Электрические контактные термометры

Термометр сопротивления металлический (рис. 4.70, а) состоит из чувствитель­ного элемента(термопреобразователя) в виде терморезистора, защитного чехла и соединительной головки.

Чувствительный элемент металлического термометра сопротивления выполня­ется в виде обмотки на каркасе из теплостойкого изоляционного материала. О температуре судят по изменению электрического сопротивления его чувстви­тельного элемента, падению напряжения на нем при постоянном токе или значе­нию тока при постоянном напряжении.

Однако измерить температуру одним лишь термометром со­противления нельзя. Необходим прибор, который бы фиксиро­вал изменение сопротивления термометра в зависимости от температуры окружающей его среды. Такими приборами являются либо мосты (уравновешенные или неуравновешенные), либо логометры.

Электрический термометр сопротивления (чувствительный эле­мент) погружается в контролируемую среду и соединяется элект­рическими проводами с вторичным прибором (мостом или логометром), шкала которого градуируется в единицах температуры.

Для изготовления чувствительных элементов из проводнико­вых материалов должны применяться чистые металлы, отвеча­ющие следующим основным требованиям:

1. Иметь большой температурный коэффициент сопротивле­ния, который принято определять следующим уравнением (темпе­ратурный коэффициент сопротивления а показывает, как изме­няется сопротивление материала при изменении температуры окружающей среды на 1 °С):

где г₀ и r₁₀₀— сопротивление материала соответственно при 0 и 100 °С.

2. Зависимость сопротивления металла от температуры при
графическом ее представлении должна выражаться прямой или
плавной кривой линиями.

3. Металл должен быть химически и механически стойким в измеряемой среде.

4. Удельное сопротивление материала должно быть достаточно большим с тем, чтобы чувствительный элемент имел небольшие габариты.

Наиболее полно указанным требованиям отвечают платина и медь, из которых серийно изготавливаются технические термометры сопротивления для измерения температуры в интервале от —200 до 750°С (платиновые) и от —50 до + 180°С (медные).

Конструкция технических термометров с металлическим тер­мопреобразователем сопротивления показана на рис. 4.71

Тонкая проволока или лента 1 из платины или меди наматы­вается бифилярно на каркас 2 из керамики, слюды, кварца, стек­ла или пластмассы. Бифилярная намотка необходима для исклю­чения индуктивного сопротивления. После намотки обычно неизо­лированной платиновой проволоки каркас вместе с проволокой покрывают слюдой. Длина намотанной части каркаса с платино­вой проволокой 50—100 мм, а с медной — 40 мм. Каркас для зашиты от повреждений помещают в тонкостенную алюминиевую гильзу 3, а для улучшения теплопередачи от измеряемой среды к намотанной части каркаса между последней и защитной гиль­зой 3 устанавливаются упругие металличе­ские пластинки 4 или массивный металличе­ский вкладыш. Помимо наматываемого про­волокой каркаса используются двух- и четырехканальные керамические каркасы. В каналах размещают проволочные плати­новые спирали, которые фиксируются в ка­налах каркаса с помощью термоцемента на основе оксида алюминия и кремния.

При изготовлении медных термопреобразователей сопротивления применяют безындукционную бескаркасную намотку. В качестве материала используют изолированную медную проволоку диаметром 0,08 мм, покрытую фторопластовой пленкой. Гильзу 3 с ее содержимым помещают во внешний, обычно стальной, замкнутый чехол 5, который устанавливается на объекте измерения с помощью штуцера 6. На внешней стороне чехла располагается соединительная головка 8, в которой находится изоляционная колодка 7 с винтами для крепления выводных проводов, идущих от каркаса через изоля­ционные бусы 9. Термопреобразователи сопротивления по внешнему виду и размерам аналогичны термоэлектрическим преобразователям.

Технические термометры сопротивления, как платиновые (обозначаются ТСП), так и медные (ТСМ) выпускаются взаимозаменяемыми, т. е. стандартных градуировок: они имеют строго определенные значения сопротивления обмотки при О °С (г₀). Это сопротивление должно быть достаточно большим, так как для точного измерения нужно, чтобы приращение сопротивления термометра от измеряемой температуры было заметным. С другой стороны, увеличение сопротивления г₀ требует применения более тонкой проволоки, что ведет к уменьшению механической прочности обмотки термометра.

В технических термометрах сопротивления отечественного производства приняты следующие значения г₀ (в скобках указа­на градуировка):

10 Ом (Гр 20); 46 Ом

(Гр 21), 100 Ом (Гр 22)

53 Ом (Гр 23); 100 Ом

(Гр 24)

Обозначение градуировки термометра обычно выбивается на головке защитной арматуры.

Основные данные серийно выпускаемых платиновых и медных термометров сопротивления приведены в табл. Ш-1.

Таблица Ш-1.

Термометр сопротивления полупроводниковый (рис. 4.70, 6) аналогичен металли­ческому, но его чувствительный элемент выполнен в виде шайбы или бусинки из полупроводникового материала с двумя электрическими выводами.

Термоэлектрические термометры.

Термоэлектрическими термометрами называют
устройства для измерения температуры, в комплект которых вхо­-
дит электроизмерительный прибор (милливольтметр, потенцио-­
метр) и термопара, сое­диненные электрическими проводами.

Принцип действия этих термометров осно­ван на явлении термо­электрического эффекта, сущность которого заклю­чается в следующем. Ес­ли рассматривать замкну­тый контур, образован­ный двумя проводниками (термоэлектродами) А и В из разных металлов или сплавов (рис. Ш-18, а),

концы которых 1 и 2 соединены, а температуры мест соединения различны (со­ответственно t₁ и t₀), то в таком контуре возникает электродвижу­щая сила Еав(t₁, t₀), называемая термоэлектродвижущей силой (т. э. д. с). Величина и направление этой т. э. д. с. зависит от материалов термоэлектродав А и В (термопары) и от разности температур t₁ и t₀ (чем эта разность больше, тем больше т.э.,д.с).

Термоэлектрический эффект можно несколько упрощенно объяснить наличием в металлах термоэлектродов термопар сво­бодных электронов, концентрация которых при одной и той же температуре различна для разных металлов. Если, например, в металле термоэлектрода А содержание свободных электронов больше, чем в металле электрода В, то электроны в местах спа­ев будут диффундировать из электрода А в электрод В, при этом электрод А будет заряжаться положительно, а электрод В — от­рицательно.

Из допущения о том, что t₁>to, следует вывод о более ин­тенсивном переходе электронов из А в В в месте соединения 1, чем в месте соединения 2, при этом потенциал e_t1 точки 1 будет выше потенциала e_to точки 2.

Помимо описанного явления в каждом из электродов А и В электроны будут переходить от более нагретого конца (точка /) к менее нагретому концу (точка 2), что также будет влиять на величину т. э. д. с.

Результирующая т. э. д. с. термопары будет равна:

E_{AB(t1, t0)} = e_t1 – e_t0

Из равенств (10) и (11) видно, что суммарная т. э. д. с. термо­пары (рис. Ш-18, а) зависит как от температуры места соедине­ния 1, так и от температуры места соединения 2. Это значит, что при изменении этих температур по какому-то неизвестному зако­ну величина E_AB(t_lyt₀) будет неопределенной.

Если, например, температуру t₀ поддерживать постоянной и известной, то результирующая т. э.д. с. термопары будет зависеть только от температуры t_t места соединения термоэлектродов 1, а равенство (11) примет вид:

E_AB(t_lyt₀) = ƒ (t₁) - С (12)

где

С == ƒ (t₀) = const

Т.э. д. с, развиваемая термопарами, изготовленными из раз­личных материалов, невелика (0,01—0,06 мВ/°С), но с помощью электроизмерительного прибора может быть измерена с высокой точностью.

Однако измерить т. э.д. с. термопары в замкнутом контуре (см. рис. Ш-18, а) не представляется возможным. Необходимо разо­рвать контур и в место разрыва подключить электроизмеритель­ный прибор.

На рис. Ш-18, б показана схема подключения электроизмери­тельного прибора Э в цепь термопары с разрывом контура в ме сте соединения 2, а на рис. Ш-18, б — с разрывом контура в термоэлектроде В (точки 3; 3')

Чаще всего электроизмерительный прибор Э включается в контур термопары с помощью проводников С по схеме, показанной на рис. Ш-18,0. Термопара своим соединенным концом 1 погружается в контролируемую среду. Этот конец является рабочим носит название горячего, спай, а конец 2—2', к которому включаются соединительные провода электроизмерительного прибора, является свободным и носит название холодного спая. Если температура холодного спая поддерживается постоянной а температура горячего спая равна температуре контролируемой среды, в которую помещена термопара, то т.э.д.с. термопары E_AB(t_lyt₀) будет отражать измененияконтролируемой температуры: будет увеличиваться при увеличении t₁и уменьшаться при ее понижении.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: