Методы и средства контактных электроизмерений температуры
h; 200° С
зависимость сопротивления платины от температуры имеет вид
Rт = R0 [1 + A? + В?2 + С (? — 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 + (?), где ( = 4,26?103 1/К.
Если для медного терморезистора требуется определить сопротивление RT2
(при температуре ?2) по известному сопротивлению RT2 (при температуре ?1),
то следует пользоваться формулой
[pic]
или более удобным соотношением
[pic]
где ? = 1/( — постоянная, имеющая размерность температуры и равная
?0 = 234,7° С (по физическому смыслу ?0 — 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 |Удельное |Температура |Термо-э.д.с. в |
| |диапазоне |сопротивлени|плавления, °С|паре с медью |
| |0-100°С |е при 20 °С,| |(0-500 °С), мкВ/К |
| | |Оm?mm2/m | | |
|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 |
Погрешности, возникающие при измерении температуры термометрами
сопротивления, вызываются нестабильностью во времени начального
сопротивления термометра и его ТКС, изменением сопротивления линии,
соединяющей термометр с измерительным прибором, перегревом термометра
измерительным током.
Термометры сопротивления относятся к одним из наиболее точных
преобразователей температуры. Так, например, платиновые теоморезисторы
позволяют измерять температуру с погрешностью порядка 0,001° С.
Полупроводниковые терморезисторы отличаются от металлических меньшими
габаритами и большими значениями ТКС.
ТКС полупроводниковых терморезисторов (ПТР) отрицателен и уменьшается
обратно пропорционально квадрату абсолютной температуры: ( = B/?2. При 20°
С величина ТКС составляет 2—8 проц/К.
Температурная зависимость сопротивления ПТР (рис. 7, кривая 2)
достаточно хорошо описывается формулой RT = AeB/?, где ? — абсолютная
температура; А — коэффициент, имеющий размерность сопротивления; В —
коэффициент, имеющий размерность температуры. На рис. рис. 7 для сравнения
приведена температурная зависимость для медного терморезистора (кривая 1).
Для каждого конкретного ПТР коэффициенты А и В, как правило, постоянны, за
исключением некоторых типов 1 ПТР (например, СТ 3-14), для последних В
может принимать два разных значения в зависимости от диапазона измеряемых
температур.
Если для применяемого ПТР не известны коэффициенты А и В, но известны
сопротивления R1 и R2 при ?1 и ?2, то величину сопротивления и коэффициент
В для любой другой температуры можно определить из соотношений
[pic]'
Конструктивно терморезисторы могут быть изготовлены самой
разнообразной формы. На рис. 8 показано устройство нескольких типов
терморезисторов. Терморезисторы типа ММТ-1 и КМТ-1 представляют собой
полупроводниковый стержень, покрытый эмалевой краской с контактными
колпачками и выводами. Этот тип терморезисторов может быть использован лишь
в сухих помещениях.,
Терморезисторы типов ММТ-4 и КМТ-4 заключены в металлические капсулы и
герметизированы, благодаря чему они могут быть использованы в условиях
любой влажности и даже в жидкостях, ие являющихся агрессивными относительно
корпуса терморезистора.
Особый интерес представляют миниатюрные полупроводниковые
терморезисторы, позволяющие измерять температуру малых объектов с
минимальными искажениями режима работы, а также температуру, изменяющуюся
во времени. Терморезисторы СТ1-19 и СТЗ-19 имеют каплевидную форму.
Чувствительный элемент в них герметизирован стеклом и снабжен выводами из
проволоки, имеющей низкую теплопроводность. В терморезисторе СТЗ-25
чувствительный элемент также помещен в стеклянную оболочку, диаметр которой
доведен до 0,5—0,3 мм. Терморезистор с помощью выводов прикреплен к
траверсам.
[pic]
Рис. 8
В табл. 4 представлены основные характеристики некоторых ПТР. В графе
«номинальные сопротивления» приведены крайние значения рядов номинальных
сопротивлений, нормируемых для большинства ПТР при 20° С. Исключение
составляют ПТР типов
Таблица 4
|Тип ПТР|Номинальное |Постоянная |Диапазон рабочих|Коэффици|Постоянная |
| |сопротивление|В, |температур, oС |ент |времени (нe|
| |, кОм |K?1012 | |рассеяни|более), с |
| | | | |я, мВт/К| |
|КМТ-1 |.22—1000 |36—72 |От —60 до +180 |5 |85 |
|ММТ-1 |1—220 |20,6—43 |От —60 до +125 |5 |85 |
|СТЗ-1 |0,68—2,2 |28,7—34 |От —60 до +125 |5 |85 |
|КМТ-4 |22—1000 |36—72 |От —60 до +125 |6 |115 |
|ММТ-4 |1—220 |20,6—43 |От —60 до +125 |6 |115 |
|ММТ-6 |10—100 |(20,6 |От —60 до +125 |1,7 |35 |
|СТЗ-6 |6,8—8,2 |20,5-24 |От —90 до +125 |1,6 |35 |
|КМТ-10 |100—3300 |(36 |0—125 |— |— |
|КМТ-1 |100—3300 |(36 |0-125 |1 |75 |
|Оа | | | | | |
|КМТ-11 |100—3300 |(36 |0—125 |0,8 |10 |
|СТ4-2 |2,1—3,0 |34,7—36,3 |От —60 до +125 |36 |— |
| | |36,3—41,2 | | | |
|СТ4-15 |1,5-1,8 |23,5—26,5 |От -60 до +180 |36 |— |
| | |29,3—32,6 | | | |
|КМТ-17 |0,33—22 |36—60 |От —60 до +155 |2 |30 |
|(а, б) | | | | | |
|КМТ-17в|0,33—22 |36—60 |От —60 до +100 |2 |30 |
|СТ1-17 |0,33—22 |36—60 |От —60 до +100 |2 |30 |
|СТЗ-17 |0,033—0,33 |25,8—38,6 |От —60 до +100 |3 |30 |
|СТ4-17 |1,5—2,2 |32,6—36 |От —80 до +100 |2 |30 |
|КМТ-14 |0,51—7500 |41—70 |От —10 до +300 |0,8 |60 |
|СТЗ-14 |1,5-2,2 |26—33 |От —60 до +125 |1,1 |4 |
| | |27,5—36 | | | |
|СТ1-18 |1,5—2200 |40,5—90 |От —60 до +300 |0,2 |1 |
|СТЗ-18 |0,68—3.3 |22,5—32,5 |От —90 до +125 |0,18 |1 |
|СТ1-19 |3,3—2200 |42,3—72 |От -60 до +300 |0,6 |3 |
|СТЗ-19 |2,2—15 |29, 38
| |  скачать работу |
Методы и средства контактных электроизмерений температуры |
