Кремниевые резистивные датчики
Терморезистивные датчики
Хамфри Дэви еще в 1821 году заметил, что электрическое сопротивление различных металлов зависит от температуры. Вильям Сименс в 1871 году разработал первый платиновый резистивный термометр. А в 1887 году Хью Каллендар опубликовал статью, в которой он описал способы практического применения платиновых термометров. Достоинствами терморезистивных датчиков являются высокая чувствительность, простота создания интерфейсных схем и долговременная стабильность. Такие датчики можно разделить на три группы: РДТ, детекторы на р-n переходах и термисторы.
Резистивные детекторы температуры Этот термин обычно относится к металлическим детекторам, которые бывают проволочными и тонкопленочными. Поскольку удельное сопротивление всех металлов и большинства сплавов зависит от температуры, на их основе можно разрабатывать чувствительные элементы для измерения температуры. Хотя для изготовления температурных детекторов подходят практически все металлы, но все же, в основном, для этих целей используется медь. платина. Это объясняется воспроизводимостью ее характеристик, долговременной стабильностью и прочностью. Для измерения температур выше 600°С применяются вольфрамовые РДТ. Все РДТ обладают положительными температурными коэффициентами. Выпускаются несколько типов РДТ: 1. Тонкопленочные РДТ, изготовленные из тонких слоев платины или ее 2. Проволочные РДТ, в которых платиновая проволока намотана внутри керамической трубочки и прикреплена к ней при помощи высокотемпературного клея. Такая конструкция позволяет изготавливать датчики, обладающие очень высокой стабильностью. Кремниевые резистивные датчики Кремний широко используется для изготовления датчиков температуры, обладающих положительным температурным коэффициентом (ПТК) сопротивления. В настоящее время кремниевые резистивные датчики часто встраиваются в микроструктуры для осуществления температурной компенсации или проведения прямых измерений температуры. Также существуют дискретные кремниевые датчики, например, детекторы температуры KTY фирмы Philips. Такие датчики обладают довольно хорошей линейностью (которая может быть улучшена при помощи простых термокомпенсационных цепей) и высокой долговременной стабильностью (обычно ±0.05К в год). ПТК кремниевых резисторов позволяет их использовать в системах, обеспечивающих безопасность нагревательных устройств: среднее превышение температуры (до 200°С) приводит к увеличению их сопротивления, за счет чего осуществляется функция самозащиты. Чистый кремний, как монокристаллический, так и поликремний, сам по себе обладает отрицательным температурным коэффициентом (ОТК) сопротивления (рис. 18.1 Б
Рис. 16.4.Удельное сопротивление и количество свободных носителей зарядов в кремнии, легированном примесями n-типа
Однако после легирования примесями n-типа, в определенном температурном диапазоне его температурный коэффициент становится положительным (рис. 16.4). Этот эффект объясняется снижением подвижности носителей зарядов при понижении температуры. При высоких температурах количество свободных носителей зарядов увеличивается за счет спонтанно образуемых носителей, поэтому в этом температурном диапазоне преобладают собственные полупроводниковые свойства кремния. Таким образом, при температурах ниже 200°С, удельное
Рис. 16.5.Передаточная функция кремниевого датчика температуры сопротивление кремния имеет ПТК,а при температурах выше 200°С он становится трицательным.KTYдатчик состоит из кристалла кремния n-типа размером 500x500x240 мкм, металлизированного с одной стороны и с контактной площадкой с другой стороны. При такой конструкции датчика создается эффект «растягивания» сопротивления, в результате которого внутри кристалла устанавливается коническое распределение тока, значительно снижающее зависимость характеристик от производственных допусков. При больших токах и высоких температурах KTY датчик становится чувствительным к направлению тока. Для решения этой проблемы применяется сдвоенный датчик, в котором два чувствительных элемента включаются последовательно навстречу друг другу. Такие датчики часто используются в автомобилях. Типичная чувствительность кремниевого датчика с ПТК составляет порядка 0.7%/°С, т.