Измерение температуры

Никель и железо. Эти металлы обладают сравнительно высоким температурным коэффициентом электрического сопротивления: _Ni = (6,21…6,34)10^-3 1/⁰С, _Fe = (6,25…6,57)10^-3 1/⁰С и относительно большим удельным сопротивлением: _Ni = (0,118…0,138) Оммм²/м; _Fe = (0,055…0,061) Оммм²/м.
Однако этим металлам присущи и недостатки: никель и железо трудно получить в чистом виде, что усложняет изготовление взаимозаменяемых термометров сопротивления; зависимости сопротивления железа и никеля от температуры выражаются кривыми, которые не могут быть записаны в виде простых эмпирических формул; никель и железо легко окисляются даже при сравнительно низких температурах. Эти недостатки ограничивают применение никеля и железа для изготовления термометров сопротивления.



Рисунок. Чувствительный элемент платинового термометра отечественного производства: 1 двух соединенных последовательно платиновых спиралей; 2 платиновые или иридиево-родиевые выводы; 3 глазурь на основе окиси алюминия и кремния; 4 каналы керамического каркаса.

Пространство между платиновыми спиралями и стенками каналов каркаса заполнено порошком окиси алюминия, который служит изолятором и улучшает тепловой контакт между спиралями и каркасом.

Для подгонки сопротивления при 0⁰С изменяют длину нижних концов платиновых спиралей с последующей пайкой 5.
Условное обозначение градуировки термометров ТСП: гр 20, гр 21 и гр 22. Для термометров с указанной градуировкой сопротивление R₀ составляет соответственно 10, 40 и 100 Ом.
Термометры сопротивления ТСМ выпускают с сопротивлением R₀=53 Ом (градуировка гр 23) и R₀=100 Ом (градуировка гр 24). Для измерения низких температур (до –260⁰С) созданы также платиновые термометры сопротивления, защитную гильзу которых заполняют гелием.
Для изготовления термометров сопротивления применяют также полупроводники (окислы некоторых металлов). Существенным преимуществом полупроводников является большой температурный коэффициент электрического сопротивления (от 310^-2 до 410^-2 1/⁰С). вследствие большого удельного электрического сопротивления полупроводников из них можно изготовлять термометры малых размеров с большим начальным сопротивлением, что позволяет не учитывать сопротивление соединительных проводов и других элементов электрической измерительной схемы термометра.
В узком температурном интервале зависимость электрического сопротивления полупроводникового резистора от температуры выражается уравнением

R = A exp (B/T)

или

ln R = ln A + B/T,

где А и В – постоянные коэффициенты, зависящие от физических свойств материала (полупроводника); Т – абсолютная температура терморезистора.

термометр пирометр спектральный излучение



Рис. 2



Рис 3.

Для изготовления полупроводниковых терморезисторов применяют окислы титана, магния, железа, марганца, кобальта, никеля, меди или кристаллы некоторых металлов (например, кремния, германия) с различными примесями. Для измерения температуры наиболее часто используют полупроводниковые резисторы типов ММТ-1, ММТ-4, КМТ-1 и КМТ-4, у которых в рабочих интервалах температур сопротивление меняется по экспоненциальному закону.

Основным препятствием, ограничивающим широкое внедрение полупроводниковых резисторов в промышленность, является плохая воспроизводимость их параметров, что исключает их взаимозаменяемость, а также сравнительно невысокая максимальная рабочая температура (от –60 до +180⁰С).
На рисунке 2 показан стержневой терморезистор, представляющий собой цилиндр 1 с контактными колпачками 2, к которым припаяны выводы 3, цилиндр покрыт эмалевой краской и обмотан металлической фольгой 4. Снаружи терморезистор защищен металлическим чехлом 5, у которого в верхней части имеет стеклянный изолятор 6.
Полупроводниковый элемент 1 бусинкового терморезистора (рис. 3) имеет форму шарика диаметром 0,5 мм, защищенного стеклянной оболочкой 4. В шарик вмонтированы электроды 2 из платиновой проволоки диаметром 0,05 мм, соединенные с никелевыми выводами 3.