Терморезисторы с положительным ткс: Терморезисторы с положительным ТКС (позисторы) / Нелинейные полупроводниковые резисторы / Продукция / АО «НИИ Гириконд» – Терморезистор (термистор)- что такое и где применяется, параметры и конструкция

Терморезисторы с отрицательным ТКС / Нелинейные полупроводниковые резисторы / Продукция / АО «НИИ Гириконд»

Раздел: НЕЛИНЕЙНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЗИСТОРЫ

                                        Терморезисторы с отрицательным температурным
                                        коэффициентом сопротивления

        Терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ОТКС) имеют экспоненциальную температурную зависимость сопротивления, при этом значения номинального сопротивления можно изменять в очень широких пределах (от единиц Ом до единиц МОм).
        Области применения: измерение и регулирование температуры (в частности, в качестве высокостабильных датчиков температуры), температурная компенсация элементов электрических цепей в диапазоне — 60 °С …
+ 180 °С, а также ограничение пусковых токов систем (например, в источниках питания) на рабочий
ток 0,2 …15 А. 
        АО «НИИ «Гириконд» разрабатывает и производит терморезисторы в различном конструктивном исполнении, ведутся разработки терморезисторов в чип исполнении.

Основные параметры и характеристики

 

  • Rн — номинальное сопротивление — сопротивление терморезисторов при определенной температуре окружающей среды, обычно — это 25°С или 20°С.
  • α — температурный коэффициент сопротивления — характеризует изменение сопротивления терморезистора в % при изменении температуры на 1 градус, обычно указывается для той же температуры, что и номинальное сопротивление.
  • Постоянная В — величина, характеризующая температурную чувствительность терморезисторов в определенном диапазоне температур. Определяется физическими свойствами полупроводникового материала, вычисляют по формуле:
                                          ,
    где R1 — сопротивление терморезистора, измеренное при температуре Т1
    , Ом;
    R2 — сопротивление терморезистора, измеренное при температуре Т2, Ом.
  • Рмах — максимальная мощность рассеяния — это допустимая мощность при температуре 25°С (или другой указанной в ТУ), при которой в течение заданного времени (минимальной наработки) параметры терморезисторов остаются в пределах норм, установленных в ТУ.

 

ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ ТКС

Тип

Номинальное сопротивление (Т=25°С) 

ТКС
 % на 1°С,
(Т=25°С)
 

Постоянная «В»,
К
 

Макс.
мощность
рассеяния,
Вт

Максимальный
ток, А
(Т=25°С) 

Конструкция

ТР-1 

15 кОм

 33 кОм

-(4,1±0,2)

-(4,2±0,2)

3200…3600
(-60…0)°С

3470…3900
(0…150)°С

0,05

Бусинковые

ТР-2 

1,0 кОм …1 МОм

-(2,9±0,35) …

-(4,8±0,35)

3200…3600
(-60…0)°С

2270…4580
(0…155)°С

0,02

Бусинковые

ТР-4 

1,0 кОм

-(2,0±0,2)

1600…1960
(0…+200)°С

0,09

Бусинковые

ТР-15 

1,0 … 2200 Ом

-3,27 …
-4,50

3000…4000
(-25…155)°С

0,5…4,0

0,15 … 11

Дисковые
выводные

ТР-16 

1,0 … 330 Ом

-3,37 …
-4,39

2650…4000
(-60…0)°С

2900…3900
(0…155)°С

0,8…5,4

0,5 … 17

Дисковые
выводные

ТР-19

НОВАЯ РАЗРАБОТКА

47 … 1000000 Ом±5

2500 … 5000

(-60 … 125)°С

0,3; 0,8 —Многослойные терморезисторы в ЧИП-исполнении

НОВАЯ РАЗРАБОТКА

МНОГОСЛОЙНЫЕ ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ В ЧИП-ИСПОЛНЕНИИ ТР-19

Терморезисторы с отрицательным ткс

Терморезисторами с отрицательным ТКС называются полупроводниковые резисторы, сопротив­ление которых падает при повышении температуры, У таких терморезисторов ТКС составляет около 3…6%/К, что примерно в 10 раз больше, чем у пла­тиновых или никелевых датчиков. Терморезисторы состоят из поликристаллической смеси различных спеченных оксидов, например F2О3 (шпинель), Zn2TiO4, MgCr2O4, TiO2 или NiO и СоО с Li2O. Процесс спекания осуществляется при 1000…1400°С. За­тем изготовляют контакты путем вжигания серебряной пасты. Для обеспечения высокой стабильности сопротивления, прежде всего при длительных измере­ниях, терморезисторы после спекания подвергают еще искусственному старению. С помощью специальных режимов обработки достигается высокая стабильность сопротивления.

