Термометры сопротивления и измерительные приборы к ним.

Термометры сопротивления широко применяют для измерения температуры в интервале от -260 до 750 ºС. В отдельных случаях они могут быть использованы для измерения температур до 1000 ºС.

Действие термометров сопротивления основано на свойстве вещества изменять своё электрическое сопротивление с изменением температуры.

При изменении температуры термометр сопротивления погружают в среду, температуру которой необходимо определить. Зная зависимость сопротивления термометра от температуры, можно по изменению сопротивления термометра судить о температуре среды, в которой он находится. Необходимо при этом иметь в виду, что длина чувствительного элемента у большинства термометров сопротивления составляет несколько сантиметров, и поэтому при наличии температурных градиентов в среде термометром сопротивления измеряют некоторую среднюю температуру тех слоёв среды, в которых находится его чувствительный элемент.

Раньше считали, что наиболее подходящим материалом для изготовления термометров сопротивления являются только чистые металлы. Однако исследования показали, что ряд полупроводников так же могут быть использованы в качестве материала для изготовления термометров сопротивления. При этом электрическое сопротивление типичных полупроводников столь же резко (обычно по экспоненциальному закону) уменьшается при их нагревании. Температурный коэффициент электрического сопротивления полупроводников на порядок выше, чем у чистых металлов.

Термометры сопротивления из чистых металлов, получившие наибольшее распространение, изготовляют обычно в виде обмотки из тонкой проволоки на специальном каркасе из изоляционного материала. Эту обмотку принято называть чувствительным элементом термометра сопротивления. В целях предохранения от возможных механических повреждений и воздействия среды, температура которой измеряется термометром, чувствительный элемент его заключают в специальную защитную гильзу.

К числу достоинств металлических термометров сопротивления следует отнести: высокую степень точности измерения температуры; возможность выпуска измерительных приборов к ним с стандартной градуировкой шкалы практически на любой температурный интервал в пределах допустимых температур применения термометра сопротивления; возможность централизации контроля температуры путём присоединения нескольких взаимозаменяемых термометров сопротивления через переключатель к одному измерительному прибору; возможность использования их с информационно- вычислительными машинами.

Полупроводниковые термометры сопротивления могут быть использованы для измерения температуры от 1,3 до 400 К. В практике технологического контроля они по сравнению с металлическими находят меньшее применение, т.к. требуют индивидуальной градуировки. Для точных измерений сопротивления термометров в лабораторных условиях применяют потенциометры и мосты.

При измерении температуры в промышленных условиях термометры сопротивления применяют в комплекте с логометрами, автоматическими уравновешенными мостами и автоматическими компенсационными приборами. Эти приборы снабжают шкалой, отградуированной в градусах Цельсия, которая действительна только для определённой градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления проводов, соединяющих термометр с измерительным прибором. Металлы, предназначенные для изготовления чувствительных элементов (ЧЭ) термометров сопротивления, должны отвечать ряду требований. Они должны не окисляться и обладать высокой воспроизводимостью значений электрического сопротивления в интервале рабочих температур.

Приведённым основным требованиям к металлам для изготовления ЧЭ термометров сопротивления в широком интервале температур удовлетворяет платина. Если верхний предел температуры применения термометра не высок, то указанным выше требованиям удовлетворяют также медь и никель. В отдельных случаях, но с ограниченной областью их использования, применяют и другие металлы, например железо, вольфрам и молибден.

Чистая платина в наибольшей степени отвечает всем основным требованиям, предъявляемым к металлам для изготовления ЧЭ термометров сопротивления. Термометры с ЧЭ из платиновой проволоки диаметром от 0,05 до 0,1 мм. Применяются в лабораторной и промышленной практике для измерения температуры от -260 до +750 ^оС.

К недостаткам платины следует отнести отклонение от линейного закона зависимости её сопротивления от температуры. Однако все другие достоинства платины в достаточной степени искупают указанный недостаток и позволяют считать платиновый термометр сопротивления наиболее точным из числа первичных преобразователей, предназначенных для измерения температур в той же области.

Технические платиновые термометры сопротивления типа ТСП предназначаются для длительного измерения температуры от -200 до 650 ^оС. Термометры сопротивления 2^го класса точности изготовляют для температур от -200 до 750 ^оС. Типа ТСП-5071.

Медь.

К достоинствам меди, применяемой дл изготовления чувствительных элементов технических термометров сопротивления типа ТСМ следует отнести дешевизну, простоту получения тонкой проволоки в различной изоляции.

Линейный характер зависимости сопротивления от температуры является её достоинством. К числу недостатков следует отнести малое удельное сопротивление (ρ=1,7×10^-8 Ом·м) и интенсивную окисляемость при невысоких температурах.

Термометры сопротивления с ЧЭ, изготовленными из медной проволоки диаметром 0,1 мм, изолированной эмалью, могут быть использованы для длительного измерения температуры не выше 100 ^оС, а из медной проволоки с кремнийорганической или винифлексовой изоляцией – до 180 ^оС.

Медные термометры сопротивления типа ТСМ согласно ГОСТ 6651-59 могут применяться для длительного измерения температуры от -50 до 180 ^оС.

Схема устройства платинового термометра сопротивления.

1 – каркас

2 – платиновая спираль

3 – выводы

4 – оболочка

Каркасы изготавливают из кварца, керамики и т.д. Для изготовления оболочки (гильзы) используют плавленый кварц, металл или стекло, в зависимости от назначения термометра. Обычно гильза термометра герметична и заполнена сухим гелием, азотом или воздухом под давлением 0,02 МПа (0,2 кгс/см²) в зависимости от назначения. Диаметр гильзы равен 5÷6 мм., а длина ЧЭ L=50÷100 мм..