е. его сопротивление меняется на 0.7% при изменении температуры на 1°С. Передаточную функцию KTY датчика можно аппроксимировать полиномом второго порядка: (16.14) где Ro и Т0 — сопротивление в Омах и температура в Кельвинах, измеренные в эталонной точке. Например, рабочий диапазон датчиков KTY-81 составляет — 55...+150°С, А = 0.007874К-1, В =1.874х10-5К-2. На рис. 16.5 показана типовая передаточная функция кремниевого резистивного датчика. Термисторы Термин термистор образовался в результате соединения двух слов: тепловой и резистор. Это название дано металл-оксидным детекторам, имеющим форму капель, стержней, цилиндров, прямоугольных пластин и толстых пленок. Термисторы относятся к классу датчиков абсолютной температуры, показания которых соответствуют абсолютной температурной шкале. Все термисторы делятся на две категории: с отрицательным температурным коэффициентом (ОТК) и положительным температурным коэффициентом (ПТК) сопротивления. Для проведения прецизионных измерений используются термисторы только с ОТК. Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления Обычные металоксидные термисторы обладают ОТК. Это значит, что при увеличении температуры их сопротивление падает. Сопротивление термисторов с ОТК, также как и любых других резисторов, определяется их физическими размерами и удельным сопротивлением материала. Зависимость между величиной сопротивления и температурой является сильно нелинейной. При проведении прецизионных измерений или при работе в широком температурном диапазоне нельзя напрямую использовать характеристики термисторов, приведенные в документации на них, поскольку типовые допуски на номинальные значения серийно выпускаемых изделий при температуре 25°С составляют порядка ±20%. Поэтому для достижения высокой точности измерений термисторы необходимо индивидуально калибровать в широком температурном диапазоне. Правда, существуют и прецизионные термисторы, характеристики которых в заводских условиях подгоняются методом шлифовки до требуемых размеров. Этот процесс проводится под непрерывным контролем за номинальными значениями сопротивлений при заданной температуре. Однако такая процедура настройки термисторов приводит к значительному повышению их стоимости. Поэтому на практике чаще применяется метод индивидуальной калибровки термисторов. В процессе калибровки измеряется сопротивление термистора при помещении его в среду точно известной температурой (для этих целей часто применяется камера с мешалкой, в которую может быть залита вода, но чаще минеральное масло или специальный состав, например, Flourent®). Если требуется многоточечная калибровка, эта процедура выполняется при разных температурах. Естественно, что качество проведенной калибровки сильно зависит от точности эталонного термометра. Для определения сопротивления термистор включается в измерительную цепь, по изменению тока в которой и судят о величине сопротивления. В зависимости от заданного уровня точности и стоимости калибровка термистора может проводиться на основе одной из известных аппроксимационных моделей. При использовании термистора в качестве датчика абсолютной температуры предполагается, что при прохождении через него электрического тока, его собственная температура не изменится, что означает, что он не внесет в систему значительных тепловых возмущений, способных повлиять на точность измерений. В этом случае говорят, что термистор обладает «нулевой мощностью». Увеличение температуры термистора в установившемся режиме вследствие явления саморазогрева описывается уравнением: (16.15) где r — тепловое сопротивление между термистором и окружающей средой, V- приложенное постоянное напряжение, S — сопротивление термистора при измеряемой температуре, а N - рабочий цикл измерений (например, N= 0.1 означает, что постоянное напряжение подается на термистор только на время, равное 10% от полного времени измерений). При проведении измерений по постоянному току N=1. Из уравнения (16.15) видно, что для выполнения условий «нулевой мощности» необходимо, чтобы: - термистор обладал высоким