Измерение температуры с помощью ТПС основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры: если известна градуировочная характеристика (функция преобразования) R = f(t), то, измерив R , можно определить температуру среды, в которую он погружен.
ТПС надежно измеряют температуру в пределах -260 +1100оС.
Металлические ТПС: для изготовления стандартизированных ТПС применяют платину (ТСП) и медь (ТСМ).
К ТПС из металлического проводника предъявляются требования:
1) стабильность градуировочной характеристики;
2) взаимозаменяемость изготавливаемых ТПС;
3) линейность функции R(t) = f(t) (желательно);
4) высокий температурный коэффициент электрического сопротивленияα;
5) большое удельное сопротивлениеρ;
6) невысокая стоимость.
Чем чище металл, тем в большей степени он отвечает указанным требованиям.
Платина – наилучший материал для ТПС:α = 3,94∙10-3оС-1;ρ = 0,1∙10-6Ом∙м; диапазон измеренияΔtо = -260 +1100оС. ТПС из Pt – наиболее точные первичные преобразователи диаметром проволоки 0,05 0,5 мм. Они используются в качестве рабочих, образцовых, эталонных термометров.
|
|
Медь – легко получается в чистом виде, недорогой металл, зависимость Rt = f(t) линейна в широком диапазоне температур,α = 4,26∙10-3оС-1; диапазон измерения Δtо = -50 +200оС. При tо>200оС медь активно окисляется и поэтому не используется.
Никель и железо: диапазон измеренияΔtо = -50 +250оС; высокийα, однако эти ТПС широко не применяются, т.к. градуировочная характеристика нелинейна, а главное – нестабильна и невоспроизводима, поэтому ТПС из никеля и железа не стандартизированы.
Конструкция металлических ТПС: тонкая проволока из платины или меди наматывается на каркас из керамики, слюды, кварца и т.п. Каркас с проволокой покрывают слюдой. Каркас помещают в алюминиевую защитную гильзу. Гильзу помещают во внешний стальной замкнутый чехол, который устанавливают на ОИ с помощью штуцера.
Полупроводниковые ТПС: диапазон измеренияΔtо= -100 +300оС. Используют полупроводники: оксид магния, кобальта, марганца, титана, меди, кристаллы германия.
Преимущества полупроводниковых ТПС:
1) большой отрицательный коэффициентα;
2) очень чувствительны к изменения температуры;
3) значительное удельное сопротивление.
Недостатки полупроводниковых ТПС:
1) значительная нелинейность Rt = f(t) (экспоненциальная зависимость);
2) невоспроизводимость градуировочной характеристики, поэтому полупроводниковые ТПС даже одного и того же типа имеют индивидуальные градуировки и невзаимозаменяемы. Исключением являются германиевые ТПСΔtо = 30—90оК.
|
|
ТПС из полупроводников редко используются для измерения температуры. Они широко используются в системах температурной сигнализации, вследствие присущего им релейного эффекта – скачкообразного изменения сопротивления при достижении определенной температуры. Также ТПС из полупроводников используются в качестве чувствительных элементов в различных газоаналитических автоматических приборах. Чувствительные элементы из полупроводников выполняются в виде цилиндров, шайб, бусинок малых размеров.