Meetsystemen

Meetsystemen: Meetgrootheden
Temperatuurmeting
16.5 Temperatuurmeting met behulp van een halfgeleider
De halfgeleider geeft een verandering in weerstand die afhankelijk is van de temperatuursverandering.
Achtereenvolgens bespreken we:
de Si-weerstand,
thermistors,
junctieweerstanden en
temperatuurgevoelige stroombronnen.
Halfgeleider-temperatuur-opnemers bezitten een langdurige en hoge stabiliteit, zijn goedkoop en
klein van afmeting. Halfgeleiders inclusief behuizing zijn te maken volgens klantenspecificaties.
Nadelig is vaak het beperkt temperatuurbereik.
Si-massaweerstand
Si-weerstanden hebben een positieve temperatuurscoëfficiënt α = 0,7 % per °C. Ze zijn lineair
binnen ± 0,5% tussen - 65 °C en 200 °C. De nominale weerstandswaarden zijn gelegen tussen
10 Ω en 10 kΩ met een tolerantie van 1 % tot 20 %.
Deze weerstanden zien er uit als 1/4 watt weerstanden. Als meetelement worden ze bij voorkeur
in een brug geschakeld.
Thermistors
De geleidbaarheid σ = (n.µ n
+ p.µ p
)q. Bij een zuivere halfgeleider is n = p = n i
waarbij n i
de intrinsieke concentratie
is. Bij stijging van de temperatuur stijgt de dichtheid van gat/elektronen paren. Theoretisch is:
n i 2 = A 0 T 3 e −Ego/kT
met E go
de energie in [eV] vereist om een covalente binding te verbreken m.a.w. de
energieafstand tussen de geleidings- en valentieband bij 0 Kelvin, k de constante van Boltzmann in
[eV/Kelvin] en A 0
een evenredigheidsconstante.
Bij thermistors gebruikt men geen Si of Ge doch wel gesinterde materialen zoals NiO, Mn 2
0 3
en
C 2
0 3
. We onderscheiden PTC- en NTC-thermistors:
De PTC-thermistors hebben meestal een zeer sterke stijging van de weerstand in een
beperkt temperatuurgebied, m.a.w. zij hebben in dat gebied een zeer grote positieve
temperatuurscoëfficiënt zoals aangegeven in figuur 3.31. Buiten het betreffende
temperatuurgebied is de temperatuurcoëfficiënt negatief of nul.
R
[k Ω ]
T
[°C]
T
1
T
2
Figuur 3.31:. Karakteristiek van PTC-thermistor.
__________ - III.34 -
Johan Baeten