Температурні датчики. Термістори - Температурні датчики. Термістори

Однією з найбільш поширених завдань промислової, побутової та медичної автоматики, що вирішуються шляхом температурних вимірювань, є завдання виділення заданого значення температури або діапазону температур, в межах якого контрольовані фізичні процеси протікають нормально, з необхідними параметрами. Це, в першу чергу, відноситься до приладів і пристроїв, що працюють при температурах, що визначаються умовами життєдіяльності людини і використовуваних ним при цьому приладів машин і механізмів, тобто -40 € +100 ° С, наприклад, кондиціювання температури житлових, складських і технологічних приміщень, контроль нагріву різних двигунів, трансмісій, гальмівних пристроїв тощо, системи пожежної сигналізації, контроль температури в медицині, біотехнологіях та сільському господарстві та ін У Як чутливі елементи таких систем останнім часом широко використовуються напівпровідникові термоопору з негативним температурним коефіцієнтом або термістори (NTC-thermistors). Однак, для рішення задачі в цілому, тобто отримання електричного сигналу, що виникає при підвищенні або зниженні температури контрольованого процесу до заданого значення, термістор повинен бути забезпечений додатковимиелектронними схемами, які і здійснюють рішення задачі виділення заданого значення температури. В Інституті проблем управління РАН спільно з фірмою VZ SENSOR Ltd., На основі напівпровідникових структур з L-образної вольтамперной характеристикою були розроблені інтелектуальні (функціональні) термістори (Z-thermistors), які здатні вирішувати завдання виділення заданого значення температури без використання додаткових електронних схем.

Схема включення звичайного термістора

Схема включення Z-термістора

Z-термістори являють собою напівпровідникову pn структуру, що включається в прямому напрямку (+ до p-області структури) в ланцюг джерела постійної напруги. Структура має функцію переходу з одного стійкого стану (з малим струмом), в інший стійкий стан (у 50 - 100 разів більшим струмом) при умові її нагрівання до заданого значення температури. Установка необхідного значення температури спрацьовування здійснюється простим зміною напруги живлення. Тривалість переходу структури (Z-термістора) з одного стійкого стану в інше 1 - 2 мкс. Схема включення Z-термістора складається з джерела живлення U і навантажувального резистора R, який одночасно служить обмежувачем струму Z-термістора при його переході в стан з великим струмом (мал.). Вихідний сигнал (кидок напруги) може бути знятий як з навантажувального резистора R, так і з самого Z-термістора, але з протилежним знаком. Як вже було сказано, Z-термістор може бути налаштований на будь-яке значення температури в діапазоні -40 - +100 ° С шляхом зміни живлячої напруги U. При цьому можуть бути виготовлені різні типи Z-термісторів, що спрацьовують при одній і тій же температурі від різних напруг живлення. Для того, щоб розділити Z-термістори за типами, було введено поняття базової температури. В якості базової було прийняте значення кімнатної температури (room temperature) +20 ° С. Принципово Z-термістори можуть бути виготовлені на будь-які напруги спрацьовування в межах від 1 до 100 В при базовій температурі, але для зручності користувачів ми обмежилися поруч типових значень напруги, найчастіше використовуються в електронній техніці, а саме: 1,5 В; 3 В ; 4,5 В; 9 В; 12 В; 18 В, 24 В (див. таблицю).

Таблиця

Технічні характеристики Z-термісторів при температурі +20 ° C і опорі резистора R = 0.25 + 5 кОм

Тип Z-термістора

TZ-1

TZ-3

TZ-4

TZ-12

TZ-18

TZ-24

Порогове напруга

U Th (B)

<1,5

3 + -0,5

4,5 + -1

12 + -2

18 + -3

24 + -3

Граничний струм

I Th (mA)

<0,05

<0,1

<0,15

<0,2

<0,25

<0,35

Вторинне напруга

U F (B)

<0,7

<1,5

<2

<5

<8

<10

Вторинний струм

I F (mA)

> 1,5

> 1,7

> 3

> 2,5

> 3

> 3,5

Вихідний сигнал

U R (B)

> 0,5 U Th

"

"

"

"

"

Потужність, що розсіюється

P (mBт)

<100

"

"

"

"

"

Тривалість переходу U Th-U F

T (мкс)

<5

"

"

"

"

"

Роздільна здатність

Т (° C)

<0,1

"

"

<<0,1

"

"

Чутливість ділянки 1

S 1 (мВ / ° C)

> 10

"

"

> 30

"

"

Чутливість ділянки 2

S 2 (мВ / ° C)

> 20

"

"

> 60

"

"

Чутливість ділянки 3

S 3 (мВ / ° C)

> 200

"

"

> 400

"

"

Швидкодія

Т (сек)

<1

"

"

<<1

"

"

Діапазон робочих температур: -20 + 100 ° C

Діапазон граничних напруг: 60 - 0,5 B

Розміри Z-термісторів: 1 x 1 x 0,3; 2 x 2 x 0,3; 3 x 1,5 x 0,3 mm

Маркування Z-термісторів: TZ-(1, 3, 4; 12; 18; 24)

Тут: T - функціональний тип сенсора (Thermistor);

Z - фізичний принцип дії (Z-ефект);

(1, 3, 4; 12; 18; 24) - гранична напруга при 20 ° C

Z-термістори можуть бути використані не тільки як високоточні, надійні і прості в експлуатації сигналізатори заданого значення температури, але також, як температурні сенсори для безперервного вимірювання температури, приблизно в тому ж діапазоні (-40 - +100 ° С). Для цього можуть бути використані ділянки 1,2,3 ВАХ (рис.). При цьому, знаючи нижню і верхню межі вимірювань температури, (наприклад, для медичного термометра +34 ° - +43 ° С), напруга живлення вибирається таким, щоб значення струмів термістора, що відповідають цим межам вимірювань, перебували на обраному ділянці ВАХ. Точнісні можливості Z-термісторів при їх використанні як в пороговому режимі, так і в режимі безперервних вимірювань практично повністю визначаються стабільністю напруги живлення і лежать в межах 0,1 - 0,01 ° С. Великий інтерес з практичної точки зору являє собою можливість використання Z-термісторів в частотно-імпульсному режимі роботи. Для цього паралельно Z-термістори підключають ємність С>> 0,05 - 0,15 мкФ (мал.), що викликає генерацію пилкоподібних імпульсів великої амплітуди (порядку 0,5 від напруги живлення), частота проходження яких пропорційна температурі.

Вольтамперна характеристика (ВАХ) Z-термістора

Похожие статьи




Температурні датчики. Термістори - Температурні датчики. Термістори

Предыдущая | Следующая