ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Действие электрических термометров сопротивления основано на свойстве материалов менять электропроводность в зависимости от температуры. Так, сопротивление большинства металлов при нагреве их на 1 °С увеличивается в среднем на 0,4—0,6%, а окислов ме­таллов (полупроводников), наоборот, уменьшается в 8—15 раз по сравнению с металлами.

В комплект этих термометров входят чувствительный элемент, измерительный прибор и соединительные провода. В качестве чув­ствительного элемента применяют металлическую проволоку (или ленту), навитую на изоляционный каркас и заключенную в защитный кожух.

В качестве измерительных приборов используют уравновешенные и неуравновешенные мосты, потенциометры и магнитоэлектрические логометры.

Электрические термометры обладают следующими преимущества­ми, обеспечивающими широкое применение их в промышленности:

возможность градуировки термометра в значительном диапазоне (от —200 до +700°С) на любой температурный интервал; высокая сте­пень точности измерения температуры; возможность расположения вторичного измерительного прибора на значительном расстоянии от места измерения температуры (термоприемника); возможность авто­матической записи температуры и автоматического регулирования ее, централизация контроля температуры путем присоединения не­скольких термометров к одному измерительному прибору.

К недостаткам термометров сопротивления следует отнести: не­обходимость постороннего источника питания, ограничения по применению его во взрывоопасной среде, значительная длина чув­ствительного элемента, не позволяющая измерить температуру в за­данной точке, и разрушаемость при вибрациях (платиновые термо­метры).

В качестве сопротивления используют платину, медь и полупро­водниковые элементы.

Платина обладает всеми свойствами, предъявляемыми к мате­риалам для электрических термометров сопротивления. Применяет­ся она в виде проволоки диаметром от 0,05 до 0,07 мм или ленты сечением от 0,002 до 0,005 мм². В окислительной среде инертна даже при высокой температуре, однако в восстановительной среде при высоких температурах возможно загрязнение платины окисью угле­рода и парами металлов, что вызывает хрупкость и непостоян­ство ее характеристики. Температурный коэффициент сопротивле­ния платины α≈3,9*10^-3 °С^-1, удельное сопротивление ρ =0,1 Ом*мм²/м.

Медь—сравнительно дешевый металл, легко получаемый в чис­том виде, обладает высоким температурным коэффициентом сопро­тивления, равным 4,25•10^-3 °C^-1. Одним из достоинств меди являет­ся линейный характер зависимости сопротивления от температуры в интервале от —50 до 200 °С, недостатком — малое удельное сопро­тивление (ρ≈0,018 Ом*мм²/м) и ее легкая окисляемость.

Полупроводники. Характерной особенностью их является резкий рост проводимости с повышением температуры. Полупровод­никовые сопротивления, электрическое сопротивление которых резко уменьшается с увеличением температуры, называются термосопро­тивлениями (ТС). Они имеют цилиндрическую форму или форму

дисков, диаметр стержня изменяется от 20 мкм до 5—10 мм, длина составляет 1—50 мм. Диаметр диска от 1 мм до нескольких санти­метров и толщина 0,02—1 см.

Возможно изготовление таких полупроводников, сопротивление которых меняется в интервале температур от 0 до 300 °С в 1000 раз. Сопротивление платины в этом же температурном интервале увели­чивается приблизительно в 2 раза.

Для изготовления термосопротивлений путем спекания мелко­дисперсных порошковых материалов, замешанных с соответствую­щей органической связкой и растворителем, используют смеси двуокиси титана и окиси магния, окиси никеля в соединении с окис­лами марганца, смеси окислов марганца, никеля и кобальта, окись железа в соединении с такими веществами, как MgAl₂О₄, MgCr₂О_4, ZnTiО₄ и др. Различными сочетаниями компонентов и их пропорций можно изменять электропроводность и температурный коэффициент сопротивления.

Высокий температурный коэффициент электрического сопротив­ления термосопротивлений обусловливает высокую чувствитель­ность их. Термосопротивления, благодаря малым габаритным разме­рам, позволяют измерять температуру в труднодоступных местах. Кроме того, их высокое омическое сопротивление (30000—40000 Ом) позволяет пренебрегать сопротивлением подводящих проводников и переходными контактными сопротивлениями. К недостаткам полу­проводниковых термосопротивлений следует отнести нестабильность их характеристики во времени.

Устройство термометров сопротивления

Платиновые термометры сопротивления типа ТСП предназначены для температур от —200 до +650 °С. Они выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,07 мм, навитой на слюдяную пластинку 1 (рис. 6.3) с зубчатыми краями. В прорезях слюдяной пластинки укреплены концы серебряных выводов 2, к которым припаяны концы проволоки элемента сопротивления. Платиновая проволока изолиро­вана с двух сторон слюдяными накладками 3, скрепленными обмот­кой из серебряной ленточки 4. Элемент сопротивления помещен в защитную трубку 5 из нержавеющей стали. Свободное сечение трубки с обеих сторон изолированного элемента сопротивления за­полнено по всей длине алюминиевыми вкладышами 6. Провода вы­водов изолированы фарфоровыми трубчатыми изоляторами 7. Эти выводы прикреплены к латунным зажимам на головке из пластмас­сы. Сопротивление подводящих проводов при температуре 0°С не должно превышать 0,1 % номинальной величины.

Пакет термометра сопротивления помещается в арматуру, со­стоящую из трубы с заваренным дном, штуцерной гайки и головки. Параллельная работа двух измерительных (вторичных) приборов от одного (общего) термометра сопротивления не допускается. При необходимости можно применять только двойные термометры (два самостоятельных, изолированных друг от друга чувствительных эле­мента помещены в общую арматуру).

В лепестковых термометрах с уменьшенной инерционностью вме­сто алюминиевых вкладышей использованы тепловые мостики-лепе­стки из тонкой фольги, создающие тепловой контакт между слюдой, на которую навита платиновая проволока, и внешней защитной тру­бой — арматурой, предназначенной для теплообмена с окружающей средой.

Чтобы повысить тепловой контакт и снизить тепловую инерцию, применяют также обжим чувствительного элемента. Пакет из слю­дяных пластинок, на одной из которых навита платиновая проволока, а другие являются изоляционными, помещают в тонкостенный плоский металлический чехол и осторожно спрессовывают под дав­лением до 1,2 МПа. В результате слюда с навитой проволокой ока­зывается плотно упакованной в металлической оболочке.

Термометры сопротивления выпускают также с остеклованным чувствительным элементом, в котором платиновая проволока герме-тизированно вплавлена в стекло.

Чувствительный элемент медного .термометра сопротивления типа ТСМ состоит из медной эмалированной проволоки диаметром 0,1 мм, навитой на пластмассовый цилиндрический стержень и по­крытой сверху слоем лака. К концам медной проволоки припаяны медные выводы диаметром 1,0—1,5 мм. Собранный термометр поме­щают в защитную стальную трубку.

Все технические термометры сопротивления выпускают взаимо­заменяемыми. Условные обозначения градуировки термометров ТСП установлены следующие: гр. 20, гр. 21 и гр. 22. Для таких термомет­ров сопротивления составляют соответственно 10; 46 и 100 Ом.

Термометры сопротивления типа ТСМ изготовляют с сопротивле­нием Rо=50 Ом (градуировка гр. 23) и Rо==100 Ом (градуировка гр. 24). Измеряемую температуру определяют автоматическими элек­тронными мостами и магнитоэлектрическими логометрами-