Обозиа-Кипр термометр,

ТГП-100, ТКП-16()

ТПГ-СК ТПП-СК

ТПП-М ТКП-60 СГ

ТДГ-П, ТДГ-Э

ТДЖ-П,

тдж-э

, ,oii iUNU-psie ri.v,i;cp;i-iyi.

ДЛ!П!Т ДИСТаНЦИ01!Н0!О

1..1пи,1.тяра, м

Класс 104 поста

2,5; 4; 6; 0,15

0,15

1; 1,5; 2,5

1,5; 2,5

1,6; 2,5; 4; 0; 10; 16; 25

1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16

1,6; 2,5; 4; 6

\,у, 2,5;

2,5 4

ГЛАВА 8

ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Действие ТС основано на температурной зависимости электрического сопротивления. Указанным свойством обладает множество материалов, но лишь немногие из них удовлетворяют вторичным эксплуатационным требованиям, связанным со стабильностью свойств и нечувствительностью к внешним воздействиям по другим физическим (шраметрам (давление, плотность магнитного потока, потока нейтронов и т, п.). Всему комплексу метрологических и эксплуатационных требований удовлетворяет относительно узкая номенклатура материалов, представленных разными видами веществ, заметно способных проводить электрический ток: металлами, полупроводниками, электролитами.

ТС обладают хорошими термометрическими свойствами. Типичные виды зависимости сопротивления от температуры представлены на рис. 8.1. Как видно из рисунка, ТКС сравнительно невелик (0,3...0,6 % К~) и, как правило, положителен для металлов (кривая 2). Для полупроводников а в среднем на порядок больше, чем для металлов, отрицателен для термисторов (кривая 4) и положителен для позисторов (кривая /). Электролиты (кривая 3) характеризуются ступенчатым переходом сопротивления при температуре начала ионной проводимости.

Простые схемные решения позволяют получить широко растянутый малый диапазон измерения на любом уровне. Благодаря высоким метрологическим качествам платиновые ТС используются для воспроизведения МПТШ-68 в диапазоне температур 13,81...903,89 К. Полупроводниковые ТС обладают экстремальными характеристиками, поддающимися конструктивной вариации в широких пределах. Поэтому они наряду с металлическими термометрами эф1фективно используются в системах измерения, контроля и автоматизации в промышленных технологических комплексах.

ТС состоит из чувствительного элемента соответствующей конструкции, защитной арматуры и соединительных проводов (рис. 8.2). Изменение сопротивления чувствительного элемента фиксируется показывающим прибором или регулятором. Способ включения ТС определяется схемой вторичного прибора и диапазоном измеряемой температуры.

8.1. Платиновые ТС

Основные требования, которым должен удовлетворять материал чувствительного элемента ТС [59, 125, 541, 543, 1181]: 1) нечувствительность к малым примесям, которые могут появиться в процессе изготовления или эксплуатации; 2) простота технологии получения и изготовления. В промышленных условиях применение платиновых ТС нормировано для измерений до 1100 °С [573].

Зависимость относительного сопротивления от температуры для пла-, тины описывается уравнениями, регламентированными МПТШ-68. Для

измерения низких температу. платиновыми ТС с соблюдением требований метрологической культуры цетесообразно пользоваться зависимостью Г = / в виде стандартной таблицы [721].

При измерении низких температур сопротивление ТС уменьшается и остаточное сопротивление составляет уже несущественную часть всего сопротивления цепи. При эт(хм наб.ч!о,1аегся иезначигельныи разброс номинальных статических характериегик 1С, обусловленный степенью чистоты применяемой платиновой проволоки, способом ее получения, видом термической обработки, конструкцией преобразователя и т. п.

С целью обеспече1ШЯ взаимозаменяемости ТС они разбиваются на группы С похожими характеристиками и комплектуются вторичными приборами, имеющими соответствующие статические характеристики. При этом

То *; 7 а 5

Рис. 8.1. Зависимость сопротивления различных ТС от температуры:

/ - позисторы; 2 - металлы; 3 - электролиты: 4 - термисторы

Рис. 8.2. Термопреобразователь сопротивления (а) и схема его включения (б):

/ - головка; 2 - штуцерная гайка; 3 - арматура; 4 - чувствительный элемент

вторичные приборы могут иметь вставки для подстройки измерительной схемы к фиксированным номинальным статическим характеристикам [847]. В зависимости от условий применения, требований, предъявляемых к точности измерения, промышленностью выпускаются платиновые ТС различных конструкций.

