2. Полупроводниковые термометры сопротивления

Имеются два различных типа терморезисторов: с отрицательным (NТС – терморезисторы) и положительным (РТС – терморезисторы, позисторы) температурным коэффициентом сопротивления.

Для их изготовления применяют германий, медно-марганцевые (ММТ) и кобальто-марганцевые (КМТ) соединения, сплавы и окислы урана, серебра, никеля. Чувствительность полупроводниковых терморезисторов значительно выше, чем у металлических термометров сопротивления, что позволяет их изготавливать малогабаритными. Причем их сопротивление резко уменьшается с увеличением температуры. Это свойство позволяет их использовать в криогенной технике для измерения низких температур. Терморезисторы используют для регистрации изменений температуры в системах теплового контроля, пожарной сигнализации и др.

Полупроводниковые терморезисторы могут быть выполнены в виде стержня, диска, шайбы, шарика, иглы, пленки, бусинки и других форм с металлическими выводами (рис.1.6). Для защиты от влаги чувствительные элементы покрывают слоем лака или стекла.

3. Термоэлектриче­ские термометры (термопары)

Работа термопары основана на термоэлектрическом эффекте Зеебека, согласно которому в цепи, состоящей из двух разнородных проводников А и В, где точки их соединения (спаи) находятся при различных температурах, протекает ток. На концах такой разомкнутой цепи можно измерить термоэлектродвижущую силу (термо-ЭДС), величина которой зависит от разности температур на спаях (рис.1.7). Если температура t₀ одного спая известна, то это значение может быть использовано в качестве меры разности измеряемой температуры t₁ и контрольной температуры t₀.

Рис.1.7 Цепь из термоэлектродов А и В

Место соединения проводников, помещаемое в среду с измеряемой температурой, называют рабочим (горячим) спаем термопары, а другое соединение, находящееся при температуре t₀ – свободным (холодным).

Термопару помещают в стальной или керамический чехол, подключая свободные концы к выводам с крышкой; изолируют один от другого по всей длине от горячего спая керамическими изоляторами (рис. 1.8). Рабочий спай изолируют от чехла керамическим наконечником. Горячую часть термопары (со стороны рабочего спая) погружают в объект измерения температуры. Основные характеристики наиболее распространенных термопар приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Основные характеристики термоэлектрических преобразователей

Материал термоэлектродов	Пределы измерений температуры, 0С нижний верхний			Термо ЭДС (t=1000C,t0=00C) мВ
		Длительное применение	Кратковременное применение
Платинородий (10% Rh) – платина	-20	1300	1600	0,643
Платинородий (30% Rh) – платинородий (6%Rh)	300	1600	1800	0
Хромель – алюмель	-50	1000	1300	4,10
Хромель – копель	-50	600	800	6,95
Железо – копель	0	600	800	5,75
Железо – константан	-200	600	800	5,11
Медь – копель	-200	100	600	4,75
Медь – константан	-270	100	400	4,16

Рис. 1.8 Термоэлектрический термометр: 1 - рабочий спай; 2 -изолятор; 3 - чехол; 4 - выводы

Материал термоэлектродов должен отвечать следующим требованиям: приемлемая цена, высокая надежность, высокая чувствительность к изменению температуры, приемлемые динамические свойства, механическая прочность при высоких и низких температурах, устойчивость против коррозии, стабильность термоэлектрических свойств. Для изготовления термопар применяются платина, золото, никель, медь, железо, вольфрам, хромель, алюмель, родий, копель и другие.

Для измерения температуры среды термоэлектрическим термометром, необходимо измерить термо-ЭДС, развиваемую термометром, и определить температуру свободного спая. Для удобства измерения свободный спай поддерживается при постоянной температуре, равной 0 ⁰С. Измеряемая температура t₁ определяется сразу из градуировочной характеристики (таблиц или графиков), устанавливающей зависимость термо-ЭДС от температуры рабочего спая. Если, то необходимо вводить поправку.

Для правильного измерения температуры нужно обеспечить постоянство температуры холодного конца. Для этого свободный спай удаляют от места измерения температуры, что осуществляется с помощью специальных (компенсационных) проводов.

Для измерения весьма малых разностей температур применяют термобатареи - ряд последовательно соединенных термопар. В этом случае термо-ЭДС суммируется. Число спаев термобатареи может достигать нескольких сотен.

4. Оптические пирометры

Рассмотренные выше термометры для измерения температуры являются контактными, которые предусматривают непосредственный контакт между чувствительным элементом термометра и окружающей или исследуемой средой. Верхний предел применения контактных методов измерения находится в пределах 2500С. В промышленных и лабораторных исследованиях возникает необходимость измерять более высокие температуры, кроме того, часто недопустим непосредственный контакт термометра с измеряемым телом или средой. Таким термометром с допустимой погрешностью до 4 % является оптический пирометр (от греч. Pyr – огонь), принцип работы которого основан на использовании теплового излучения тел в видимой области спектра. Серийно выпускаемые пирометры применяются для измерения температур от 20 до 6000^С. Такие средства измерения не имеют верхнего предела измеряемой температуры, он определяется соответствием спектров излучения измеряемых тел и спектральных характеристик устройств. Пирометры, применяемые для измерения температур, подразделяют на следующие типы: квазимонохроматические (яркостные), полного излучения (радиационные) и спектрального отношения (цветовые). Яркостные пирометры позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретого тела, путем сравнения его цвета с цветомэталоннойнити. Цветовые пирометры позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различныхспектрах. Радиационные пирометры оценивают температуру посредством пересчитанного показателямощноститеплового излучения.