Параметры терморезистора

Параметры А и B могут быть определены по результатам измерений сопротивлений R₁ и R₂ при двух разных температурах Т₁ и Т₂. График функции (2.9) приведён на рис. 2.9

Рис. 2.9

В соответствии с (2.9) для двух точек на графике получим:

(2.10)

Из (2.10) получим

,

откуда выражаем коэффициент

. (2.11)

Учитывая, что

,

получаем общую формулу для терморезисторов:

. (2.12)

Если T₁ –номинальная температура, то R₁ –номинальное сопротивление терморезистора.

Вольтамперная характеристика

Для получения вольтамперной характеристики терморезистора получим зависимости напряжения и тока терморезистора от температуры.

При установившейся температуре терморезистора T выделяемая тепловая мощность P=U²/R=I²R равна мощности передачи тепла в окружающую среду P=b(T-T₀), где b –коэффициент теплопередачи, в общем случае, зависящий от температуры окружающей среды T₀ и конструктивных особенностей:

(2.13)

Из (2.13) с учётом (2.12) получим:

(2.14)

Уравнения (2.14) представляют вольтамперную характеристику терморезистора в параметрической форме (рис. 2.10).

Рис. 2.10

Характеристика имеет точку перегиба и участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Этот эффект объясняется саморазогревом терморезистора при большом токе. Для определения температуры T_m, соответствующей точке перегиба, продифференцируем уравнения (2.14):

Вольтамперная характеристика имеет перегиб при T=T_m, если B > 4T₀.

Параметры терморезисторов

Для обоснованного выбора конкретного типа терморезистора разработчику аппаратуры производитель предоставляет набор основных классификационных параметров:

- B – коэффициент термочувствительности;

- R₁ –номинальное сопротивление при номинальной температуре T₁;

- Р_max –максимальная мощность;

- T_min… T_max – диапазон рабочих температур.

Типичный внешний вид терморезисторов приведён на рис. 2.11.

Рис. 2.11

Терморезисторы с дополнительным нагревом

Некоторые терморезисторы имеют дополнительную функцию подогрева за счёт управляющего тока I_упр, как показано на рис. 2.12.

Рис. 2.12

Теплота, создаваемая управляющим током, повышает температуру терморезистора:

T_У = T₀ +Θ(I_упр).

Терморезисторы с дополнительным подогревом могут использоваться как переменное сопротивление, управляемое током.

Позисторы

Терморезисторы, сопротивление которых увеличивается с ростом температуры, называют позисторами. Зависимость между сопротивлением позистора и температурой имеет экспоненциальный характер

,
где a(T) > 0 –температурный коэффициент сопротивления.

Температурный коэффициент сопротивления показывает относительное изменение сопротивления, приходящееся на один градус:

.

Обычно в справочниках значение температурного коэффициента сопротивления приводится в :

.

Пример передаточной функции позистора при a(T) = 60% /K приведён на рис. 2.13 .

Рис. 2.13

Варистор

Варистор это полупроводниковый резистор, величина сопротивления которого зависит от напряжения на этом резисторе. Типичная вольтамперная характеристика и схемное обозначение варистора приведены на рис. 2.14.

Рис. 2.14

Ток варистора связан с напряжением приближённым равенством

I=kU^β,
где k –постоянный множитель; β –коэффициент нелинейности. Основными электрическими параметрами варисторов являются:

- статическое сопротивление R=U/I;

- динамическое сопротивление R_дин=dU/dI≈ΔU/ΔI;

- коэффициент нелинейности β=R/ R_дин=(U ΔI) /(IΔU);

- классификационное напряжение U_кл и классификационный ток I_кл;

- номинальная мощность рассеяния Р_ном.

Варисторы используют для защиты устройств от перенапряжений, возникающих в электрических цепях.

Фоторезисторы

Фоторезисторы изменяют своё сопротивление в зависимости от параметров освещения их рабочей области. Такими параметрами являются величина освещённости и спектральный состав излучения. Рис. 2.15 показывает схемное обозначение и передаточную характеристику фоторезистора R=f(Ф) в пределах спектральной чувствительности.

Рис. 2.15

В затемнённом состоянии фоторезистор характеризуется темновым сопротивлением R₀.

Тензорезисторы

Тензорезисторы предназначены для преобразования малых (микрометры) деформаций в электрический сигнал. Конструктивно различаются пластинчатые и проволочные тензорезисторы. Проволочные датчики изготавливаются в виде тонкой проволоки, змейкой приклеенной на тонкую эластичную диэлектрическую подложку (рис. 2.16)

Рис. 2.16

Тензорезистор наклеивается на деформируемую поверхность таким образом, чтобы прямолинейные участки проволоки растягивались или сжимались в направлении деформации. Если длина прямолинейного участка проволоки l, а число этих участков n, то величина деформации поверхности δ приводит к растяжению проволоки на Δl= δ n. Изменение длины проволоки вызывает изменение её сопротивления

ΔR=(ρ δ n)/s,

где ρ –удельное сопротивление проволоки, s –площадь сечение проволоки.

Чувствительность тензодатчиков характеризуется передаточным коэффициентом, определяемым отношением относительного изменения сопротивления к относительной деформации

.

Детальное рассмотрение тензопреобразователей приведено в Главе 5.