Второе направление – расширение верхней границы рабочих температур. Было создано несколько типов терморезисторов, у которых эта граница приблизительно равна 1000oC. Это было достигнуто за счет применения высокотемпературных материалов.

Третье направление – создание переключающих терморезисторов с отрицательным ТКС. Они имеют очень большое изменение сопротивления в узком интервале температур и называются терморезисторы с критической температурой и терморезисторы на основе металлоксидных соединений, в которых используется резкое изменение проводимости от полупроводниковой к металлической, например VO2 с температурой перехода 68oC.

Довольно перспективное направление представляют собой терморезисторы с положительным ТКС. Терморезистивные элементы с положительным ТКС выпускают на основе титанато-бариевой керамики, сопротивление этих элементов значительно снижено добавлением редкоземельных элементов. Титанат бария BaTiO3 – диэлектрик, поэтому его удельное сопротивление при комнатной температуре велико (1010-1012) Ом∙см. При введении туда примесей, таких, как лантан или церий, в ничтожно малых количествах (0,1-0,3 атомного процента) его удельное сопротивление уменьшается до 10-100 Ом∙см. Если ввести эти примеси в титанат бария, его сопротивление в узком интервале температур увеличится на несколько порядков.

Основные параметры терморезисторов.

Как и любой технический прибор, терморезисторы имеют ряд параметров и характеристик, знание которых позволяет выяснить возможность использования данного терморезистора для решения определенной технической задачи.

Основные параметры терморезисторов с отрицательным ТКС:

1.     Габаритные размеры.

2.     Величина сопротивления образцов Rt и RT (в Ом) при определенной температуре окружающей среды в t, oC, или T, К. Для терморезисторов, рассчитанных на рабочие температуры примерно от -100 до 125-200 oC, температуры окружающей среды принимается равной 20 или 25oC и величина Rt называется «холодным сопротивлением».

3.     Величина ТКС α в процентах на 1oC. Обычно она указывается для той же температуры t, что и холодное сопротивление, и в этом случае обозначается через αt.

.

4.     Постоянная времени τ (в секундах), характеризующая тепловую инерционность терморезистора. Она равна времени, в течение которого температура терморезистора изменяется на 63% от разности температур образца и окружающей среды. Чаще всего эту разность берут равной 100oC.

5.     Максимально допустимая температура tmax, до которой характеристики терморезистора долгое время остаются стабильными.

6.     Максимально допустимая мощность рассеивания Pmax в Вт, не вызывающая необратимых изменений характеристик терморезистора. Естественно, при нагрузке терморезистора мощностью Pmax его температура не должна превышать tmax.

7.     Коэффициент рассеяния H в Вт на 1oC. Численно равен мощности, рассеиваемой на терморезисторе при разности температур образца и окружающей среды в 1oC.

8.     Коэффициент температурной чувствительности B, размерность – [К].

.

9.     Коэффициент энергетической чувствительности G в Вт/%R, численно равен мощности, которую нужно рассеять на терморезисторе для уменьшения его сопротивления на 1%. Коэффициенты рассеяния  и энергетической чувствительности зависят от параметров полупроводникового материала и от характера теплообмена между образцом и окружающей средой. Величины G, H и α связаны соотношением: . В самом деле, .

10. Теплоемкость C в Дж на 1oC, равная количеству тепла (энергии), необходимому для повышения температуры терморезистора на 1oC. Можно доказать, что τ, H и C связаны между собой следующим соотношением: .

Для позисторов, кроме ряда приведенных выше параметров, обычно указывают также еще примерное положение интервала положительного температурного коэффициента сопротивления, а также кратность изменения сопротивления в области положительного ТКС.

Основные характеристики терморезисторов.

ВАХ – зависимость напряжения на терморезисторе от тока, проходящего через него. Снимается в условиях теплового равновесия с окружающей средой.

На графике: (а) – терморезистор с отрицательным ТКС, (б) – с положительным.

Температурная характеристика – зависимость R(T), снимающаяся в установившемся режиме.

Принятые допущения: масштаб по оси R взят возрастающий по закону 10x, по оси T пропущен участок в интервале (0-223) К.

Подогревная характеристика – характеристика, свойственная терморезисторам косвенного подогрева – зависимость сопротивления резистора от подводимой мощности.

Принятые допущения: масштаб по оси R взят возрастающий по закону 10x.

Классификация и маркировка.

