Терморезистор с положительным ткс

Терморезистор с положительным ткс

Терморезисторами с положительным ТКС называют зависящие от температуры резисторы из легированной титанатной керамики. Эти резисторы во вполне определен­ных областях температур имеют очень высокий по­ложительный ТКС (αR), обусловленный взаимодействием полупроводниковых и сегнетоэлектрических свойств титанатной керамики. При изготовлена датчиков этого типа из смеси карбоната бария оксидами стронция и титана путем прессования полу чают диски или стержни. Изменяя состав смеси, можно варьировать электрические свойства резистора Материал спекают путем отжига заготовки при температурах в диапазоне 1000. 1400°С. Затем изготавливают контакты.

На характеристике сопротивление — температура (рис. 7.28) ясно видно резкое возрастание сопротивления при температурах выше 110°С. При этом кри­вую можно разделить на отдельные участки в разных температурных диапазонах (рис. 7.29). 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 некой температуре ТМ температурный коэффициент такого терморезистора (αR) описывается касательной к характеристике сопротивление — температура в точ­ке, соответствующей этой температуре. При логариф­мическом масштабе и R2 = 10R1 получаем αR = 100/(T2 – T1)0,4343, %/K.

Рис. 7.28. Рабочая характеристика терморезистора с положи­тельным ТКС.

а) б) в)

Рис. 7.29. Определение параметров датчика: а — температура реагирования ТN; б — ТКС (αR) при температуре ТМ; в — каса­тельная в точке перегиба ТW.

Максимальный ТКС, чаще всею приводимый в технических паспортах терморезисторов, соответствует наклону касательной и точке перегиба (рис. 7.29,в). Из статической вольт-амперной характеристики типичного терморезистора с положительным TKС (рис. 7.30) отчетливо видно его ограничивающее тон действие. При малых напряжениях, согласно закону Ома, получается линейная зависимость между U и I.

а) б)

Рис. 7.30. Вольт-амперная характеристика терморезистора с положительным ТКС в линейном (a) и логарифмическом (б) масштабах

Однако, как только из-за большой потери мощности возникает самонагрев терморезистора, ток начинает быстро спадать и в итоге стабилизируется. Этот про­цесс зависит, естественно, от окружающей температуры и теплоотвода от терморезистора в рабочую среду.

На основании этого эффекта при использовании терморезистора с положительным ТКС можно изго­товить датчик уровня жидкости (например, котель­ного топлива).

Датчик уровня на основе терморезистора с положительным ткс

Рис. 7.31. Типичная рабочая характеристика терморезистора о положительным ТКС.

Большой ТКС терморезистора в некотором узком температурном интервале (рис. 7.31) и отличие теплооотвода на воздухе и в топливе дает возможность изготовить датчик уровня. На рис. 7.32 проиллюстрирован наиболее неблагоприятный случай (теплое топливо и холодный воздух). При этом разность токов минимальна, но все же достаточна, чтобы на нее реа­гировало соответствующее переключающее устрой­ство. Если датчик питается, например, постоянным напряжением 15 В, то изменение тока оказывается не менее 6 мА. Для использования этого эффекта воз­можно следующее схемное решение (рис. 7.33).

Рис. 7.32. Вольт-амперная характеристика терморезистора ТКС в различных средах (топливо–воздух). Вверху: в среде спокойного воздуха, 25ºС.

Внизу: 1 – нижняя граница, спокойное топливо, 50ºС,

2 – верхняя граница, спокойный воздух, –25ºС.

Рис. 7.33 Принципиальная схема измерения уровня датчиком температуры на основе терморезистора с положительным ТКС (РТС).

Терморезистор (RТ) с положительным ТКС включается в качестве активного элемента в измерительный мост, питающийся от источника постоянного тока (LM 317). С помощью комбинации резисторов (R1 + R2) можно изменять ток IВ, в интервале 20…80 мА. Резистором R1 ток IВ устанавливается около 40 мА (на воздухе). Уравновешивание относительно нуля, когда UB = 0 В, осуществляется настроечным потен­циометром RP = 2 кОм.

Читайте также:  Электропривод для мансардных окон

Если датчик погружается в контролируемую жидкость (например, в топливо), то напряжение UB из­меняется. С помощью регулируемого резистором Rg сигнализатора предельною значения это изменение напряжения визуализируется светодиодом LED. Ре­зистор RX, сопротивление которого рассчитывается, ограничивает ток светодиода LED некоторым макси­мально допустимым значением (в общем случае 10 мА). Вместо свето­диода можно подключить реле.

При встраивании терморезистора с по­ложительным ТКС в головку датчика (рис. 7.34) важно соблю­дать следующие меры:

Внутренний диа­метр должен быть не меньше 15 мм.

Длина «холодно­го» вывода должна быть не меньше 14 мм (из них максимум 3 мм может быть использо­вано для спая с соеди­нительным кабелем, так что должно оста­ваться по меньшей ме­ре 11 мм свободной длины вывода).

Диаметр отверстии для впуска воздуха и топ­лива должен быть не меньше 5 мм; расстояние между отверстиями около 60 мм.

Поскольку теплопроводность в значительной мере ограничивается длиной вывода, изогнутый «горячий» вывод не должен быть слишком коротким. При мон­таже терморезистора этот вывод должен быть на­правлен вниз (красная метка внизу).

Лучше всего такие датчики зарекомендовали себя в качестве защиты электродвигателей от перегрузки или как защитные датчики механизмов. Если, напри­мер, терморезистор с положительным ТКС включен последовательно с потребителем тока (например, с электродвигателем), как показано на рис. 7.35, то при нормальном режиме работы через электродвига­тель проходит оптимальный ток и сопротивление тер­морезистора в этом режиме незначительно. При воз­растании тока в случае возникновения неисправности терморезистор быстро достигает своей расчетной тем­пературы, т.е. становится высокоомным и снижает ток (ограничение тока).

Рис. 7.34. Конструкция и размеры датчика уровня.

Рис. 7.35. Применение терморезистора с положительным ТКС в качестве зашиты электродвигателя (М) от перегрузок.

Полупроводники можно применять также в каче­стве саморегулируемых нагревательных элементов и термостатов, так как они не требуют никаких допол­нительных элементов. Если, например, к терморезистору с положительным ТКС приложить напряжение, вызывающее его нагрев до температуры выше расчет­ной, то происходит скачкообразное изменение темпе­ратуры. В равновесном состоянии, т.е. когда подводимая электрическая энергия равна отводимой тепло­вой энергии, устанавливается постоянная темпера­тура, не зависящая от температуры окружающей среды.

Этот эффект может найти разнообразные применения, например:

в технике связи (термостатирование кварцевых кристаллов, диодов и т.д);

в электронике (подогрев жидкокристаллических индикаторов и приборов, термостатирование небольших участков, например интегральных схем, жидких кристаллов, фильтров на волоконных световодах и т.д.);

в медицине (испарители, ингаляторы, инструментальные шкафы, футляры или штативы для набора инструментов);

в автомобильной технике (предварительный подогрев карбюратора, обогрев наружного зеркала, нагрев жиклера, предварительный подогрев воздуха и т.д.);

в бытовой технике (кефирницы, испарители, тер­мостатированные подставки, подогреватели воды, раз­мораживатели продуктов, подогреватели детского пи­тания, нагреватели биметаллических выключателей, резаки для пористых пластиков типа «Стиропор», пи­столет для горячей склейки, бигуди и т.д.).

Рис 7.36. Примеры применения саморегулируемых терморезисторов (РТС) для термостатирования в автомобиле. Стрелками показан поток воздуха к головке цилиндров.

На рис. 7.36 показаны два конкретных примера из автомобильной техники: обогрев наружного зер­кала и предварительный подогрев воздуха.

Читайте также:  Как изготовить светильник из изолона

При предварительном подогреве воздуха снижает­ся расход топлива на прогрев двигателя и одновре­менно уменьшается выброс вредных веществ.

Страницу которую Вы ищите была удалена, переименована, или она временно недоступна.

  • Проверьте адрес страницы в строке адреса,
  • Перейдите на главную страницу,
  • Вернитесь назад, чтобы использовать другую ссылку.

Россия, 109044, г.Москва
ул.Динамовская д.1а, офис 120

режим работы:
пн-пт 10:00 — 18:00

+ 7 (495) 646 88 62

ТК "Митинский радиорынок"
цокольный этаж, павильон 19

ср-чт 9:00 — 17:00
сб 8:00 — 15:00

режим работы:
сб 8:00 — 14:00

+ 7 (985) 288 14 41

ЗАО “АНИОН электроникс” © ВСЕ ПРАВА ЗАЩИЩЕНЫ

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/Т 2 .

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.

Читайте также:  Приспособление для выпрессовки ступичных подшипников

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 (RS) 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 RP, 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)] [U(-B/T 2 )] [RTh/R] [1/(1 + RT/R) 2 .

Соотношением плеч делителя напряжения R2/(R1 + R2)можно установить, следовательно, любую крутизну характеристики U(T)/U, 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/UB n ,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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector