Металлические терморезисторы

Сопротивление металлического проводника зависит от температуры.

– константа, зависящая от типа материала и геометрических размеров.

– ТКС;

– температура в Кельвинах.

Оценим относительное изменение сопротивления при изменении температуры:

Пусть при

При

В связи с малостью величины х, без большой ошибки можно пренебречь членами 2-го порядка и более высокого порядка.

– основное уравнение металлического терморезистора.

Полупроводниковые терморезисторы

A,B– коэфф, зависящие от материала и конструкции терморезистора.

Чувствительность: - величина непостоянная и зависит от температуры.

При изменении температуры возникает погрешность.

Статическая погрешность:

1. самонагрев; 2. колебание питающего напряжения; 3. наличие сопротивления соединительных проводов.

Динамическая погрешность:

если датчик использ без защитной арматуры, он представляет собой динамическое звено 1-го порядка

если датчик используется в защитной арматуре, то он представляет хар-ку динамического звена 2-го порядка:

Термоэлектрические датчики

Принцип действия термоэлектрических датчиков

Это датчики относящиеся к группе датчиков генераторного типа. Их работа основана на термоэлектродвижущей силы (ЭДС).

Суть состоит в следующем: если составить цепь из двух разнородных проводников или полупроводников при чём с одного конца провод сварить, а место соединения нагреть, то в такой цепи появляется ЭДС. Величина ЭДС будет пропорциональна температуре нагрева спая, точнее, разности температур спая и свободных (холодных) неспаянных концов. Температурный коэффициент пропорциональности зависит от типа материала и является относительно постоянным.

Цепь из таких вот проводников называется термопарой, сами проводники называются термоэлектродами, место соединения термоэлектродов – спаем.

Спай помещается в среду, температуру которой необходимо измерить. Этот спай называется рабочий или «горячий».

Спай относительно которого изменяется температура называется «холодным» или свободным.

Физическая сущность возникновения ЭДС объясняется наличием свободных электронов металлах или полупроводниках.

В разных материалах эти свободные электроны при одной и той же температуре имеют разную скорость и внутреннюю энергию.

При спае двух разнородных металлов, свободные электроны из одного металла проникают в другой, при этом, металл с большей скоростью и энергией электронов больше их теряет и приобретает положительный потенциал «+». Другой металл, в свою очередь от избытка свободных электронов приобретает «–» потенциал. В следствии чего и возникает ЭДС.

Одним из главных требований к материалам термопар является получение максимальных ЭДС при определённых температурах. Так же актуальны требования дешевизны и взаимозаменяемости. Под взаимозаменяемостью понимают возможность замены одной термопары – другой, без переградуировки измерительного прибора. Требования сводятся к высокой повторяемости термопар.

Основные типы термопар

1. Термопары из благородных металлов.

2. Термопары из не благородных металлов.

Из благородных металлов:

• тип ТПП; она состоит из платино-родия (10% родия) платины ()

достоинства: высокая химическая стойкость и высокая повторяемость характеристик.

недостатки: Малая рабочая ЭДС.

Рабочая температура tC до 1600 C; Термо ЭДС = 13 (мВ)

• тип ТПР: состоит из платино-родия (родия – 30%) платины 6%.

достоинства: Рабочая температура tC до 1800 C; Термо ЭДС = 14 (мВ).

Общий недостаток: высокая стоимость термопар из благородных металлов.

Из неблагородных металлов:

• ТХА (хромель-алюминий).

Рабочая температура tC от -501000 C; Термо ЭДС при 1000=40C (мВ).

ТХК Рабочая температура tC от -50600 C; Термо ЭДС при 600=45C (мВ).

Общий недостаток: худшая химическая стабильность и повторяемость характеристик.

Дешевые термопары: медь-капель; железо-капель.

Термопары используют в арматуре и без.

При измерении температур с помощью термопар используют 2 метода:

1. Измерение температур при помощи термопар

Непосредственное измерение термо ЭДС при помощи милливольтметра.

При измерении ЭДС используют высокочувствительный милливольтметр магнитоэлектрического типа (взаимодействие постоянного магнита и катушки с током).

Ток, который протекает по катушке:

;

Как правило, шкала милливольтметра градирована в C или К, но при этом наносятся номиналыR_v,R_тп,R_п.

Градуировка обычно осуществляется при температуре холодного спая равной 0 C.Но на практике температура холодного спая не равна 0 и, следовательно, этот факт надо учитывать:

• помещение холодного спая в тающий лёд (трудно осуществимо на практике);

• измерение температуры холодного спая обычным термометром с последующей коррекцией показателей термопары;

• смещение шкалы прибора на определённую величину, применимо если температура холодного спая стабильная величина.

2. Компенсационный метод измерения

Фотоэлектрические датчики:

Пирометр– датчик измеряющий температуру объекта без прямого контакта с ним.