Стандартные градуировки термометров сопротивления

Лабораторная работа №8

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ

Цель работы: Ознакомление с устройством и работой первичных измерительных преобразователей электрических термометров сопротивления, снятие характеристик металлических и полупроводниковых терморезисторов.

Инструмент и принадлежности к работе

1. Электропечь.

2. Контрольный жидкостный термометр расширения.

3. Мост постоянного тока одинарный.

4. Градуируемые металлический и полупроводниковый терморезисторы.

Основные положения

Термометры сопротивления (терморезисторы) в настоящее время широко применяются для измерения температуры в диапазоне от —200 °С до +650°С. Они относятся к одним из наиболее точных преобразователей температуры. Например, платиновые терморезисторы позволяют измерять температуру с погрешностью порядка 0,001 °С. Работа их основана на свойстве металлических и полупроводниковых материалов изменять электросопротивление с изменением их температуры. Величина, характеризующая изменение сопротивления материалов в зависимости от температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), который определяется по формуле:

, (7.1)

где — ТКС, К^-1 (или ºСˉ¹); R₀ и R_t — электросопротивление при температуре соответственно 0 и t°C, Ом.

Металлические термометры сопротивления

Конструктивно металлический термометр сопротивления представляет собой чувствительный элемент из проволоки 1, бифилярно намотанной на каркас 2 из изоляционного материала (рисунок 7.1). Проволока токопроводящими пpoводами присоединена к зажимам 3 головки термометра. Чувствительный элемент помещен в защитный чехол 4, предохраняющий его от прямого контакта со средой, температуру которой измеряют.

Рисунок 7.1. – Металлический термометр сопротивления

Материал, из которого изготавливают чувствительный элемент, должен быть химически инертным, не изменять своих физических свойств при нагреве и не окисляться при взаимодействии с окружающей средой, ТКС должен быть по возможности устойчивым и высоким. Свойства материала должны быть легко воспроизводимы от партии к партии. Сопротивление должно быть связано с температурой простой зависимостью (предпочтительно линейной). В целях уменьшения габаритов чувствительного элемента желательно, чтобы удельное сопротивление было высоким. Таким условиям отвечает платина, медь и в меньшей степени никель и железо. Некоторые характеристики металлов, применяемых для изготовления терморезисторов, приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Материал	ТКС в диапазоне 0—100°С	Удельное сопротивление при 20°С,	Температура плавления, °С
Платина Медь Никель	0,0039 0,00426 0,0063	0,105 0,017 0,08	1773 1083 1455

Соединительные провода изготавливают из материалов, которые обладают достаточной химической стойкостью и развивают незначительную термоэдс в паре с материалом чувствительного элемента. Для платиновых чувствительных элементов провода изготавливают из серебра, для медных — из меди.

Защитный чехол (арматура) — должен быть выполнен из жароустойчивого и достаточно прочного материала. Кроме того, материал должен быть химически стойким при нагревании, чтобы не загрязнять чувствительный элемент. Чаще всего чехол делают из коррозионностойких и жаропрочных сталей, например Х18Н9Т, иногда (для лабораторных термометров) из стекла, фарфора или кварца.

В зависимости от назначения металлические термометры сопротивления подразделяются на эталонные, образцовые и рабочие. Последние в свою очередь подразделяются на лабораторные и технические.

Чувствительные элементы эталонных, образцовых и в большинстве случаев лабораторных термометров сопротивления изготавливают из платиновой проволоки. Технические приборы имеют чувствительные элементы, изготовленные из платины, меди и реже никеля.

Основными характеристиками чувствительных элементов термометров сопротивления являются чувствительность, взаимозаменяемость термоэлектрических свойств и инерционность. Эти характеристики в некоторой мере зависят от сопротивления чувствительного элемента, которое принято характеризовать при 0°С (R_o). При проволоке одинакового диаметра размеры, инерционность и стоимость чувствительного элемента будут тем меньше, чем меньше его сопротивление R₀. Однако в этом случае необходимо применять более чувствительные и сложные вторичные приборы. Увеличение сопротивления R₀ чувствительного элемента упрощает работу с термометром, так как позволяет применять более простые вторичные приборы.

В нашей стране серийно выпускались платиновые (ТСП) и медные (ТСМ) технические термометры сопротивления. Термометры ТСП предназначены для измерения температуры в интервале от -200 до +1200°С, а ТСМ — от -50 до +180°С.

Номенклатура выпускаемых термометров сопротивления очень широка. В зависимости от назначения и конструкции они подразделяются по многим признакам, в том числе: по точности — на термометры классов I, II, III; по инерционности — с малой инерционностью (постоянная времени т. менее 9 с), средней инерционностью (т<80 с), большой инерционностью (т до 4 мин) и ненормированной инерционностью; по количеству чувствительных элементов — на одинарные и двойные.

