5.4. Термометры сопротивления
Термометры сопротивления являются наиболее точными датчиками для измерения температур в довольно большом температурном интервале. Точность измерения температуры в области от 0 до 400 oC может достигать 0,00001 °С. Термометр сопротивления и прибор для измерения сопротивления могут находиться на нужном расстоянии друг от друга.
Известно, что сопротивление проводника К (Ом) определяется из уравнения
(5.6)
где l - длина проводника, см; S - поперечное сечение проводника, см2; р - удельное сопротивление Ом см.
Удельное сопротивление в области температур 0-100 "С линейно зависит от температуры:
(57)
где р0 - удельное сопротивление при 0 °С; t- температура, "С; а - температурный коэффициент сопротивления.
В указанном интервале температур для платины и меди значение а равно соответственно 0.38*10-2 и 0,43*10-2 (oC)-1.
С увеличением температуры электрическое сопротивление металлов непрерывно и монотонно увеличивается и для области температур от -180 до +630 °с эта зависимость достаточно точно определяется уравнением типа
(5.8)
где R1 - измеряемое сопротивление; t - измеряемая температура; Rо, а и b - постоянные для данного термометра сопротивления, значения которых находят при градуировке термометра по четырем реперным точкам (см. ниже табл. 13), выбранным для данного интервала температур.
Решение полученных уравнений и определение температуры по значению R1 проводят по специальным программам с применением компьютера. Для точных измерений температуры в интервале от -180 до 630 °С применяют только платиновые термометры сопротивления, изготовленные из платиновой проволоки диаметром от 0.04 до 0,5 мм. Из платиновой проволоки диаметром 0,5-0,6 мм выпускают термометры сопротивления для измерения температур +630 до +1060 °С погрешностью измерения +0,1 °С.
9
Рис. 95. Схемы платинового термометра сопротивления (а, 6) и измерительного прибора (в):
в: 1 - головка с контактами; 2. 4- магазин сопротивления; 3, 6- постоянные сопротивления 5 - источник постоянного тока; 7 - стрелочный или зеркальный гальванометр
Измерения температур в интервале от -50 до +180 °С проводят также с использованием медных термометров сопротивления. Выпускаются термометры сопротивления, изготовленные и из других металлов и их сплавов.
На рис. 95, а, б приведены схемы платиновых термометров сопротивления. Платиновую проволоку наматывают на термостойкий диэлектрический каркас / (кварц, слюда и т.п.) или свивают в тонкую спираль 5, расположенную в кварцевой трубке 3. Каркас с расположенной на нем платиновой проволокой помещают в защитную трубку из кварцевого стекла 3 или из стекла марки "пирекс" диаметром 4-8 мм. К каждому концу платиновой проволоки подводят два провода 2, чем устраняют сопротивление токоподводяших проводов, зависящее от внешней температуры. Нити подводящих проводов помещают в гибкую теплоизоляционную трубку. Подводящие провода соединяют платиновый термочувствительный элемент с головкой термометра 4, герметично связанной с защитной оболочкой. Защитную оболочку погружают на 2/3 или 3/4 длины Е ту среду, температуру которой предстоит измерить, а клеммы головки присоединяют к прибору (рис. 95, в), измеряющее сопротивление проволоки и переводящему значения сопротивления в соответствующую температуру.
Для измерения сопротивления применяют чаще всего два метода: метод моста (см. рис. 95, в), и метод компенсации (потенциометрический метод). Наиболее универсальным и точным методом измерения сопротивления является метод моста. Конструкции измерительных приборов на основе этого метода могут быть самыми различными. Их описание приведено в специальной литературе.