Полупроводниковые термометры сопротивления

Полупроводниковые термометры сопротивления (ПТС) служат для измерения температуры от -100^оС до +300^оС. Для изготовления чувствительных элементов ПТС (термисторов) применяют окислы или их смеси, обладающие свойствами полупроводников. К ним относятся: окислы железа, кобальта, магния, марганца, меди, никеля, титана и др. На рис. 1.17 отмечен один из представителей ПТС. По сравнению с металлическими термометрами сопротивления ПТС обладают небольшой тепловой инерцией и имеют более высокую чувствительность. Температурный коэффициент ПТС имеет отрицательное значение и величину в 8…10 раз большую, чем температурный коэффициент сопротивления металлов.

1 – выводы; 2 – металлический чехол; 3 – эмалевая краска и фольга; 4 – чувствительный элемент; 5 – контактные колпачки

Рисунок 1.17 – Полупроводниковый термометр сопротивления типа ММТ-4

Погрешность измерения температуры с помощью ПТС обуславливается нестабильностью их сопротивления, нелинейной зависимостью сопротивления от температуры и погрешностью от перегрева измерительным током. Для ПТС требуется периодическая индивидуальная градуировка каждого чувствительного элемента, что осложняет их практическое использование. ПТС не применяются в системах технологического контроля, но могут использоваться в схемах компенсации температурной погрешности.

Сопротивление ПТС в интервале до 100^оС может быть выражено по формуле:

,

где - сопротивление ПТС при температуре Т, К;

A, B, b – постоянные коэффициенты, зависящие от материала и конструкции ПТС.

Зная сопротивление в трёх температурных точках (минимальной T₁, максимальной T₃ и средней между ними T₂), коэффициенты можно найти по формулам:

Равновесные мосты

Схемы равновесных мостов показаны на рис. 1.13 и 3.5. При равновесии моста разность потенциалов в диагонали CD равна нулю. В этом случае:

Равновесие моста достигается за счёт изменения сопротивления плеча .

Включение термометра по схеме 3.5,б позволяет уменьшить погрешности, связанные с неопределённостью сопротивления в контактах переменного резистора и сопротивления соединительных проводов ab и cd. В данном случае мост уравновешивается за счёт изменения соотношения сопротивлений смежных плеч. Сумма сопротивлений этих плеч остаётся постоянной. Порог чувствительности - это такое изменение сопротивления, которое вызывает минимальное, видимое глазом перемещение указателя.

R₁, R₂, R₃ – постоянные сопротивления; r₃ и r₄ - балансировочные сопротивления; R_t – сопротивление чувствительного элемента

Рисунок 1.13 – Принципиальная схема термометра сопротивления с уравновешенным мостом

Колебания питающего напряжения порядка ±20 % не сказывается на показаниях равновесного моста. С увеличением напряжения питания повышается чувствительность мостовой схемы.

Для измерения температуры в производственных условиях применяют электронные автоматические мосты (рис. 3.6), уравновешивающиеся реохордом, перемещаемым с помощью реверсивного двигателя РД.

При любом значении сопротивления термометра мост должен устанавливаться в положение равновесия после 2 – 3 отклонений. Для самопишущих приборов важна вариация записи, т.е. разброс точек записи при постоянном сопротивлении внешней цепи.