3.2. Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления
Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления по сравнению с металлическими имеют значительно большие значения температурного коэффициента сопротивления, а также высокое удельное сопротивление.
Большим преимуществом термисторов является разнообразие форм и миниатюрность. Основные конструктивные типы: бусинковые (0,1-1 мм), дисковые (2,5-18 мм), цилиндрические (3-40 мм), пленочное покрытие (толщина 0,2-1 мм). Выпускаются бусинковые термисторы диаметром до 0,07 мм с выводами толщиной 0,01 мм.
Большинство термисторов – керамические полупроводники, изготовленные из гранулированных оксидов и нитридов металлов путем формирования сложной многофазной структуры с последующим спеканием на воздухе при 1100-1300 °С. Наиболее стабильными термисторами при температурах ниже 250 °С являются термисторы на основе смешанных оксидов магния и никеля или магния, никеля и кобальта, имеющие отрицательный ТКС.
Недостатком полупроводниковых термопреобразователей разброс параметров и пониженная долговременная стабильность характеристик. Дисковые термисторы могут быть взаимозаменяемыми, т.е. все датчики определенного типа будут иметь одну и ту же характеристику в пределах установленного производителем допуска. Лучший возможный допуск, как правило, ±0,05 °С в диапазоне от 0 до 70 °С. Бусинковые термисторы не взаимозаменяемы и требуют индивидуальной градуировки.
Диапазон применения полупроводниковых термопреобразователей составляет от – 100 °С до 300 °С.
Различают полупроводниковые терморезисторы с отрицательной величиной ТКС (термисторы) и полупроводниковые термопреобразователи сопротивления с положительной величиной ТКС (позисторы). В зарубежной практике термисторы имеют обозначение NTC, а позисторы – PTC. Зависимость сопротивления термисторов от температуры нелинейная и выражается уравнением
|
где RT, R0 – сопротивление полупроводникового термопреобразователя при температуре Т и 293 К соответственно, В – постоянный коэффициент.
На практике более точные результаты дает аппроксимирующая зависимость
|
где Т температура в К; R – сопротивление в Ом; a,b,c – константы термистора, определенные при градуировке в трех температурных точках, отстоящих друг от друга не менее, чем на 10 °С.
Зависимость сопротивления от температуры у позисторов также нелинейная и характеризуется скачкообразным ростом сопротивления при достижении некоторой пороговой температуры. Эта особенность обусловила широкое применение позисторов в различного рода защитных термореле.
Нелинейную характеристику термистора можно линеаризовать за счет последовательного включения с ним резистора с определенным сопротивлением. Таким способом можно линеаризовать её в сравнительно узком температурном диапазоне измерения ( несколько десятков градусов). На основе таких датчиков некоторые зарубежные фирмы выпускают термопреобразователи для систем вентиляции и кондиционирования. Сопротивление этих термопреобразователей при нижней границе измеряемой температуры обычно равно 15 кОм, а при верхней – 10 кОм. Высокое сопротивление датчиков позволяет исключить влияние сопротивления проводов соединительной линии и упростить схему измерительного прибора.