Градуировка термистора и определение температуры тела

При устройстве термометров сопротивления используется свойство металлов и полупроводников изменять величину своего сопротивления при изменении температуры. У металлов, как правило, сопротивление увеличивается при повышении температуры, у полупроводников - уменьшается.

Можно записать формулу для расчета сопротивления проводника

,

где - температурный коэффициент сопротивления зависит от природы вещества, соответствует изменению сопротивления при изменении температуры на 1ºС

В настоящее время разработаны полупроводниковые сопротивления, так называемые термисторы, которые изменяют величину своего сопротивления с температурой в 10-20 раз больше, чем металлы, причем их сопротивление уменьшается с повышением температуры. Так как полупроводниковые материалы обладают очень большим удельным сопротивлением, термисторы могут быть очень малых размеров.

Термисторы используются в медицине в качестве электротермометров. Благодаря своей очень малой тепловой инерции они позволяют измерить температуру в течение очень короткого времени. Термисторы изготовляются в форме маленькой бусинки и заделывается в тонкий конец пластмассового корпуса, напоминающего авторучку через который делаются выводы для подключения к схеме мостика Уитстона. (Рис.3).

В данной схеме датчиком температуры служит термистор, который включается в одно из плеч мостика. Сопротивления других плеч подобраны таким образом, чтобы при некоторой начальной температуре мостик был сбалансирован. При соприкосновении с исследуемой средой или объектом термистор, обладая очень малой тепловой инерцией, быстро принимает температуру этой поверхности. Изменение температуры термистора вызывает изменение его сопротивления, вследствие чего нарушается баланс мостика и стрелка гальванометра отклоняется. Шкала гальванометра может быть проградуирована непосредственно в градусах Цельсия.

Чтобы использовать термистор, следует его проградуировать. Градуировка заключается в определении зависимости сопротивления термистора от температуры. Для градуировки термистора собирается схема Уитстона. На схеме (рис.3) одним ключом мостика является термистор , другим магазин сопротивлений , а два последних плеча могут быть постоянными сопротивлениями R₁ и R₂. В диагональ моста включен гальванометр. При измерении подбирают сопротивления R₁ и R₂ так, чтобы ток через гальванометр не протекал. Такое состояние измерительной цепи называется балансом или равновесием.

Градуировка термопары и измерение температуры тела

Прибор, состоящий из двух разнородных металлов со спаянными концами, в котором создается электрическая энергия за счет внутренней энергии другого тела, поддерживающего разность температур спаев, называют термопарой или термоэлементом.

Термопары применяются для измерения температур в широком интервале (от –270 до +1500⁰С).

Если через спай полупроводниковой термопары пропустить постоянный ток от постороннего источника в направлении от дырочного полупроводника к электронному (т.е. обратно направлению термотока), то дырки и электроны, образующие ток в соответствующих полупроводниках, встретившись в контактном спае, рекомбинируют. При этом потенциальная энергия, как и кинетическая, переходит в теплоту и спай нагревается. При обратном направлении тока в спае происходит образование пар электрон-дырка, на что затрачивается энергия, которая отнимается от решетки в контактном спае. Спай охлаждается. Это явление называется эффектом Пельтье.

Чтобы пользоваться термопарой для измерения температур, необходимо ее проградуировать, т.е. установить опытным путем зависимость между э.д.с. появляющийся в цепи термопары (или соответствующими отклонениями гальванометра) и разностью температур нагреваемого спая и спая постоянной температуры. Для измерения термоэлектродвижущей силы используются либо гальванометры (милливольтметры), либо потенциометры.

Собирают схему, как указано на рис.2. На этой схеме А и В соответственно спаи нагреваемой и постоянной температуры, Г – гальванометр, R_доб – добавочное сопротивление к гальванометру.

Н агреваемый спай помещают в ванну с жидкостью, которая постоянно нагревается, другой – термостатируется. Температура ванны измеряется термометром.

Градуировка производится путем измерений отклонений гальванометра или величин термо-э.д.с. при ряде температур нагреваемого спая. Результатом градуировки является график: по горизонтальной оси наносятся температуры нагреваемого спая, по вертикальной оси – отклонения гальванометра или величин термо-э.д.с.

В небольших пределах изменения температур термо-э.д.с. Е пропорциональна разности температур спаев ,

Значит в ограниченном интервале температур график зависимости э.д.с. термопары от температуры нагреваемого спая будет изображаться прямой линией. В широком интервале измерения температуры у большинства термопар наблюдаются отступления от пропорциональности.

По результатам градуировки термопары можно вычислить чувствительность (постоянную) термопары K_, которая зависит от природы веществ, составляющих термопару и соответствует термо-э.д.с. при изменении температуры нагреваемого спая на 1⁰С:

где I - ток, измеренный гальванометром, R_Т - сопротивление термопары R_г– сопротивление обмотки гальванометра и R_доб – добавочное сопротивление.

Значения этих величин известны и для нахождения чувствительности термопары К нужно лишь определить величину

Она находится из графика зависимости отклонений n – гальванометра от температуры нагреваемого спая термопары.