министерство образования и науки РФ

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра «Технология материалов»

Изучение термометров сопротивления,

автоматических мостов и логометров

Методические указания к учебно-исследовательской

лабораторной работе

Волгоград 2011

УДК 536.6 (075)

Р е ц е н з е н т

Канд. техн. наук, доцент Л.М. Гуревич

Печатается по решению редакционно – издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

Изучение термометров сопротивления, автоматических мостов и логометров: метод. указания к учебно-исследовательской лабораторной работе / Сост. Ю.А. Посламовская, С.А. Пегишева / ВолгГТУ. – Волгоград, 2010. – 20 с.

Методические указания предназначены для студентов направления 150100.62 «Металлургия» очной и очно – заочной форм обучения и содержат теоретическую часть, включающую описание принципа работы различных типов термометров сопротивления, вторичных измерительных приборов и методику оценки погрешности измерительного комплекта.

© Волгоградский государственный

технический университет, 2011

1. Цель работы

Целью работы является ознакомление с устройством и принципом действия термометров сопротивления (ТС), работающих в комплекте с вторичными приборами: автоматическими мостами и логометрами, для получения практических навыков их использования при измерении температур.

2. Содержание работы

1. Изучить принцип действия и устройство различных типов термометров сопротивления.

2. Ознакомиться с конструкцией автоматического электронного моста и логометра, их схемами и принципом работы.

3. Научиться практически измерять температуру объекта с помощью ТС и пользоваться табличными данными.

4. Построить графики, отражающие полученные результаты измерения температуры тремя комплектами, используемыми в лабораторной работе: «термометр сопротивления – логометр», «термометр сопротивления – автоматический мост» и «термопара – потенциометр».

5. Составить отчет по лабораторной работе с обязательной оценкой точности и пригодности приборов к работе.

3. Теоретическая часть

3.1 Принцип действия и материалы

В металлургической практике для контроля и автоматического регулирования температуры от -260 до +1100^оС можно надежно использовать термопреобразователи сопротивления. Принцип их действия основан на использовании зависимости электросопротивления некоторых металлов и полупроводников (термисторы) от изменения температуры:

R_t = f(t) (1)

Так как сопротивление почти никогда не изменяется линейно с изменением температуры, соотношение между температурой и сопротивлением определяют по математическим зависимостям или по экспериментальным градуировочным кривым. Сопротивление металлов повышается с ростом температуры, тогда как сопротивление полупроводников уменьшается с повышением температуры (рис. 3.1). Показателем изменения сопротивления служит температурный коэффициент сопротивления α_0;100, который характеризует среднее относительное изменение сопротивления на один градус в интервале температур 0 – 100 ^оС:

α_0;100 = R₁₀₀ - R₀/∆t R_0, (2)

где R₁₀₀ и R₀ – сопротивления при 100 и 0^оС соответственно; ∆t = 100^оС.

Рисунок 3.1 – Отношение сопротивления R_t/R₂₀ в зависимости

от температуры

Материалы для термометров сопротивления не должны изменять физических и химических свойств с течением времени в измеряемом диапазоне температур. Кроме того, внешние воздействия, такие как давление, влажность, коррозия, деформация не должны оказывать влияния на сопротивление термометра. Электросопротивление такого материала должно хорошо воспроизводиться и с изменением температуры монотонно снижаться или повышаться, иметь хорошую временную стабильность и высокое значение температурного коэффициента сопротивления α.

Металлические термометры сопротивления изготавливают из платины, меди и никеля. В качестве материалов для полупроводниковых термометров применяют германий, легко спекающиеся оксиды железа и марганца, смесь оксидов кобальта и марганца, смесь двуокиси титана с окислами магния и др.

Платиновый термометр (α = 3,9×10^-3С^-1) считается наиболее точным преобразователем, отвечающий всем основным требованиям, предъявляемым к термометрам сопротивления. Его используют в лабораторной и промышленной практике, для поверки рабочих ртутных и термоэлектрических термометров. Эти термометры сохраняют стабильность градуировочной характеристики в окислительной и нейтральной средах. В восстановительной атмосфере работать не могут, так как происходит существенное изменение зависимости сопротивления от температуры.

