2.3. Термодиоды
Наряду с ТС для измерения низких температур разработаны термодиоды из Ge, Si, GaAs. Термометрическим параметром таких термометров является напряжение на диоде, смещенном в прямом направлении. Хотя в качестве термометра можно использовать и обычный кремневый полупроводниковый диод. В безкорпусном исполнении диоды имеют очень маленькие размеры и сопоставимы по размерам со спаями термопар. Падение напряжения на p-n переходе имеет температурную зависимость порядка 2 мВ/˚С. Однако кремневые полупроводниковые датчики температуры практически неприменимы при температурах выше 180 ˚С. Датчики на основе арсенида галия GaAs могут работать до 400 ˚С, а на основе фосфористого галия до 700 ˚С.
П
рименение
полупроводниковых диодов требуют
стабильного источника тока2.
При этом измеряется падение напряжения
на p-n
переходе (рис. 2). Точно также можно
подключать к стабильному источнику
тока и термометры сопротивления и далее
измерять падение напряжения на ТС от
температуры. Однако в случае применения
ТС можно применить и высокоточный
омметр.
Полупроводниковые термометры имеют сложную и плохо воспроизводимую от образца к образцу зависимость термометрического параметра от температуры, что не позволяет создать для них стандартные градуировочные характеристики. Поэтому их градуирую индивидуально.
3. Таблицы
Таблица 1. Стандартная градуировочная таблица медного термометра сопротивления. Электрическое сопротивление медного термометра сопротивления отн. ед. (R(t)/R(0°C).
Приращение температуры, °С |
|||||
t, °C |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
- 200 |
0,12160 |
|
|
|
|
- 190 |
0,16270 |
0,15420 |
014590 |
0,13780 |
0,12970 |
- 180 |
0,20610 |
0,19730 |
0,18850 |
0,17980 |
0,17120 |
- 170 |
0,25080 |
0 24170 |
0,23270 |
0,22380 |
0, 21490 |
- 160 |
0,29620 |
0,28710 |
0,27800 |
0,26890 |
0,25990 |
- 150 |
0,34180 |
0,33270 |
0,32360 |
0,31450 |
0,30530 |
- 140 |
0,38730 |
0,37820 |
0,36920 |
0,36000 |
0,35090 |
- 130 |
0,43210 |
0,42320 |
0,41430 |
0,40530 |
0,39640 |
- 120 |
0,47690 |
0,46800 |
0,45900 |
0,45000 |
0,44100 |
- 110 |
0,52160 |
0,51260 |
0,50370 |
0,49480 |
0,48590 |
- 100 |
0.56610 |
0,55720 |
0.54830 |
0,53940 |
0,53050 |
- 90 |
0,61030 |
0,60150 |
0,59270 |
0,58380 |
0,57490 |
- 80 |
0,65420 |
0,64540 |
0,63660 |
0,62790 |
0,6191 |
- 70 |
0,69790 |
0,68920 |
0,68050 |
0,67170 |
0,66300 |
- 60 |
0,74150 |
0,73280 |
0,72410 |
0,71540 |
0,70670 |
- 50 |
0,78480 |
0,77620 |
0,76750 |
0,75880 |
0,75020 |
- 40 |
0,82810 |
0,81950 |
0,81080 |
0,80220 |
0,79350 |
- 30 |
0,87120 |
0,86260 |
0,85400 |
0,84540 |
0,83670 |
- 20 |
0,91420 |
0,90560 |
0,89700 |
0,88840 |
0,87980 |
- 10 |
0,95720 |
0,94860 |
0,94000 |
0,93140 |
0,92280 |
- 0 |
1,0000 |
0,99144 |
0,98288 |
0,97432 |
0,96576 |
0 |
1,00000 |
1,00856 |
1,01712 |
0,02568 |
1,03424 |
10 |
1,04281 |
1,05138 |
1,05994 |
1,06850 |
1,07707 |
20 |
1,08563 |
1,09419 |
1,10275 |
1,11131 |
1,11131 |
30 |
1,12844 |
1,13700 |
1,14556 |
1,15412 |
1,16268 |
40 |
1,17194 |
1,17980 |
1,18836 |
1,19692 |
1,20548 |
50 |
1,21404 |
1,22260 |
1,23116 |
1,23972 |
1,24828 |
60 |
1,25684 |
1,26540 |
1,27396 |
1,28252 |
1,29107 |
70 |
1,29963 |
1,30819 |
1,31675 |
1,32531 |
1,33386 |
80 |
1,34242 |
1,35098 |
1,35954 |
1,36810 |
1,37666 |
90 |
1,38522 |
1,39377 |
1,40233 |
1,41088 |
1,41945 |
100 |
1,42800 |
1,43656 |
1,44512 |
1,45368 |
1.46224 |
110 |
1,47079 |
1,47935 |
1,48790 |
1,49646 |
1.50502 |
120 |
1,51357 |
1,52213 |
1,53069 |
1,53924 |
1,54780 |
130 |
1,55635 |
1,56491 |
1,57346 |
1,58202 |
1,59058 |
140 |
1,59913 |
1,60769 |
1,61625 |
1,62481 |
1.63336 |
150 |
1,64192 |
1,65048 |
1,65904 |
1,66759 |
1,67615 |
160 |
1,68470 |
1,69326 |
1,70182 |
1,71037 |
1,71893 |
170 |
1.72748 |
1.73604 |
1,74460 |
1,75316 |
1,76171 |
180 |
1,77026 |
1,77882 |
1.78738 |
1,79594 |
1,80449 |
190 |
1.81305 |
1,82160 |
1,83016 |
1,83872 |
1,84727 |
200 |
1,85583 |
— |
— |
— |
|
Таблица 2. Значения эксплуатационных характеристик термопар
Термопара
|
Рабочий интервал *, К |
Максимальная тepмo-ЭДС, мB |
Погрешность, К |
Рабочая среда
|
Сu — константан |
10 – 670 (870) |
21 (34,3) |
0,1 – 5 |
Окислительная, воздух до 470 К |
Сu — копель |
30 – 320 |
6,1 |
0,1 – 5 |
- - |
Fe — константан |
70 – 1000 (1500) |
41 (70) |
0,5 – 3 |
Окислительная до 1000 К |
Pt — Pt + 10% Rh |
270 – 1570 (1870) |
13 (16,6) |
0,5 – 6 |
Окислительная |
Pt + 6% Ph - Pt + 30% Rh |
570 – 1670 (2070) |
11 (14) |
0,5 – 7 |
- - |
Хромель — копель |
220 – 870 (1070) |
49 (66) |
1 – 3 |
Окислительная, нейтральная |
Xpомель — алюмель |
220 – 1270 (1570) |
41 (52) |
4 – 10 |
То же |
W + 5% Re - W + 20%Re |
270 – 2070 (2770) |
27 (33,6) |
8 – 30 |
Вакуум, инертная |
Никель — нихром |
250 – 1500 |
49 |
1– 10 |
Окислительная |
Iг — Ir + 60% Rh |
500 – 2400 |
11,6 |
10 – 22 |
Вакуум, окислительная, cлaбoвостановительная |
W — Mo
|
1300 – 3000
|
9
|
10
|
Вакуум, инертная, восстановительная |
* В скобках указаны значения температур, до которых кратковременно можно применять термопары. |
||||
Р
ис.
9. Сравнение температурных зависимостей
для медного термометра сопротивления
и Cu
– константановой термопары.
Таблица 3. Градуировка термопары Cu - константан
t, °C |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
- 200 |
- 5,603 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 100 |
- 3,378 |
- 3,656 |
- 3,923 |
- 4,177 |
- 4,419 |
-4,648 |
-4,865 |
- 5,069 |
- 5,261 |
-5,439 |
- 0 |
0,000 |
- 0,383 |
-0,757 |
- 1,121 |
- 1,475 |
-1,819 |
-2,152 |
-2,475 |
- 2.788 |
- 3,089 |
0 |
0,000 |
0,391 |
0,789 |
1,196 |
1,611 |
2,035 |
2,467 |
2,908 |
3,357 |
3,813 |
100 |
4,277 |
4,749 |
5,227 |
5,712 |
6,204 |
6,702 |
7,207 |
7,718 |
8,235 |
8,757 |
200 |
9,286 |
9,820 |
10,360 |
10,905 |
11,456 |
12,011 |
12,572 |
13,137 |
13,707 |
14,281 |
300 |
14,860 |
15,443 |
16,030 |
16,621 |
17.217 |
17, 816 |
18,420 |
19,027 |
19,638 |
20,252 |
400 |
20,869 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
— |
— |
|
Таблица. 4. Коэффициенты термоэдс некоторых металлов и полупроводников
Материал |
α, мкВ/˚С |
Материал |
α, мкВ/˚С |
Материал |
α, мкВ/˚С |
Висмут |
– 68,0 |
Платина |
– 4,4 |
Золото |
+2,9 |
Константан |
– 88,0 |
Ртуть |
– 4,4 |
Цинк |
+3,1 |
Копель |
– 38,0 |
Алюминий |
– 0,4 |
Вольфрам |
+3,6 |
Никель |
– 20,8 |
Олово |
– 0,2 |
Кадмий |
+4,6 |
Нихром |
– 18,0 |
Магний |
0,0 |
Молибден |
+7,6 |
Алюмель |
– 17,3 |
Свинец |
0,0 |
Железо |
+15,0 |
Палладий |
– 8,9 |
Серебро |
+2,7 |
Хромель |
+24 |
CuO |
– 700 |
Fe2O3 |
– 613 |
Cu2O |
+1200 |