3.2.4. Позисторы

Свойства позисторов оцениваются характеристиками и параметрами, аналогичным параметрам термисторов. Характеристики позисторов СТ-6, созданные на основе титаната бария BaTiO₃, приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Параметры некоторых позисторов

Тип позистора	Rном, кОм	Интервал (+) ТКС, ºС	Максимальная мощность, Вт	ТКС, К-1	τ, с
СТ5-2	20 – 150	120 – 190	0,8	0,2	10
СТ6-36	103 – 104	10 – 125	0,2	0,15	5

3.3. Области применения и типы датчиков

Помимо непосредственного измерения температуры и ее контроля терморезисторы (металлические и полупроводниковые) используются как чувствительные элементы датчиков различного назначения: теплового излучения (болометров); скоростей потока газов и жидкостей и направления потока (термоанемометров); уровня жидкостей; газоанализаторов и вакуумметров; датчиков расхода жидкостей и газов.

В работе четырех последних типов датчиков термисторы работают в режиме саморазогрева протекающим током. В основе их работы лежит термоанемометрический метод измерения, оисанный подразделе 3.4.

Позисторы помимо систем контроля и регулирования температуры используются в системах температурной сигнализации, защиты от перегрева, термокомпенсации, в нагревательных элементах, автостабилизирующихся по температуре.

3.4. Термоанемометрический метод измерения скоростей потока газов и жидкостей

Терморезистор в режиме саморазогрева током I имеет температуру Т > Т_С, где Т_С – температура окружающей среды. В потоке газа или жидкости сопротивление терморезистора R(T) изменяется вследствие охлаждения потоком. Считая, что теплообмен осуществляется только конвекцией в газе (или жидкости), имеющем температуру Т_С, можно записать уравнение теплового баланса терморезистора:

I²R(T) = hS(T –T_C), (3.10)

где h – коэффициент теплообмена; S – площадь поверхности терморезистора.

Скорость потока w входит в выражение для h, помимо скорости h является функцией тепло- и температуропроводности среды, ее кинематической вязкости, а также зависит от формы и диаметра терморезистора, угла между осью терморезистора и вектором скорости потока. Чем больше скорость потока, тем сильнее охлаждается терморезистор и тем больше изменение его сопротивления R. Коэффициент теплообмена h выражается через скорость потока w эмпирической формулой Кинга

h = a +bw^1/2, (3.11)

где a и b – постоянные для конкретного датчика и среды (учитывая и характер ее течения).

Тогда уравнение теплового баланса:

I²R(T) = (A + Bw^1/2)(T – T_C), (3.12)

где A = aS, B = bS.

Аналогичное уравнение можно записать и для скорости расхода Q:

I²R(T) = (α + βQ^1/2)(T – T_C), (3.13)

где α, β – можно считать аппаратурными параметрами.

В табл. 3.4 приведены характеристики термоанемометров датской фирмы ДИСА (DISA), в которых используются проволочные терморезисторы из Pt и W диаметром 5 – 20 мкм, фибропленочные терморезисторы из кварцевой нити, покрытой пленкой Ni, пленочные из Ni.

Таблица 3.4

Характеристики термоанемометров

Тип терморезистора	Материал	Диапазон скоростей, м/с	Верхняя граничная частота, кГц	Среда
Проволочный	Покрытый платиной вольфрам	0,2 – 500	400	Воздух
		0,01 – 5		Вода
Фибро -пленочный	Никель	0,2 – 350	175	Воздух
		0,01 – 10	30	Вода
Пленочный	Никель	0,1 – 500	450	Воздух
		0,01 – 25	30	Вода

Для измерения вектора скорости применяются двух- и трехкомпонентные датчики термоанемометров, чувствительные элементы которых размещены в двух и трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Терморезисторы обычно включаются в мостовую измерительную цепь. При этом терморезистор может работать в режиме постоянного тока и в режиме постоянной температуры. Последний режим предпочтительнее, так как тепловая инерция оказывает меньшее влияние на реакцию системы при изменении высокочастотных составляющих скорости потока. Наиболее перспективными термоанемометрами для измерения скоростей малых или пульсирующих потоков являются датчики с чувствительными элементами из нитевидных кристаллов, имеющими малые геометрические размеры и высокую удельную долю поверхности. Постоянная времени терморезисторов из нитевидных кристаллов составляет десятки миллисекунд. Основные характеристики термоанемометров из нитевидных кристаллов кремния приведены в табл. 3.5, там же приведены параметры термоанемометра на основе тонкопленочного резистора титан-платина.

Таблица 3.5

Характеристики датчиков газового потока

Параметр	Датчик из нитевидного кристалла кремния	Датчик на основе тонкопленочного резистора
Rном при 300 К, Ом	102 – 103	50 – 100
Рабочий ток, мА	1 – 10	100 – 200
ТКС, %∙К-1	0,2 – 0,5	0,15 – 0,3
τ, с	0,02 – 0,06	10
Диапазон измеряемых скоростей, м/с	0,01 – 0,4	0,1 – 10