удельным сопротивлением, - термистор и объект измерения имели хорошую тепловую связь друг с другом (что должно снизить значение r), - измерения проводились при небольшом постоянном напряжении, подаваемом в течение короткого интервала времени. Далее будет показано, как эффект саморазогрева сказывается на величине сопротивления терморезистора, но пока будем считать, что он приводит к появлению лишь незначительных погрешностей. При использовании термисторов в каких-либо измерительных системах необходимо знать их передаточные функции, которые являются аналитическими выражениями, связывающими величину сопротивления и температуру. Для описания передаточной функции термисторов были предложены несколько математических моделей. Следует отметить, что все математические модели являются только аппроксимациями, и, как правило, чем проще модель, тем ниже ее точность. С другой стороны, при использовании более сложных моделей значительно усложняется калибровка термисторов. Все существующие модели термисторов построены на экспериментально доказанном факте, что логарифм сопротивления термистора связан с его абсолютной температурой следующей полиноминальной зависимостью: (16.16) На этом выражении построены три модели, описываемые далее. Простая модель В относительно узком температурном диапазоне и при некоторой потере точности можно отбросить два последних члена уравнения (16.16):
(16.17)
где А — константа, а - характеристическая температура материала (в Кельвинах). Если известна величина сопротивления термистора при калибровочной температуре То, можно записать зависимость сопротивления от температуры в следующем виде: (16.18) Очевидное достоинство этой модели — необходимость проведения калибровки термистора только в одной точке. Однако здесь предполагается знание коэффициента βт. Если он неизвестен, приходится проводить вторую калибровку для нахождения его значения: (16.19) где То и So и Т1 и S1 — две пары температур и сопротивлений, полученных в двух калибровочных точках, находящихся на кривой, соответствующей уравнению (16.18). Считается, что значение не зависит от температуры, но оно может меняться от изделия к изделию в пределах производственных допусков, которые обычно составляют ± 1 %. Температура термистора определяется по измеренному сопротивлению S при помощи следующего выражения: (16.20) Погрешность аппроксимации, представленной выражением (16.20), мала в окрестности температуры калибровки, но значительно увеличивается при расширении рабочего диапазона (рис. 16.7). Коэффициент β отвечает за кривизну характеристики термистора, но не является параметром, напрямую соответствующим его чувствительности, которая определяется температурным коэффициентом а. Коэффициент а может быть найден при дифференцировании уравнения (16.18): (16.21) Из уравнения (16.21) следует, что чувствительность термистора зависит как от так и от температуры. Термистор обладает лучшей чувствительностью на низких температурах, тогда как при увеличении температуры его чувствительность резко падает. Уравнение (16.21) также показывает, насколько меняется сопротивление Sпри изменении температуры на один градус. В термисторах с ОТК чувствительность а во всем температурном диапазоне меняется от -2% (в зоне высоких температур шкалы) до —8%/°С (в зоне низких температур шкалы), поэтому можно утверждать, что такие детекторы являются очень чувствительными устройствами, почти на порядок более чувствительными по сравнению с РДТ. Это особенно важно для применений, требующих высоких значений выходного сигнала в относительно узком температурном диапазоне. Примером может служить медицинский электронный термометр. Модель Фрайдена В 1998 году автор этой книги предложил следующее усовершенствование простой модели.Оно основывается на экспериментальном факте, что характеристическая температура не является постоянной, а зависит от измеряемой температуры (рис. 16.6). В зависимости от фирмы-изготовителя и типа термистора эта функция может иметь как положительный наклон (как показано на рисунке), так и отрицательный. Идеальный случай, когда совсем не зависит от температуры, на практике, фактически, не встречается.
