1 Überblick über die Sensorik

74 3.3 Resistive Temperatursensoren 3.3.3 Halbleiterwiderstände 75
aber nicht mehr zu auf Platin-Dünnfilmsensoren [3.51]. Ein alternativer Werkstoff für
eingeschränkte Ansprüche ist Nickel, das sich gut in einer sehr kostengünstigen Dickschichttechnik
(Band 1, Abschnitt 4.2.1) verarbeiten läßt. Die Einstellung auf einen
Nennwiderstand erfolgt durch Lasertrimmen (z.B. mit einem Nd:YAG-Laser), d.h. eine
Technologie, die in der Dickschichttechnik ohnehin standardmäßig eingesetzt wird. In
Bild 3.3.2-7 ist ein Nickel-Dickschichttemperatursensor zusammen mit einigen Leistungsdaten
dargestellt.
Bild 3.3.2-7
resistiver Nickel-Dickschicht-
Temperatursensor (nach [3.20])
a) Aufbau
b) Leistungsdaten
Kenndaten des Ni-Dickschicht-Widerstandes
Nennwiderstand 100 Ohm
Bauweise
Dickfilmtechnik
Abmessungen (ohne Anschlußdrähte)
Länge 17,00 mm
Breite 3,80 mm
Höhe 1,35 mm
Anschlußmatenal Phosphor-Bronze
(94% Cu, 6% Sn + P)
Abmessungen der 10 mm ± 1 mm
Anschlußdrähte
Zugbelastbarkeit der Anschlußdrähte bei RT
axial
> 40 N
senkrecht
ca. 20 N
Kennlinie DIN 43760
Temperaturbereich °C –60 bis +180
Temperaturkoeffizient
ppm/K 6180 ± 47
Selbsterwärmungskoeffizient
°C/mW 0,01
(bei bewegter Luft v = 1 m/s)
In Tab. 3.3.2-3 werden die Eigenschaften von resistiven Temperatursensoren und Thermoelementen
miteinander verglichen. Bild 3.3.2-8 zeigt, daß der TK von Platinwiderständen
in einem großen Temperaturbereich weniger variiert (und das nach einem gut
auswertbaren linearen Gesetz) als der Seebeck-Koeffizient eines Thermoelements.
Tab. 3.3.2-3 Vergleich der Eigenschaften von Widerstandsthermomentern (resistiven Temperatursensoren)
und Thermoelementen (nach [3.17])
Bild 3.3.2-8
Vergleich der Temperaturkoeffizienten von Platinwiderständen und des Seebeck-
Koeffizienten eines Thermoelements (nach [3.17])
3.3.3 Halbleiterwiderstände
Wie aus Bild 3.3.1-2 hervorgeht, hat die Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes
bei Halbleiterwerkstoffen keinen linearen Verlauf wie bei Metallen. In den
Erschöpfungs-, Sättigungs- und intrinsischen Bereichen (Bild 3.3.1-2a) führen jeweils
unterschiedliche Effekte zu einer charakteristischen Temperaturabhängigkeit. Der Anwendungsbereich
für die große Mehrzahl der Temperatursensoren (ca. -50 o C bis. +
200 o C) fällt in den Sättigungsbereich der Halbleiter, wo die Ladungsträgerdichte etwa
konstant ist und durch die Dotierungskonzentration bestimmt wird (Band 2, Abschnitt
4.2). Aufgrund dieser Tatsache entstehen zwei prinzipielle Nachteile:
– die Größe des spezifischen Widerstandes wird durch die Dotierungskonzentration
bestimmt, die bei nicht zu niederohmigen Halbleitern sehr niedrige Werte (z.B.