Главная Промышленные терморезисторы



Интересной системой, которая обладает стабильным электри-ческим сопротивлением при высоких температурах, является смес] диоксида циркония и оксида редкоземельного металла. Такая си тема, состоящая из смеси ZrO-Y2O3, была применена еще 1900 г. для изготовления катодов Нернста [5]. Хорошая ионна!, проводимость в этой системе при высоких температурах объясняется [6] диффузией ионов кислорода через искаженную решетку флюорита. Эти материалы не привлекали особого внимания вплоть до середины 50-х годов, но в связи с разработкой твердых электролитов, проводимость которых обусловлена ионами кислорода предназначенных для использования в устройствах для измеренш содержания кислорода и для высокотемпературных топливных эле ментов, системы диоксид циркония - оксид редкоземельного эле мента и Zr02-СаО вновь начали изучать. Исследование терморе зисторов из смеси диоксида циркония и оксида редкоземельной элемента, начатое в конце 50-х годов, позволило установить, чт« добавление в дисковые терморезисторы от 2 до 25 мае % оксид! иттрия и применение платиновых электродов дает возможность ис пользовать эти приборы при температурах вплоть до 1000° С [7 Некоторые проблемы, связанные с присоединением выводов к пла: типовым электродам, были решены заменой диска стержневым терморезистором. Промышленное освоение этого прибора задерживав ется его большой инерционностью, и поэтому вместо него бьц предложен малоинерционный бусинковый терморезистор [8, 9] d сопротивлением 10 Ом при 750° С, температурным коэффициен- том, равным 12 500 К, и ТКС -1,2%/° С при этой температуре.

Советскими исследователями был создан бусинковый терморе зистор [10] на основе системы диоксид циркония - диоксид це рия с температурным коэффициентом 21 000- 22 000 К и сопро? тивлением 5,75-10 Ом при температуре 650°С. Оба бусинковы)й терморезистора предназначены для работы в диапазоне техМпера- тур от 500 до 1000° С. Недавно был разработан [11] бусинковый] терморезистор для интервала температур от 300 до 500° С, который долго оставался неосвоенным как обычными, так и высокотемпера- турными бусинковыми терморезисторами. Новый прибор изготов-1 лен из оксидной системы цирконий - празеодим и заключен в обо- лочку из сплошного стекла, чтобы исключить окисление или восстановление материала терморезистора под воздействием окружа-* Ющей среды. Терморезистор имеет В = 4700 К, сопротивление 35 кОм при 300° С и работает в диапазоне температур от 100 до, 600°С. Температурные характеристики сопротивления трех описан-t ных бусинковых терморезисторов приведены на рис. 8.1.

Оксиды редкоземельных элементов без диоксида циркония также использовались для изготовления высокотемпературных терморезисторов. В [12] сообщается о дисковых терморезисторах из ди оксидов иттрия и диспрозия с платиновыми электродами и плати! новыми проволочными выводами. Терморезистор из диоксида иттрия имел сопротивление 12,4 МОм при 500° С, которое снижалось до 170 Ом при 1200°С, и В~21 ООО К. Прибор из диоксида дис-



[Ц озия имел сопротивление 1,64 кОм при 500° С, которое уменьшалось до 13 Ом [При 11200° С, и 5 - 9000 К. Оба они отличались дйзкой воспроизводимостью калибровки по сопротивлению из-за нестабильности электродов и оба материала оказались очень чувствительными к содержанию кислорода в окружающей атмосфгре.

1М0м

%too

Рис 8.1. Температурные характери-* стики сопротивления трех типов бу- сийковых терморезисторов, изготов- . лекных из оксидных систем цирко-НИИ - редкоземельный элемент и работающих при температурах выше 300° С:

/- терморезистор из оксидов циркония и дерия, 2 - терморезистор из оксидов циркония и иттрия; 3 - терморезистор из оксидов циркония и празеодима


Температура, °С W Ш 200

13 is П 19 21 23 25 ?7

Лучшей стабильностью обладали терморезисторы, изготовленные из однофазного твердого раствора оксидов олова и титана. Они имели форму коротких стержней с заделанными в них лараллель-ными платиновыми проволочными выводами [13]; их нестабильность не превышала ±5% при 800° С в течение 10-недельного испытания на старение. Правда, их нужно было помещать в оболочку для защиты от воздействия окружающей атмосферы. Сопротивление этих приборов можно было варьировать, подбирая размер стержней и расстояние между проводниками; типичное значение сопротивления составляло 1000 Ом при 600° С; параметр В изменялся в пределах 5000-6000 К. Терморезисторы из оксидов редкоземельных элементов и оксидов олова и титана пока еще не нашли промышленного применения.