Конструктивно термометры сопротивления обычно выполнены из платиновой (диаметром 0,05—0,07 мм) или медной изолированной (диаметром 0,1 мм) проволоки, намотанной на каркас в виде пластинки из слюды или, у медных термометров, на цилиндрический пластмассовый каркас, покрытый глифталевым лаком. К обоим концам платиновой или медной проволоки приваривают или припаивают подводящие провода диаметром 1 мм, соединяющие чувствительный элемент с зажимами на головке термометра, с помощью которых последний подключают к измерительной аппаратуре. Подводящие провода изолируют друг от друга фарфоровыми бусами или трубками и асбестовым шнуром. Чувствительный элемент вместе с подводящими проводами помещают в тонкостенную металлическую трубку. Если термометр предназначен для работы при низких температурах, то эта трубка в целях предупреждения конденсации влаги и замыкания витков чувствительного элемента герметизируется (например, заливается парафином).

Для уменьшения тепловой инерционности выпускают термометры сопротивления, у которых элемент, собранный на пластинке из слюды, закрыт с двух сторон слюдяными пластинками и зажат в трубке между двумя упругими элементами —S-образной формы из красной меди или алюминия. Они улучшают теплопередачу от трубки к чувствительному элементу.

Термометр помещают в защитную арматуру, которая состоит из трубки-чехла с резьбовым штуцером.

Стандартные градуировки термометров сопротивления

Условия эксплуатации технических термометров сопротивления требуют, чтобы при замене одного термометра другим была обеспечена взаимозаменяемость, т. е. при данной температуре сопротивление чувствительных элементов термометров должно быть одинаковым в пределах установленной допустимой погрешности. Взаимозаменяемость достигается введением так называемой стандартной градуировки, при которой все термометры одной градуировки имеют одинаковое сопротивление R₀ при 0°С и одинаковое значение ТКС (или отношение R100/R₀). Целесообразность применения термометров со стандартной градуировкой состоит в том, что вторичные электроизмерительные приборы (логометры и автоматические мосты), в комплекте с которыми применяются термометры сопротивления, могут быть проградуированы без предварительных вычислений и экспериментов, что обеспечивает взаимозаменяемость как самих термометров, так и вторичных измерительных приборов.

В табл. 7.2 представлены стандартные градуировки технических термометров, действующие в настоящее время, а в таблице 7.3. – классы точности термометров сопротивления.

Таблица 7.2

Тип термометра	Номинальное сопротивление при 0°С,Ом	Обозначение градуировочной характеристики	Диапазон температур
ТСП	1 5 10 (46) 50 100 500	1П 5П 10П (гр.21) 50П 100П 500П	-50…+1100 -100…+1100 -200…+1000 -260…+1000 -260…+1000 -260…+1000 -260…+300
ТСМ	10 50 (53) 100	10М 50М (гр.23) 100М	-50…+200 -50…+200 -50…+180 -200…+200

Таблица 7.3

Тип термометра	Класс точности	Погрешность ∆R/R0,%
ТСП	I II III IV V	±0,05 ±0,1 ±0,2 ±0,4 ±0,8
ТСМ	I II III IV V	- ±0,1 ±0,2 ±0,5 ±1,0

Сопротивление металлического термометра в интервале температур от -50 до +180°С выражается зависимостью:

(7.2)

В соответствии с ГОСТ 6651-59 сопротивление выпускаемых в СССР технических платиновых термометров (ТСП) соответствует градуировкам гр. 20, гр. 21 и гр. 22. В зависимости от градуировки платиновые термометры имеют различное сопротивление при 0°С. Так, при градуировке по гр. 20 сопротивление термометра при 0°С R₀=10 Ом, по градуировке гр. 21 R₀=41 Ом, по градуировке гр. 22 R₀=100 Ом. Допустимые отклонения величины R₀для термометров класса 1 ±0,1%, для термометров класса 2 ±0,1%.

В интервале температур 0 – 650°С сопротивление технических платиновых термометров выражается зависимостью:

, (7.3)

а в интервале от -200 до 0°С формулой:

, (7.4)

где R_t - сопротивление термометра при t ; R₀ – сопротивление термометра при 0°С; - температурный коэффициент сопротивления; 1/град; 1/град²; 1/град⁴ – постоянные коэффициенты.

Из уравнений (7.3) и (7.4) видно, что характеристики платиновых термометров сопротивления нелинейны, однако отклонение от линейной характеристики не превышает 5% в интервале от 0 до +500°С и 19% в интервале от 0 до +200°С.

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 2974; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!