Основные сведения о термометрах сопротивления и металлах, применяемых для их изготовления

Основные сведения о термометрах сопротивления и металлах, применяемых для их изготовления

 

Металлы, предназначенные для изготовления чувствительных элементов (ЧЭ) термометров сопротивления, должны отвечать ряду требований. Они должны не окисляться и обладать высокой воспроизводимостью значений электрического сопротивления в интервале рабочих температур. Выбранный металл в диапазоне применяемых температур должен иметь монотонную зависимость сопротивления от температуры R= f (t) и достаточно высокое значение температурного коэффициента сопротивления α. Этот коэффициент в общем виде может быть выражен равенством:

Температурный коэффициент электрического сопротивления принято определять от 0 до 100°С. Для этого случая выражение (1.1) принимает вид:

где R₀ и R₁₀₀ – сопротивления образца данного металла, измеренные соответственно при 0 и 100°С.

Известно, что сплавы обладают меньшим значением температурного коэффициента сопротивления. Кроме того, воспроизводимость свойств сплавов далеко недостаточна по сравнению с чистыми металлами. Исследования показывают, что чем чище металл (при отсутствии в нем механических напряжений), тем лучше у него воспроизводимость термометрических свойств и больше значения отношения R₁₀₀/R₀ и α. Поэтому чистые металлы, предназначенные для изготовления взаимозаменяемых ЧЭ термометров сопротивления, должны иметь нормированную и при этом высокую чистоту. Следует указать, что значение R₁₀₀/R₀, так же как и α, являются общепринятыми показателями степени чистоты данного металла и наличия в нем механических напряжений. Для снятия механических напряжений в данном металле применяют определенные режимы отжига. При этом значение отношения R₁₀₀/R₀, а следовательно, и температурного коэффициента сопротивления образца возрастают до их предельного значения для данного металла.

Приведенным выше основным требованиям к металлам для изготовления ЧЭ термометров сопротивления в широком интервале температур удовлетворяет платина. Если верхний предел температуры применения термометра не высок, то указанным выше требованиям удовлетворяют также медь и никель. В отдельных случаях применяют для изготовления ЧЭ термометров сопротивления, но с ограниченной областью их использования, и другие металлы, например железо, вольфрам и молибден.

Измерительные приборы для работы с термометрами сопротивления

Логометры

 

Рассматриваемые ниже приборы магнитоэлектрической системы, называемые логометрами, широко используются в практике технологического контроля для измерения и записи температуры в комплекте с термометрами сопротивления. Кроме того, логометры могут быть использованы для измерения, записи и регулирования или сигнализации температуры. В этом случае они должны быть снабжены дополнительным регулирующим или сигнальным устройством. Логометры выпускаются обычно с градуировкой шкалы в градусах Цельсия. При этом необходимо иметь в виду, что температурная их шкала действительна только для определенной градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления внешних соединительных линий. Логометры находят также применение для измерения других величин, изменение значения которых может быть преобразовано в изменение активного электрического сопротивления.

Логометрические схемы широко используются при измерениях с невысокой точностью. Прибор состоит из двух рамок-катушек, закрепляемых на общем каркасе. Система из двух рамок свободно вращается в неоднородном магнитном поле. Токоподводящие подвески (обычно изготавливаемые из тонких золотых ленточек) практически не препятствуют вращению рамок.

 

Рис.6.2. а) Схема логометра: 1 – термометр сопротивления, 2 – эталонное сопротивление, 3 – батарея, 4 – рамки логометра; б) Схема логометра при большом удалении термометра сопротивления

 

Как видно из рис.6.2а, одна из катушек логометра питается током от источника, проходящим через калибровочное сопротивление, вторая – током, проходящим через термометр. Катушки включены таким образом, что вращающие моменты их направлены в противоположные стороны. Путем изменения магнитного зазора создается такое неоднородное магнитное поле, в котором рамки во всем диапазоне производимых измерений уравновешивают друг друга. Изменяя неоднородность поля, можно добиться равномерности деления шкалы под стрелкой прибора.

Поскольку момент токоподводящих ленточек мал по сравнению с рабочими моментами, равновесное положение рамки практически зависит только от соотношения сопротивлений в плечах схемы. Таким образом, схема оказывается нечувствительной к колебаниям напряжения источника питания до тех пор, пока сила тока в плечах не начнет влиять на соотношение сопротивлений.

При большом расстоянии между термометром и измерительным прибором точку разветвления B (рис.6.2б) целесообразно располагать вблизи термометрического сопротивления. Изменения сопротивлений, возможные из-за колебаний температуры соединительного кабеля, будут иметь место в обоих контурах измерительной цепи, и, таким образом, эти колебания не отразятся на результате измерений.

Если показывающий прибор находится при постоянной температуре, собственные сопротивления катушек не являются источником погрешностей. Хотя такие условия обычно не соблюдаются, погрешностью, вносимой изменением сопротивления катушек, можно в большинстве случаев пренебречь. В тех случаях, когда с этим изменением сопротивления нельзя не считаться, от его влияния можно избавиться, включив скрещенные катушки логометра в разные диагонали моста, в одно из плечей которого включено сопротивление термометра.

Заключение

 

Действие термометров сопротивления основано на свойстве металлов и сплавов изменять сопротивление с изменением температуры. Обычно для неточных электротехнических расчетов эта зависимость принимается линейной. Температурный коэффициент электрического сопротивления большинства чистых металлов при комнатной температуре приблизительно равен 0,4%, т. е. по величине он соответствует температурному коэффициенту расширения газа в газовом термометре. При точных измерениях (до 0,01 град) схема измерения должна быть чувствительной к изменениям сопротивления в 0,004%. При высокой точности измерений можно ощутить более чем на один порядок меньшие изменения сопротивления. Таким образом, чувствительность термометров сопротивления достаточно высока для измерения величины изменения температуры < 0,001 град.Термометры сопротивления лишены ряда недостатков, присущих стеклянно-жидкостным термометрам, показания которых зависят от температуры окружающей среды, депрессии стекол, погрешностей калибровки и др. Благодаря этому термометры сопротивления применяются при точных измерениях температур начиная от окрестности абсолютного нуля до 1000° С.

Список литературы

 

Преображенский В.П., «Теплотехнические измерения и приборы», 3-е изд., перераб., М.: 1978.

Геращенко О.А., Федоров В.Г., «Тепловые и температурные измерения»: Справочное руководство. Киев: «Наукова думка», 1965.

Бриндли К. Измерительные преобразователи: Справочное пособие: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат. 1991.

Основные сведения о термометрах сопротивления и металлах, применяемых для их изготовления

 

Металлы, предназначенные для изготовления чувствительных элементов (ЧЭ) термометров сопротивления, должны отвечать ряду требований. Они должны не окисляться и обладать высокой воспроизводимостью значений электрического сопротивления в интервале рабочих температур. Выбранный металл в диапазоне применяемых температур должен иметь монотонную зависимость сопротивления от температуры R= f (t) и достаточно высокое значение температурного коэффициента сопротивления α. Этот коэффициент в общем виде может быть выражен равенством:

Температурный коэффициент электрического сопротивления принято определять от 0 до 100°С. Для этого случая выражение (1.1) принимает вид:

где R₀ и R₁₀₀ – сопротивления образца данного металла, измеренные соответственно при 0 и 100°С.

Известно, что сплавы обладают меньшим значением температурного коэффициента сопротивления. Кроме того, воспроизводимость свойств сплавов далеко недостаточна по сравнению с чистыми металлами. Исследования показывают, что чем чище металл (при отсутствии в нем механических напряжений), тем лучше у него воспроизводимость термометрических свойств и больше значения отношения R₁₀₀/R₀ и α. Поэтому чистые металлы, предназначенные для изготовления взаимозаменяемых ЧЭ термометров сопротивления, должны иметь нормированную и при этом высокую чистоту. Следует указать, что значение R₁₀₀/R₀, так же как и α, являются общепринятыми показателями степени чистоты данного металла и наличия в нем механических напряжений. Для снятия механических напряжений в данном металле применяют определенные режимы отжига. При этом значение отношения R₁₀₀/R₀, а следовательно, и температурного коэффициента сопротивления образца возрастают до их предельного значения для данного металла.

Приведенным выше основным требованиям к металлам для изготовления ЧЭ термометров сопротивления в широком интервале температур удовлетворяет платина. Если верхний предел температуры применения термометра не высок, то указанным выше требованиям удовлетворяют также медь и никель. В отдельных случаях применяют для изготовления ЧЭ термометров сопротивления, но с ограниченной областью их использования, и другие металлы, например железо, вольфрам и молибден.