1081

Термопарный кабель за счет высокой плотности заполнения периклазом выдерживает изгиб на 180° вокруг цилиндра диаметром, равным пятикратному диаметру кабеля. Например, кабель диаметром 3 мм можно навить на трубу диаметром 15 мм. При этом не происходит замыкания электродов между собой или с оболочкой.

Существенным преимуществом термометров кабельного типа

6.3.3. Удлиняющие термоэлектродные провода

Свободные концы термоэлектрического термометра должны иметь температуру, равную 0 °C, в противном случае их температура должна быть постоянной, чтобы можно было ввести поправку на температуру свободных концов.

Если расположить свободные концы в головке термоэлектрического термометра там, где кончаются термоэлектроды термометра, то невозможно обеспечить постоянство температуры свободных концов, так как температура головки термоэлектрического термометра, расположенного на технологической установке, будет зависеть от режима работы установки, температуры окружающего воздуха и других факторов. В связи с этим возникает необходимость удлинить термоэлектрический термометр, не искажая его термоЭДС, чтобы отвести свободные концы в такое место, где будет удобно их термостатировать или поставить устройство для автоматического введения поправки.

Удлиняющие провода должны обладать определенными свойствами, чтобы исключить возникновение паразитной термоЭДС. Возникновение паразитной термоЭДС будет исключено, если удлиняющие провода будут иметь ту же градуировочную характеристику, что и сам термометр. Кроме того, при подключении должна соблюдаться полярность. Места соединения удлиняющих проводов с термоэлектродами должны иметь одинаковую температуру. Если это условие не соблюдается, то возникает паразитная термоЭДС.

192

В табл. 6.8 приведены типы термопар, рекомендуемые удлиняющие термоэлектродные провода, их обозначения и расцветка изоляции.

Удлиняющие термоэлектродные провода выпускаются одно-

имногожильными в изоляции и с внешней оболочкой, удобной для монтажа и прокладки. Для изоляции применяют поливинилхлорид, полиэтилентерфталатную и фторопластовую пленку. Кроме изоляции провода часто покрывают поливинилхлоридной оболочкой или оплеткой из лавсановых нитей или стеклонитей.

Если требуется защита от внешних электромагнитных полей

имеханических воздействий, применяют оплетку или экран из медных или стальных проволок.

Каждый материал провода имеет свой цвет изоляции или цветные нити в обмотке и оплетке проводов.

Внекоторых случаях для изготовления удлиняющих проводов применяются те же материалы, что и для изготовления термопар.

193

6.4. ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Принцип терморезистивного преобразования основан на температурной зависимости активного сопротивления металлов и полупроводников. Эта зависимость обладает высокой воспроизводимостью и достаточной стабильностью при влиянии разнообразных дестабилизирующих факторов.

Температурная чувствительность термометрического материала характеризуется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС).

В общем виде температурный коэффициент сопротивления определяется следующим образом:

1 dRt , R0 dt

где – температурный коэффициент сопротивления; Rt и R0 – сопротивления при температуре t и 0 °C соответственно; t – температура.

Для материалов, у которых температурный коэффициент не зависит от температуры, он определяется как

Rt R0 . R0t

Температурный коэффициент выражается в °C 1 или K 1. Для большинства чистых металлов температурный коэффициент находится в пределах (3,5÷6,5) 10–3 K 1. У сплавов этот коэффициент существенно меньше и в некоторых случаях приближается к нулю, например, ТКС манганина составляет 2 10 5 С 1, константана – 1 10–5 С. Для полупроводниковых материалов температурный коэффициент на порядок больше, чем у металлов – 0,01÷0,15 K 1.

Кроме того, материалы для термометров сопротивления характеризуются отношением

где – R100 сопротивление материала при 100 C.

194

Материалы с более высокой степенью чистоты обладают более высоким значением отношения R100/R0 и , по этим значениям можно судить о степени чистоты применяемых металлов.

Типичные случаи поведения термометрической зависимости

метров сопротивления, должны отвечать тем же обязательным требованиям, которые предъявляются

к материалам, идущим на изготовление термоэлектрических термометров. Это требования стабильности и воспроизводимости градуировочной характеристики.

В настоящее время для изготовления промышленных термометров сопротивления применяются медь, платина и никель.

6.4.1. Медные термометры сопротивления

Медь является относительно дешевым материалом, который может быть получен высокой чистоты. Медь производят в виде тонких проволок в различной изоляции.

Сопротивление меди изменяется от температуры практически линейно для довольно широкого диапазона температур,

195

Rt R0 1 t .

Температурный коэффициент сопротивления медной проволоки ( ) составляет 4,28 10 3 K 1, отношение R100/R0 равно 1,426.

К числу недостатков меди относятся: высокая окисляемость, поэтому медь используется для измерения температур не выше 200 °C, и малое удельное сопротивление: = 1,75 10–8 Ом м при 20 °C.