Наиболее распространенные терморезисторы изготавливают на основе медно-марганцевых (ММТ и СТ3), кобальто-марганцевых (КМТ и СТ1) и медно-кобальто-марганцевых (СТ3) оксидных полупроводников.

По конструктивному оформлению терморезисторы можно разделить на следующие типы:

·        в виде цилиндрических стержней (КМТ-1, ММТ-1, КМТ-4,
ММТ-4);

·        в виде дисков (СТ1-17, СТ3-17, СТ5-1);

·        в виде миниатюрных бусинок (СТ1-18, СТ1-19 и др.);

·        в виде плоских прямоугольников (СТ3-23).

Особенностью бусинковых терморезисторов типов СТ1-18, СТ3-18 и СТ3-25 является то, что термочувствительный элемент для защиты от внешних воздействий покрыт тонким слоем стекла, а тонкие платиновые контакты приварены или припаяны (СТ3-25) к траверсам из толстой проволоки.

Терморезисторы типов СТ1-18 и СТ3-18 имеют бусинку диаметром 0,5 мм (выводы диаметром до 0,05 мм), терморезисторы типа СТ3-25 – 0,3 и 0,03 мм соответственно. Терморезисторы типов КМТ-14, СТ1-19 и СТ3-19 имеют герметичную конструкцию. Термочувствительный элемент резистора КМТ-14 – бусинка диаметром не более 0,5 мм, нанесенная на две параллельные платиновые проволоки, приваренные к платиновым выводам диаметром 0,4 мм. Бусинка герметизирована в коническом конце стеклянной трубки, которая является корпусом терморезистора. Термочувствительные элементы терморезисторов СТ1-19 и СТ3-19 помещены в конец миниатюрной капсулы, которая защищает термочувствительный элемент и места соединения контактов с выводами. СТ1-19 и СТ3-19 имеют меньшие размеры и более стойки к механическим нагрузкам, чем КМТ-14.

Терморезисторы ММТ-1 и КМТ-1 предназначены для работы в закрытых сухих помещениях, ММТ-4 и КМТ-4 герметизированы, работоспособны в условиях с повышенной влажностью и даже в жидкой среде.

Также существуют измерительные терморезисторы, предназначенные для измерений в маломощных цепях сверхвысокочастотных колебаний. Терморезисторы типа ТП (ТП2/0,5, ТП2/2, ТП6/2 – цифра в числителе – номинальное значение напряжения в В, знаменатель – рабочий ток в мА) – для стабилизации напряжения в цепях постоянного или переменного тока с частотой до 150 кГц. По конструкции – круглые опрессованные стержни, заключенные в стеклянный баллон, воздух из которого откачан до давления 10-5 мм рт. ст.

Терморезисторы ТКП, СТ1-21, СТ3-21 и СТ3-27 применяются в радиотехнических устройствах и схемах автоматики как регулируемые бесконтактные резисторы. Они имеют косвенный подогрев от специальной спирали, при изменении тока в которой происходит плавное изменение сопротивления терморезистора. Используются, когда необходимо отделить управляемую цепь от управляющей.

Рабочий элемент и подогреватель терморезисторов типа ТКП помещены в стеклянный баллон с нормальным октальным цоколем. Терморезисторы типов СТ1-21, СТ3-21 и СТ3-27 (более новые) имеют более совершенную конструкцию по сравнению с ТКП.

В отличие от понятия «наименование» резистора, применяемого для его характеристики в конструкторской и товаропроизводительной документации, под маркировкой резистора понимают цифры, буквы и символы, наносимые на корпус резистора.

Маркировка содержит лишь самые необходимые и важнейшие сведения о резисторе. Обязательным показателем во всех случаях является номинальное сопротивление.

Сведения о нескольких конкретных приборах.

Терморезисторы с отрицательным ТКС прямого подогрева.

Стержневые и трубчатые.

КМТ-1, ММТ-1, СТ3-1.

Терморезисторы негерметизированные неизолированные предназначены для измерения и регулирования температуры в электрических цепях постоянного, пульсирующего и переменного тока частотой до 400 Гц, а также для температурной компенсации элементов электрических схем, имеющих положительный температурный коэффициент сопротивления.

