Полупроводниковые термометры сопротивления

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Наряду с металлическими проводниками в последнее время  для изготовления преобразователей электрических термометров начинают применять полупроводниковые термосопротивления - термисторы, представляющие собой  смесь окислов MnO2, CuO3, Fe2O3, NiO, VO2 и др., спрессованную и запеченную при  высокой температуре.

Термисторы отличаются от проводниковых металлов и сплавов  весьма высоким удельным электрическим  сопротивлением, а также тем, что  для них характерно уменьшение сопротивления  при нагревании, т.е. отрицательный  температурный коэффициент сопротивления. При этом сопротивление термистора меняется очень сильно. Температурные  коэффициенты сопротивления термисторов  могут быть в десятки, сотни и  тысячи раз больше (по абсолютной величине), чем у проводниковых металлов.

Температурная зависимость сопротивления большинства  применяемых полупроводниковых  материалов для не слишком широкого диапазона температур можно выразить формулой

                                ( 4 )

где, RT и RT0 - сопротивление  полупроводникового элемента при абсолютных температурах Т и Т0

В - постоянная, выражаемая в град. абсолютной шкалы, определяемая экспериментально

e - основание  натуральных логарифмов.

Как следует  из формулы ( 4 ) зависимость сопротивления  от температуры для термисторов  нелинейная, т.е. температурный коэффициент  сопротивления у них непостоянен.

Благодаря высокому удельному электрическому сопротивлению  оказывается возможным изготовить термосопротивления очень малых  размеров, обладающие высоким сопротивлением порядка десятков и сотен тысяч  Ом при комнатной температуре. При  таком высоком сопротивлении  чувствительного элемента практически  исключается погрешность измерения  температуры, связанная с изменением сопротивления соединительных проводов и других элементов электрической  схемы термометра.

Высокие температурные  коэффициенты сопротивления придают  полупроводниковым термометрам  весьма высокую чувствительность, что  делает их особенно пригодными для  измерения температур в сравнительно узких интервалах с высокой точностью. Небольшие размеры и малый  вес чувствительного элемента способствуют уменьшению инерционности (постоянная времени до 0,1с) и в сочетании  с высокой чувствительностью  позволяют производить такие  измерения, как измерение температуры  живых тканей, температуры миниатюрных  объектов и т.п.

Недостатками  полупроводниковых термометров  сопротивления являются пока еще  недостаточная стабильность их электрических  свойств во времени при высоких  температурах, а также большой  разброс по величине температурного коэффициента (порядка ±10%) даже в  пределах партии чувствительных элементов  с одинаковыми номинальными характеристиками.

В настоящее  время различные типы термисторов  успешно применяются для технических  и лабораторных измерений температуры  в диапазоне от-271 до +650°С.

На рис.3 приведены  градуировочные кривые термисторов  ММТ и КМТ и для сравнения - градуировочная кривая медного термометра сопротивления.

Наиболее распространенными  термисторами являются ММТ-1; ММТ-4; КМТ-1; КМТ-4. Буквы ММ и КМ обозначают материал, из которого изготовлено сопротивление, а цифры– разновидности конструктивного  оформления.

Рис.3

На рис.4а и  рис.4б соответственно представлено конструктивное оформление термисторов  ММТ-1 и КМТ-1 (негерметичное) и ММТ-4, КМТ-4 (герметичное).

В обоих вариантах  термосопротивлением является цилиндрический стержень диаметром около 1,8 мм и  длиной 12 мм из полупроводникового материала, на конце которого находятся металлические  наконечники с лепестками. При  герметичном исполнении термосопротивление (2) помещают внутрь металлического чехла (4). В термосопротивлении имеются  выводы от наконечников (5), которые  проходят в нижней части чехла, через  слой олова (6), а в верхней - через  отверстие в стеклянной пробке (1). Для улучшения условий теплоотдачи  от стенок чехла к телу термосопротивления последнее обернуто металлической  фольгой (3), поверхность которой  для электроизоляции покрыта  эмалевой краской. Для получения  малой постоянной времени отечественная  промышленность выпускает микротермосопротигления  КМТ-14 в виде бусинки диаметром  порядка 0,1 мм, помещенной на конец тонной стеклянной трубки.

Рис.4а и 4б