При измерении температуры термометр сопротивления полностью погружают к среду, температура которой определяется. При этом, если известна зависимость сопротивления от температуры, то по его изменению судято температуре измеряемой среды.

Для измерения сопротивления термометров в лабораторных условиях обычно применяют уравновешенные и неуравновешенные мосты, а при точных измерениях - потенциометры. В промышленных условиях термометр сопротивления работает в комплекте с автоматическими уравновешенными мостами и логометрами.

Так как обмотка термометра сопротивления занимает сравнительно много места, то с его помощью нельзя измерит!, температуру в отдельной точке, как, например, у термопар, что в определенной мере ограничивает возможность их применения. Однако, термометры сопротивления являются незаменимым средством, когда требуется измерить среднюю температуру какой-либо среды или участка поверхности.

К числу достоинств электрических термометров сопротивления следует также отнести:

•       высокую степень точности измерения температуры;

•       возможность градуировки шкалы прибора на любой допустимый измеряемый температурный интервал;

•       возможность централизации контроля температуры путем подсоединения нескольких термометров сопротивления к одному измерительному прибору;

•       возможность автоматической записи и дистанционной передачи сигнала измеряемой температуры.

2.6.2. Материалы, используемые в термометрах сопротивления Материал, предназначаемый для изготовления теплочувствительного элемента термометров сопротивления, должен отвечать ряду требований. Он должен быть химически инертным и не изменять своих физических свойств, не окисляться и не поддаваться иным вредным воздействиям при нагревании. Температурный коэффициент электросопротивления (ТКС) должен быть по

 возможности большим. Зависимость изменения сопротивления материала от изменения температуры должна быть близка к линейной.

Химическая инертность материала, предназначенного для изготовления термометров сопротивления, должна быть значительно выше, чем у термопар. Т.к. незначительное уменьшение сечения проволоки от химического воздействия среды будет вносить непоправимую погрешность в измерения из-за изменения электрического сопротивления термочувствительного элемента.

Приведенным выше основным требованиям, предъявляемым к материалам для термометров сопротивления, из числа чистых металлов удовлетворяют только платина, медь, никель и железо.

Платина обладает всеми основными свойствами, предъявляемыми к материалам для термометров сопротивления. В связи с этим она является незаменимым материалом не только для образцовых н технических термометров, но также и для эталонных, предназначаемых, как известно, для интерполяции международной температурной шкалы в интервале от - 190 до 660°С.

Теплочувствительный элемент технических термометров сопротивления обычно изготовляется из тонкой платиновой проволоки (диаметром от 0.05 до 0,07 мм) или ленты {сечением от 0,002 до 0,005 мм). Вследствие малой прочности теплочувствительного элемента, изготовленного из такой проволоки, предел измерения температуры для технических термометров сопротивления ограничен и лежит в интервале от -120 до 500 ^ЬС. В отдельных случаях платиновые термометры сопротивления применяют в технике для измерения температуры в области от -200 до 700 "С. При этом их необходимо изготовлять из проволоки более толстого диаметра от 0.1 мм.

На рис. 2.27 приведены зависимости изменения сопротивления применяемых металлов в термометрах сопротивления от температуры.

Н₁ = К₀(\+ А-1+В-/²), где Я,-сопротивление термометра при рабочей температуре; К«- сопротивление термометра при 0 С;

А и В - постоянные определяемые при градуировке термометра.

 

 

 

В интервале же измеряемых температур от - 190 до 0 °С зависимость сопротивления платаны определяется уравнением:

Л, = Л_п|1 + Л/+Вг²+С(/-100)/^э], (2.27) где С - постоянная, определяемая также при градуировке термометра.

Коэффициенты А, В и С, входящие в уравнения (2.26) и (2.27), определяются обычно в точке кипения воды.

Температурный коэффициент сопротивления платины зависит от ее чистоты. Для изготовления образцовых термометров сопротивления применяется платина максимальной чистоты. Чистоту платины обычно характеризуют отношением сопротивления термометра при температуре кипения и замерзания воды К₁₀₀/Я₀ (для чистой платины &■<»/&« ³ 1,391). Для технических платиновых термометров сопротивления Кк._п/К_п= 1.387 + 1.390.