Рис. 16.6.Зависимость коэффициента β от температуры Из уравнений (16.16) и (16.17) следует, что характеристическая температура материала термистора может быть аппроксимирована следующим выражением: (16.22) где А и В являются константами. Оценка этого выражения показала, что во многих практических случаях третий и четвертый члены намного меньше первых двух, поэтому ими часто можно пренебречь. Тогда уравнение (16.22) принимает вид линейной функции: (16.23) Это предположение позволяет значительно улучшить универсальность простой модели. Для определения линейной зависимости в любой точке необходимо знать значение хотя бы при одной температуре а также наклон прямой Тогда уравнение (16.23) может быть записано в виде: (16.24) Для нахождения наклона γ можно воспользоваться выражением:
(16.25) где и — два значения характеристической температуры материала, соответствующие двум температурам (Отметим, что и T определяются в Кельвинах. Если температура обозначается как t, используется шкала в Цельсиях). Для определения коэффициента у требуется проводить измерения в трех характерных точках, однако, нет необходимости определять его для каждого отдельного тер-мистора, поскольку он зависит только от материала резистора и технологического процесса изготовления, поэтому его можно считать более или менее постоянным для больших серий термисторов определенного типа. Таким образом, обычно достаточно найти один коэффициент γ для целой серии термисторов, и по нему определять характеристики каждого конкретного детектора. Подставляя уравнение (16.23) в выражение (16.16), получим аппроксимационную формулу для термистора: (16.26) Решая уравнение (16.26) относительно сопротивления S, получим зависимость сопротивления термистора от температуры: (16.27) где So — сопротивление при калибровочной температуре То, а - характеристическая температура, определенная по двум калибровочным температурам То и Т1 (см. уравнение (16.19)). Это уравнение подобно уравнению (16.18) простой модели, за исключением нового коэффициента Даже несмотря на то, что коэффициент находится по трем точкам (для серии детекторов), для каждого отдельного термистора необходимо проводить по два калибровочных измерения. Модель Фрайдена подходит для случаев, когда требуется проводить большое количество точных измерений. Достоинством этого метода также является его низкая стоимость. Отметим, что калибровочные температуры То и Т1 следует выбирать ближе к концам рабочего диапазона, а темпе- ратуру для определения - в середине. В таблице 16.3 приведены уравнения для этой модели.
Рис. 16.7. Погрешности простой модели и модели Фрайдена для четырех термисторов, откалиброванных при двух температурах t0 и t1, для определения Погрешности модели Стейнхарта-Харта слишком малы и поэтому не по казаны на этом рисунке
Модель Стейнхарта-Харта Стейнхарт и Харт в 1968 году предложили модель термистора для океанографических исследований, работающего в диапазоне температур — З...ЗО°С, которая на самом деле справедлива и для гораздо более широкого температурного интервала. Их модель основана на уравнении (16.16), решенного относительно температуры: (16.28) Стейнхарт и Харт показали, что без ощутимой потери точности это выражение может быть записано в виде: (16.29) При корректном использовании уравнения (16.29) в диапазоне температур О...7О°С можно добиться точности порядка 0.001°. Для нахождения коэффициентов b необходимо провести калибровку термистора при трех температурах и решить систему из полученных трех уравнений (см. таблицу 16.3). Поскольку модель Стейнхарта-Харта обеспечивает очень высокую точность определения температуры, она положена в основу промышленного стандарта для калибровки прецизионных термисторов. Проведенные исследования показали, что погрешность этой модели даже в более широком температурном диапазоне не превышает 0.002°. Тем не менее, широкого практического применения эта модель не нашла, поскольку для ее использования необходимо проводить калибровку каждого термистора при трех и более температурах. Выбор той или иной аппроксимационной модели диктуется уровнем требуемой точности и стоимостью. Величина стоимости напрямую зависит от количества необходимых точек калибровки. Процесс калибровки требует довольно больших временных затрат, этим и объясняется его высокая стоимость. Благодаря мощности современных микропроцессоров, сложность математических вычислений не играет решающей роли. Когда не требуется высокая точность измерений, а главным является их низкая стоимость, или когда измерения ведутся в узком температурном диапазоне (±5...10°С от калибровочной температуры), хорошо работает простая модель. Модель Фрайдена предпочтительнее в случаях, когда нужна высокая точность при относительно низкой стоимости. Соответственно модель Стейнхарта-Харта применяется для проведения прецизионных измерений, где стоимость не является решающим фактором (рис. 16.7). При использовании простой модели необходимо знать значение 1т и сопротивление термистора при одной калибровочной температуре То. При работе с моделью Фрайдена плюс к вышеперечисленному требуется знать коэффициент γ, который определяется не для каждого конкретного термистора, а для целой серии таких элементов. В модели Стейнхарта-Харта для каждого термистора проводят три калибровки при трех разных температурах. В таблице 16.3 приведены уравнения для вычисления калибровочных коэффициентов и измеряемой температуры на основе полученных значений сопротивлений. Конечно, можно каждый раз решать все эти уравнения напрямую. Однако для большинства случаев разработаны специальные справочные таблицы. Для снижения размеров этих таблиц часто применяется кусочно-линейная аппроксимация.
