Страница: 5/6
5. Температурные датчики. Термисторы.
Одной из наиболее распространенных задач промышленной, бытовой и медицинской автоматики, решаемых путем температурных измерений, является задача выделения заданного значения температуры или диапазона температур, в пределах которого контролируемые физические процессы протекают нормально, с требуемыми параметрами. Это, в первую очередь, относится к приборам и устройствам, работающим при температурах, определяемых условиями жизнедеятельности человека и используемых им при этом приборов машин и механизмов, т.е. –40º +100°С, например, кондиционирование температуры жилых, складских и технологических помещений, контроль нагрева различных двигателей, трансмиссий, тормозных устройств и т.п., системы пожарной сигнализации, контроль температуры в медицине, биотехнологиях и сельском хозяйстве и пр. В качестве чувствительных элементов таких систем в последнее время широко используются полупроводниковые термосопротивления с отрицательным температурным коэффициентом или термисторы (NTC-thermistors). Однако, для решения задачи в целом, т.е. получения электрического сигнала, возникающего при повышении или понижении температуры контролируемого процесса до заданного значения, термистор должен быть снабжен дополнительными электронными схемами, которые и осуществляют решение задачи выделения заданного значения температуры. В Институте проблем управления РАН совместно с фирмой VZ SENSOR Ltd., на основе полупроводниковых структур с L-образной вольтамперной характеристикой были разработаны интеллектуальные (функциональные) термисторы (Z-thermistors), которые способны решать задачу выделения заданного значения температуры без использования дополнительных электронных схем .
Схема включения обычного термистора
Схема включения Z-термистора
Z-термисторы представляют собой полупроводниковую p-n структуру, включаемую в прямом направлении (+ к p-области структуры) в цепь источника постоянного напряжения. Структура обладает функцией перехода из одного устойчивого состояния (с малым током) в другое устойчивое состояние (в 50 - 100 раз большим током) при ее нагреве до заданного значения температуры. Установка требуемого значения температуры срабатывания осуществляется простым изменением напряжения питания. Длительность перехода структуры (Z-термистора) из одного устойчивого состояния в другое 1 - 2 мкс. Схема включения Z-термистора состоит из источника питания U и нагрузочного резистора R, который одновременно служит ограничителем тока Z-термистора при его переходе в состояние с большим током (рис.). Выходной сигнал (бросок напряжения) может быть снят как с нагрузочного резистора R, так и с самого Z-термистора, но с обратным знаком. Как уже было сказано, Z-термистор может быть настроен на любое значение температуры в диапазоне –40 -+100°С путем изменения питающего напряжения U. При этом могут быть изготовлены разные типы Z-термисторов, срабатывающие при одной и той же температуре от разных напряжений питания. Для того, чтобы разделить Z-термисторы по типам, было введено понятие базовой температуры. В качестве базовой было принято значение комнатной температуры (room temperature) +20°С. Принципиально Z-термисторы могут быть изготовлены на любые напряжения срабатывания в пределах от 1 до 100 В при базовой температуре, но для удобства пользователей мы ограничились рядом типовых значений напряжения, чаще всего используемых в электронной технике, а именно: 1,5 В; 3 В; 4,5 В; 9 В; 12 В; 18 В; 24 В (см. таблицу).
Таблица - Технические характеристики Z-термисторов при температуре +20°C и сопротивлении резистора R = 0.25 + 5 кОм
|
Тип Z-термистора |
TZ-1 |
TZ-3 |
TZ-4 |
TZ-12 |
TZ-18 |
TZ-24 |
|
|
Пороговое напряжение |
Uth(B) |
<1,5 |
3+-0,5 |
4,5+-1 |
12+-2 |
18+-3 |
24+-3 |
|
Пороговый ток |
Ith(mA) |
<0,05 |
<0,1 |
<0,15 |
<0,2 |
<0,25 |
<0,35 |
|
Вторичное напряжение |
Uf(B) |
<0,7 |
<1,5 |
<2 |
<5 |
<8 |
<10 |
|
Вторичный ток |
If(mA) |
>1,5 |
>1,7 |
>3 |
>2,5 |
>3 |
>3,5 |
|
Выходной сигнал |
UR(B) |
>0,5 Uth |
" |
" |
" |
" |
" |
|
Рассеиваемая мощность |
P(mBт) |
<100 |
" |
" |
" |
" |
" |
|
Длительность перехода Uth-Uf |
t(мкс) |
<5 |
" |
" |
" |
" |
" |
|
Разрешающая способность |
Т(°C) |
<0,1 |
" |
" |
<<0,1 |
" |
" |
|
Чувствительность участка 1 |
S1(мВ/°C) |
>10 |
" |
" |
>30 |
" |
" |
|
Чувствительность участка 2 |
S2(мВ/°C) |
>20 |
" |
" |
>60 |
" |
" |
|
Чувствительность участка 3 |
S3(мВ/°C) |
>200 |
" |
" |
>400 |
" |
" |
|
Быстродействие |
Т(сек) |
<1 |
" |
" |
<<1 |
" |
" |
Реферат опубликован: 26/04/2005 (15674 прочтено)