Самым последним из предложенных полупроводниковым материалом, пригодным для изготовления высокотемпературных терморезисторов, является бор [14]. Стержни из чистого бора разрезают на кубики с длиной стороны 1 мм, а затем после травления и промывки к ним с противоположных сторон присоединяют платиновые или никелевые проволочные выводы, нагревая их пропусканием тока в вакууме. Выделяющееся тепло вызывает сплавление проволочных выводов с бором, благодаря чему контакты получаются омическими. Сплав бора и платины дает надежный контакт при температурах до 650° С, а сплав бора и никеля -до 990° С. Изготовленные таким способом приборы имеют обычную линейную Зависимость InR от 1/Т в интервале температур от 200 до 700° С и = 9100 К. Ниже 200° С сопротивление этих приборов зависит от Примесей и меняется в широких пределах от образца к образцу. Термоциклирование в течение 1000 ч в вакууме при температурах До 900° С практически не изменяло характеристики терморезисто-



ров, тогда как их стабильность при аналогичном термои.иклиров, НИИ на воздухе была довольно плохой. Нанесение обычной кер; мической глазури восстанавливало стабильность на воздухе п температурах до 650° С, а герметизация прибора в зонде из нерж веющей стали под вакуумом сохраняла хорошую стабильность пр температурах до 900° С. Промышленное освоение терморезисторс из бора еще «е начато.

К основным областям применения высокотемпературных терме резисторов относятся измерение и регулирование температуры, также индикация и защита от перегрева. Методы и схемы включе ния практически не отличаются от тех, которые применяются дл! обычных терморезисторов, за исключением выбора изоляторов i герметиков. Эту операцию нужно выполнять с особой тщатель ностью, помня, что при температурах порядка 1000° С некоторы! тугоплавкие материалы сами становятся полупроводящими. В от личие от обычных приборов, высокотемпературные терморезисторы выгодно использовать в газовых расходомерах. Способность работать при повышенных техмпературах в стабильных окружающих условиях означает возможность достижения более высокой чувствительности.

8.2. Переключающие терморезисторы с отрицательным ТКС

Отмеченный с начала 60-х годов рост применения терморезис; торов с положительным ТКС, характеризующихся большим изм нением сопротивления в узком интервале температур, продемонс рировал их преимущества как приборов точного регулирования ограниченном интервале температур или для тепловой защиты. Ой ним из результатов такого повышенного внимания явился поиа материалов с отрицательным ТКС и столь же резким изменение температурной характеристики сопротивления. Очевидно, что эт1 ми свойствами не могут обладать материалы, электропроводносА которых точно соответствует одной из трех классических «атего рий: металлы, полупроводники или диэлектрики. Поэтому основ ное внимание уделялось материалам, механизм проводимости котч рых резко меняется вследствие различных структурных превраще НИИ. Такие превращения должны быть обратимыми предпочтитель! но в узком интервале температур, чтобы избежать большого гисЧ резиса на температурных характеристиках проводимости при н1 гревании и охлаждении.

На основании изучения свойств оксидов металлов переходное-группы было высказано предположение [15] о том, что электрон--ные свойства могут изменяться при сильном взаимодействии ка тионов металла, находящихся в октаэдрических ячейках криста лической решетки. Это взаимодействие, судя по всему, может быт достаточно сильным, если соседние октаэдры имеют общую грай) или ребро. Поэтому, зная кристаллическую структуру, можно пре сказать, в каких материалах скорее всего будет происходить менение характера проводимости. Наиболее привлекательны оксй



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [39] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67


0.0448