Таблица 16.3.Термисторы с ОТК. Руководство по применению трех моделей. Изготовление термисторов с отрицательным температурным коэффициентом
Рис. 16.8. Две разновидности бусинкового термистора со стеклянным покрытием В зависимости от способа изготовления все термисторы с ОТК делятся на три основных группы. Первая группа — это термисторы бусинкового типа. Бусинки могут быть ничем непокрытыми, с защитным слоем из эпоксидной смолы (рис. 16.8) или размещены в металлическом корпусе. Выводы всех термисторов данного типа изготавливаются из платинового сплава, запеченного в керамику. В процессе изготовления маленькие порции смеси оксида металла и подходящего связующего наносятся на параллельные слегка натянутые проводники. После высыхания или частичного спекания вся лента бусинок снимается с опорной конструкции и помещается в печь для окончательного спекания. Во время такой температурной обработки оксид металла прочно скрепляется с платиновыми проводниками. После чего вся лента разрезается на отдельные бусинки, на которые наносится соответствующее покрытие. Другой тип термисторов — это чип-термисторы с поверхностными контактами для крепления проводников. Обычно чипы изготавливаются методом пленочного литья, с последующей трафаретной печатью, напылением, покраской или вакуумной металлизацией поверхностных электродов. После чего чипы разрезаются для получения требуемых геометрических размеров. Если это необходимо, чипы могут быть заземлены. Термисторы третьего типа состоят из слоя полупроводникового материала, нанесенного на соответствующую подложку из стекла, алюминия, кремния и т.д. Такие термисторы, в основном, используются в интегрированных датчиках и ИК тепловых детекторах. Среди всех термисторов с металлизированными поверхностными контактами наихудшей стабильностью обладают чипы без покрытия. Термисторы с эпоксидным покрытием демонстрируют среднюю стабильность. Термисторы бусинкового типа могут работать при высоких температурах (до 550°С). Детекторы с металлизированным поверхностным контактом используются до 150°С. Бусин-ковые термисторы являются самыми быстродействующими из перечисленных детекторов, однако их стоимость намного выше, чем у чип-термисторов, и в дополнение к этому их номинальное значение трудно поддается регулировке. Подгонка номинального значения выполняется механической шлифовкой термистора при заданной температуре (обычно при 25°С) с целью изменения геометрических размеров для получения требуемого значения сопротивления. При работе с термисторами, обладающими ОТК, необходимо учитывать все возможные источники ошибок. Одна из них — старение, которое для низкокачественных датчиков может составлять порядка 1%. На рис. 16.9 показано изменение величины сопротивления (в %) от срока службы для чип термисторов с эпоксидным покрытием и термисторов бусинкового типа в стеклянных корпусах.
