Термопреобразователи сопротивлений

Измерение температуры ТС основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении их температуры. Вследствие различного механизма проводимости металлы имеют положительный термический коэффициент сопротивления, а полупроводники, в основном, – отрицательный. Чувствительный элемент металлического ТС состоит из тонкой (около 0,05мм) проволоки, бифилярно намотанной на каркас и помещенной в металлический защитный чехол с головкой для подключения соединительных проводов. Такие термометры используются как рабочие и эталонные средства измерений. В последнее время широкое распространение получили ЧЭ, представляющие собой ЧИП – резисторы. В них металл напыляется очень тонким слоем и поэтому сопротивление при 00С может быть достаточно высоким – до 10 кОм, что увеличивает их чувствительность. Однако максимальная измеряемая температура таких ЧЭ, в основном, 150-300 0С (редко 500).

Для измерения температур используются ТС из металлов, обладающих высокостабильным температурным коэффициентом сопротивления, линейной зависимостью сопротивления от температуры, хорошей воспроизводимостью свойств и инертностью к воздействию окружающей среды. Таким требованиям в наибольшей степени удовлетворяют платина и медь. Сопротивление платиновых ТС в диапазоне температур от 0 до +750 °С выражается соотношением:

, (1)

где – сопротивление ТС при 0°С; t – измеряемая температура, °С; А и В – коэффициенты, которые зависят то типа номинальной статической характеристики (НСХ):

А = 3,96847´10-3 1/К, В = –5,847´10-7 – для градуировки ,

А = 3,90802´×10-3 1/К, В = – 5,802´10-7 – для градуировки Pt.

При расчете сопротивления медных ТС в диапазоне температур от –50 до +180 °С можно пользоваться формулой:

, (2)

где a = 4,26(4,28)×10-3 1/К.

Медные ТС используются при температурах до 200°С, т.к. при более высоких температурах начинается интенсивное окисление меди.

Ток, протекающий через ТС, не должен вызывать его дополнительного разогрева и составляет, как правило, 1 mA.

Чувствительность ТС зависит от a и .

Технические характеристики промышленных ТС, выпускающихся по ГОСТ 6651 приведены в табл. 1.

 

Таблица 1

Материал Тип НСХ W100 Погрешность, D, °С Сопротивление ТС при 0 °С
Платина   Гр21 (уст)   1,391 А: D = ± (0,15 + 2×10-3×t); В: D = ± (0,3 + 5×10-3×t); С: D = ± (0,6 + 8×10-3×t); 46,0  
50П (уст)   1,391 50,0  
Pt   1,385 10, 100,  
Pt¢ (П)   1,391
Медь   Гр23 (уст)   1,428 В: D = ± (0,25 + 3,3×10-3×t); С: D = ± (0,5 + 6,5×10-3×t); 53,0  
Cu 1,426  
Cu¢ (М) 1,428

 

Эталонные термометры имеют R0 = 10 Ом

Полупроводниковые ТС имеют нелинейную статическую характеристику, которая приближенно описывается зависимостью:

(3)

Диапазон измерений составляет от –100 до +400°С. Преимуществом полупроводниковых ТС является высокая чувствительность, т. к. R0 может достигать десятков кОм.

Диапазон измерений полупроводниковых ТС с положительным температурным коэффициентом (позисторов) составляет 0–200°С.