Материал: U10sUZIsoo

Наиболее полно перечисленным требованиям удовлетворяют чистые металлы: платина, медь, никель. Никелевые термопреобразователи имеют высокую чувствительность, платиновые – высокую стабильность (неизменность показаний с течением времени), медные – низкую цену и наилучшую линейность зависимости сопротивления от температуры.

Полупроводниковые материалы благодаря успехам в технологии их получения в настоящее время представляют широкий класс материалов, также пригодных для изготовления ЧЭ ТС.

По конструкции чувствительного элемента различают пленочные и проволочные термопреобразователи сопротивления. Как правило, медные и никелевые ТС изготавливают из проволоки (рис. 4.2), а платиновые могут быть как проволочными, так и пленочными. Последние имеют меньшую чувствительность к вибрациям, однако предназначены для функционирования в более узком температурном диапазоне (рис. 4.3).

4.1. Основные параметры термопреобразователей сопротивления

Основные параметры, определяющие области применения и схемы вклю-

чения термометров сопротивления, - это температурный коэффициент термометра сопротивления, номинальное сопротивление, диапазон измеряемых температур и номинальная статическая характеристика ТС.

Температурный коэффициент термопреобразователя сопротивления характеризует изменение сопротивления от температуры:

α = (R100 - R0 )( R100 ×100),

где R100, R0 - значения сопротивления ТС из номинальной статической ха-

рактеристики (НСХ) при 100 и 0 °С соответственно, округленные до пятого знака после запятой.

26

Номинальное сопротивление ТС представляет собой нормированное изготовителем сопротивление при 0 ° С, округленное до целых единиц, выби-

раемое из ряда: 10; 50; 100; 500; 1000 Ом. Существуют ТС и с другими зна-

чениями номинального сопротивления. В настоящее время наибольшее рас-

пространение получили платиновые ТС с номинальным сопротивлением

100 Ом при 0 °C. Вместе с тем имеет место тенденция к использованию пла-

тиновых ТС с номинальным сопротивлением до 1 и даже 10 кОм. Измери-

тельные системы, в которых используются ТС с высоким значением номи-

нального сопротивления, обладают дополнительными преимуществами, важ-

ным из которых является снижение влияния длины соединительных прово-

дов ТС на точность измерений.

Максимальный диапазон измерений ТС зависит не только от свойств материала, из которого изготовлен чувствительный элемент, но и от кон-

структивных особенностей, таких как способ и материал изоляции, материал соединительных элементов и др. Для большинства промышленных ТС диа-

пазон измерений составляет от –196 до 660 ° С (платина), от –50 до 200 ° С

(медь) и от –60 до 180 ° С (никель).

Класс точности (допуска) ТС представляет собой значения предель-

ных отклонений ТС от стандартной функции сопротивление– температура.

В табл. 4.1 представлены классы точности ТС, соответствующие ГОСТ

Самым распространенным в промышленности является класс В. Класс допуска −показатель точности подгонки ЧЭ под номинальное сопротивление при изготовлении. Стабильность, сопротивление изоляции, нагрев измери-

тельным током и другие параметры, влияющие на точность измерения тем-

пературы, могут быть идентичными у термопреобразователей сопротивления разных классов допуска.

27

инерционностью, зависящей от конструкции чувствительного элемента и его массы. Инерционность зависит также от массы, теплоемкости и теплопроводности защитных слоев и характеризуется постоянной времени Т. Чем она больше, тем медленнее протекает переходный процесс в элементе, и наоборот. Термоэлектрические преобразователи и термопреобразователи сопротивления характеризуются показателем тепловой инерции, в зависимости от которого различают термопреобразователи большой (Т < 60 с), средней (Т < 40 с) и малой (Т < 10 с) инерционности.

Для определения постоянной времени Т через точку начала переходного процесса проводят касательную к кривой переходного процесса. Отрезок времени по оси абсцисс от начала переходного процесса до точки пересечения касательной и прямой, соответствующей установившемуся значению tуст

измеряемого параметра, и будет определять постоянную времени Т (рис. 4.4). Запаздыванием τз называется отставание во времени начала изменения изме-

ряемого параметра от момента приложения возмущения.

4.2. Термопреобразователи сопротивления на основе металлов

Платиновые термопреобразователи сопротивления (ТСП). Чистая пла-

тина – наилучший и наиболее распространенный материал для изготовления ЧЭ ТС. К достоинствам платины следует отнести ее сравнительно высокую химическую инертность вплоть до высоких температур, высокую температуру плавления, высокое удельное электрическое сопротивление. Платиновые ТС ис-

пользуют для измерения температуры в диапазоне от −260 до 1100 °С. Стабильность ТСП тем выше, чем чище использованная в нем платина и

чем меньше в ней механических напряжений. Показателем чистоты платины и отсутствия в ней указанных напряжений служит отношение W100 = R100 R0 .

Максимальное значение W100 для очень чистой и отожженной платины составляет 1,39289.

Для измерений температуры в промышленности разработаны и серийно выпускаются технические ТСП. Они обладают высокой механической прочностью и надежностью. На рис. 4.5 показан чувствительный элемент платинового ТС. Он состоит из двух соединенных последовательно сварным соединением 5 платиновых спиралей 1, расположенных в каналах

Рис. 4.5. Чувствительный

керамического каркаса 4. К двум верхним концам элемент ТСП

29

этих спиралей припаяны платиновые или иридиево-родиевые (60 % родия) выводы 2, к которым приварены выводные проводники, изолированные керамическими бусами. Для крепления платиновых спиралей и выводов в керамическом каркасе используют глазурь (или термоцемент) 3 на основе оксидов алюминия и кремния. Пространство между платиновыми спиралями и стенками каналов каркаса заполнено порошком оксида алюминия, который служит изолятором и улучшает тепловой контакт между спиралями и каркасом.

Серийные технические ТСП изготавливаются с номинальным значением сопротивления R0, равным 1, 10, 50, 100, 500 Ом, трех классов точности: А, В

и С. Допускаемое отклонение от номиналь-

ного значения R0 составляет ±0,05 % для класса А; ±0,1 % − для класса В; ±0,2 % −

Зависимость сопротивления ТСП от температуры в диапазоне 0…600 °С хорошо аппроксимируется полиномом второй степени:

30