Термометры электрического сопротивления

Тензорезисторы

Тензорезистор - преобразователи, осуществляющие преобразование механических деформаций в изменение электрического сопротивления, т.е. преобразователи, основанные на тензоэффекте.

Тензоэффектом называется свойство проводниковых и полупроводниковых материалов изменять электропроводность (электрическое сопротивление) при изменении объёма или напряжённого состояния.

У полупроводников материалов тензоэффект связан со значительным изменением удельного сопротивления; знак тензоэффекта зависит от типа проводимости полупроводникового материала, а величина – от кристаллографического направления. Наиболее сильно тензорезистивный эффект выражен в полупроводниковых кристаллах германия и кремния. Для создания полупроводниковых тензорезистивных элементов применяются преимущественно кремний, поскольку он, по сравнению с германием, имеет более высокую тензочувствительнотсть, большую механическую прочность и выдерживает более высокие температуры. Тензометрические свойства кремния анизотропны и зависят от кристаллографических направлений. Наибольшей тензочувствительностью обладают тензорезисторы, у которых направление деформации совпадает с кристаллографическим направлением.

Основные параметры тензорезисторов:

-тензочувствительность (S_т;) - связь между относительным изменением сопротивления и относительной деформацией в направлении измерений

- номинальное сопротивление R - сопротивление между его выводами при заданной температуре окружающей среды в отсутствии механических нагрузок.

- допустимая деформация Е_доп - Её превышение приводит к появлению остаточных деформаций и даже обрыву проволочных проводников и разрушение пластины полупроводниковых преобразователей. Для тензорезисторов Е_доп =3÷5∙10^-3.

- погрешность преобразования

ТЭС – часть ИП, действие которого основано на зависимости от температуры электрического сопротивления металлического проводника или полупроводникового элемента. Термометр применяется в комплекте с прибором для измерения электрического сопротивления и источником питания. Термометр сопротивления в виде металлического проводника или полупроводникового элемента, с соответствующей условиям применения монтажной и защитной арматурой, монтируется на объекте измерения и соединяется проводной линией с измерительным прибором и источником питания. Питание может осуществляться от сухой батареи, аккумулятора или сетевое через выпрямитель. Линия, соединяющая термометр с измерительным прибором, должна иметь определенное сопротивление, для подгонки сопротивления линии измерительный прибор снабжается подгоночными катушками.

По инерционности ТЭС разделяются на термометры большой инерционности (постоянная времени до 4мин.), средней инерционности (до 1мин. 20с) и малой инерционности (до 9с). Инерционность определяется главным образом конструкцией чувствительного элемента и его защитной арматурой.

По виду термометрического тела термометры сопротивления можно разделить на металлические и полупроводниковые.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ:

К материалам термоэлектрического тела термометра сопротивления предъявляются следующие требования:

1. Зависимость электрического сопротивления от температуры в диапазоне измерения должна быть устойчива, материал должен быть прочным, стойким против коррозии и против распыления при нагреве.

2. Температурный коэффициент электрического сопротивления должен быть высоким и обеспечивать высокую чувствительность термометра и в диапазоне измерения должен быть постоянным и обеспечивать линейную зависимость сопротивления от температуры.

3. Удельное электрическое сопротивление проводника должно быть высоким и позволять построить термометр с большим сопротивлением при малых габаритных размерах.

4. Электрические свойства материала должны быть воспроизводимы и позволять осуществлять взаимозаменяемость термометров.

Наилучшим образом выше перечисленным требованиям отвечают платина и медь.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ

По другому называются термисторы, представляющие собой смесь окислов MnO2, CuO3, Fe2O3, NiO, VO2 и др., спрессованную и запеченную при высокой температуре.

Термисторы отличаются от проводниковых металлов и сплавов весьма высоким удельным электрическим сопротивлением, и тем, что для них характерно уменьшение сопротивления при нагревании, т.е. отрицательный температурный коэффициент сопротивления. При этом сопротивление термистора меняется очень сильно.

Высокие температурные коэффициенты сопротивления придают полупроводниковым термометрам весьма высокую чувствительность, что делает их особенно пригодными для измерения температур в сравнительно узких интервалах с высокой точностью. Небольшие размеры и малый вес чувствительного элемента способствуют уменьшению инерционности (постоянная времени до 0,1с) и в сочетании с высокой чувствительностью позволяют производить такие измерения, как измерение температуры живых тканей, температуры миниатюрных объектов и т.п.

Недостатками полупроводниковых термометров сопротивления являются пока еще недостаточная стабильность их электрических свойств во времени при высоких температурах, а также большой разброс по величине температурного коэффициента (порядка ±10%) даже в пределах партии чувствительных элементов с одинаковыми номинальными характеристиками.

Раздел 12.2: Рисунки – Индуктивные преобразователи