Дилатометрические и биметаллические термометры.

В механических термометрах расширения (дилатометрических и биметаллических) измерение температуры основано на различии температурных коэффициентов расширения двух веществ.

В дилатометрических термометрах расширения два стержня из материалов с разными температурными коэффициентами линейного расширения одним концом соединены друг с другом, разность перемещения свободных подвижных концов служит для измерения температуры. В качестве тел с малым расширением используют стержни из инвара, кварца или фосфора. Эти стержни помещают в закрытые с одной стороны металлические трубки с большим коэффициентом линейного расширения и закрепляют пайкой.

Такие термометры позволяют измерять температуры от –60 до 3000⁰С. Термометры этого типа несмотря на ряд преимуществ (простота устройства, низкая стоимость, высокая чувствительность и надежность, возможность контактного измерения высоких температур при наличии электромагнитного поля, сильного газовыделения) для измерения температуры используются сравнительно редко.

16.4. Термоэлектрический метод измерения температур

Термодинамический метод измерения температур основан на зависимости термоэлектродвижущей силы от температуры.

Термоэлектрические преобразователи (ТП), или термопары, широко применяются для измерения температур от -271 до 2500⁰С в различных областях техники и в научных исследованиях. В системах инженерного оборудования ТП используются для измерения температуры воздуха и жидкости в воздуховодах, помещениях и трубопроводах, для измерения температуры поверхности, для определения распределения параметров воздуха по сечению воздуховодов, для определения температуры в точке, при измерении температуры в труднодоступных местах, при проведении экспериментальных исследований.

Согласно ГОСТ 6616-74 ТП подразделяются: по способу контакта с измеряемой средой – на погружаемые и поверхностные; по условиям эксплуатации - на стационарные, переносные, разового, многократного и кратковременного применения: по числу зон, в которых должна контролироваться температура, – на однозначные и многозначные.

16.5. Термометры сопротивления

Принцип действия термометров сопротивления (ТС) основан на способности различных материалов изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры.

Термометры сопротивления находят широкое применение в промышленности, научных исследованиях для измерения температур от -260 до +1100 ⁰С. В системах инженерного оборудования зданий ТС широко используются в качестве датчиков для измерения температуры жидких и газообразных сред, для дистанционного измерения температуры в трубопроводах, воздуховодах, в кондиционируемых помещениях, для изменения, регулирования и контроля температуры.

Термометры сопротивления применяются для автоматического регулирования температуры газообразных им жидких сред в терморегуляторах; в системах отопления и кондиционирования воздуха помещений бытового и промышленного назначения (например, в системе регулирования температуры нагрева воды в котлоагрегатах; температуры теплоносителя в системе отопления; в автоматическом регуляторе температуры АРТЗ-2А теплоиспользующих установок для изменения теплопотребления на бойлерных, калориферных и абонентских отопительных установках жилых и общественных административных зданий). Полупроводниковые ТС используются в термоанемометрах для измерения скоростей воздуха.

Платиновые и медные термометры сопротивления.

Платиновые термометры в соответствии с ГОСТ 6651-78 для длительного изменения температуры от –260 до +1100 ⁰С. Допустимые отклонения сопротивления термометров при 0 ⁰С от номинального значения не должны превышать  0,05 % для термометров  класса;  0,1% - для термометров  класса и  0,2 % - для термометров  класса.

Чистая платина является одним из наиболее распространенных металлов, используемых для изготовления ТС. Платина отвечает обязательным требованиям, предъявляемым к материалам для изготовления ТС.

Медные термометры сопротивления в соответствии с ГОСТ 6651-78 могут применяться для длительного измерения температуры от –200 до +200 ⁰С.

Медь является дешевым материалом, который может быть получен высокой чистоты в виде тонких проволок в различной изоляции. Сопротивление меди изменяется с температурой практически линейно.

Чувствительный элемент металлического ТС состоит, как правило, из проволоки или ленты, которая намотана на каркас из кварца, керамики, слюды или пластмассы. От чувствительного элемента идут выводы к зажимам головки термометра. Чувствительный элемент ТС выполняется в виде спирали из проволоки, помещенной в четырехканальный керамический каркас. Для защиты от механических повреждений и вредного воздействия измеряемой или окружающей среды чувствительный элемент помещен в защитную оболочку, которая уплотнения керамической втулкой. Выводы чувствительного элемента проходят через изоляционную керамическую трубу. Все это находится в защитном чехле, установленного не объекте измерения с помощью резьбового штуцера. На концах защитного чехла располагается соединительная головка термометра. В головке находится изоляционная колодка с винтами для крепления выводов термометра и подключения соединительных проводов. Головка закрывается крышкой. Соединительные провода выводятся через штуцер. Основные требования, предъявляемые к техническим ТС: взаимозаменяемость, простота и надежность в работе.

Полупроводниковые термометры сопротивления.

Сопротивление полупроводников с температурой изменяется значительно сильней, чем у металлов. Температурный коэффициент большинства терморезисторных полупроводников на порядок, а для некоторых и на два порядка больше соответствующего среднего значения для металлов. Для всех полупроводников характерна высокая чувствительность. Все это позволяет изготавливать очень малые по размерам чувствительные элементы ТС. В качестве материалов для полупроводниковых ТС используются: германий, окислы меди, марганца, кобальта, магния, титана и их сплавы.

В связи с тем, что технология получения полупроводниковых ТС не позволяет изготавливать их с идентичными характеристиками (они не отвечают полностью требованию воспроизводимости), все полупроводниковые термопреобразователи сопротивления имеют индивидуальные характеристики, они отличаются большим разбросом параметров и низкой стабильностью во времени. Полупроводниковые терморезисторы находят широкое применение в системах температурной сигнализации. Это вызвано тем, что они обладают способностью изменять свое сопротивление при достижении определенной температуры скачкообразно в несколько раз, что вызывает соответствующее увеличение тока и срабатывание системы сигнализации.

Полупроводники можно разделить на материалы, обладающие отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (термисторы) и положительным (позисторы).

Благодаря высокой чувствительности термисторные ТС применяются для изменения температур в диапазоне от –100 до 300 ⁰С.