Термометры сопротивления - Измерительные приборы технологических агрегатов металлургической промышленности

В 1821 г. немецкий физик Томас И. Зеебек (1770-1831) открыл термоэлектрический эффект (названный его именем) и положил начало использованию термопар для измерения температуры. Он же обнаружил, что разные участки солнечного спектра имеют разную температуру. В том же году английский химик и физик, основатель электрохимии Гемфри Дэви (1778-1829) обнаружил, что металлы имеют положительный температурный эффект электрического сопротивления, а платина более других подходит для измерения температуры. Французский физик, автор многих книг и 529 научных публикаций Антуан Сезар Беккерель (1788-1878), известный своими трудами по термоэлектричеству, создал термопары для измерения температуры почвы, воздуха, животных и растений. В 1826 г. Беккерель впервые использовал термопару платина-палладий и с ее помощью в 1835 г. вместе с сотрудником Бреше измерил температуру различных частей человеческого тела.

Термометр сопротивления - электронный прибор, предназначенный для измерения температуры. Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводниковых материалов от температуры. При применении полупроводниковых материалов его обычно называют термосопротивлением, терморезистором или термистором.

Металлический термометр сопротивления - Представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или пленки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Наиболее распространенный тип термометров сопротивления - платиновые термометры. Это объясняется тем, что платина имеет стабильную и хорошо изученную зависимость сопротивления от температуры и высокую стойкость к окислению, что обеспечивает их высокую воспроизводимость. Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным коэффициентом 0,003925. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Действующий стандарт на технические требования к рабочим термометрам сопротивления: ГОСТ 6651-2009 (Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний). В стандарте приведены диапазоны, классы допуска, таблицы НСХ и стандартные зависимости сопротивление-температура. Стандарт соответствует международному стандарту МЭК 60751 (2008). В стандарте отказались от нормирования номинальных сопротивлений при нормальных условиях. Начальное сопротивление изготовленного терморезистора может быть любым. Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев считаются имеющими стандартную зависимость сопротивление-температура (НСХ), что обусловливает погрешность не более 0,1 °C (класс АА при 0 °C). Термометры сопротивления, изготовленные в виде напыленной на подложку пленки, отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном рабочих температур. Максимальный диапазон, в котором установлены классы допуска платиновых термометров для проволочных чувствительных элементов, составляет 660 °C (класс С), для пленочных -- 600 °C (класс С).

Термистор - полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. Для термисторов характерны большой температурный коэффициент сопротивления, простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Они могут иметь весьма малые размеры, что существенно для измерений температуры малых объектов. Обычно термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, в отличие от металлов.

Применение термометров сопротивления:

Термометры сопротивления используются, как правило, для измерения температуры в среде в диапазоне от -263 °C до +1000 °C. Важно, чтобы конструкция такого термистора была чувствительной и стабильной, чего будет достаточно для проведения замеров необходимой точности в определенном диапазоне температур при определенных условиях использования термометра (к примеру, благоприятные условия или неблагоприятные, такие как вибрации, агрессивные среды и т. п.).

Как правило, терморезисторы работают вместе с логометрами, потенциометрами и измерительными мостами. От точности работы этих вспомогательных приборов зависит точность показаний термометра сопротивления. Существуют также и различные виды таких термометров: поверхностные, ввинчивающиеся, вставные, с присоединительными проводами и байонетными соединениями.

Преимущества термометров сопротивления:

    - Высокая точность измерений (обычно лучше ±1 °C), может доходить до 0,13 тысячных °C (0,00013). - Возможность исключения влияния изменения сопротивления линий связи на результат измерения при использовании 3- или 4-проводной схемы измерений. - Практически линейная характеристика.

Недостатки термометров сопротивления:

    - Относительно малый диапазон измерений (по сравнению с термопарами) - Дороговизна (в сравнении с термопарами из неблагородных металлов, для платиновых термометров сопротивления типа ТСП). - Требуется дополнительный источник питания для задания тока через датчик.

В металлургической практике для измерения температур до 6500С применяются термометры сопротивления (ТС), принцип действия которых основан на использовании зависимости электрического сопротивления вещества от температуры. Зная данную зависимость, по изменению величины сопротивления термометра судят о температуре среды, в которую он погружен. Выходным параметром устройства является электрическая величина, которая может быть измерена с весьма высокой точностью (до 0.020С), 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, который вычисляется по формуле:

Термометр стеклянный сопротивление температура

Б=

Где t - температура материала,?;

и - электросопротивление соответственно при 0 ? и температуре t, Ом.

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

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

- нелинейный характер зависимости сопротивления от температуры; - отсутствие воспроизводимости состава и градуировочной характеристики, что исключает взаимозаменяемость отдельных ТС данного типа. Это приводит к выпуску ТСПП с индивидуальной градуировкой.

Похожие статьи




Термометры сопротивления - Измерительные приборы технологических агрегатов металлургической промышленности

Предыдущая | Следующая