\ Медь. К достоинствам меди относятся ее дешевизна, доступность в виде тонких проводников в любой изоляции, возможность получения проводниковой меди высокой чистоты и сравнительно высокий температурный коэффициент сопротивления (4,25-10"¹ - 4,28-Ю'³ град'¹). Кроме того, к достоинствам меди следует также отнести линейный характер зависимости ее сопротивления от температуры (см. рис. 2.27) в диапазоне температур от-50 до 200 °С. Эта зависимость выражается следующей формулой:

Л, = А₀ ■ (1+ а-/), Г2.28) где К_: и Ко- сопротивление термометра при рабочей температуре и 0 °С; а — температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Температурный  коэффициент металлов определяется для интервала температур 0 - 100 °С в соответствии с выражением

^а=^7^1и^- <²-²⁹>

К числу недостатков меди следует отнести малое удельное сопротивление (р = 0,017 ом-мм³-м"'), что требует значительного количества медного провода при изготовлении термометра сопротивления, а также низкую химическую стойкость при высоких температурах, агрессивных и влажных средах.

I Никель и железо. Основными достоинствами никеля и железа является то, что они обладают высоким температурным коэффициентом (а_м, =6,25-Ю'³, а_Рс= 6,4-Ю"³ град"¹) и сравнительно большим удельным сопротивлением (р*₍ = 0.95, р_Рс - 0,09 ом-мм2-м-1). К числу существенных недостатков железа следует отнести трудность получения одинаковой его чистоты и, кроме того, оно неустойчиво к окислению. Изменение сопротивления железа и, особенно никеля, подчиняется нелинейной зависимости (см. рис. 2.27), что вызывает существенные неудобства при их применении.

Вследствие указанных выше причин никель применяют до 200-250 °С, а железо - до 100-150 °С в условиях, когда термометр сопротивления не подвергается действию влаги.

Кроме рассмотренных выше чистых металлов, применяемых для изготовления термометров сопротивления, в отдельных случаях применяют свинец и фосфористую бронзу, содержащую незначительное количество свинца. Термометры сопротивления, изготовленные из свинца, находят применение главным образом в области низких температур, а термометры из фосфористой бронзы - в области сверхнизких температур. При сверхнизких температурах содержащийся в фосфористой бронзе свинец переходит в сверхпроводящее состояние, вследствие чего и возможно применение такого термометра сопротивления.

I Полупроводники. В последние годы, как было сказано выше, появились возможности использования окислов металла, являющихся полупроводниками, в качестве материала для изготовления термометров сопротивления, которые называются термисторами.

•< Главным достоинством полупроводников по сравнению с металлами является то, что они обладают большим ТКС, достигающим 2-8 % выше на 1 °С. Вследствие малой проводимости полупроводника представляется возможным изготовлять полупроводниковые термометры сопротивления с большим сопротивлением, что также является существенным достоинством.

^ Полупроводниковые термометры сопротивления для промышленного применения изготавливают главным образом из германия и смесей различных полупроводниковых веществ в форме цилиндров, шайб и бус, покрытых защитной эмалью. Основные характеристики чувствительных элементов полупроводниковых термометров приведены в таблице 2.13.

Терморезисторы являются малоинерционными термометрами, что позволяет их применять для нестационарных тепловых процессов. Большое собственное сопротивление этих термометров позволяет при измерении температуры не учитывать сопротивление соединительных проводов со вторичным прибором. Кроме того, полупроводниковые термометры возможно использовать в качестве бесконтактных температурных сигнализаторов.

 

К недостаткам полупроводниковых термометров можно отнести следующее:

-       отсутствие возможности взаимозаменяемости чувствительных элементов термометров вследствие большого разброса номинального значения сопротивления;

-       нелинейная зависимость сопротивления от температуры;

-       малая допускаемая тепловая мощность рассеивания при прохождении электрического тока.

Таблица 2.13 - Характеристики полупроводниковых термометров

Для выпускаемых терморезисторов при измерении температур в диапазоне от - 100 до 300 °С зависимость их сопротивления от температуры определяется по следующей формуле:

Я, = А-Т''-е^В1Т, (2.30) где Т- абсолютная температура, К;

А, В и Ь - постоянные коэффициенты, определяемые свойствами материала; е - основание натурального логарифма.