Требования к технологии изготовления ТС. Для воспроизведения шкалы МПТШ-68 при изготовлении платиновых ТС чувствительный элемент выполняется из свободной от напряжения, отожженной, чистой платиновой проволоки с отношением сопротивлений при 100 °С и при О °С 1100 > 1,39250. При этом короткие участки четырехпроводной линии термопреобразователя, примыкающие к спирали, также изготовляются из платины. Сопротивление изоляции элементов конструкции должно быть достаточно-высоким, чтобы избежать заметное шунтирование сопротивления ТС. Составные части ТС, находящиеся в непосредственной близости к чувствительному элементу, изготовляются из чистых материалов, не реагирующих с платиной при высоких температурах.

Конструкции чувствительных элементов. Для измерения температуры до 630,74 °С применяются ТС, чувствительные элементы которых

Рис. 8.3. Платиновый чувствительный элемент:

/ - спираль; 2 - каркас; 3 - порошок; 4 - выводы

изготовляются из платиновой проволоки диаметром 0,05...0,2 мм, намотанной на каркас бифилярно для устранения влияниямагнитных помех. В качестве изоляционного каркаса применяются слюдяные пластины, керамические стержни крестообразной формы сечения из кварца или оксида алюминия с канавками, в которых свободно размещаются спирали. СЗйода в естественном состоянии содержит связанную воду и адсорбированные газы. В процессе измерения выделяющиеся газы и водяные пары могут захватываться проволокой чувствительного элемента с одновременным измерением сопротивления. Во избежание этого слюдяные каркасы следует перед навивкой прокалить в вакууме. Слюду рекомендуется применять при температурах до 450 °С. Кварц, алунд и фарфор более термостойки и лучше сохраняют изоляционные свойства. При 630 °С ток, протекающий по изолятору каркаса, обусловливает погрешность порядка 10~ К. При дальнейшем повышении темпе ратуры погрешность, вызванная потерями изоляционных характеристик каркаса, быстро растет и в значительной мере зависит от технологии ею изготовления, затем чувствительный элемент стабилизируют нагреванием до 800 °С и выдержкой в течение 30 мин.

На протяжении длительного времени для измерения температуры

применялась конструкция платинового ТС, предложенная Г. Л. Каллен-даром [1183, 1184], в которой на слюдяной крест наматывалась платиновая проволока диаметром 0,1...0,2 мм. Позже появились ТС с керамическим каркасом. В платиновых ТС для измерения с высокой точностью [547] напряжение в проволоке, возникающее от деформации спирали, сведено к минимуму. Проволока диаметром 0,1 мм свивается в спираль диаметрсм 0,45 мм, а затем бифилярно навивается на слюдяной крестообразный каркас, помещаемый в защитную трубку из пирекса диаметром 7...7,5 мм. Чувствительный элемент соединен с головкой гермопреобразователя золотыми проводами длиной 430 мм. В качестве другой типичной конструкции можно привести ТС [1181], чувствительный элемент которого изготовлен из платиновой проволоки диаметром 0,05 мм, сопротивление при О °С около 25 Ом. Платиновая спираль диаметром 1,5 мм помещается в тонкую U-образную пирексовую трубку с внутренним диаметром, незначительно превышающим внешний диаметр спирали, и толщиной стенки 0,5 мм. Концы спирали припаяны к жестким платиновым вводам так, чтобы спираль была всегда свободна от напряжений. Конструкция термопреобразователя представляет собой двухканальную трубку из оксида кремния, в каналы которой помещена спираль чувствительного элемента [1127]. В ТС Стрелкова [98, 847] на кварцевый геликоидальный каркас монтируется платиновая спираль из проволоки диаметром 0,07 мм. К концам платиновой проволоки чувствительного элемента приварены небольшие жестко скрепленные с каркасом выводные проводники из платиновой проволоки. К каждому проводнику приварено по два вывода из серебряной, золотой или платиновой проволоки диаметром 0,2...0,5 мм. Чувствительный элемент помещается в защитную трубку из плавленого кварца.

Для измерения низких и средних температур каркасы чувствительных элементов изготовляются из стекла с близким к платине коэффициентом термического расширения. Для измерения температур в диапазоне 630... 1100 °С применяется платиновая проволока диаметром 0,3...0,6 мм, так как проволока меньших диаметров подвергается большому влиянию посторонних газов и паров. При этом для каркаса используется синтетический сапфир.

Таблица

о -

8.1. Основные технические характеристики платиновых (чувствительных элементов