Температурная характеристика терморезистора описывается следующим уравнением: RТ = RN ехр[В(1/Т – 1/ТN)], где RT и RN — соответственно сопротивление при тем­пературах Т и TN (в градусах Кельвина), В — кон­станта материала терморезистора, имеющая размер­ность К.

Тогда ТКС терморезистора оказывается равным αR = -В/Т2.

Температурная характеристика терморезистора при различных значениях В показана на рис. 7.19.

Рис. 7.19. Рабочие характеристики терморезисторов с отрица­тельным ТКС, отличающихся значением В

Рис. 7.20. Различные конструкции терморезисторов с отрица­тельным ТКС. используемых в качестве датчиков температуры: а, б, д — остеклованные; в — миниатюрные; г — дискообразные; е, ж — капсулированные.

В продаже имеются терморезисторы в различных конструктивных исполнениях, в том числе и миниа­тюрные для обеспечения быстрого реагирования на изменение температуры. На рис. 7.20 показаны наи­более распространенные конструкции терморезисто­ров: дискообразные, стержневидные и миниатюрные.

Рис. 7.21. Вольт-амперной характеристика терморезистора с отрица­тельным ТКС

Важным параметром терморезисторов является вольт-амперная характеристика (рис. 7.21). Она опи­сывает связь между током через датчик и падением напряжения на нем. При токе около 1 мА вольт-амперная характеристика этих датчиков прямолинейна так как еще не происходит изменения сопротивления из-за самонагрева. Если же ток через датчик увеличить, то его сопротивление изменится (станет мень­ше) и падение напряжения на нем уменьшится. В ре­зультате при определенном значении тока I характе­ристика имеет максимум, а при дальнейшем возрастании тока отклоняется вниз.

Отмеченные на характеристике точки отражают изменение температуры датчика из-за самонагрева.

Рис. 7.22 Изображение в линейных координатах вольт-амперной характеристики датчика в различных средах.

Нагрев датчика, а вместе с тем и ход характеристики сильно зависят от рабочей среды. На рис 7.22 показана вольт-амперная характеристика типичного терморезистора на воздухе и в воде. Поскольку в воде теплоотвод лучше, чем на воздухе, при размещении датчика в воде его характеристика проходит выше, чем на воздухе. Этот эффект можно использовать, на­пример, для простого измерения уровня жидкости.

Если датчик работает на постоянном токе (около 10 мА), то падение напряжения на нем составляет около 6,8 В. Но в воде из-за более высокого сопро­тивления оно уже оказывается равным примерно 13 В. Следовательно, как только датчик вступает в контакт с наполняющей средой (водой), напряжение скачком возрастает с 6,8 до 13 В. Этот скачок напря­жения можно использовать для регулирования. Та­ким образом, на основе измерения температуры полу­чается датчик уровня.

а) б)

Рис. 7.23. Временная характеристика срабатывания миниатюр­ного (а) и дискообразного (б) терморезисторов с отрицательным ТКС.

Быстрота электронной индикации этого скачка тем­пературы (постоянная времени) зависит от геомет­рии датчика. На рис. 7.23 показана реакция на рез­кое изменение температуры миниатюрного датчика с малой массой и дискообразного терморезистора с от­рицательным ТКС.

Если к терморезистору подключить еще резистор с не зависящим от температуры сопротивлением, то температурную характеристику терморезистора мож­но изменить, как показано на рис. 7.24, а для последовательного (R

S) и параллельного (RP) добавочных сопротивлений. Сочетание RP и RS дает возможность изменять ход характеристики температура сопротивление, как показано на рис. 7.24,б.

а) б)

Рис. 7.24. Линеаризация характеристики терморезистора с отри­цательным ТКС посредством параллельного и последовательного включения дополнительного термонезависимого сопротивления.

Рис. 7.25. Рабочие характеристики терморезистора с отрицательным ТКС и резистора с постоянным сопротивлением R

P, а также характеристика их параллельного соединения.

