Неметаллические термометры сопротивления

Кроме металлов для изготовления термометров сопротивления применяют также полупроводниковые материалы: германий, окислы меди, марганца, кобальта, магния, титана, их смеси, а также углерод.

Угольный термометр сопротивления имеет высокое удельное электрическое сопротивление и значительный отрицательный температурный коэффициент. Чувствительным элементом угольных термометров являются стержни из графита или углей. Графит не изменяет своих свойств при высоких температурах, поэтому такие термометры применяются для измерения температур до 2300 К. Угольный термометр не чувствителен к магнитным полям.

Большинство полупроводниковых материалов обладает большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления и также очень большим удельным сопротивлением. Поэтому можно изготавливать очень малые по размерам чувствительные элементы термопреобразователей сопротивления, обладающих значительным коэффициентом преобразования.

Зависимость сопротивления полупроводников от температуры в интервалах, не превышающих 100 °С, определяется выражением

,

где R_T – сопротивление при температуре T, в кельвинах; A, b, B – постоянные коэффициенты, зависящие от свойств материала полупроводника.

В узких интервалах температур (не более 25 °С) используется более простое выражение

.

В связи с тем, что технология получения полупроводниковых термопреобразователей сопротивления не позволяет изготавливать их с идентичными характеристиками, они не отвечают полностью требованию воспроизводимости. Все полупроводниковые термопреобразователи сопротивления имеют индивидуальные градуировочные характеристики.

Особенно большое распространение получили германиевые терморезисторы для измерения температур от 1,5 K и выше. Для интервала от 4,2 до 13,81 K они применяются для воспроизведения температурной шкалы. Германиевые терморезисторы, применяемые для технических измерений, имеют предел допускаемых погрешностей ±(0,05÷0,1) К. Для эталонных германиевых терморезисторов стабильность градуировочной характеристики не хуже ± 0,001 К.

Для измерения температур от минуса 100 до плюс 300 °C применяются окисные полупроводниковые материалы. Коэффициенты преобразования полупроводниковых терморезисторов могут быть на несколько порядков выше, чем у термометров сопротивления с чувствительным элементом из металлической проволоки. Однако необходимость индивидуальной градуировки существенно ограничивает возможности широкого применения полупроводниковых терморезисторов для измерения температуры.

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы, позисторы), широко применяются в системах температурной сигнализации. Это вызвано тем, что они обладают способностью изменять свое сопротивление скачкообразно в несколько раз при достижении определенной температуры, что вызывает соответствующее увеличение тока и срабатывание системы сигнализации (релейный эффект). Это связано с тем, что при определенном уменьшении сопротивления увеличивающийся ток приводит к саморазогреву термистора (появляется положительная обратная связь).