Практика 3. Термометры сопротивления Принцип действия и конструкция
Принцип действия этих термометров, дающих высокую степень точности измерений (при невысоких температурах выше, чем у термоэлектрических термометров), основан на свойстве металлов и полупроводников изменять своё электрическое сопротивление с изменением температуры. Диапазон измеряемых температур составляет от -260°С до 650-1100°С для платиновых термометров и от -200°С до 200°С для медных термометров. Внешний вид термометра сопротивления представлен на рис. 1.12. К достоинствам термометров сопротивления относятся: а) передача показаний на значительные расстояния, б) возможность использования автоматических самопишущих приборов, в) совместимость с компьютерами. В качестве измерительных приборов для измерения сопротивления терморезисторов применяют потенциометры, уравновешивающие мосты (рис. 1.13), логометры (рис. 1.14 и рис. 1.15).
1 – наружный защитный чехол; 2 – неподвижный штуцер; 3 – головка; 4 – клеммник; 5 – место для вывода проводов
Рисунок 1.12 – Термометр сопротивления: а) внешний вид; б) чувствительные элементы с проволокой, намотанной на слюдяную пластину; в) чувствительные элементы с проволокой, намотанной на кварцевый каркас
Материалы для изготовления чувствительных элементов термосопротивлений должны отвечать ряду требований, главными из которых являются стабильность градуировочной характеристики и воспроизводимость (т.е. взаимозаменяемость термосопротивлений). Желательны также высокий температурный коэффициент электрического сопротивления (что обеспечивает высокую чувствительность), линейность градуировочной характеристики, высокое удельное сопротивление, химическая инертность. Указанным требованиям отвечают платина и медь, за рубежом также выпускают термосопротивления из никеля.
Чувствительные элементы металлических термометров сопротивления выполняют из платиновой проволоки диаметром 0,05; 0,07 или 0,1 мм (для измерения температур до 750 – 1100°С – 0,2 – 0,5 мм). В технических термометрах обычно применяется медная проволока диаметром 0,08 или 0,1 мм. Для предотвращения окисления меди, проволока должна быть изолированной – эмалью (при использовании для измерения температур до 100°С) или кремнийорганической изоляцией. Чувствительный элемент выполняется в виде намотки на каркас или спирали внутри каркаса. Для того чтобы намотка не имела индуктивного сопротивления, её выполняют в виде петли. Сила тока, проходящего через проволоку не должна превышать 5 – 14 мА (во избежание нагрева чувствительного элемента).
Градуировочная характеристика термометра должна соответствовать стандартной градуировке (номинальной статической характеристике (НСХ) стандартной разновидности термосопротивления). Стандартные обозначения термосопротивлений:
ТСМ (термопреобразователь сопротивления медный);
ТСП (термопреобразователь сопротивления платиновый);
ТСПУ, ТСМУ (то же, с унифицированным выходным сигналом 0…5 или 4…20 мА).
Цифра в маркировке обозначает сопротивление при 0°С в Омах, например 50М, 100П, 1П (международное обозначение Cu50, Pt100, Pt1). Высокоомные термометры используют при измерении низких температур, а низкоомные – при измерении высоких температур.
Тонкоплёночные термосопротивления 50М(П), 100М(П), 500М(П), 1000М(П) имеют небольшие размеры и тепловую инерцию, способны работать в интервале температур -50 +300°С.
Классы допуска для платиновых термосопротивлений А и В (приведённая погрешность 0,25 и 0,5 %), для медных – В и С (0,5 и 1,0 %).
Измерительные преобразователи SITRANS TK-L (T3K-PA, TK/TK-H, TF) фирмы Siemens, размещаемые в головке с чувствительным элементом Pt100 при выходном сигнале 4…20 мА могут работать с HART модемами или имеют цифровой интерфейс PROFIBUS-PA. Их погрешность составляет ±0,1 % при диапазоне измерения -200…850°С.
Комплекты платиновых термопреобразователей сопротивления КТПТР являются основными средствами контроля теплоснабжения, где малые разности температур в несколько градусов должны измеряться с погрешностью 1 – 2 %. Комплект подбирается из двух термосопротивлений, обладающих близкими погрешностями одного знака.