Рис. 16.9. Долговременная стабильность термисторов. Обеспечение защиты от окружающей среды и температурная подготовка термисторов являются надежными методами стабилизации характеристик детекторов. Для проведения температурной тренировки датчики помещаются в камеру с температурой +300°С, по крайней мере, на 700 часов. Для осуществления лучшей защиты термисторы могут быть размещены в корпусах из нержавеющей стали и залиты эпоксидной смолой. Явление саморазогрева в термисторах с отрицательным температурным коэффициентом Как упоминалось ранее, явление саморазогрева термистора может сказываться на его рабочих характеристиках. Термисторы относятся к датчикам активного типа, для работы которых требуется сигнал возбуждения. Этим сигналом, как правило, служит либо постоянный, либо переменный ток, протекающий через термистор, который приводит к выделению тепла, а, значит, и к разогреву детектора. Это повышение температуры датчика часто приводит к появлению погрешностей при измерении температуры объекта. Правда, в некоторых случаях явление саморазогрева используется для построения датчиков, реагирующих на изменения тепловых потоков, ИК излучений и других внешних воздействий. Рассмотрим процессы, проходящие в термисторах, при подаче на них электрического напряжения. На рис. 16.10А показана схема, состоящая из источника напряжения Е, термистора RT внутреннего сопротивления источника R. При включении источника питания (момент вкл на рис. 16.10Б) в соответствии с законом сохранения энергии вся тепловая энергия схемы (Н) должна равняться электрической мощности, вырабатываемой источником питания: (16.30) где VT — падение напряжения на термисторе. Тепловая энергия состоит из двух составляющих: тепловых потерь (HL) в окружающую среду и тепловой энергии (Hs), поглощенной термистором. Поглощенная часть энергии накапливается в тепловой емкости С датчика. Тогда уравнение баланса мощности можно записать в следующем виде: (16.31)
Рис.16.10. А — Ток, протекающий через термистор, вызывает его саморазогрев, Б — Температура термистора увеличивается в соответствии с тепловой постоянной времени— тепловые потери в окружающую среду . Тепловые потери термистора в окружающую среду пропорциональны разности температур термистора Ts и окружающей среды (16.32) где δ - коэффициент рассеяния, равный отношению рассеиваемой мощности к градиенту температур (при известном значении температуры окружающей среды). Этот коэффициент зависит от конструкции датчика, длины и толщины проводов, материала термистора, опорных элементов, величины теплового излучения с поверхности термистора и относительного движения среды, в которую помещен термистор. Скорость поглощения тепла термистором пропорциональна тепловой емкости детектора: (16.33) Именно это тепло приводит к повышению температуры термистора. Подставляя выражения (16.32) и (16.33) в уравнение (16.30), получим: (16.34) Это дифференциальное уравнение описывает тепловое поведение термистора. Найдем решение этого уравнения для двух условий. Первое условие заключается в том, что электрическая мощность, приложенная к датчику, является постоянной величиной (P=const ). Тогда решение уравнения (16.34) имеет следующий вид: (16.35) где е — основание натурального логарифма. Из этого выражения видно, что температура датчика будет расти по экспоненциальному закону (рис. 16.10Б), характеризуемому тепловой постоянной времени , где величина 1/δ =гг—тепловое сопротивление между датчиком и окружающей средой. На рис. 16.10Б показана экспоненциальная переходная характеристика. Через достаточно большой интервал времени температура выйдет на стационарный режим, т.е. станет равной а При этом тепловые потери и приложенная электрическая мощность сравняются друг с другом: (16.36) Если на термистор, обладающий большим сопротивлением, подать низкое напряжение, ток, протекающий через него, будет также мал. Таким образом можно получить очень небольшой градиент температуры ΔT, что приведет к значительному уменьшению эффекта саморазогрева. Если саморазогревом термистора пренебречь, уравнение (16.34) можно переписать в виде: (16.37) Решение этого дифференциального уравнения описывается экспоненциальной функцией (уравнение (16.8)). Это значит, что выходной сигнал датчика отслеживает изменения окружающей температуры с некоторой постоянной времени Поскольку эта постоянная времени зависит от связи термистора с окружающей средой, она, как правило, определяется для конкретных условий. Например, = 1 с при температуре 25 °С в невозмущенном воздухе или = 0.1 с при Т=25°С в хорошо перемешанной воде. Следует всегда помнить, что все вышеприведенные уравнения соответствуют упрощенной модели тепловых потоков. На самом деле, выходной сигнал термистора никогда не бывает строго экспоненциальным. При разработке датчиков на основе термисторов всегда используется одна из его трех основных характеристик: 1. Зависимость сопротивления от температуры. На рис. 16.12 показан вид такой зависимости для термисторов с ОТК. В датчиках, реализованных на основе этой характеристики, эффект саморазогрева, практически, отсутствует. При этом необходимо выбирать термисторы с высоким номинальным сопротивлением, а конструкция детектора должна обеспечивать максимальную связь чувствительного элемента с объектом измерения. Данная характеристика используется, в основном, для построения детекторов температуры. Термометры, термостаты и тепловые прерыватели являются примерами применения этой зависимости. 