Масса: не более 0,6 г

Диапазон номинальных сопротивлений:

  КМТ-1:       22∙103-1∙106 Ом

  ММТ-1:      1∙103-220∙103 Ом

СТ3-1:        680-2,2∙103 Ом

Примечание: промежуточные значения номинальных сопротивлений соответствуют ряду Е6 с допуском ±20% (ММТ-1, КМТ-1); ряду Е12 с допусками ±10, ±20% (СТ3-1).

Максимальная мощность рассеяния:

  КМТ-1:                1000 мВт

  ММТ-1, СТ3-1:    600 мВт

Температурный коэффициент сопротивления:

  КМТ-1:       -(4,2-8,4) %/oC

  ММТ-1:      -(2,4-5,6) %/oC

  СТ3-1:        -(3,35-3,95) %/oC

Коэффициент температурной чувствительности:

  КМТ-1:       3600-7200 К

  ММТ-1:      2060-4300 К

  СТ3-1:        2870-3395 К

Коэффициент рассеяния: 5 мВт/ oC

Коэффициент энергетической чувствительности:

  КМТ-1:                1 мВт

  ММТ-1, СТ3-1:    1,3 мВт

Постоянная времени: не более 85с

Предельные эксплуатационные данные:

Температура окружающей среды:

  КМТ-1:                от -60 до +155 oC

  ММТ-1, СТ3-1:    от -60 до +125 oC

Относительная влажность воздуха:

  КМТ-1, ММТ-1 при температуре ±25 oC: до 98%

  СТ3-1 при температуре +35 oC:                до 98%

Пониженное атмосферное давление: до 133 Па (1 мм рт. ст.)

Минимальная наработка:

  КМТ-1, ММТ-1:  15 000 часов

  СТ3-1:                  5 000 часов

Срок сохраняемости:

  КМТ-1, ММТ-1:  15 лет

  СТ3-1:                  12 лет

Бусинковые.

ТР-4.

Терморезисторы герметизированные изолированные предназначены для использования в сигнализаторах уровня жидкости, измерения и регулирования температуры, а также для температурной компенсации элементов электрической цепи с положительным ТКС.

Масса: не более 0,3 г

Номинальное сопротивление: 1∙103 Ом.

            Примечание: допуск ±20%.

Максимальная мощность рассеяния: 70 мВт

Коэффициент температурной чувствительности: 1600-1960 К

Температурный коэффициент сопротивления: -(1,8-2,2)%/oC

Коэффициент температурной чувствительности: 0,15 мВт

Постоянная времени: не более 3 с

Предельные эксплуатационные данные:

Температура окружающей среды: от -60 до +200 oC

Относительная влажность воздуха при +35 oC: до98%

Пониженное атмосферное давление: до 0,00013 Па (10-6 мм рт. ст.)

Минимальная наработка: 20 000 часов

Срок сохраняемости: 15 лет

Терморезисторы с положительным ТКС – позисторы.

СТ5-1, СТ6-1А, СТ6-1Б.

Терморезисторы негерметизированные неизолированные предназначены для измерения и регулирования температуры, противопожарной сигнализации, тепловой защиты, ограничения и стабилизации тока в электрических цепях постоянного тока.

Масса: не более 0,7 г

Диапазон номинальных сопротивлений:

  СТ5-1:        20-150 Ом

  СТ6-1А:      40-400 Ом

  СТ6-1Б:      180; 270 Ом

            Примечание: допуск для СТ6-1Б ±20%.

Максимальная мощность рассеяния:

  СТ5-1:        700 мВт

  СТ6-1А:      1100 мВт

  СТ6-1Б:      800 мВт

Температурный коэффициент сопротивления, не менее:

СТ5-1:        20 %/oC

  СТ6-1А:      10 %/oC

  СТ6-1Б:      15%/oC

Примерный температурный интервал положительного ТКС:

СТ5-1:        от +120 до +200 oC

  СТ6-1А:      от +40 до +155 oC

  СТ6-1Б:      от +20 до +125 oC

Кратность изменения сопротивления в области положительного ТКС:                                                                                                         не менее 103

Коэффициент рассеяния: 9 мВт/oC

Коэффициент энергетической чувствительности:

СТ5-1:        0,01 мВт

  СТ6-1А:      0,3 мВт

  СТ6-1Б:      0,5 мВт

Постоянная времени: не более 20 с

Предельные эксплуатационные данные:

Температура окружающей среды:

СТ5-1:        от -20 до +200 oC

  СТ6-1А:      от -60 до +155 oC

  СТ6-1Б:      от -60 до +125 oC

Относительная влажность воздуха при +25 oC:

СТ5-1:                  до 85%

  СТ6-1А, СТ6-1Б: до 98%

Пониженное атмосферное давление: до 133 Па (1 мм рт. ст.)

Минимальная наработка:

СТ5-1:                  3 000 часов

  СТ6-1А, СТ6-1Б: 10 000 часов

Срок сохраняемости:

СТ5-1:                  3 года

  СТ6-1А, СТ6-1Б: 10 лет

Применение.

На основе терморезисторов действуют системы дистанционного и централизованного измерения и регулирования температуры, системы теплового контроля машин и механизмов, схемы температурной компенсации, схемы измерения мощности ВЧ. Терморезисторы находят применение в промышленной электронике и бытовой аппаратуре: рефрижераторах, автомобилях, электронагревательных приборах, телевизорах, системах центрального отопления и пр. В телевизорах часто используются терморезисторы с положительным ТКС для размагничивания кинескопа.

Самые первые устройства, где применялись терморезисторы – это датчики для измерения или регулирования температуры

Терморезисторы широко используются в различных устройствах не только в качестве датчиков температуры. После соответствующей модификации их можно применять в электронных устройствах задержки с достаточно широким интервалом времен задержки, в качестве конденсаторов или катушек индуктивности в низкочастотных генераторах, для защиты от выбросов напряжения в емкостных, индуктивных или резистивных схемах, в качестве ограничителей тока, напряжения, для измерения давления газа или теплопроводности.

Итак, терморезисторы находят применение во многих областях. Практически ни одна сложная печатная плата не обходится без терморезисторов. Они используются в температурных датчиках, термометрах, практически в любой, связанной с температурными режимами, электронике. В противопожарной технике существуют стандартные температурные датчики. Подобный датчик содержит два терморезистора с отрицательным температурным коэффициентом, которые установлены на печатной плате в белом поликарбонатном корпусе. Один выведен наружу — открытый терморезистор, он быстро реагирует на изменение температуры воздуха. Другой терморезистор находится в корпусе и реагирует на изменение температуры медленнее. При стабильных условиях оба терморезистора находятся в термическом равновесии с температурой воздуха и имеют некоторое сопротивление. Если температура воздуха быстро повышается, то сопротивление открытого терморезистора становится меньше, чем сопротивление закрытого терморезистора. Отношение сопротивлений терморезисторов контролирует электронная схема, и если это отношение превышает пороговый уровень, установленный на заводе, она выдает сигнал тревоги. В дальнейшем такой принцип действия будет называться “реакцией на скорость повышения температуры”. Если температура воздуха повышается медленно, то различие сопротивлений терморезисторов незначительно. Однако, эта разница становится выше, если соединить последовательно с закрытым терморезистором резистор с высокой температурной стабильностью. Когда отношение суммы сопротивлений закрытого терморезистора и  стабильного резистора и сопротивления открытого терморезистора превышает порог, возникает режим тревоги. Датчик формирует режим «Тревога» при достижении внешней температуры 60°С вне зависимости от скорости нарастания температуры.

Конечно же, применение терморезисторов в качестве датчиков температуры имеет не только плюсы, но и свои минусы. Так, например, это инерционность, обусловленная постоянной времени τ, плохая стабильность в определенных условиях и т.д.

В примерах терморезисторов были указаны цели использования некоторых терморезисторов, среди них и температурная компенсация электрических цепей в широком диапазоне температур – еще одна область применения терморезисторов.

Библиографический список.

1. Мэклин Э. Д. Терморезисторы. М. 1983. 208 с.
2. Шашков А. Г. Терморезисторы и их применение. М. 1967. 320 с.
3. Зайцев Ю. В. Полупроводниковые резисторы. М. 1969. 48 с.
4. Шефтель И. Т. Терморезисторы. М. 1973. 416 с.
5. Зайцев Ю. В. Полупроводниковые термоэлектрические преобразователи. М. 1985. 120 с.
6. Гендин Г. С. Все о резисторах. Справочное издание. М. 2000. 192 с.
7. Дубровский В. В. Резисторы: справочник. М. 1991. 528 с.
   Затраты времени.

Затрачено времени (часов) приблизительно:

1.     Поиск и сортирование информации: 14.

2.     Оформление и редактирование: 26.

Страницы: 1, 2