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