Термометры сопротивления

Термометр сопротивления - комплект для измерения температуры, основанный на зависимости электрического сопротивления термопреобразователя от температуры.

К металлическим провод­никам термопреобразователей сопротивления предъявляется ряд требований, основными из которых являются стабильность градуировочной характеристики и воспроизводимость, обеспе­чивающая взаимозаменяемость изготовляемых термопреобразова­телей сопротивления. К числу не основных, но желательных тре­бований относятся: линейность функции R_t=f(t), по возможности высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления, большое удельное сопротивление и невысокая стоимость материала. Исследованиями установлено, что чем чище металл, тем в большей степени он отвечает указанным основным требованиям. При снятии механических напряжений в металле пу­тем его отжига указанные характеристики достигают своих пре­дельных значений для данного металла.

Платиновые преобразователи сопротивления используются для измерения температуры от –260 до +1100 °С, при этом для диапазона температур от –260 до +750 °С используются плати­новые проволоки диаметром 0,05–0,1 мм, а для измерения тем­ператур до 1100°С, в силу распыления платины при этих темпе­ратурах, диаметр проволоки составляет около 0,5 мм. Платиновые термопреобразователи сопротивления являются наи­более точными первичными преобразователями в диапазоне тем­ператур, где они могут быть использованы. Платиновые термо­преобразователи сопротивления используются в качестве рабочих, образцовых и эталонных термометров. С помощью послед­них осуществляется воспроизведение международной шкалы тем­ператур в диапазоне от –182,97 до 630,5 °С.

Медь – один из недорогостоящих металлов, легко получаемых в чистом виде. Медные термопреобразователи сопротивлений предназначены для измерения температуры в диапазоне от –50 до +200°С. При более высоких температурах медь активно окис­ляется и потому не используется. Диаметр медной проволоки обычно 0,1 мм. Никель и железо благодаря своим относительно высоким тем­пературным коэффициентам электрического сопротивления и сравнительно большим сопротивлениям хотя и используются для измерения температуры в диапазоне от –50 до +250°С, однако широко не применяются. Это связано с тем, что градуировочная характеристика их нелинейна, а главное, не стабильна и не вос­производима, и потому термопреобразователи сопротивления, из­готовленные из этих металлов, не стандартизованы. Конструкция технических термометров с металлическим термопреобразователем сопротивления показана на рисунке. Тонкая проволока илилента из платины или меди 1 наматы­вается на каркас 2 из керамики, слюды, кварца, стек­ла или пластмассы. После намотки обычно неизо­лированной платиновой проволоки каркас вместе с проволокой покрывают слюдой. Длина намотанной части каркаса с платино­вой проволокой - 50÷100 мм, а с медной – 40 мм. Каркас для защиты от повреждений помещают в тонкостенную алюминиевую гильзу 3, а для улучшения теплопередачи от измеряемой среды к намотанной части каркаса между последней и защитной гиль­зой 3 устанавливаются упругие металличе­ские пластинки 4 или массивный металличе­ский вкладыш. При изготовлении медных термопреобра­зователей сопротивления применяют безын­дукционную бескаркасную намотку. В каче­стве материала используют изолированную медную проволоку диаметром 0,08 мм, по­крытую фторопластовой пленкой. Гильзу 3 с ее содержимым помещают во внешний, обычно стальной, замкнутый чехол 5, кото­рый устанавливается на объекте измерения с помощью штуцера 6. На внешней стороне чехла располагается соединительная голов­ка 8, в которой находится изоляционная ко­лодка 7 с винтами для крепления выводных проводов, идущих от каркаса через изоля­ционные бусы 9.

Рисунок - Конструкция термометра с металличе­ским термопреобразова­телем сопротивления

Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления при­меняются для измерения температуры от –100 до 300 °С. В каче­стве материалов для них используются различные полупроводни­ковые вещества – оксиды магния, кобальта, марганца, титана, меди, кристаллы германия. Основным преимуществом полупроводников является их боль­шой отрицательный температурный коэффициент сопротивления. При повышении температуры полупроводников на один градус их сопротивление уменьшается на 3–5%, что делает их очень чувст­вительным к изменению температуры. Кроме того, они обладают значительным удельным сопротивлением и потому даже при очень малых размерах обладают значительным номинальным электри­ческим сопротивлением (от нескольких до сотен кОм), что позволяет не учитывать сопротивления соединительных проводов и элементов измерительной схемы. Следствием же малых разме­ров полупроводниковых термопреобразователей сопротивления является возможность безынерционного измерения температуры.

Недостатком полупроводниковых материалов является их зна­чительная нелинейность и, главное, невоспроизводимость градуировочной характеристики. Поэтому полупроводниковые термопре­образователи сопротивления даже одного и того же типа имеют индивидуальные градуировки и не взаимозаменяемы.

Исключением являются германиевые термопреобразователи сопротивления, которые при технических измерениях используют­ся для температур 30÷90 К с погрешностью ± (0,05–0,1) К, а также специальный германиевый термопреобразователь, предназ­наченный в качестве эталонного термометра для воспроизведения температурной шкалы в интервале 4,2÷13,81 К с погрешностью не более ± 0,001 К. Чувствительные элементы из полупроводников выполняются в виде цилиндров, шайб, бусинок малых размеров.

В силу указанных недостатков полупроводниковые термопре­образователи сопротивления редко используются для измерения температуры. Они находят широкое применение в системах тем­пературной сигнализации, вследствие присущего им релейного эффекта – скачкообразного изменения сопротивления при дости­жении определенной температуры. Кроме того, полупроводнико­вые термопреобразователи сопротивления используются в каче­стве чувствительных элементов в различных газоаналитических автоматических приборах.

Поиск по сайту: