Полупроводниковые термометры сопротивления (ПТС)

В отличие от металлов в полупроводниках наблюдается иная картина – число электронов проводимости резко возрастает с увеличением температуры. Поэтому электрическое сопротивление типичных полупроводников столь же резко (обычно по экспоненциальному закону) уменьшается при их нагревании. При этом температурный коэффициент электрического сопротивления (ТКС) полупроводников на порядок выше, чем у чистых металлов. ПТС с отрицательным ТКС называют термисторами, а с положительным – позисторами.

Для изготовления чувствительных элементов термисторов, используемых для измерения температуры от минус 100 до плюс 300 °С применяют смеси различных полупроводниковых веществ. Форма и виды изготавливаемых термисторов разнообразны. Наиболее распространенными видами их являются цилиндрические, шайбовые и бусинковые. Особенности конструкции различных термисторов представлены на лабораторном стенде и учебных плакатах.

Промышленностью выпускаются несколько десятков терморезисторов с разнообразными электрическими параметрами, например медно-марганцевые типа МMT; кобальтомарганцевые типа КМТ и ряд других, сопротивлением от 1 Ом до 1 МОм (при 20 °С) с отклонением от номинала не более 20 % .

Зависимость сопротивления термисторов от температуры в рабочем интервале определяется выражением (см. рисунок 3.1, кривая 3):

R_Т = R₀ e^{В(20–Т) / 20Т}, (3.5)

где R_Т, R₀ – сопротивление термистора при температуре Т и 20 °С соответственно, Ом;

Т – температура, °С;

В – постоянный коэффициент, определяемый в процессе градуировки.

Чувствительность ПТС:

Ом/°С. (3.6)

Величину a_Д, называют температурным коэффициентом термистора:

°С^–1 (3.7)

Коэффициент a_Д отрицателен, зависит от температуры и по величине в 10–15 раз выше, чем у металлических термометров сопротивления.

ПТС малоинерционны, их чувствительность в 5–30 раз выше, чем у металлических ТС; номинальное сопротивление составляет единицы и сотни килоОм, что позволяет при измерении температуры не учитывать сопротивления подводящих проводов, – все это способствует широкому применению ПТС в автоматике, электротехнике, термометрии.

К недостаткам ПТСследует отнести: отсутствие взаимозаменяемости, большой разброс номинальных значений сопротивлений и ТКС даже для ПТС одного и того же типа, нелинейный характер зависимости электросопротивления от температуры, малая допускаемая мощность рассеяния (0,015–1,0 Вт) при прохождении измерительного тока, необходимость индивидуальной градуировки – экспериментального определения статической характеристики.