Термометры сопротивления

Принцип действия термопреобразователя сопротивления (ТС) основан на свойстве проводников (металлов) и полупроводников, помещенных в измеряемую среду, изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. При увеличении измеряемой температуры сопротивление металлических термопреобразователей растет, а у полупроводниковых уменьшается по экспоненциальному закону.

Для изготовления металлических ТC используется платина, медь, никель и железо.

Платина обладает хорошей воспроизводимостью, химически инертна в окислительной среде при высоких температурах, имеет высокое удельное сопротивление. Платиновые преобразователи сопротивления используются для измерения температуры от -260⁰С до +1100⁰С. Недостатком платины является нелинейность градуировочной характеристики и высокая стоимость.

Медные ТС предназначены для измерения температуры в диапазоне от -50⁰С до +200⁰С. При более высоких температурах медь активно окисляется и потому не используется.

Никель и железо имеют относительно высокие температурные коэффициенты электрического сопротивления и сравнительно большие сопротивления и могут использоваться для измерения температуры в диапазоне -50⁰С до +250⁰С. В связи с тем, что их градуировочная характеристика нелинейна, не стабильна и не воспроизводима железные и никелевые ТС не имеют широкого применения.

1 – керамический каркас; 2 – покрытие из глазури; 3 – бифилярная обмотка проводом диаметром 0.03 или 0.05 мм; 4 – выводные концы

Рисунок 5.4 – Конструкция металлического термометра сопротивления.

На рисунке 5.4 показана конструкция металлического термометра сопротивления. Тонкая проволока или лента 3 из платины или меди наматывается бифилярно на каркас 1 из керамики, слюды, кварца, стекла или пластмассы. Бифилярная намотка необходима для исключения индуктивного сопротивления.

Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления (термисторы) применяются для измерения температуры в диапазоне от –100 до + 300°С. В качестве материалов для них используются различные полупроводниковые вещества – оксиды магния, кобальта, марганца, титана, меди, кристаллы германия. Наибольшее распространение имеют термометры сопротивления кобальто-марганцевые (КМТ) и медно-марганцевые (ММТ), используемые для измерения температур в пределах от -90°С до +180 °С.

В отличие от металлических ТС термисторы имеют экспоненциальную зависимость сопротивления от температуры. При повышении температуры полупроводников на один градус их сопротивление уменьшается на 3-5 %, что делает их очень чувствительным к изменению температуры. Однако нелинейность характеристики и технологический разброс параметров термисторов затрудняют получение линейных шкал термометров и их взаимозаменяемость, необходимую при широком применении. Чтобы линеаризовать шкалу термистора, используют специальные корректирующие цепи.

Благодаря малым по сравнению с термометрами сопротивлений размерам термисторы менее инерционны. Кроме того, термисторы обладают значительным удельным сопротивлением и потому даже при очень малых размерах обладают значительным номинальным электрическим сопротивлением, что позволяет не учитывать сопротивления соединительных проводов и элементов измерительной схемы.

Конструкция термисторного преобразователя температуры представлена на рисунке 5.5.

1 – термистор; 2 – соединительные проводники; 3 – металлический кожух; 4–кварцевый песок; 5 – стеклянный наконечник.

Рисунок 5.5 – Конструкция термистора

На рисунке 5.5 представлены промышленные термометры сопротивления.

а) б)

а – термопреобразователь сопротивления платиновый гибкий, тип ТСП; б – термопреобразователь сопротивления 303, тип ТСМ

Рисунок 5.5 – Промышленные термометры сопротивления

Термопреобразователи сопротивления платиновые гибкие, тип ТСП (рисунок 5.5, а) предназначены для измерения температуры сыпучих, жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а также агрессивных, не разрушающих материал защитного чехла. При установке на технологическом оборудовании сложной геометрии и труднодоступных местах допускается изгибать термопреобразователи по длине для размещения чувствительного элемента в требуемой зоне измерения (вплоть до сворачивания в петлю). Диапазон рабочих температур от -50 до 150 °С.

Термопреобразователи сопротивления 303, тип ТСМ (рисунок 5.5, б) предназначены для измерения температуры поверхности твердых тел в диапазоне рабочих температур от -50 до 150 °С.

Для измерения сопротивлений в технике широко применяют мостовые схемы: уравновешенный и неуравновешенный мост, а также логуметры.

Для подключения термометров сопротивления к вторичным приборам используется трехпроводная схема, которая позволяет уменьшить погрешность измерения, возникающую при изменении сопротивления проводов в результате изменения их температуры (рисунок 5.6). Два провода подсоединяются к одному из выводов терморезистора R_t, а третий подключается к другому выводу R_t.

Рисунок 5.6 – Трехпроводная схема подключения термосопротивления к вторичному прибору

При этом необходимо соблюдать условие равенства сопротивлений всех трех проводов. Термометры сопротивления могут подключаться к прибору с использованием двухпроводной линии, но при этом отсутствует компенсация сопротивления соединительных проводов, и поэтому будет наблюдаться некоторая зависимость показаний прибора от колебаний температуры проводов.