ1-21, СТЗ-21, СТ1-27 и СТЗ-27 герметизировано в миниатюрных стеклянных баллонах от ламп серии «дробь». В баллонах СТ1-21 и СТЗ-21 создается вакуум не хуже Ю - 4 мм рт. ст. Бал лоны СТ1-27 и СТЗ-27 наполнены инертным газом при давлении около 10 мм рт. ст.

Особой миниатюрностью отличаются TP типа СТЗ-31, в которых полупроводниковый элемент и подогреватель герметизированы в металлостеклянном корпусе, напол

ненном	инертным газом. Конструктивное	оформление
TP типа	СТ1-30, разработанных специально	для измере-

§ 10.7]		ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ С КОСВЕННЫМ ПОДОГРЕВОМ				391
ния	скоростей потоков		газов и	жидкостей,	обсуждалось
в §	9.4.
Для иллюстрации зависимости сопротивления TP от
мощности, рассеиваемой			в полупроводниковом элементе
и в подогревателе, на рис. 163				в качестве примера		при
ведены типичные вольт-амперные характеристики TP типа
СТ1-21		при различных	токах	подогрева.	Наибольший

1,т

Рис. 163. Вольт-амперные характеристики T P СТ1-21 с сопротивлением полупроводникового элемента 33 ком при температуре окружающей среды (спокойный воздух) 25 °С 1422].

диапазон изменения сопротивления TP при изменении то ка подогрева от нуля до максимального значения (25 ма), естественно, достигается при малых токах через полу

проводниковый элемент, практически не		вызывающих
его разогрева. Подогревные	характеристики	GT1-21 (т. е.
зависимости сопротивления	TP от тока подогрева при

мощностях рассеивания на полупроводниковом элементе, практически не вызывающих его разогрева) иллюстри руют влияние температуры окружающей среды на ве личины сопротивления TP (рис. 164).

Из табл. 25 следует, что величина динамического параметра (см. § 9.4) TP СТ1-21, СТЗ-21 и СТЗ-27 не менее 100.

392

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ

ГГЛ. X

Основные параметры терморе;шсторов

Тип TP

ТКП-20

сопротивление,	(при20 или
сопротивление,	°С)25
Номинальное	ком

> 0 , 5

Я «	Постоянная	ТКС
О U	В, °К
В Ч		(при 20° С)
5 »		(при 20° С)
5 »
щ
-Н 5
—	- 1 8 5 0	- 2 , 2

макси
TP,	токе
Минимальное сопротивл. ом (при мальном подогрева)

< 2 0

Диапазон

рабочих

темпера тур, °С

—

ТКП-50	> 2 , 5		—	- 2 4 0 0	- 2 , 8	< 5 0	—
ТКП-300	> 7 , 5		—	—	—	<350	—
СТ1-21	6,8			2800 - 4200	3 , 2 5 - 4 , 9	40
	10;	15		2880—4320	3,35—5,05	50; 60
	33;		20	2960 - 4440 3,45—5,15		150	_60-=-+85
	68;			3120—4680	3 , 6 5 - 5 , 4 5	220
	100;	150		3280—4920	3 , 8 - 5 , 7 5	300; 400
СТЗ-21	0,68			2480—3720	2 , 9 - 4 , 3 5	7
	1,0		20	2560—3840	3 , 0 - 4 , 4 5	10	— 6 0 - ь + 8 5
	1,5			2640—3960	3 , 1 - 4 , 6	15
СТ1-27	33		20	3690—4510	4 , 3 - 5 , 2 5	150	- 6 0 - Н + 8 5
СТЗ-27	2,2		20	2560 - 3840	3 , 0 - 4 , 4 5	30	—бО-н+50
СТ1-30	33		20	3600—4400	4 , 2 - 5 , 1	200	—60-f-+85
СТЗ-31	0,68		20	2700—3300	3 , 1 5 - 3 , 8 5	20	—60ч-+-85

' ) i n — постоянная	времени при нагреве полупроводникового	эле-
г)тк~-постоянная	времени при косвенном нагреве полупроводникового
') К=РП/РК, где Р п — мощность, необходимая для разогрева		полупро-

косвевяом нагреве, причем TP находится в спокойном воздухе при -4-25 °С. 4 ) Определена как время, в течение которого сопротивление ГРс равное гревной обмотки (fii5 — сопротивление полупроводникового элемента при ») Определена как время, в течение которого сопротивление TP изменяет-

чении тока подогрева.

§ 10.7]	ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ С КОСВЕННЫМ ПОДОГРЕВОМ	393
	Т а б л и ц а	25
с косвенным подогревом [421, 422, 426 , 430, 435]

Характерис		« о
тики подо		« о
гревателя		л d
ление, ом <		Я к я
ление, ом <		Максимал! ток догрева,
		цеш
	я	м
номинал,	о
сопротив	«в	в

-Наг

Номинальная мощность рас сеян. TP, мат

Коэффициент тепловой связи К (не менее)

Постоян	Динами
Постоян	ческий
ная вре	параметр
мени, сек	М

>•

ю слуяСрокменее)(не

еиия га га о.

I Ё

> 2 0	—	40	—	0,94	V	)	=	19	—		3000	—
					V )		=	45
3 0 - 6 0	—	35	—	0,97	V	)	=	2 2	—		3000	—
					V	)	=	79
- 3 0	—	20	—	0,50	V	)	=	5	—		3000	—
					V	)	=	17
100	10	25	60	0,8*) 1 5 - 4 0 4 )					200—400		5000	5
100	10	25	60	0,8») 1 5 - 4 0 * )					2 0 0 - 4 0 0		5000	5
100		27	70	0,8 3 )		4 - 6 5 )			200—400		5000	8
100	10	26	70	0,5 3 )		4 - 6 5 )			100		20000	5
100	10	120	—	—		6 — 12 е )			100		5000	5
100	10	2 3 , 9 -	90 макс.	0,83)		4 - 6 5 )			100		20000	8
		- 2 9 , 2
мента TP током.
элемента TP током, проходящим через подогревную обмотку,
водникового элемента TP до +50 °С при прямом нагреве и Рк										— тоже при
0,5.R„, увеличивается до 0,815 Д а после выключения тока в										цепи поцо-
25 °С).

ся на 63% от своего установившегося значения при включении и выклю-

394

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ

[ГЛ. X

У терморезисторов типа ТКП-20 этот параметр не превы шает 10 [422]. Таким образом, новые T P имеют значи тельно лучшие динамические характеристики и позволя-

ш7

R,OH

106

I05

10' юъ !0г w

О	S	10	15	20	25	30
Рис. 164.	Подогревные		характеристики				T P СТ-21 с
Я 2 5 = 3 3 ком.	при	различных		температурах			окружаю
щей среды (спокойный воздух						[422]).

гот, как указывается в работе [422], получить в системах регулирования с глубокой обратной связью на порядок большее усиление без автоколебаний.

<<< < Предыдущая 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 3839 / 4239 40 41 42 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