2.2. Термопреобразователи сопротивления.

2.2.1. Принцип работы термопреобразователя сопротивления

Принцип действия термопреобразователя сопротивления основан на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении их температуры.

Металлические термометры сопротивления платиновые (ТСП) градуировки гр. 20 используются при длительных измерениях в пределах от 0°С до 650°С, а термометры градуировок гр. 21 и гр. 22 - с другими номинальными сопротивлениями при температуре — от —200°С до +500°С. Термометры сопротивления медные (ТСМ) изготав­ливаются градуировок гр. 23 и гр. 24 для измерения температур от —50°С до + 180°С [1].

Величину , характеризующую изменение электросопротивления металлов при изменении температуры, называют температурным коэф­фициентом сопротивления. Если R_t электрическое сопротивление при некоторой температуре t, a R_о электрическое сопротивление при 0°С, то температурный коэффициент сопротивления можно определить по формуле

В соответствии с ГОСТ 6651-94 [5] используются следующие виды термометров сопротивления (см. таблицу 2).

Таблица 2

Тип ТС	Номинальное значение сопротивления при 00 С, ОМ	Условное обозначение номинальной статической характеристики (НСХ)	Диапазон измеряемых температур
Платиновый (ТСП)	1 10 50 100 500	1П 10П 50П 100П 500П	–2600С -+8500С
Медный (ТСМ)	10 50 100	10М 50М 100М	–2000С - +2000С
Никелевые (ТСН)	100	100Н	–600С - +1800С

Для изготовления термометров сопротивления используются металлы: Pt, Cu, Ni, Fe.

Платина является наилучшим материалом для термопреобразователей сопротивления, так как легко получается в чистом виде, обладает хорошей воспроизводимостью, химически инертна в окислительной среде при высоких температурах, имеет достаточно большой температурный коэффициент сопротивления равный 3,94·10^-3 С^-1, и высокое удельное сопротивление 0,1·10^-6 Ом·м. Платиновые преобразователи сопротивления используются для измерения температуры от -260⁰С до +1100⁰С, при этом для диапазона температур от -260⁰С до +750⁰С используются платиновые проволоки диаметром 0,05мм – 0,1мм, а для измерения температур до +1100⁰С, в силу распыления платины при этих температурах, диаметр проволоки составляет около 0,5мм.

Платиновые термопреобразователи сопротивления являются весьма точными первичными преобразователями в диапазоне температур, где они могут быть использованы. Платиновые термопреобразователи сопротивления используются в рабочих, образцовых и эталонных термометрах.

Недостатком платины является нелинейность градуировочной характеристики и, кроме того, платина – очень дорогой металл.

Медь – один из самых недорогостоящих металлов, легко получаемых в чистом виде. Медные термопреобразователи сопротивления предназначены для измерения температуры в диапазоне от -50⁰С до +200⁰С. При более высоких температурах медь активно окисляется и потому не используется. Диаметр медной проволоки обычно 0,1мм.

Никель и железо благодаря своим относительно высоким температурным коэффициентам электрического сопротивления и сравнительно большим сопротивлениям хотя и используются для измерения температуры в диапазоне -50⁰С до +250⁰С, однако широко не применяются. Это связано с тем, что градуировочная характеристика их нелинейна, а главное, не стабильна и не воспроизводима.

Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы) изготавли­ваются из окислов различных металлов с добавками. Наибольшее распростра­нение имеют термометры сопротивления кобальто-марганцевые (КМТ) и медно-марганцевые (ММТ), использумые для измерения температур в пределах от -90°С до +180 °С. Используемые материалы: оксиды Ti, Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Ge.

2.2.2. Устройство платиновых и медных термопреобразователей сопротивления.

В стандартном платиновом термометре сопротивления (рис. 8) платиновая проволока диамет­ром 0,07 мм и длиной около 2 м бифилярно намотана на слюдяную пластинку с зубчатыми краями и с обеих сторон прикрыта двумя слю­дяными прямоугольными накладками для обес­печения ее изоляции и придания механической прочности. Все три слюдяные пластинки скреп­лены в пакет серебряной лентой. К концам пла­тиновой проволоки припаяны выводы из серебря­ных проволочек диаметром 1 мм, изолированных фарфоровыми бусами. Элемент сопротивления помещен в алюминиевую защитную трубку, сво­бодное сечение которой заполнено по всей длине чувствительной части термометра алюминиевым вкладышем. Собранный элемент термометра со­противления помещается еще в одну наружную защитную трубку с заваренным дном, имеющую штуцерную гайку и алюминиевую головку [1].

С

Рис. 8. Чувствительный элемент платинового термометра сопротивления:

1-слюдяная пластина с зубчатыми краями;

2-платиновая проволока; 3-серебряные выводы;

4-слюдяные накладки; 5-серебряная лента

тандартный медный термометр сопротивления (рис. 9) отечественного производства выполнен из медной эмалированной проволоки диаметром 0,1 мм, многослойно намотанной на цилиндрический пластмассовый стержень. Проволока покрыта сверху слоем лака. К концам медной проволоки припаяны выводы также из медной проволоки диаметром 1,0—1,5 мм. Собранный термометр сопротивления помещен в защитную стальную трубку.

Чувствительный элемент всех медных термометров сопротивления представляет собой бескаркасную безиндукционную намотку из медной проволоки диаметром 0,08 мм, покрытую фторопластовой пленкой. К намотке припаяны два вывода. С целью обеспечения виброустойчивости чувствительный элемент помещается в тонкостенную металлическую гильзу, засыпается керамическим порошком и герметизируется.