Методы и средства контактных электроизмерений температуры
В отечественных термоэлектрических термометрах при их градуировке учитывается сопротивление внешней относительно милливольтметра цепи, т. е. проводов и термопары (Rпр + RТП), равное 5 Ом. Регулировка сопротивления этой внешней цепи осуществляется при помощи добавочной катушки сопротивления из манганина непосредственно при монтаже прибора.
Паразитные термо‑э.д.с. возникают вследствие наличия неод-нородностей в материалах и по данным, приведенным в работе, могут составлять для различных материалов 10—100 мкВ. В частности, для платиновой проволоки при протяженности распределения температуры 30 мм и температурном градиенте 30 К/мм величина паразитной термо‑э.д.с. составляет 10 мкВ.
1.3. РАЗНОВИДНОСТИ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОСНОВЫ РАСЧЕТА
Для измерения температуры применяют металлические и полупроводниковые резисторы. Большинство химически чистых металлов обладает положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), колеблющимся (в интервале 0—100° С) от 0,35 до 0,68 %/К.
Для измерения температур используются материалы, обладающие высокостабильной ТКС, линейной зависимостью сопротивления от температуры, хорошей воспроизводимостью свойств и инертностью к воздействиям окружающей среды. К таким материалам в первую очередь относится платина. Благодаря своей дешевизне широко распространены медные терморезисторы, применяются также вольфрамовые и никелевые.
Сопротивление платиновых терморезисторов в диапазоне температур от 0 до + 650° С выражается соотношением RТ = R0 (1 + AΘ + BΘ2), где R0 — сопротивление при 0° С; Θ — температура в градусах Цельсия. Для платиновой проволоки, применяемой в промышленных термометрах сопротивления, A = 3,96847∙10-12 1/К; В = — 5,847∙107 1/К2. В интервале от 0 до — 200° С зависимость сопротивления платины от температуры имеет вид Rт = R0 [1 + AΘ + ВΘ2 + С (Θ — 100)3], где С = — 4,22∙1012 1/К3.
При расчете сопротивления медных проводников в диапазоне от — 50 до + 180° С можно пользоваться формулой RТ = R0 (1 + aΘ), где a = 4,26∙103 1/К.
Если для медного терморезистора требуется определить сопротивление RT2 (при температуре Θ2) по известному сопротивлению RT2 (при температуре Θ1), то следует пользоваться формулой
или более удобным соотношением
где Θ = 1/a — постоянная, имеющая размерность температуры и равная Θ0 = 234,7° С (по физическому смыслу Θ0 — это такое значение температуры, при котором сопротивление меди должно было бы стать равным нулю, если бы ее сопротивление уменьшалось все время по линейному закону, чего нет на самом деле).
В значительной степени сопротивление металлов зависит от их химической чистоты и термообработки. ТКС сплавов обычно меньше, чем у чистых металлов, и для некоторых сплавов может быть даже отрицательным в определенном температурном диапазоне.
Выбор металла для терморезистора определяется в основном химической инертностью металла к измеряемой среде в интересующем интервале температур. С этой точки зрения медный преобразователь можно применять только до температур порядка 200° С в атмосфере, свободной от влажности и коррелирующих газов. При более высоких температурах медь окисляется. Нижний предел температуры для медных термометров сопротивления равен — 50° С хотя при введении индивидуальной градуировки возможно их применение вплоть до — 260° С.
Промышленные платиновые термометры используются в диапазоне температур от —200 до +650° С, однако есть данные, свидетельствующие о возможности применения платиновых термометров для измерения температур от —264 до +1000° С.
Основным преимуществом никеля является его относительно высокое удельное сопротивление, но зависимость его сопротивления от температуры линейна только для температур не выше 100° С. При условии хорошей изоляции от воздействия среды никелевые терморезисторы можно применять до 250—300° С. Для более высоких температур его ТКС неоднозначен. Медные и никелевые терморезисторы выпускают из литого микропровода в стеклянной изоляции. Микропроволочные терморезисторы герметизированы, вы-сокостабильны, малоинерционны и при малых габаритах могут иметь сопротивления до десятков килоом.
Высокий ТКС имеют вольфрам и тантал, но при температуре свыше 400° С они окисляются и применяться не могут. Для низкотемпературных измерений хорошо зарекомендовали себя некоторые фосфористые бронзы. Кроме того, для измерений низких температур находят применение индиевые, германиевые и угольные терморезисторы.
Некоторые характеристики металлов, используемых в терморезисторах, приведены в табл. 3.
Таблица 3:
| Материал | ТКС в диапазоне 0-100°С | Удельное сопротивление при 20 °С, Оm∙mm2/m | Температура плавления, °С | Термо-э.д.с. в паре с медью (0-500 °С), мкВ/К |
| Платина | 0,0039 | 0,105 | 1773 | 7,5 |
| Медь | 0,00427 | 0,017 | 1083 | о |
| Никель | 0,0069 | 0,08 | 1455 | 22,5 |
| Вольфрам | 0,0048 | 0,055 | 3410 | 0,5 |
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12