Путем удачного подбора сопротивления RP (параллельное сопротивление) характеристику можно до некоторой степени линеаризировать (рис. 7.25), так как S-образная характеристика имеет некоторую точ­ку перегиба (TW). Наилучшая линеаризация дости­гается, когда эта точка перегиба находится в середине требуемого диапазона измерения температур. Сопротивление RP линеаризирующего резистора опре­деляется по формуле RP = RтM (В – ТМ)/(В + 2ТМ), где RтM — сопротивление терморезистора при температуре ТММ – TW), В — константа материала термо­резистора.

Рис 7.26. Схема линеаризации, использующая термозависимый делитель напряжения для компенсации температурных погрешностей выходного сигнала датчика на терморезисторе с отрицательным ТКС.

Интересное применение такого линеаризованного терморезистора с отрицательным ТКС иллюстри­руется рис. 7.26. Здесь RT, R1 и R2 образуют термозависимый делитель напряжения. Эта схема может быть использована, например, для температурной компенсации других выходных сигналов датчиков, подверженных сильному искажающему влиянию тем­пературы. В точке перегиба S-образной кривой снова справедливо выражение R = RтМ(В – 2Т)/(В + 2Т), где R = R1 R2/(R1 + R2).

Отсюда можно получить зависящее от температуры изменение напряжения ∆U/∆Т = [R2/(R1 + R2)] [U0(-B/T2)] [RTh/R] [1/(1 + RT/R)2.

Соотношением плеч делителя напряжения R2/(R1 + R2)можно установить, следовательно, любую крутизну характеристики U(T)/U0, т.е. зависимости изменения напряжении от изменения температуры.

Терморезисторы можно использовать также для задержки времени срабатывания реле (рис. 7.27). При подаче напряжения переключения UB ток I протекает через реле и резистор RT. Из-за высокого сопротив­ления терморезистора ток I меньше тока переключе­ния IS. В результат самонагрева терморезистора егосопротивление снижается, ток возрастает до величины тока переключения IS и контакт S2 замыкается.

При этом время задержки τ определяется по фор­муле τ ~ 1/UBn,и где n принимает значения от 2 до 3.

Рис. 7.27. Задержка включения реле (RR) с помощью терморезистора с отрицательным ТКС (RT). RLast — нагрузочное сопро­тивление.

4.5. Терморезисторы с положительным ткс

Терморезисторами с положительным ТКС называют, согласно стандарту ФРГ DIN 44080, зависящие от температуры резисторы из легированной титанатной керамики. Эти резисторы во вполне определенных областях температур имеют очень высокий положительный ТКС (R), обусловленный взаимодействием полупроводниковых и сегнетоэлектрических свойств титанатной керамики. При изготовлении датчиков этого типа из смеси карбоната бария с оксидами стронция и титана путем прессования получают диски или стержни. Изменяя состав смеси, можно варьировать электрические свойства резистора. Материал спекают путем отжига заготовки при температурах в диапазоне 1000–1400 С. Затем изготовливают контакты.

На характеристике сопротивление – температура (рис. 4.14) ясно видно резкое возрастание сопротивления при температурах выше 110 С. При этом кривую можно разделить на отдельные участки в разных температурных диапазонах. Температура, при которой характеристика сопротивление – температура обладает явно выраженным положительным ТКС, называется температурой реагирования ТN. Обычно за ТN принимают температуру, при которой сопротивление терморезистора в два раза превышает минимальное значение Rmin, т.е. RN = 2Rmin. При некоторой температуре ТМ температурный коэффициент такого терморезистора (R ) описывается касательной к характеристике сопротивление – температура в точке, соответствующей этой температуре.

Рис.4.14. Рабочая характеристика терморезистора с положительным ТКС

Рис. 4.15. Вольт-амперная характеристика терморезистора

с положительным ТКС

Из статистической вольт-амперной характеристики типичного терморезистора с положительным ТКС (рис. 4.15) отчетливо видно его ограничивающее ток действие. При малых напряжениях, согласно закону Ома, получается линейная зависимость между U и I. Однако, как только из-за большой потери мощности возникает самонагрев терморезистора, ток начинает быстро спадать и в итоге стабилизируется. Этот процесс зависит от окружающей температуры и теплоотвода от терморезистора в рабочую среду.

4.6. Кремниевые датчики температуры

Измерение температуры с помощью кремниевых датчиков представляет собой интерес в случае массового применения, так как они значительно дешевле других датчиков и имеют большой температурный коэффициент. Недостатками кремниевых датчиков являются меньший диапазон измеряемых температур и большая нелинейность. Однако для определенных применений эти недостатки имеют второстепенное значение.

