6.2. Объемные термочувствительные элементы

В промышленных ДТ используются стандартные ТЧЭ, чаще всего термисторы и терморезисторы проволочного, фольгового или дискретного типов. Из перечисленной группы терморезисторы выпускаются серийно.

Обширную группу полупроводниковых терморезисторов составляют композиционные терморезисторы (так называемые термисторы) [6, 10]. Термисторы имеют в своей основе порошкообразные сложные составы кобальто-марганцевых (КМТ, СТ1, ПТ), медно-марганцевых (ММТ, СТ2), медно-кобальто-марганцевых (МКМТ, СТЗ), никеле-кобальто-марганцевых (СТ4) оксидных полупроводников. Используются также составы на основе титаната бария, легированного по массе 0,1 % германия (СТ5) и др. С целью идентификации термисторов в партиях в их состав добавляются стабилизирующие вещества – окислы никеля, магния, углерода. При помощи пластичного связующего смеси формируются прессованием, а затем спрессованные заготовки спекаются с выводами и покрываются защитным покрытием.

На рис. 6.3 приведены конструкции стержневых, бусинковых, дисковых, пластинчатых и трубчатых терморезисторов.

Рисунок 6.3–Дискретные стандартные термочувствительные элементы

Температурная зависимость сопротивления терморезисторов описывается соотношением вида

R_Т = А ,

где А, В — постоянные коэффициенты (в узком температурном интервале).

Коэффициент температурной чувствительности = – В/Т² = –2,5 ...4 %/°С.

Воспроизводимость хорошо стабилизированных терморезисторов в диапазоне –50 ... 200 °С составляет в лучшем случае 0,2 °С. Высокая нелинейность затрудняет использование терморезисторов при измерениях. Их применение целесообразно в узких температурных интервалах, где проявляется их главное достоинство – высокая чувствительность при сравнительно небольшой нелинейности.

Позисторы – полупроводниковые терморезисторы с положительным ТКС. На основе легированной титанатной керамики выпускаются терморезисторы с аномально большим положительным ТКС. Такое большое значение ТКС обусловливается сочетанием сегнетоэлектрических свойств керамики и полупроводниковых свойств легирующих элементов. Чувствительные элементы позисторов имеют в своей основе сегнетоэлектрические керамики из титанатов, цирконатов и других солей свинца, бария, мышьяка и др. Их ТКС может превышать 10 %/°С.

В диапазоне измеряемой температуры температурная зависимость сопротивления позистора имеет вид: R=Ae .

У позисторов на характеристике (рис. 6.4) ясно видно резкое возрастание сопротивления (скачком на несколько порядков) при температурах 50…110 °С (из рис. 6.4 видно, что СТ5-1 имеют ТКС 20; СТ6-1А – ТКС 10; СТ6-1Б, СТ6-ЗБ – ТКС 15; СТ6-4Г – ТКС 4; СТ11-1Г – ТКС 9). Температура скачка определяется составом материала позистора. Присущий позисторам эффект резкого возрастания сопротивления используется для таких целей, как термостабилизация устройств и отдельных элементов, защита электрооборудования от перегрузок и пр.

а б

Рисунок 6.4–Зависимости сопротивления позисторных элементов от температуры: а – обобщенная термохарактеристика позисторного термодатчика; б – зависимость ТКС позисторов от температуры (1 – СТ5-1; 2 – СТ6-1А; 3 – СТ6-1Б; 4 – СТ6-3Б; 5 – СТ6-4Г; 6 – CT11-1Г)