Градуировка термометра сопротивления

1. Цель работы

 1 Ознакомление с устройством термометров сопротивления.

 2 Градуировка термометра сопротивления.

2. Общие сведения

В термометрах сопротивления (ТС) используется свойство металлов и полупроводниковых материалов изменять сопротивление в зависимости от температуры. Зная зависимость сопротивления от температуры, судят о температуре среды, в которую он погружен. Выходным параметром устройства является электрическая величина, которая может быть измерена с весьма высокой точностью (до 0.02 °С), передана на большие расстояния и непосредственно использована в системах автоматического контроля и регулирования.

В качестве материалов для изготовления чувствительных элементов ТС используются чистые металлы: платина, медь, никель, железо и полупроводники. Изменение электросопротивления данного материала при изменении температуры характеризуется температурным коэффициентом сопротивления(1/ °С):

где t - температура материала, °С

R_o и R_t - электросопротивление соответственно при 0 °С и температуре t, Ом

Чистые материалы имеют линейную зависимость электросопротивления от температуры и положительный температурный коэффициент сопротивления, достигающий 0.004 - 0.006 1/°С, т.е. увеличение температуры на один градус приводит к повышению сопротивления приблизительно на 0.4 - 0.6% от величины электросопротивления при 0 °С.

Сопротивление полупроводников с увеличением температуры резко уменьшается, т.е. они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, практически на порядок больший чем у металлов. Полупроводниковые ТС в основном применяются для измерения низких температур (от 1.5 до 400 °К).

Материал чувствительного элемента ТС должен иметь высокое удельное сопротивление, что обеспечивает небольшие габариты термометра; значительный коэффициент α для получения высокой чувствительности устройства; хорошую воспроизводимость состава; стойкость к агрессивному воздействию окружающей среды при повышенных температурах; стабильность характеристик во времени; хорошие экономические показатели; линейность зависимости сопротивления от температуры.

Наиболее хорошо указанным требованиям отвечает платина в интервале температур от -260 до 750 °С и медь в интервале температур от -50 до 180°С. Специальная конструкция платинового термометра сопротивления ТСП позволяет повысить верхний предел измерения до 1065°С. Платина является основным материалом для изготовления ТС. Она характеризуется достаточно высоким удельным сопротивлением (ρ = 0.0981Е-6 Ом.м), устойчива к окислительной среде, имеет стабильную и хорошо воспроизводимую градуировку от партии к партии. К недостаткам следует отнести высокую стоимость, возможность загрязнения, повышения хрупкости в восстановительной среде и др. Однако достоинства платины обеспечивают наиболее точные измерения температур с помощью ТСП. К достоинствам меди следует отнести низкую стоимость, линейную зависимость сопротивления от температуры, возможность получения тонкой проволоки высокой степени чистоты и в различной изоляции. Недостаток медных термометров сопротивления (ТСМ) заключается в низком верхнем пределе измерения (до 180 °С), что вызвано значительным окислением меди при высоких температурах из-за разрушения изоляции. Медь имеет малое удельное сопротивление (ρ= 0.0155е-6 Ом.м). В диапазоне температур от - 50 до + 180 °С сопротивление меди находится в линейной зависимости от температуры:

где R_o и R_t -соответственно сопротивления ТСМ при температурах 0 и t°С Ом.

В качестве чувствительного элемента в полупроводниковых термометрах сопротивления (ТСПП) используют германий, окислы меди и марганца, титана и магния др. Зависимость сопротивления ТСПП от температуры в пределах от -100 до +300 °С определяется следующими выражением:(для температур до 100 °С):

 

 

  

где R_t -сопротивление данного ТСПП при                     температуре Т, Ом;

Т - температура, °К;

А, В - постоянные коэффициенты, определяемые материалом и конструкцией ТСПП.

Достоинством ТСПП являются небольшие габариты, малая инерционность, высокий коэффициент а. Однако они имеют и существенные недостатки:

1)нелинейный характер зависимости опротивления от температуры; 2) отсут ствие воспроизводимости состава и градуировочной характеристики, что исключает взаимозаменяемость отдельных ТС данного типа. Это приводит к выпуску ТСПП с индивидуальной градуировкой. В промышленности данные приборы имеют ограниченное применение.

 

Рис2.1 Термометр сопротивления

 

 

Термометр сопротивления (рис.2.1) состоит из сердечника 1, выполненного из электроизоляционного материала. На сердечник намотана бифилярно платиновая проволока 2 диаметром 0.05 мм или медная диаметром 0.1 мм. Для предохранения от

механических повреждений чувствительный элемент ТС помещают в защитную арматуру 3.

Чувствительные элементы ТСПП выполнены в виде небольших цилиндриков, шайбочек, пластинок или бусинок.

На рис.2.2 показано устройство ТСПП типа КМТ-1 и ММТ-1.

Рис. 2.2 Полупроводниковые термометр сопротивления КМТ-1 и ММТ-1       1-чувствительный элемент,2-контактные колпачки,3-выводы

 

Нестабильность градуировочной характеристики, необходимость индивидуальной градуировки в значительной степени ограничивает область применения ТСПП.