a. Đặc điểm chung
Một tính chất rất quan trọng của loại điện trở này là có độ nhạy nhiệt rất cao, khoảng 10 lần lớn hơn so với độ nhạy của điện trở kim loại. Ngoài ra hệ số nhiệt của chúng có giá trị âm và phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ.
Nhiệt điện trở được làm từ hỗn hợp các ôxít bán dẫn đa tinh thể như: MgO, MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4.
54
Để chế tạo nhiệt điện trở, các bột ôxít được trộn với nhau theo một tỉ lệ thích hợp, sau đó được nén định dạng và thiêu kết ở nhiệt độ 10000C. Nhiệt điện trở được chế tạo với hình dáng khác nhau (đĩa, hình trụ, vòng …). Các vật liệu thường sử dụng có điện trở suất cao cho phép chế tạo những điện trở có giá trị thích hợp với một lượng vật chất nhỏ và với kích thước tối thiểu (mm).
Phụ thuộc vào loại nhiệt điện trở, dải nhiệt độ làm việc có thể thay đổi từ một vài độ tuyệt đối đến khoảng 3000C. Có thể mở rộng dải nhiệt độ này nhưng khi đó trị số của điện trở sẽ gia tăng đáng kể khi làm việc ở nhiệt độ cao.
b. Quan hệ điện trở - nhiệt độ
Nếu tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ đối với độ linh động của điện tử µn và lỗ trống µp thì độ dẫn có thể được viết dưới dạng biểu thức sau:
𝜎 = 𝐶. 𝑇𝑏𝑒−𝛽𝑇 (4.8)
Trong đó C và b là các hằng số đặc trưng cho vật liệu:
𝑏 = 1 ÷ 4
𝛽 = 𝑞𝐸𝑖/2𝑘 (4.9)
Ei là năng lượng liên kết. Biểu thức của điện trở:
𝑅(𝑇) = 𝑅0{𝑇
𝑇0}−𝑏𝑒𝛽( 1 𝑇−1
𝑇0) (4.10) Trong đó R0 là điện trở ở nhiệt độ tuyệt đối T0. Do vậy có thể biểu diễn độ nhạy nhiệt dưới dạng:
𝛼𝑅 = −𝛽+𝑏𝑇
𝑇2 (4.11) Ảnh hưởng của hàm mũ đến điện trở chiếm ưu thế hơn nên điện trở được viết dưới dạng:
𝑅(𝑇) = 𝑅0𝑒𝛽( 1 𝑇−1
𝑇0) (4.12) Và bỏ qua không xét sự phụ thuộc của B vào nhiệt độ. Giá trị của B nằm trong khoảng 3000÷5000 K.
55
Độ nhạy nhiệt cao của nhiệt điện trở cho phép ứng dụng chúng để phát hiện những biến thiên rất nhỏ của nhiệt đô (10-4 ÷ 10-3 K).
Các nhiệt điện trở có thể được sử dụng trong khoảng nhiệt độ từ một vài độ K đến 3000C. Để đo nhiệt độ thấp, người ta sử dụng các nhiệt điện trở có giá trị nhỏ ở 250C (50 hoặc 100 Ω) trong khi để đo nhiệt độ cao cần sử dụng những nhiệt điện trở có điện trở cao ở 250C (100 ÷ 500 Ω)