Полупроводниковые терморезисторы

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Наряду с металлическими терморезисторами в технике широко применяются полупроводниковые терморезисторы, называемые термисторами. Действие их основано на том свойстве полупроводниковых материалов, что количество носителей электрических зарядов в них зависит от температуры и значительно увеличивается с ее повышением. В результате этого электрическое сопротивление полупроводника с повышением температуры уменьшается. Термисторы изготавливают из спрессованных и спеченных смесей окислов некоторых металлов (марганца, меди, кобальта, железа и т. д.).

Термисторы отличаются от металлических терморезисторов меньшими размерами и значительно большими ТКС, достигающими значений порядка 2 — 8% на градус при

20 °С. Термисторы имеют отрицательный ТКС, который изменяется обратно пропорционально квадрату абсолютной температуры:

α = В/Т², (7.5)

где В — постоянная, имеющая размерность температуры и определяемая экспериментально для каждого типа термисторов.

Зависимость сопротивления от температуры достаточно точно описывается выражением:

, (7.6)

где А — постоянная, имеющая размерность сопротивления.

В том случае, когда для применяемого термистора постоянные А и В неизвестны, но известны сопротивления R₁ и R₂ при температурах Т₁ и Т₂, для вычисления сопротивления R_t и коэффициента В при любой другой температуре Т можно воспользоваться формулами:

(7.7)

Для некоторых типов термисторов В может принимать два разных значения при работе термистора в различных диапазонах температур.

Конструктивное оформление термисторов может быть самым разнообразным

(рисунок 7.2 а). Термисторы КМТ-1, КМТ-4, ММТ-1 и ММТ-4 и др. представляют собой стержни из оксидных полупроводниковых материалов (медно-марганцевые для ММТ и кобальто-марганцевые для КМТ), покрытые эмалью и имеющие контактные колпачки и выводы. Термисторы ММТ-4 и КМТ-4 дополнительно заключены в металлический тонкостенный корпус и герметизированы. Некоторые термисторы (ММТ-9, ММТ-12, КМТ-17, СТЗ-17 и др.) выполнены в виде шайб диаметром от 5 до 19 мм. Малоинерционные термисторы (СТЗ-19, СТЗ-18, СТЗ-25) изготавливаются в виде бусинок диаметром 0,3—0,5 мм, вплавленных в стекло и снабженных проволочными выводами из металла с низкой теплопроводностью.

Важнейшими характеристиками термисторов являются: зависимость сопротивления от температуры; инерционность; вольт-амперная характеристика.

Типичный характер зависимости электрического сопротивления термистора от температуры показан на рисунке 7.2 б.

а) б)

Рисунок 7.2 – Термистор (а); зависимость электрического сопротивления термистора от температуры (б)

Некоторые типы термисторов (СТ1-21, СТЗ-21) имеют специальную подогревную обмотку, электрически не связанную с термистором и служащую только для его подогрева. Такие приборы называются термисторами косвенного подогрева. При этом собственно термистор, включенный в одну электрическую цепь, может изменять свое сопротивление, а следовательно, и ток в этой цепи в зависимости от силы тока в другой цепи, в которую включен подогреватель. Регулируя степень подогрева, удается существенно изменять вид вольт-амперной характеристики термистора.

Термисторы широко применяются в устройствах для измерения и регулирования температуры. В этой области они имеют ряд серьезных преимуществ в сравнении с другими преобразователями температуры: небольшую инерционность, высокую чувствительность, малые размеры, высокую механическую прочность при работе в условиях вибраций и больших ускорений. По сравнению с металлическими терморезисторами термисторы имеют значительно более широкий диапазон номинального электрического сопротивления (от 1 до 10 МОм).

Термисторы СТ7-1 могут применяться для измерения температуры в пределах от —100 до —196°С, а типа СТ12-1 — от +600 до +1000°С. Погрешность измерения мала и имеет порядок 0,01 К и менее.

Область применения термисторов чрезвычайно широка. Помимо использования в качестве первичных измерительных преобразователей при измерениях температур, их применяют для измерения скорости потока газов и жидкостей в расходомерах, разрежения в вакууме, относительной влажности и др. При этом используется эффект изменения условий теплоотдачи. Термисторы с релейными характеристиками (ЭКМТ-10 и К.МТ-11) применяются в устройствах теплового контроля. Термисторы служат не только для измерения, но и для автоматического изменения упомянутых выше характеристик среды, для чего показывающее или регистрирующее устройство заменяют соответствующим исполнительным органом. Термисторы широко применяются также в устройствах температурной компенсации и температурной стабилизации прибора.

Главным недостатком термисторов является значительный .разброс параметров приборов даже в пределах одной и той же партии. Номинальное сопротивление приборов может для большинства типов термисторов иметь разброс до ±20% и лишь для некоторых типов укладывается в допуск ±10%. Температурные коэффициенты сопротивления разных термисторов одного и того же типа могут также значительно отличаться, что не обеспечивает их взаимозаменяемости в термометрах, и каждый прибор требует индивидуальной градуировки.

Позисторы

Наряду с термисторами, имеющими отрицательный ТКС, в последнее время применяются новые полупроводниковые элементы, имеющие большой положительный ТКС в определенном интервале температур. Эти элементы называют позисторами. Позисторы изготавливаются на основе титаната бария с легирующими добавками. Имеются позисторы с температурным коэффициентом сопротивления, достигающим 50% на 1°С, т. е. в сравнительно узком интервале температур сопротивление позистора может

увеличиваться на несколько порядков. Типичная кривая зависимости сопротивления позистора от температуры представлена на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3 – Зависимость сопротивления позистора от температуры

Из этой кривой видно, что при относительно низких температурах ТКС позистора отрицателен, затем меняется на положительный. Сопротивление позистора зависит не только от температуры, но и от напряжения, приложенного к нему, причем увеличение напряжения снижает сопротивление.

Позисторы пока еще не имеют широкого применения в приборах контроля температуры, но на их основе возможна разработка достаточно простых и надежных систем регулирования температурной и пожарной сигнализации, тепловой защиты и т. п. Кроме того, в электрических и электронных приборах позисторы могут быть основой для устройств тепловой стабилизации отдельных узлов или элементов, причем они могут одновременно выполнять функции миниатюрного нагревательного элемента и автоматического регулятора температуры.

Лабораторная установка состоит из нагревателя 1, в котором смонтированы ртутный стеклянный термометр 6, терморезисторы металлический (7) и полупроводниковый (8), вольтметра В7-27А/1 9.

Задание по работе

1. Изучить принцип действия, устройство, основные характеристики и основные положения поверки и градуировки металлических и полупроводниковых терморезисторов.

2. Снять градуировочные характеристики для металлических и полупроводниковых терморезисторов.

Порядок выполнения работы

1. Включить установку и вольтметр в сеть 220 В, 50 Гц.

2. Переключить тумблер 8 в верхнее положение. Установить переключатель вольтметра 10 в положение 100 кОм. Измерить сопротивление полупроводникового терморезистора.

3. Переключить тумблер 8 в верхнее положение. Установить переключатель вольтметра 10 в положение 100 Ом. Измерить сопротивление металлического терморезистора.

4. По ртутному стеклянному термометру определить температуру нагревательного элемента.

5. Включить тумблер 2. При этом должна загореться лампочка 3.

6. Через 5°С по ртутному термометру с 25°С до 100°С определить сопротивление металлического и полупроводникового терморезисторов.

7. Построить градуировочные характеристики для обоих терморезисторов в координатах t—R. Для термистора, помимо градуировочной характеристики, вычислить по двум каким-либо точкам константы А и В (см. формулу 8.1) и построить дополнительно градуировочную характеристику по этой формуле.

8. Вычислить чувствительность прибора по интервалам температур и построить график , t=5°С.

9. По окончании работы прибор обесточить.

Содержание отчета

1. Задание по работе.

2. Структурная схема установки для снятия характеристик.

3. Метрологические характеристики приборов, входящих в установку для снятия характеристик.

4. Результаты исследований в виде таблиц и графиков.

Контрольные вопросы

1. Физические принципы, на которых основано использование терморезисторов.

2. Основные требования к материалам, предъявляемые к термометрическому телу металлических терморезисторов.

3. Стандартные градуировки термосопротивлений.

4. Основные достоинства и недостатки металлических и полупроводниковых терморезисторов, область их применения.

5. Краткая методика поверки и градуировки терморезисторов.

Литература

1. Боднер В.А., Алферов А.В. Измерительные приборы: Учебник для вузов: в 2-х т.; т.1: Теория измерительных приборов. Измерительные преобразователи. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 392 с., ил.

2. Фарзане, Н.Г. Технологические измерения и приборы: Учеб. для студ. вузов для спец. «Автоматизация технологических процессов и производств» / Н.Г. Фарзане, Л.В. Илясов, А.Ю. Азимзаде – М.: Высшая школа, 1989. – 456 с., ил.

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1391; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!