17 Принципы измерения температуры
17.1 Контактные принципы
Из контактных принципов измерений наибольшее применение получили термоэлектрический и терморезистивный принципы. Достоинства принципов заключаются в простоте, надежности, низкой стоимости, возможности получения высокой точности, возможности легко создать многоканальные измерительные системы для непрерывного измерения параметров температурного поля сложных объектов и при высоких давлениях и в труднодоступных местах. Недостатком является наличие контакта. Терморезистивному принципу свойственны методические погрешности, обусловленные нагревом термопреобразователя проходящим через него током, влияние сопротивления линии, нестабильностью сопротивления преобразователя и др., а термоэлектрическому – погрешности от нестабильности температуры свободных концов термопары, влияние постоянных магнитных полей, недостаточный тепловой контакт между преобразователем и объектом исследования, паразитный теплообмен.
17.2 Термомагнитный принцип
Принцип основан на зависимости магнитной восприимчивости парамагнитных веществ или ядерной магнитной восприимчивости от температуры [3]. Измеряемой величиной является магнитная восприимчивость парамагнитных солей или ядерная магнитная восприимчивость металлов. Измерение магнитной восприимчивости парамагнитных солей обычно производится путем измерения индуктивности или взаимоиндуктивности катушек с сердечником из термометрического вещества.
Преимуществами являются отсутствие систематических погрешностей, высокая чувствительность, высокая воспроизводимость. Диапазон измерения температур 0,1- 4 К.
17.3 Термошумовой принцип
Принцип измерения температуры базируется на уравнении Найквиста, которое устанавливает связь между напряжением тепловых шумов, возникающих на любом резисторе, и его термодинамической температурой [3].
Рис. 17.1. Структурная схема термошумового термометра
Термошумовой принцип можно использовать для измерения температур в диапазоне от 0,001 - до 2500 К. Трудности использования заключаются в низком уровне полезного сигнала, который составляет доли или единицы микровольт. Основными факторами, ограничивающими точность метода, являются зависимость сопротивления резистора от температуры, собственные шумы измерительного канала, особенно входных усилителей, помехи в линии связи, изменение коэффициента усиления входного усилителя.
На рис. 17.1 показана схема термошумового термометра. Сверхпроводящее кольцо 1 с резистивным участком 2 и переходом Джозефсона 3, индуктивно связанное с LC – контуром, находится при измеряемой сверхнизкой температуре и совместно с контуром образует датчик температуры. Резистивный участок 2 служит источником напряжения тепловых шумов, значение которого определяется в соответствии с формулой Найквиста [3].
17.4 Термочастотные принципы
Основаны на использовании зависимости от частоты собственных колебаний различного рода резонаторов температуры, скорости распространения звуковых и ультразвуковых колебаний и параметров частотно-зависимых RC - или RL - цепей с терморезистором.