Термометры сопротивления

Термометр сопротивления представляет собой измерительную систему, состоящую из термопреобразователя сопротивления (ТПС), электроизмерительного прибора и  соединяющих их проводов.

Термопреобразователи сопротивления

Принцип действия ТПС основывается на зависимости  сопротив­ления чувствительного элемента преобразователя от температуры. У большинства чистых металлов с ростом температуры сопротивление увеличивается приблизительно на 0,4% -град^-1, а у металлов ферромагнитной группы (железо, никель, кобальт) приблизительно на 0,65%^— -град¹. Металлические сплавы имеют более низкие температурные коэффициенты вплоть до значений, близких к нулю. Очень большие отрицательные темпе­ратурные коэффициенты, когда сопротивление уменьшается с уве­личением температуры, наблюдаются  у некоторых полупроводниковых соединений.

Поэтому материалы для ТПС должны обладать следующими свойствами

1. Нейтральность к измеряемой среде (химической инерт­ностью).
2. Высокий и неизменный температурный коэффициент электрического сопоставления и удельное сопротивление.
3. Монотонная и однозначная зависимость сопротивления от температуры.
4. Дешевизна.

5. Легкая технологическая воспроизводимость

Указанным требованиям в определенных температурных интер­валах отвечают платина, медь, никель, вольфрам и железо. Однако, металлические сплавы, обладающие обычно высоким удельным сопротивлением, но небольшим температурным коэффициентом, непригодны в качестве материала для термометров сопротивления. Неоднократные попытки широкого использования никеля и железа, обладающих большим температурным коэффициентом и высоким удельным сопротивлением, практически потерпели неудачу. Эти металлы в чистом виде получить трудно. Кроме того, они крайне слабо сопротивляются химическим воздействиям. По разным при­чинам отпала возможность использовать и многие другие металлы. Наиболее подходящими материалами для термометров сопро­тивления оказались платина (для измерений в интервале от —200 до 650°С) и медь (в интервале от —50 до +180°С).

Платина — дорогостоящий материал, химически инертен и легко получается в чистом виде. Зависимость сопротивления платины от температуры нелинейно.

Медь обладает малым удельным сопротивлением Медь получается электролитическим путем, поэтому даже обычные торговые сорта меди отличаются высокой степенью чистоты. Медные провода в различной изоляции выпуска­ются в широком ассортименте практически любых сечений. Однако при высоких температурах наблюдается интенсивное окисление даже изолированных медных проводников, что ограничивает верх­ний предел измерения. Температура +180°С является допустимым пределом применения лаковой изоляции проводов.

В применяемом интервале температур от —50 до +180°С сопро­тивление меди практически линейно зависит от температуры.

ТПС могут изготовляться из полупроводниковых материалов. Преимуществом полупроводниковых ТПС (терморезисторов) является большой температурный коэффициент сопротивления, вследствие чего из них можно изготовлять ТС малых размеров, а следовательно, с малой тепловой инерцией. Их недостатками является плохая воспроизводимость параметров, что затрудняет взаимозаменяемость, а также возможность измерять температуру только до 250—300 °С.

В настоящее время выпускаются две большие группы металлических стандартных ТПС для технологических измерений: платиновые и медные. Платиновые предназначены для измерения температуры от —260 до +650 °С,  медные от —50 до +180 °С.  ГОСТ 6651-84 предусматривает следующие типы номинальных статистических характеристик (НСХ) для медных ТПС: 10М, 50М, 100М; для  платиновых ТСП: 50П и 100П.

Чувствительные элементы широко распространенных платиновых ТС представляют собой двух- пли четырехканальнын керамический каркас, в каналы которого укладываются платиновые спирали из проволоки (0,1 мм), закрепляемые в них глазурью. Для увеличения механической прочности и уменьшения тепловой инерции ТС пространство между стенками каналов и спиралями засыпается специальным порошком из алюминия. Для защиты от повреждений элементы ТС помещают в защитные чехлы (трубки).

Элементы медных ТС изготовляются из эмалированной проволоки диаметром 0,08—0,1 мм, многослойно безындукционно намотанной на цилиндрический пластмассовый стержень. Выводы делаются из медной проволоки диаметром 1,0—1,5 мм. Элемент помещается в защитную стальную трубку.

ТПС относятся к наиболее точным преобразователям температуры, например, платиновые терморезисторы обеспечивают измерение температуры с абсолютной погрешностью до 0,001 ⁰С. Относительная приведённая погрешность промышленных ТПС составляет 0,25 – 0,40 %. Погрешность измерения температуры с помощью ТПС обусловлена нестабильностью следующих величин, а именно: сопротивления преобразователя при 0 ⁰С, ТКС и сопротивления линии, соединяющей терморезистор с измерительной схемой, а также нагревом терморезистора током при измерении температуры. Температура  при измерении с помощью ТПС опре­деляется на участке некоторой длины.