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, и 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 a при 20 °С.

В табл. 6.3 приведены характеристики некоторых термисторов.

Таблица 6.3

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 двумя неподвижными катушками, имеющими 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 являются корректирующими. Они выравнивают характеристики приемника.

Рис. 6.10. Схема неуравновешенного четырёхплечего моста постоянного тока