4.3. Основные характеристики терморезисторов

Полупроводниковые терморезисторы (ТР) широко применяются в технике для измерения и контроля температур. На основе ТР разработаны простые и надежные системы дистанционного и централизованного измерения и регулирования температур, теплового контроля. В нашей стране имеется ряд промышленных образцов ТР, отличающихся высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками. В последние годы разработаны промышленные образцы ТР с положительным ТКС (например, типа СТ5–1,СТ6–1А, СТ6–1Б и т.д.) 3.

К ТР современных температурных датчиков предъявляют ряд специальных требований: миниатюрность, малая постоянная времени, высокая стабильность, линейность статической характеристики в широком диапазоне температур, взаимозаменяемость. Этим требованиям отвечают бусинковые терморезисторы типа СТ3–14, снабженные индивидуальными паспортами, в которых указывают фактические величины сопротивления образцов при 20 С. Эти ТР поставляют комплектами по 3 шт. в каждом, причем гарантируют, что различие в величинах сопротивлений (при 20 С) терморезисторов одного комплекта не превышает 4 % , а разброс для них по величине ТКС не выше 0,1 %/С.

В биологических температурных датчиках разработки ОКБ БИМК ЛЭТИ нашли широкое применение миниатюрные ТР типа МТ–54 [1].

4.3.1. Температурная зависимость сопротивления

Величина сопротивления ТР с отрицательным ТКС в рабочем диапазоне температур изменяется в зависимости от температуры по экспоненциальному закону

, (4.2)

где А, В – постоянные; Т – абсолютная температура, К.

Для практических расчетов величины сопротивления ТР при различных температурах окружающей среды можно пользоваться формулой

, (4.3)

где R_Т1 и R_Т2 – сопротивления ТР при температурах Т1 и Т2 соответственно.

Величину постоянной В определяют экспериментально измерением сопротивления R при температурах Т1 и Т2. При этом используют зависимость

, (4.4)

При измерениях R_Т1, R_Т2 терморезистор необходимо помещать в ультратермостат. Температуры Т₁ и Т₂ должны поддерживаться и измеряться с точностью не ниже 0.05 C .

Температурный коэффициент сопротивления ТР в рабочем диапазоне температур изменяется по зависимости

. (4.5)

4.3.2. Вольт-амперные характеристики

При использовании ТР в ряде случаев существенное значение имеют их статические вольт-амперные характеристики, определяющие зависимость тока, протекающего через чувствительный элемент, от величины приложенного к нему напряжения в условиях теплового равновесия между ТР и внешней средой.

Вид вольт-амперной характеристики ТР, помимо его конструкции и габаритных размеров, определяется величиной электрического сопротивления, параметрами полупроводникового материала, средой, которая окружает ТР, ее температурой, а также свойствами тепловой связи ТР с внешней средой.

4.3.3. Инерционность

Тепловая инерционность ТР в основном определяется скоростью восприятия им температуры окружающей среды. О степени тепловой инерционности судят по величине постоянной времени.

За величину постоянной времени бусинковых ТР принимают время, в течение которого температура ТР, предварительно нагретого электрическим током и находящегося в воздушной среде с температурой 20 C, уменьшится в е раз (2.718).

Инерционность ТР зависит от их конструкции и размеров, а также определяется теплопроводностью окружающей среды.

4.3.4. Стабильность и срок службы

Промышленные образцы современных терморезисторов достаточно стабильны, если при эксплуатации их температура не превышает максимально допустимой величины. Характеристики изменения сопротивления некоторых промышленных ТР в результате их длительного пребывания при максимальной рабочей температуре даны на графиках (рис. 4.2). Изменения этой величины при длительном хранении ТР в нормальных условиях представлены на рис. 4.3.

Максимальный срок службы ТР, гарантируемый техническими условиями, обычно составляет не менее 5000 ч. Длительное хранение ТР или их эксплуатация при температурах, не превышающих предельно допустимых значений, улучшает стабильность полупроводникового элемента.

Ограничение срока службы техническими условиями обычно связано с возможным появлением дефектов в металлической арматуре или в защитном покрытии. При аккуратном и бережном обращении с ТР и эксплуатации их в нормальных условиях они могут работать значительно дольше, чем указано в технических условиях.

Рис. 4.2. Изменение сопротивления в результате прогрева терморезисторов при максимальной рабочей температуре:

1 – КМТ–4; 2 – КМТ–17; 3 – ММТ–1; 4 – ММТ–4; 5 – ММТ–6

Рис. 4.3. Изменение сопротивления при хранении терморезисторов

в нормальных условиях:

1 – КМТ–8; 2 – КМТ–4; 3 – ММТ–8; 4 – КМТ–1; 5 – ММТ–6