Удельное сопротивление влияет на габариты термометра сопротивления: чем меньше удельное сопротивление, тем больше нужно проволоки, чтобы намотать такое же сопротивление, тем больше габариты термометра.

Медные термометры в соответствии с ГОСТ 6651-78 могут применяться для длительного измерения температуры в диапазоне ± 200 °C.

Они выпускаются II и III классов (B и C). Номинальные сопротивления при 0 °C составляют 10, 50 и 100 Ом (в эксплуатации находятся термометры с R0 = 53 Ом).

Термометрам присвоены следующие условные обозначения номинальных статических характеристик преобразования, соответственно: 10М, 50М и 100М (для термометров с R0 = 53 Ом принято обозначение гр. 23).

Предел допускаемой основной погрешности для термометров II класса составляет 0,3 или 0,5 °C, а для III класса – 1 или 2 °C.

6.4.2. Никелевые термометры сопротивления

Характеристики никелевых термометров сопротивления нормируются стандартом СЭВ 1057-78 на интервал температур от минус 60 до плюс 180 °C. Класс допуска – III. Номинальные сопротивления при 0 °C составляют 50 и 100 Ом.

Никель обладает высоким температурным коэффициентом, достигающим = 6,75 10 3 К 1, большим удельным сопротивлением = 1,28 10 7 Ом м, что позволяет получать достаточно малогабаритные термометры с большим коэффициентом преобразования. Номинальное отношение W100 для слаболегированного никеля установлено

1,617±0,004.

196

Номинальные статическая характеристика преобразования для никелевых термометров сопротивления в диапазоне 0…200 °C описывается уравнением

Rt R0 1 At Bt2 ,

где A = 5,86 10 –3 K –1, B = 8 10 –6 К –2.

Недостатками никеля являются окисление при высоких температурах, сильная зависимость ТКС от чистоты металла.

6.4.3. Платиновые термометры сопротивления

Чистая платина является одним из наиболее распространенных металлов, применяемых для изготовления термометров сопротивления.

Платина отвечает обязательным требованиям, предъявляемым к материалам для изготовления термометров сопротивления.

Диапазон использования платины от минус 269 до плюс 1100 °C. Термометрическая платина для рабочих термометров характеризуется отношением

W100 1,391(1,385) .

Для воспроизведения международной практической термометрической шкалы используется особо чистая платина в виде отожженной свободной от напряжения проволоки, имеющей отношение

W100 1,39250 .

Сопротивление платины имеет сложную нелинейную температурную зависимость. В интервале температур 0÷850 °C зависимость экстраполируется выражением

Rt R0 1 At Bt2 ,

на интервале от минус 200 до 0 °C – выражением

197

Платиновые термометры сопротивления имеют следующие значения сопротивления при 0 °C: 1, 5, 10, 50, 100 и 500 Ом (в эксплуатации находятся термометры с R0 = 46 Ом). Этим термопреобразователям сопротивления присвоены следующие условные обозначения номинальной статической характеристики преобразования: 1П, 5П, 10П, 50П, 100П и 500П (термометры с сопротивлением R0 = 46 Ом обозначаются гр. 21).

Некоторые стандартизованные номиналы чувствительных элементов платиновых рабочих термометров представлены в табл. 6.9.

Недостатком платины является ее загрязнение в восстановительной среде парами металлов, окислами углерода и другими веществами, что особенно проявляется при высоких температурах.

Проволочные чувствительные элементы являются превалирующими в практической термометрии. Однако в настоящее время с ними успешно конкурируют термометры в металлопленочном исполнении. Такие термометры изготавливаются на различных подложках – из ситалла, сапфира, поликора методом вакуумного напыления. Такие термометры имеют особую перспективу при массовом производстве. Большая часть операций по их изготовлению и подгонке номинала сопротивления практически полностью автоматизирована.

198

Вметаллопленочном исполнении чувствительные элементы характеризуются несколько меньшим ТКС по сравнению с проволочными (до 10 %).

Вметаллопленочном исполнении возможно эффективное применение материалов, нетрадиционных для термометрии. Так, для области температур 4,2…25 К известно использование марганцевого пленочного термометра, имеющего линейную функцию преобразования

вэтой области и высокую воспроизводимость (не хуже 0,01 К).

Втабл. 6.10 приведены зависимости сопротивления металлических терморезисторов от температуры (стандартные градуировочные таблицы), в табл. 6.11 сведены основные данные о металлических термосопротивлениях.

Т а б л и ц а 6 . 1 0

Градуировочная таблица

199

Т а б л и ц а 6 . 1 1

Данные по термосопротивлениям

Терморезисторы могут использоваться и по другому назначению – использование нагрева терморезисторов для измерения различных физических величин, связанных с температурой.

200