Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké učení technické ...

Mikrosenzory a mikromechanické systémy 43NTC termistory jsou založeny na principu teplotní změny rezistivity u keramickýchpolovodičů vyrobených z kovových oxidů. Polovodičové oxidy, jako např. přesně řízenésměsi oxidů Mn, Co, Ni, Cu, a Zn, mají záporný teplotní koeficient, tzn., že s rostoucíteplotou jejich rezistivita klesá a naopak [6], [7]. Závislost odporu na teplotě u NTCtermistorů lze vyjádřit vztahem:⎛ ⎛( )⎟ ⎞⎜1 1 ⎞R T = R−⎜ −⎟0exp β ( 5.2 )⎝ ⎝ T T0⎠⎠kde β je materiálová konstanta nazývaná termistorová konstanta a teploty se dosazují vKelvinech. Pro teploty v rozsahu od 150 K do 600 K lze uvažovat [6]:βTCR = −( 5.3 )2TCitlivost NTC termistorů se běžně pohybuje kolem 200 W/°C. Do rozsahu 300°C jsouvelice přesné (typická tolerance termistorů je ± 0.1°C až ± 0.2°C pro teplotní rozsah 0°C až100°C) a vyznačují se výbornou stabilitou [7]. Mají malé rozměry, bývají tedy velmi rychlé aumožňují monitorovat mimo jiné i teplotní šoky a vibrace. Teplotní koeficient změny odporuTCR se pohybuje v rozsahu – 3 až – 6%/°C, [9]. Silná teplotní závislost (= velká citlivost)termistorů ale nemusí být nutně ve všech aplikacích ceněnou vlastností. Pro tyto případy všakexistují i NTC termistorové pasty s nižším teplotním koeficientem, kolem – 7000 ppm/°C.Tlustovrstvé NTC termistory jsou charakteristické velkou flexibilitou návrhu, malýmirozměry a nižšími výrobními náklady ve srovnání s diskrétními součástkami. TlustovrstvéNTC materiály se používají pro generování signálu odpovídajícího měřené okolní teplotě,např. ve významu vestavěné teplotní kompenzace elektrického obvodu. Hodí se i pro příméměření teploty na větší vzdálenosti, protože teplotní závislost drátového vedení je protiodporu termistoru zanedbatelná (na rozdíl např. od RTD). Použitím technologie tlustýchvrstev dosáhneme opakovatelných vlastností, čímž se zvýší vzájemná zaměnitelnost senzorů aodpadne potřeba rekalibrace. Tyto skutečnosti se dnes využívají např. v lékařství, [7].Pro výrobu se používá klasická cermetová technologie: zpracování keramiky, vytvořenía příprava prášku z kovového oxidu, mletí a smíchání s pojivy, nanesení na substrát (většinoukeramický) a vypálení. Rozměry takového senzoru jsou běžně čtverce s délkou hrany okolo0.25mm až 1.5mm, [7]. Proti okolním vlivům se termistory chrání např. fenolickými neboepoxidovými materiály, PVC nebo polyimidy, případně sklem, atd. Jako u PTC past se svýhodou využívají pro aplikace s požadavkem na přímé umístění termistoru na substrát. Jakopříklad vlastností v praxi používaných NTC termistorových past může posloužit série NTC –2100 termistorových kompozic od firmy ESL, [5], Tabulka 5.3 a Obrázek 5.9.Tabulka 5.3:Označení pastyVlastnosti cermetových NTC termistorů řady NTC-2100 od firmy ESLPrůměrné β od -55°Cdo 125°CNominální vrstvovýodpor [Ω/ ]Rozsah odporu [Ω]NTC-2131 300 30 3 – 300NTC-2112 725 0.1 k 10 – 1 kNTC-2113 1700 1 k 100 – 10 k