Платиновые термопреобразователи сопротивления ТСП применяют для измерения температур в диапазоне от -260 до +850^оС (кратковременно 1000^оС). При более высокой температуре платина начинает распыляться. Для измерения более высокой температуры до 1100^оС прибегают к увеличению диаметра проволоки термометра от 0,1 мм до 0,5 мм. Сопротивление ТСП имеет сложную зависимость от температуры:

от 0^oС до 850^oС: R_t=R₀(1+At+Bt²) (2)

от - 200^oС до 0^oС: R_t=R₀(1+At+Bt²+Ct³(t -100)), (3)

где А, Б, С – постоянные коэффициенты.

ТСП выпускают в соответствии с требованиями ГОСТ двух классов точности (1-го и 2-го с величиной допустимых отклонений ±0,05 и ±0,1% соответственно) с номинальным значением сопротивления при 0^oС (R₀), равном 10, 46, 100 реже 500 ОМ. Термометры ТСП с номинальным сопротивлением R₀ = 10 Ом, целесообразно применять для измерения температуры выше 200^oС. Для измерения низких температур рекомендуется применять высокоомные термометры (46 и 100 Ом). При применении высокоомных термометров изменение показаний измерительного прибора вследствие изменения сопротивления соединительных проводов, под влиянием температуры окружающего воздуха, будет значительно меньше, чем пи использовании низкоомных термометров сопротивления. К недостаткам платиновых термометров следует отнести отклонение от линейной зависимости их сопротивления от температуры.

Медные термопреобразователи ТСМ (α= 4,26×10^-3С^-1) применяют для длительного измерения температуры от -50 до 180^oС. К достоинствам меди, как материала, следует отнести дешевизну, простоту получения проволоки и практически линейную зависимость сопротивления от температуры, которая определяется выражением:

R_t= R₀(1+ α t) (4)

Номинальное значение сопротивления при 0^oС (R₀) установлено равным 53 и 100 Ом. По точности они подразделяются на два класса (2-го и 3-го ±0,1%). К числу недостатков ТСМ следует отнести малое удельное сопротивлении (ρ = 1,7×10^-8Ом·м, см. рис. 3.1) и интенсивную окисляемость при невысоких температурах.

Никелевые термометры сопротивления работают в интервале температур от -10 до +180^oС. Основным достоинством никеля является высокий температурный коэффициент электрического сопротивления (α=6,66×10^-3С^-1) и большое удельное сопротивление (ρ =12,8×10^-8Ом·м,). К числу недостатков следует отнести значительную окисляемость при температурах выше 200^oС и резко нелинейную зависимость сопротивления никеля от температуры. Поэтому для установления зависимости сопротивления от температуры при градуировке используют формулу 2. Номинальное сопротивление при 0^oС (R₀) составляет 50 и 100 Ом. Данные термопреобразователи не нашли широкого применения в России, их применяют за рубежом взамен медных термометров сопротивления.

Полупроводниковые термометры сопротивления (ПТС) используют для измерения температур от – 100 до 400^oС. Они обладают большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления и большим удельным сопротивлением (см. рис 3.1). Однако в практике технологического контроля полупроводниковые термопреобразователи по сравнению с металлическими находят меньшее применение. Недостатком данных термометров является необходимость индивидуальной градуировки, что обусловлено непостоянством химического состава проволоки ПТС и является причиной отсутствия взаимозаменяемости термопреобразователей, а также высокая нелинейность зависимости сопротивления от температуры:

R_t= R₀ ехр(В ), (5)

где В – постоянный коэффициент, зависящий от свойств материала.

Термометры сопротивления используют для измерения температуры воздуха, топлива, кислорода, пара, низкотемпературных сред.