На рис. 4.16 приведена характеристика кремниевого датчика температуры. Она довольно точно соответствует следующему квадратичному уравнению

(4.12)

где RТ – сопротивление при температуре Т(С), R25 – сопротивление при эталонной температуре ТB = 25 С, Т – разность температур (T = Т – ТВ),  и  – температурные коэффициенты с типичными значениями 0,78·10-2 и 1,84·10-5 С-2 соответственно.

Для более точных измерений с помощью кремниевого датчика температуры его квадратичная характеристика должна быть линеаризована. Проще всего это достигается включением не зависящего от температуры сопротивления RL параллельно кремниевому датчику, если схема питается постоянным током. При питании постоянным напряжением RL включается последовательно с датчиком RTh (рис. 4.17). Измеряемое напряжение UМ рассчитывается следующим образом

(4.13)

. (4.14)

В результате преобразования уравнений получается выражение для линеаризующего сопротивления RL

(4.15)

где ТМ = ТМ – ТВ и ТВ = 25 С.

Сопротивление RL зависит, таким образом, от выбора средней температуры TМ. Величина сопротивления RL одинакова как при постоянном токе, так и при постоянном напряжении.

Пример

Датчик температуры типа KTY 81 должен быть линеаризован для средней температуры 25 С.

При R25=1 кОм, =0,78·10-2С-1, =1,84·10-5С-2, ТМ=25С-25С=0 получаем

Рис. 4.16. Характеристика кремниевого датчика

Рис.4.17. Схема, линеаризующая характеристику кремниевого

датчика температуры в диапазоне измерений (Тmin< T < Tmax)

На рис. 4.18. изображена полная схема формирования измерительного сигнала для кремниевого датчика KTY 81. Датчик размещен в плече измерительного моста, состоящего из резисторов R5 – R9. Резистор R5 служит для линеаризации датчика R6. Измерительный мост питается напряжением 2.7 В, стабилизированным с помощью диода Зенера.

Рис. 4.18. Измерительная схема для кремниевого датчика

температуры KTY 81 (R6)

Это напряжение выбрано таким малым, что измерительный ток не превышает 1 мА во избежание возникновения заметных погрешностей из-за самонагрева. Чувствительность измерительного моста составляет 4 мВ/С и повышается усилителем до 50 мВ/С на выходе. В диапазоне измерений 0 – 100 С в этом случае получается аналоговый сигнал от 0 до 5 В.

Терморезистор — Вики

Термисторы с аксиальными выводами Photo-Polyswitch.jpg Photo-Polyswitch.jpg

Резистивный элемент терморезистора изготавливают методом порошковой металлургии из оксидов, галогенидов, халькогенидов некоторых металлов, в различном конструктивном исполнении, например в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок, тонких пластинок, и размерами от 1—10 микрометров до нескольких сантиметров.

По типу зависимости сопротивления от температуры различают терморезисторы с отрицательным (NTC-термисторы, от слов «Negative Temperature Coefficient») и положительным (PTC-термисторы, от слов «Positive Temperature Coefficient» или позисторы) температурным коэффициентом сопротивления (или ТКС). Для позисторов — с ростом температуры растёт их сопротивление; для NTC-термисторов увеличение температуры приводит к падению их сопротивления.

Терморезисторы с отрицательным ТКС (NTC-термисторы) изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoOx, NiO и CuO), полупроводников типа AIII BV, стеклообразных, легированных полупроводников (Ge и Si), и других материалов. PTC-термисторы изготовляют из твёрдых растворов на основе BaTiO3, что даёт положительный ТКС.

Условно терморезисторы классифицируют как низкотемпературные (предназначенные для работы при температуpax ниже 170 К), среднетемпературные (от 170 до 510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Выпускаются терморезисторы, предназначенные для работы при температурах от 900 до 1300 К.

Терморезисторы способны работать в различных климатических условиях и при значительных механических нагрузках. Однако, с течением времени, при жёстких условиях его эксплуатации, например, термоциклировании, происходит изменение его исходных термоэлектрических характеристик, таких как:

  • номинального (при 25 °C) электрического сопротивления;
  • температурного коэффициента сопротивления.

Также существуют комбинированные приборы, такие как терморезисторы с косвенным нагревом. В этих приборах в одном корпусе совмещены терморезистор и гальванически развязанный от него нагревательный элемент, задающий температуру терморезистора, и, соответственно, его электросопротивление. Такие приборы могут использоваться в качестве переменного резистора, управляемого

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *