Термопреобразователи сопротивлений

Этот способ измерения температуры основан на свойстве металлов и полупроводников менять свою электропроводность с изменением температуры.

Термопреобразователи сопротивления имеют широкое распространение, т.к. позволяют производить измерения с высокой точностью и надежностью от -260 ºС до +1100 ºС и на значительном расстоянии от объекта.

К металлам применяемым в качестве чувствительных элементов предъявляется ряд требований:

- стабильность градуировочной характеристики,

R_t = f(t)

- взаимозаменяемость выпускаемых термопреобразователей,

- линейность функции,

- высокое значение температурного коэффициента α,

- большое удельное сопротивление,

- низкая стоимость.

В наибольшей степени этим требования удовлетворяют медь, платина, железо и никель, но стандартизованы три типа металлических преобразователей.

- платиновые, медные и никелевые т.к. эти металлы легко получить в чистом виде.

Чувствительный элемент выполнен в виде проволоки или ленты, намотанный на изолирующий карниз бифилярно, т.е. в виде 2-х параллельных ветвей по которым течет ток в противоположных направлениях.

Такая намотка исключает индуктивное сопротивление.

Чувствительный элемент помещают в тонкостенную защитную гильзу.

Платиновые термопреобразователи используются в диапазоне температур от -260 ºС до 1100 ºС и обладают высокой точностью.

Недостаток: - Нелинейность зависимости Rt=f(t). - Высокая стоимость.

Медные термопреобразователи имеют линейную характеристику, но работают в диапазоне температур от -50 ºС до 200 ºС и менее точные.

Для термоэлектрических преобразователей основным условием применения является их взаимозаменяемость.

Это требование достигается применением стандартных градуировочных характеристик. Т.е. все термопреобразователи сопротивления этой градуировки имеют одинаковый температурный коэффициент α и одинаковое электрическое сопротивление при 0ºС.

В соответствии с ГОСТом платиновые термопреобразователи могут иметь следующие сопротивления в Ом при 0 ºС: 1;5;10;50;100;500, что соответствует градуировкам: 1П;5П;10П;50П;100П;500П. Чаще используются градуировки 50П и 100П. Широко используется градуировка Pt100 перешедшая в стандарт из зарубежа.

Медные термопреобразователи сопротивления ТСМ имеют градуировки: 10м; 50М; 100М, что также соответствует сопротивлению в Ом при 0 ºС.

В ряде случаев применяют полупроводниковые термопреобразователи сопротивления (терморезисторы, термисторы). Изменяющие температуру от -100 до 300 ºС. В них используют различные окислы металлов: магния; кобальта, титана, меди и т.д., а также кристаллы некоторых металлов (германий). Температурный коэффициент терморезисторов значительно больше, чем у металлических термопреобразователей и имеет отрицательный знак.

Основным препятствием к их широкому применению является то, что они не взаимозаменяемы и имеют не линейную характеристику. В качестве вторичных приборов для термопреобразователей сопротивлений применяются уравновешенные и неуравновешенные мосты, нормирующие преобразователи и цифровые приборы.

Мосты

Уравновешенные четырехплечатые мосты являются наиболее распространенными приборами для измерения сопротивления от 0,5 до 10⁷ Ом. Поэтому они широко применяются и для работы в комплекте с термопреобразователями сопротивлений.

Неавтоматический уравновешенный мост

R _t - термопреобразователь сопротивления

R ₁ – R ₃ - постоянные резисторы

R ₂ - переменный резистор

НП - нуль-прибор (чувствительный гальванометр)

В измерительной схеме ток от источника питания U проходит по 2-м ветвям, dав и dсв. Меняя значение R₂ можно добиться такого состояния, при котором разность потенциалов в т.ч. а и с, а следовательно и ток в диагонали ас станет равным нулю. Это состояние называется: равновесием моста.

При этом будет выполнятся равенство

R_t·R₁=R₃·R₂ - уравнение баланса моста

R₁ и R₂ – const, и поэтому каждому значению R _t соответствует определенное R₂.

При отклонении измеряемой температуры от первоначального значения изменится величина сопротивления R _t, а следовательно, и ток в ветви dсв. Мост выйдет из равновесия, стрелка нуль-прибора отклонится от нуля. Процесс измерения заключается в уравновешивании мота переменным сопротивлением R_2. Состояние равновесия будет достигнуто тогда, когда стрелка нуль-прибора установится строго на нуле. Подвижный контакт переменного сопротивления R ₂ механически связан со стрелкой мота, которая в состоянии его равновесия, укажет на шкале измеряемую температуру.