Терморезисторы Металлические терморезисторы

Для измерения температур используются терморезисторы из материалов, обладающих высокостабильным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), хорошей воспроизводимостью свойств и инертностью к воздействиям окружающей среды. Это – платина, медь, вольфрам и никель.

Сопротивление платиновых терморезисторов в диапазоне температур от 0 до 650°С определяется выражением

R_t = R₀ (1 + At + Bt²),

где R₀ – сопротивление терморезистора при 0°С, t – температура, А, В – постоянные коэффициенты. Для платины R₁₀₀ /R₀ =1,39.

В интервале температур от 0 до –200 °С зависимость сопротивления платинового термометра от температуры имеет вид

R_t = R₀[1+ At + Bt² + С(t – 100)t³].

Промышленные платиновые термометры используются в диапазоне температур от –260 °С до 1100 °С. Миниатюрные платиновые высокоомные терморезисторы изготовляются путем вжигания или нанесения платиновой пленки на керамическое основание. При ширине пленки 0,1–0,2 мм, толщине 1– 2 мм и длине 5–10 мм сопротивление резисторов лежит в пределах 200– 500 ом.При расчете сопротивления медных терморезисторов в диапазоне температур от –50 до 180 °С применяется формула R_t = R₀(1+ at), где a = = 0,428 % / °С, R₀ – сопротивление при 0 °С. Медный терморезистор можно применять только до температуры 200 °С в атмосфере, свободной от влажности и коррозирующих газов. При более высоких температурах медь окисляется. Нижний предел температуры для медных терморезисторов равен – 200 °С.

Погрешности, возникающие при измерении температуры терморезисторов, вызываются нестабильностью во времени начального сопротивления термометра R₀ и его ТКС, изменением сопротивления линии, соединяющей термометр с измерительным прибором и перегревом термометра измерительным током.

Основным преимуществом никелевых резисторов является более высокое удельное сопротивление, но зависимость сопротивления от температуры линейна только до 100 °С. При более высоких температурах ТКС его не однозначен.

Вольфрамовые резисторы имеют более высокий ТКС, но при температуре выше 400°С окисляются. Некоторые характеристики металлов, используемых в терморезисторах, приведены в табл. 3.3.

Полупроводниковые терморезисторы

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы) изготовляются из смеси окислов металлов: марганца, кобальта, никеля, железа и др. В определенной пропорции окислы смешиваются, спекаются и из полученной смеси прессуют термисторы в виде стержня, диска, трубки, шарика с металлическими выводами (рис. 3.62). Термисторы отличаются от металлических меньшими габаритами и большими значениями ТКС. ТКС термисторов отрицателен и уменьшается обратно пропорционально квадрату абсолютной температуры . При 20°С ТКС составляет 0,02–0,08К^–1. Температурная зависимость сопротивления полупроводниковых терморезисторов (ПТР) достаточно хорошо описывается формулой

,

где Т – абсолютная температура, А – коэффициент, имеющий размерность сопротивления, В – коэффициент, имеющий размерность температуры.

Рис. 3.65. Конструкции полупроводниковых терморезисторов

Недостатками термисторов, существенно снижающих их эксплуатационные качества, являются нелинейность зависимости сопротивления от температуры и значительный разброс от образца к образцу как номинального сопротивления, так и постоянной В.

В табл. 3.4 приведены характеристики для некоторых типов термисторов, взятые из соответствующих стандартов. В графе «Номинальное сопротивление» приведены крайние значения рядов номинальных сопротивлений.