Измерение температуры

5. Термометры сопротивления

Измерение температуры термометрами сопротивления основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении их температуры. Таким образом, омическое сопротивление проводника или полупроводника представляет некоторую функцию его температуры R = f(t). Вид этой функции зависит от природы материала.

Для изготовления чувствительных элементов серийных термометров сопротивления применяют чистые металлы. К металлам предъявляют следующие основные требования.

1. 
   Металл не должен окисляться и вступать в химическое взаимодействие с измеряемой средой, должен обладать высокой воспроизводимостью значений электрического сопротивления в интерввале рабочих температур.
   
2. 
   Температурный коэффициент электрического сопротивления металла =1/RdR/dt должен быть достаточно большим и неизменным. Этот коэффициент принято определять соотношением _0…100 = (R₁₀₀ – R₀)/100R₀, где R₀ и R₁₀₀ – сопротивление образца данного материала при температуре соответственно 0 и 100⁰С. для большинства чистых металлов  410^-3 1/⁰С.
   
3. 
   Сопротивление должно изменяться с изменением температуры по прямой или плавной кривой без резких отклонений и явлений гистерезиса.
   
4. 
   Удельное электрическое сопротивление металла должно быть достаточно большим: чем больше удельное сопротивление, тем меньше нужно металла для получения требуемого первоначального сопротивления термометра.
   

Указанным требованиям в определенных температурных пределах наиболее плотно отвечают Pt, Cu, Ni, Fe.
Платина. Удельное электрическое сопротивление платины  = 0,1 Оммм²/м, а температурный коэффициент электрического сопротивления в диапазоне температур от 0 до 100⁰С  = 3,910^-3 1/⁰С.
Изменение сопротивления платины выражается уравнениями:
в диапазоне температур от 0 до +650⁰С

R_t = R₀(1+at+bt²), (1)

в диапазоне температур от –200 до 0⁰С

R_t = R₀[1+at+bt²+c(t-100)t³], (2)

где R_t и R₀ – сопротивление платины при температуре соответственно t и 0⁰С; a, b, c – постоянные коэффициенты, значение которых определяют при градуировке термометра по точкам кипения кислорода, воды и серы (a = 3,9684710^-3 1/⁰С; b = -5,84710^-7 1/(⁰С)²; c = -4,2210^-12 1/(⁰С)⁴).

Для платины, применяемой для изготовления технических термометров, R₁₀₀/R₀ = 1,391.
Из уравнений (1) и (2) видно, что характеристики платиновых термометров сопротивления нелинейны, однако отклонение от линейной характеристики не превышает 5% в интервале температур от 0 до 500⁰С и 19% в интервале температур от –200 до 0⁰С.
Медь. К преимуществам меди следует отнести низкую стоимость, легкость получения ее в чистом виде, сравнительно высокий температурный коэффициент электрического сопротивления =4,26 10^-3 1/⁰С и линейную зависимость сопротивления от температуры R_t = R₀(1+t).
К недостаткам меди относятся малое удельное сопротивление  = 0,017 Оммм²/м и легкая окисляемость при температуре выше 100⁰С. Для меди, применяемой при изготовлении термометров отношение R₁₀₀/R₀ = 1,426.