6.3.3. Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления
Перечень полупроводниковых материалов, в той или иной степени удовлетворяющих резистивной термометрии, в настоящее время чрезвычайно велик. Для всех полупроводников характерна высокая чувствительность сопротивления к температуре, на порядок и более превышающая чувствительность металлов. Промышленность серийно выпускает множество типов полупроводниковых термопреобразователей в различном конструктивном оформлении, называемых термисторами.
Термисторы
широко используются для измерения
температур в диапазоне (–100
+300) °С. Исходными материалами для
изготовления термисторов служат смеси
оксидов никеля, марганца, меди, кобальта,
которые смешивают со специальным
веществом в нужном соотношении;
прессованием им придают необходимую
форму, их спекают при температуре,
близкой к температуре плавления
используемых оксидов.
Так, например, термисторы типа КМТ, СТ1, ПТ изготавливают на основе кобальто-марганцевых, ММТ и СТ2 – на основе медно-марганцевых, СТ3 и МКМТ – медно-кобальто-марганцевых и СТ4 – никель-кобальто-марганцевых оксидных полупроводников.
Термисторы имеют большое номинальное сопротивление (от единиц до сотен кОм), большой ТКС и малую инерционность. К числу их недостатков следует отнести нелинейность температурной зависимости сопротивления, отсутствие взаимозаменяемости из-за большого разброса номинального сопротивления и ТКС, нестабильность статических характеристик (СХ).
Полупроводниковые терморезисторы (ПТР) имеют обратную зависимость R от θ: с увеличением температуры сопротивление падает по экспоненциальному закону (рис. 6.8):
(6.19)
где R0 – сопротивление термистора при Т=273, T=273° + θ – абсолютная температура; B – постоянная материала.
Вследствие существенной нелинейности статической характеристики, температурный коэффициент ПТР в большой степени зависит от температуры:
(6.20)
В справочных данных обычно приводятся значения R и при 20 С.
В табл. 6.3 приведены характеристики некоторых термисторов.
Таблица 6.3
|
Тип ПТР |
R20 при t=20 C, кОм |
20, 1/град |
В, К |
θmax, °С |
|
ММТ-1, ММТ-4, ММТ-5 |
1 – 200 |
–(2,4— 3,4)10-2 |
2060—2920 |
120° |
|
КМТ-1, КМТ-4 |
20 – 1000 |
–(4,5— 6,0)10-2 |
3880—5150 |
180° |
Пользуясь табличными данными, можно определить сопротивление R терморезистора при любой температуре по формуле
(6.21)
Характеристики полупроводниковых резисторов типа ММТ-1 и КМТ-1 приведены на рис. 6.9.
Рис. 6.9. Характеристики полупроводниковых термосопротивлений типов ММТ-1 и КМТ-1.
Сопротивление полупроводникового термопреобразователя измеряется неуравновешенным четырёхплечим мостом постоянного тока (рис.6.10). Индикатором состояния моста является магнитоэлектрический логометр с подвижным магнитом и двумя неподвижными катушками, имеющими активные сопротивления R8 и R9.При изменении температуры величина сопротивления R15 изменяется, происходит перераспределение токов в рамках логометра и отклонение его подвижной системы.
Сопротивления R5 и R6, включенные по последовательно-параллельной схеме, являются корректирующими. Они выравнивают характеристики приемника.
Рис.6.10. Схема неуравновешенного четырёхплечего моста постоянного тока