2.5. Термопреобразователи сопротивления

Измерение основано на зависимости электрического сопротивления проводников и полупроводников от изменения температуры, т.е.

.

Эти приборы имеют, по сравнению с манометрическими, ряд преимуществ, в частности меньшую инерционность, большую точность измерений, возможность передачи сигнала на большее расстояние, подключение с помощью коммутатора к одному вторичному прибору нескольких термопреобразователей сопротивления. Однако эти приборы требуют постоянного источника тока.

Требования, предъявляемые к металлам, используемым для изготовления термопреобразователей сопротивления:

• инертность по отношению к контролируемой среде;

• высокий температурный коэффициент (для большинства металлов К^-1 );

• линейность зависимости сопротивления от температуры;

– высокое удельное сопротивление материала.

Наиболее широко применяются металлы: платина, вольфрам, медь, никель и железо.

Из перечисленных металлов наибольшее применение для изготовления термометров нашли платина, медь и никель.

Термометры сопротивления предназначены для диапазона температур: платиновые -200600 °С, медные -50250 °С.

Длина чувствительного элемента платинового термометра 30-120 мм, медного – около 60 мм.

Платиновые термометры сопротивления (ТСП) ( Омм, К^-1) изготовляются из проволоки диаметром 0,04-0,07 мм и длиной 2 м, намотанной на слюдяную пластинку. Выводы выполняются из серебряной проволоки. Чувствительней элемент помещается сначала в алюминиевую, а затем – в защитную трубку со штуцером.

Сопротивление платины в диапазоне температур 0650°С :

.

Характеристики платиновых термометров нелинейны. Нелинейность составляет 5 % в области 0-300°.

Для исключения влияния вибрации чувствительный элемент герметизируется в стекле.

Медные термометры сопротивления (ТСМ) изготовляются из эмалированной проволоки диаметром 0,1 мм, многослойно намотанной на пластмассовый цилиндрический стержень длиной 40 мм и диаметром 1,0-З,0 мм.

Зависимость – линейна для медных термометров.

Для защиты чувствительного элемента используется стальная трубка. Температурный коэффициент меди К^-1.

Однако следует отметить и недостатки этого материала: окисляемость при °С, малое удельное сопротивление ( Омм).

Наружная арматура термометров сопротивления состоит из защитной трубки, подвижного или неподвижного штуцера и головки, в которой помещается контактная колодка (для подключения проводов).

Трубка, контактирующая с молочными и мясными продуктами, выполняется из нержавеющей стали.

Термометры сопротивления выпускаются как одинарные, так и двойные, в последних в одном чехле помещаются два чувствительных элемента.

Медные термопреобразователи сопротивления применяют для контроля температуры аммиака, воды, рассола, воздуха. Они изготовляются с диапазоном -200200 °С с сопротивлением , 50 и 100 Ом. Им соответственно присвоены обозначения 10М, 50М и 100М номинальных статических характеристик преобразования.

Никелевые термопреобразователи сопротивления выпускаются с интервалом температур -60180 °С ( и 100 Ом), К^-1, Омм.

Это позволяет получить достаточно малогабаритные термопреобразователи с большим коэффициентом преобразования.

Платиновые термопреобразователи сопротивления (ТСП) применяютя в диапазоне -2601100 °С. Зависимость сопротивления от температуры:

0÷630 °С:

;

-183 0 °С:

.

Сопротивление при 0 °С составляет 1, 5, 10, 50, 100 и 500. Им соответствуют условные обозначения номинальных статических характеристик преобразователя: 1П, 5П, 10П, 50П,100П и 500П.

Помимо термометров сопротивления в пищевой промышленности в настоящее время нашли широкое применение полупроводниковые измерители температуры, которые также называют термисторами. Существенным их преимуществом является большой температурный коэффициент К^-1, что позволяет изготовлять их небольших размеров. Диапазон измерения для этого типа приборов составляет -60180 °С. Температурный коэффициент отрицателен, т.е. с повышением температуры их сопротивление падает.

В узком температурном интервале эта зависимость может быть выражена следующим образом:

или

,

где и – постоянные коэффициенты;

– абсолютная температура.

и определяются из выражений:

, .

Для изготовления термисторов применяют окислы титана, кобальта, магния, марганца и других металлов.

Кобальто-марганцевые термометры обозначают КМТ.

Медно-марганцевые – ММТ.

Одной из существенных характеристик термометров сопротивления является показатель их тепловой инерции.

По показателю инерционности термометры подразделяются на три группы: I – более 4 мин, II – до 20 с., III – до 9 с.

Показатель тепловой инерции снижается при увеличении скорости движения жидкости (до 1,0 м/с).

Существенно повышается показатель инерции по мере загрязнения термометров сопротивления (до 20-35 %).

Передаточная характеристика достаточно точно описывается уравнением апериодического звена первого порядка:

.

Толщина загрязнений снижается при увеличении скорости движения, турбулентности жидкости и применении игольчатых датчиков.