Лекция 9.

План:

9.1 Устройство и принцип действия термометров сопротивления.

9.2 Основные свойства.

9.3 Типы термометров сопротивления

9.1 Действие термометров сопротивления основано на свойстве веще­ства изменять свое электрическое сопротивление с изменением тем­пературы.

Параметр, характеризующий изменение электрического сопротивления с температурой, называют температурным коэффициентом электрического сопротивления a.

a_Me = 0,0035¸0,0065 1/К

a_пп = 0,01¸0,15 1/К

Чувствительный элемен­т (ЧЭ) термометра сопротивления из чистых металлов – это обмотка из тонкой проволоки на специальном каркасе из изоляционного материала.

Диапазон измеряемых температур у металлических ТС: от –260 до 750°С. В отдельных случаях до 1000°С.

Основные металлы: Cu, Pt, Ni.

Диапазон температуры полупроводниковыхТС: t = 1,3 ¸ 400 К.

Материал: Германий, Индий, Графит.

9.2 Требования к металлам, предназначенным для изготовления чувствительных элементов (ЧЭ) термометров сопротивления:

• не окисляться

• обладать высокой воспроизводимостью значений электрического сопротивления в интервале рабочих температур

• иметь монотонную зависимость сопротивления от температуры R = f (t)

• достаточно высокое значение температурного коэффициента сопротивления α

Известно, что сплавы обладают меньшим значением температурного коэффициента сопротивления. Кроме того, воспроизводимость свойств сплавов далеко недостаточна по сравнению с чистыми металлами. Исследования показывают, что чем чище металл (при отсутствии в нем механических напряжений), тем лучше у него воспроизводимость термометрических свойств и больше значения отношения R₁₀₀/R₀ и α. Поэтому чистые металлы, предназначенные для изготовления взаимозаменяемых ЧЭ термометров сопротивления, должны иметь нормированную и при этом высокую чистоту.

9.3 Приведенным выше основным требованиям к металлам для изготовления ЧЭ термометров сопротивления в широком интервале температур удовлетворяет платина.

Температурный коэффициент электрического сопротивления платины α = 3,91· 10^-3 К^-1.

Сопротивление платины в зависимости от температуры определяется по формуле:

где А = 3,96847 · 10^-3 С^-1 ;

В = - 5,847 · 10^-7 С^-2 ;

А, В – постоянные термометра, определяемые при градуировке термометра

Технические платиновые термометры сопротивления типа ТСП изготовляются двух классов (1-го и 2-го) с номинальными значениями сопротивлений при 0°С (R₀) равными 10; 46; 100 Ом, которым присвоено обозначение градуировки соответственно гр20, гр21 и гр22.

Если верхний предел температуры применения термометра не высок, то указанным выше требованиям удовлетворяют также медь и никель.

Температурный коэффициент электрического сопротивления проводниковой меди α лежит в пределах от 4,2·10^-³ до 4,27·10^-³ °С^-¹.

Зависимость электрического сопротивления меди от температуры в широком интервале температур подчиняется уравнению

R_t = R₀(1 + αt),

где R_t и R₀ – сопротивления данного образца меди (чувствительного элемента медного термометра) соответственно при температуре t и 0°С.

Технические медные термометры сопротивления типа ТСМ изготовляются двух классов (2-го и 3-го) с номинальными значениями сопротивлений при 0°С (R₀) равными 53; 100 Ом, которым присвоено обозначение градуировки соответственно гр23 и гр24.

В отдельных случаях применяют для изготовления ЧЭ термометров сопротивления, но с ограниченной областью их использования, и другие металлы, например железо, вольфрам и молибден

Полупроводниковые термометры сопротивления – терморезисторы – изготовляются из порошкообразной смеси окислов некоторых металлов: меди (Cu₂O₃), марганца (Mn₂O₃), кобальта (CoO), никеля (NiO) и др., спрессованной и спеченной при высокой температуре.

Терморезисторы, представляющие собой непроволочные объемные нелинейные резисторы различной формы (цилиндрические, шайбовые и др.), в отличие от металлических резисторов имеют отрицательный температурный коэффициент, т.е. при нагревании уменьшают свое сопротивление.