2. Зависимость тока от времени (или сопротивления от времени). На рис. 16.10Б показан пример этой характеристики. Зависимость напряжения от тока. Эта характеристика важна либо для детекторов, реализованных на основе явления саморазогрева, либо для датчиков, где этим эффектом пренебречь нельзя. Выражение (16.36) является уравнением баланса между приложенной электрической энергией и тепловыми потерями. При известной зависимости сопротивления от температуры и при незначительных изменениях δ (что справедливо для многих практических случаев), из уравнения (16.36) можно получить зависимость статического напряжения от тока. Эта характеристика обычно строится в логарифмических координатах по обоим осям. В таком графике линии, соответствующие постоянным сопротивлениям, имеют наклон +1, а линии постоянной мощности — наклон—1 (рис. 16.11). Рис. 16.11. Зависимость напряжения от тока для термисторов с ОТК, работающих в спокойной воздушной среде при температуре 25 °С. Нелинейность характеристики объясняется эффектом саморазогрева. При очень низких токах (левая сторона рис. 16.11) мощность рассеяния термистора мала, и характеристика для каждого значения температуры является касательной к линии постоянного сопротивления, т.е. в этой области термистор ведет себя как обычный резистор, и напряжение VТ пропорционально току i. При увеличении тока эффект саморазогрева термистора усиливается, что ведет к уменьшению его сопротивления. Поскольку величина сопротивления перестает быть постоянной, характеристика VT(i) начинает отклоняться т прямой линии. Наклон этой зависимости (dVT/di), соответствующий величине сопротивления, снижается при увеличении тока. Возрастание тока ведет к падению сопротивления, которое, в свою очередь, вызывает увеличение тока. В некоторой точке сопротивление термистора становится равным нулю. Эта точка характеризуется максимальным значением напряжения и током Дальнейшее увеличение тока приводит к продолжению уменьшения наклона характеристики. Это означает, что величина сопротивления становится отрицательной (правая сторона рис. 16.11). Если ток продолжить увеличивать ток дальше, начинают играть роль сопротивления соединительных проводов, поэтому никогда нельзя допускать работу термистора в таких режимах. В документации на серийно выпускаемые термисторы обычно указывается максимальное значение допустимой мощности. Из уравнения (16.36) видно, что термисторы с сильным саморазогревом могут использоваться для детектирования изменений (в составе вакуумных манометров (датчиках Пирани), анемометрах, расходомерах), (в измерителях мощности СВЧ излучений) или VT(в электрических схемах автоматического управления коэффициентом усиления, регуляторах и ограничителях напряжения) и т.д. Термисторы с положительным температурным коэффициентом Все металлы относятся к материалам с положительным температурным коэффициентом (ПТК). Из соответствующей таблицы Приложения видно, что все они обладают низкими значениями температурных коэффициентов сопротивления (ТКС). РДТ, описанные ранее, также имеют небольшой ПТК. В отличие от них многие керамические материалы в определенном температурном диапазоне обладают довольно значительными ПТК. Термисторы с ПТК обычно изготавливаются на базе поликристаллических керамических материалов, основные компоненты которых (титанат бария или твердые растворы титаната бария и стронция), обладающие высоким удельным сопротивлением, легируются дополнительными примесями для придания им свойств полупроводников. При температурах, превышающих точку Кюри композиционных материалов, их ферроэлектрические свойства меняются очень быстро, что приводит к значительному увеличению сопротивления, иногда на несколько порядков. На рис. 16.12 показаны передаточные характеристики для трех типов температурных детекторов: с ОТК, ПТК и РДТ. Как видно из рисунка, для термисторов с ПТК очень сложно подобрать математическую аппроксимацию, поэтому для них в документации обычно приводятся следующие характеристики: 1. Сопротивление при нулевой приложенной мощности, R25. При этом значении влияние эффекта саморазогрева незначительно. 2. Минимальное сопротивление Rm, при котором термистор меняет знак своего температурного коэффициента (точ
Популярное: Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1270)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |