I = 2d1,5DQ0,5, где I — ток, А; d — диаметр проволоки термометра, мм; DQ— допустимое приращение показаний термометра за счет его нагревания током. В диапазоне температур от —50 до +100 °С перегрев находящегося в спокойном воздухе провода диаметром d = 0,05 ¸ 0,1 мм определяется из формулы DQ = 5I2/d2.
Полупроводниковые терморезисторы отличаются от металлических меньшими габаритами и большими значениями ТКС.
ТКС полупроводниковых терморезисторов (ПТР) отрицателен и уменьшается обратно пропорционально квадрату абсолютной температуры: a = В/Q2. При 20 °С ТКС составляет 0,02—0,08 К-1.
Температурная зависимость сопротивления ПТР (рис. 11, кривая 2) достаточно хорошо описывается формулой RQ = АеВ/Т, где Т — абсолютная температура; А — коэффициент, имеющий размерность Сопротивления; В — коэффициент, имеющий размерность температуры. На рис. 11 для сравнения приведена температурная зависимость для медного терморезистора (прямая 1).
Если для применяемого ПТР не известны коэффициенты А и В, Но известны сопротивления R1 и R2 при Т1 и Т2, то сопротивление и коэффициент В для любой другой температуры можно определить из соотношений:
Недостатками полупроводниковых терморезисторов, существенно снижающими их эксплуатационные качества, являются нелинейность зависимости сопротивления от температуры (рис. 11) и значительный разброс от образца к образцу как номинального сопротивления, так и постоянной В
CT4-16
Рис. 12
Конструктивно терморезисторы могут быть изготовлены самой разнообразной формы. На рис. 12 показано устройство нескольких типов терморезисторов. Терморезисторы типа ММТ-1 и КМТ-1 представляют собой полупроводниковый стержень, покрытый эмалевой краской, с контактными колпачками и выводами. Этот тип терморезисторов может быть использован лишь в сухих помещениях.
Терморезисторы типов ММТ-4а и КМТ-4а заключены в металлические капсулы и герметизированы, благодаря чему они могут быть использованы при любой влажности и даже в жидкостях, не являющихся агрессивными относительно корпуса терморезистора.
Особый интерес представляют миниатюрные полупроводниковые терморезисторы, позволяющие измерять температуру малых объектов с минимальными искажениями режима работы, а также температуру, изменяющуюся во времени. Терморезисторы СТ1-19 и СТЗ-19 имеют каплевидную форму. Для герметизации чувствительный элемент в них оплавлен стеклом и снабжен выводами из проволоки, имеющей низкую теплопроводность. В терморезисторе СТЗ-25 чувствительный! элемент также помещен в стеклянную оболочку, диаметр которой доведен до 0,5—0,3 мм. Терморезистор с помощью выводов прикреплен к траверсам.
Терморезистор СТ4-16, в котором для герметизации термочувствительный элемент в виде бусинки оплавлен стеклом, обладает повышенной стабильностью и относительно малым разбросом номинального; сопротивления (менее ±5%). Терморезистор СТ17-1 предназначен для работы в диапазоне низких температур (от —258 до +60 °С).' При температуре кипения жидкого азота (—196 °С) его ТКС составляет от —0,06 до
—0,12К-1 при температуре —252,6 °С ТКС возрастает и достигает значения от —0,15 до —0,30 К-1, постоянная времени при погружении в жидкий азот не превышает 3 с. Терморезистор СТ18-1 рассчитан на работу в температурном диапазоне от +200 до +600 "С, его ТКС при +250 °С составляет —0,034 К-1, при 600 °С равен —0,011 К-1"1.
В табл. 11-5 приведены характеристики для некоторых типов ПТР, взятые из соответствующих стандартов. В графе «номинальное сопротивление» приведены крайние значения рядов номинальных сопротивлений.
Таблица 5
|
Тип ПТР |
Номинальное сопротивление при 20°С, кОм |
Посто- янная В, 102 К |
Диапазон рабочих температур, °С |
Мощность рассеяния |
ТКС при 20 °С, К-1' |
Постоянная времени, с |
||
|
Pmin, мВт |
Pmax, Вт |
Pдоп, мВт |
||||||
|
КМТ-1 КМТ-8 |
22—1000 0,1-10 |
36-72 |
—60 ... +180 -45 ... +70 |
1,0 3,0 |
1,0 0,6 |
0,3 1,0 |
—0,042...—0,084 |
85 115 |
|
ММТ-1 |
1-230 |
20,6—43 |
—60 ... +125 |
1,3 |
0,6 |
0,4 |
—0,024…—0,05 |
85 |
|
ММТ-8 |
0,001-0,047 0.056—0,100 0,120—1,000 |
20,6—27,5 22,3—29,2 22,3-34,3 |
-45 ... +70 |
10 |
0,6 |
2,0 |
—0,024…—0,032 —0,024…—0,034 —0,026…—0,04 |
- |
|
ММТ-9 |
0,01—4,7 |
20,6-43 |
-60 ... +125 |
10 |
- |
2,0 |
—0,024...—0,05 |
|
|
СТЗ-23 |
2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7 Ом |
26—32 |
—0,0305. ..0,0375 |
|||||
|
СТЗ-17 CT1-I7 |
0,033—0,330 0,330—22 |
25,8-38,6 36—60 |
—60 ... +100 |
0.8 0,5 |
-. |
0,2 |
—0,03 ..—0,045 —0,042... —0,07 |
30 |
Минимальной мощностью рассеяния Рmin называется мощность, при которой у терморезистора, находящегося в спокойном воздухе при температуре (20 ± 1) °С, сопротивление уменьшается от разогревания током не более чем на 1 %. Максимальной называется мощность Ртах, при которой терморезистор, находящийся в тех же условиях, разогревается током до верхней допустимой температуры. Кроме этого, указывается допустимая мощность Рдоп при максимальной допустимой температуре. По стандартам для большинства терморезисторов допускаются отклонения от номинальных значений начальных сопротивлений в пределах ± 20%, при длительной выдержке ПТР при максимальной допустимой температуре допускается изменение сопротивления в пределах ± 3%, при хранении в течение 18 месяцев изменение сопротивления не должно превышать ± (1 ¸ 3)%, при хранении до 10 лет изменение сопротивления может достигать ±30%. Однако опыт работы с ПТР показывает, что стабильность характеристик ПТР оказывается в большинстве случаев значительно выше указываемой в стандартах.
В настоящее время не на все типы выпускаемых ПТР имеются стандарты. Основные характеристики некоторых из этих типов ПТР, не вошедших в табл. 5, даны в табл. 6. В графе «постоянная В» приводятся два диапазона возможных значений В: первая строка относится к низким температурам, а вторая — к высоким. Номинальные сопротивления ПТР типов КМТ-14, СТ1-18, СТ1-19 нормируются для 150 °С, остальные — для 20 °С.
Таблица 6
|
Тип ПТР |
Номинальное сопротивление, кОм |
Постоянная В, 10* К |
Диапазон рабочих температур, "С |
Коэффициент рассеяния, мВт/К |
Постоянная времени (не более), с |
|
ММТ-6 СТЗ-6 КМТ-10 СТ4-2 СТ4-15 СТ4-17 КМТ-14 СТЗ-14 СТ1-18 СТЗ-19 СТЗ-25 |
10—100 6,8-8,2 100—3300 2,1-3,0 1,5—1,8 1,5—2,2 0,51—7500 1,5-2,2 1,5—2200 2,2—15 3,3-4,5 |
20,6 20,5—24 36 34,7—36,3 36,3—41,2 23,5—26,5 29,3—32,6 32,6—36 41—70 26—33 27,5—36 40,5—90 26—32 |
—60...+125 —90...+125 0...125 —60...+125 —60...+180 —80...+100 —10... +300 —60...+125 —60...+300 —90...+125 —100...+125 |
1,7 1,6 - 36 36 2 0,8 1,1 0,2 0,5 0,08 |
35 35 - - - 30 60 4 1 3 0,4 |
5. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ
Измерительные цепи терморезисторов строят обычно или на основе уравновешенных мостов или используя преобразование сопротивления
в напряжение.
На рис. 13, а показана упрощенная схема измерительной цепи самопишущего термометра типа КС. Металлический терморезистор RQ включается здесь в мост, образованный резисторами Rt R2, R3 и реохордом Rр. Мост питается от источника переменного напряжения 6,3 В через добавочный резистор Rд. Выходное напряжение моста подается на усилитель неравновесия УН, управляющий работой двигателя Д, связанного с движком реохорда и пером самописца. Вращаясь, двигатель перемещает движок реохорда до тех пор, пока мост не придет в состояние равновесия. „ Перемещение движка пропорционально изменению сопротивления R, и шкала прибора градуируется по температуре.
Как видно из рис. 13, а, терморезистор в данном случае присоединен к мостовой цепи с помощью трехпроводной линии связи. Благодаря этому уменьшается погрешность, вызываемая изменением сопротивления проводов линии. Действительно, сопротивления проводов r1 и r3 включены в соседние плечи моста (последовательно с RQ и R3), а сопротивление провода r2 включено последовательно с источником питания. Таким образом, r2 вообще не влияет на состояние равновесия, а влияния сопротивлений r1 и r3 в значительной степени компенсируют друг друга.
