Некоторые технические характеристики и особенности применения металлических термометров сопротивления
Важнейшей характеристикой любого термометра сопротивления, определяющей возможности его использования в качестве датчика температуры, является зависимость сопротивления от температуры. В широком температурном диапазоне эта зависимость нелинейна. Только для узкого температурного интервала и для чистых металлов зависимость сопротивления от температуры можно представить в виде:
RT=R0(1+T) , (4)
где R0 - сопротивление при 0°С, - температурный коэффициент сопротивления, Т - температура (°С), Так, например, формула (4) справедлива для чистой меди в диапазоне температур от 50 до 200°С. Из (4) следует, что:
;
(5)
для чистой меди = 4,3310-3 K-1.
Сопротивление платины в интервале от 50 до 660 °С изменяется по закону
RT=R0(1+AT+BT2), (6)
где R0 - сопротивление при 0°С, А=З,9410-3, В=-5,810-7.
Наибольшими термическими коэффициентами сопротивления обладают чистые металлы, поэтому в качестве проводников для термометров сопротивления выбирают металлы, которые легко получить в чистом виде: платину, медь, никель, железо. Для измерения температур от – 50 до +100°С применяют медь, а для более высоких температур – никель и платину. В частности, платиновые термометры сопротивления применяются для измерения температур в интервале от – 120 до +500°С. Указанные металлы удовлетворяют следующим требованиям, предъявляемым к термометрам сопротивления:
устойчивость физических и химических свойств при нагревании, в частности, постоянство зависимости сопротивления от температуры и устойчивость против коррозии;
высокий и, по возможности, постоянный температурный коэффициент электрического сопротивления, что способствует повышению чувствительности прибора и обеспечивает линейную зависимость изменения сопротивления проводника от температуры;
большое удельное сопротивление материала, приводящее к уменьшению габаритных размеров термометра;
воспроизводимость степени чистоты металла, обеспечивающая взаимозаменяемость изготовленных термометров.
Достоинствами термометров сопротивления являются:
высокая точность измерения;
возможность создания прибора с безнулевой шкалой на любой узкий диапазон температур;
легкость осуществления автоматической записи и дистанционной передачи показаний.
С целью уменьшения погрешности измерений применяют или специальные схемы включения, или высокоомные термометры сопротивления. С другой стороны, очень большое сопротивление термометра требует применения более тонкой проволоки, что ведет к уменьшению его механической прочности и к нагреву термометра измерительным током, что вызывает погрешности при измерении температуры. Обычно технические термометры при 0°С имеют сопротивление 100 Ом, реже - 50 Ом. В некоторых случаях для специальных целей применяются термометры сопротивлением 200 и 500 Ом. Эталонные и образцовые термометры имеют сопротивление при 0°С от 10 до 30 Ом.
Конструктивно термометры сопротивления представляют собой проволоку из платины, меди или других материалов, намотанную на специальный каркас и закрытую защитным чехлом. Каркасы изготавливаются обычно из силикатных материалов: фарфора, кварца, кварцевого стекла, слюды или пластмассы, обладающих в рабочем интервале температур достаточно низкой электропроводностью, высокой механической прочностью и термической устойчивостью. Форма каркаса зависит от требований, предъявляемых к термометрам условиями измерений. Каркасы с уложенной на них проволокой покрываются слоем изоляции и вкладываются в металлические защитные чехлы из нержавеющей стали, латуни, никеля. Основной характеристикой платины, применяемой для термометров сопротивления, является отношение ее сопротивления при 100°С к сопротивлению при 0°С.
Градуировка термометров сопротивления, предназначаемых для точных измерений, производится по постоянным точкам плавления и кипения химически чистых веществ. Повторная градуировка или так называемая периодическая поверка технических термометров сопротивления, находящихся в эксплуатации, производится путем сравнения их показаний с показаниями образцового термометра.