Термоэлектрические контактные датчики

Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления

Обычные металоксидные термисторы обладают ОТК. Это значит, что при увеличении температуры их сопротивление падает. Сопротивление термисторов с ОТК, также как и любых других резисторов, определяется их физическими размерами и удельным сопротивлением материала. Зависимость между величиной сопротивления и температурой является сильно нелинейной (см. рис. 3.18 главы 3).

При проведении прецизионных измерений или при работе в широком температурном диапазоне нельзя напрямую использовать характеристики термисторов, приведенные в документации на них, поскольку типовые допуски на номинальные значения серийно выпускаемых изделий при температуре 25°С составляют порядка ±20%. Поэтому для достижения высокой точности измерений термисторы необходимо индивидуально калибровать в широком температурном диапазоне. Правда, существуют и прецизионные термисторы, характеристики которых в заводских условиях подгоняются методом шлифовки до требуемых размеров. Этот процесс проводится под непрерывным контролем за номинальными значениями сопротивлений при заданной температуре. Однако такая процедура настройки термисторов приводит к значительному повышению их стоимости. Поэтому на практике чаще применяется метод индивидуальной калибровки термисторов. В процессе калибровки измеряется сопротивление термистора при помещении его в среду точно известной температурой (для этих целей часто применяется камера с мешалкой, в которую может быть залита вода, но чаще минеральное масло или специальный состав, например, Flourent®). Если требуется многоточечная калибровка, эта процедура выполняется при разных температурах. Естественно, что качество проведенной калибровки сильно зависит от точности эталонного термометра. Для определения сопротивления термистор включается в измерительную цепь, по изменению тока в которой и судят о величине сопротивления. В зависимости от заданного уровня точности и стоимости калибровка термистора может проводиться на основе одной из известных аппроксимационных моделей.

При использовании термистора в качестве датчика абсолютной температуры предполагается, что при прохождении через него электрического тока, его собственная температура не изменится, что означает, что он не внесет в систему значительных тепловых возмущений, способных повлиять на точность измерений.

Поскольку термоэлектрические контактные датчики состоят, по крайней мере, из двух разных проводников и двух соединений (пар) этих проводников, их часто называют термопарами Они являются пассивными датчиками, тк сами вырабатывают напряжение в ответ на изменение температуры и не требуют для этого внешнего источника питания Термопары относятся к классу относительных датчиков, поскольку их выходное напряжение определяется разностью температур между двумя спаями и практически не зависит от абсолютной температуры каждого соединения При измерении температуры при помощи термопары один ее спай служит эталоном, и его температуру необходимо определять при помощи отдельного детектора абсолютной температуры, например, термистора, РДТ и т.д. или его надо поместить в материал, находящийся в физическом состоянии, температура которого точно известна (см в соответствующей таблице Приложения) В разделе 3 9 главы 3 подробно описан термоэлектрический эффект, лежащий в основе физического принципа действия термопар, а в соответствующей таблице Приложения перечислены наиболее популярные термопары. Более подробное описание различных термопар и их применений можно найти во многих книгах, например, в [1], [9] и [10] Приведем некоторые важные рекомендации по использованию наиболее распространенных типов термопар

Тип Т Сu (+) и константан (-) Такие термопары устойчивы к коррозии (поэтому могут применяться для работы во влажной атмосфере) и пригодны для измерения отрицательных температур При работе на воздухе в агрессивной среде их верхний предел рабочего диапазона ограничен 370°С (700°F), что связано с окислением медного элемента. В других окружающих условиях термопары типа Т могут использоваться при более высоких температурах.

Тип J: Fe (+) и константан (-). Термопары этого типа подходят для работы в вакууме, а также в различных средах: и инертных, и окислительных, и восстановительных. Их рабочий температурный диапазон лежит в интервале 0...760°С. При температуре около 540°С начинается быстрый процесс окисления железных термоэлементов. Если требуется, чтобы термопары работали длительное время в условиях высоких температур, для их изготовления необходимо применять провода с большим поперечным сечением. Термопары типа J не рекомендуется использовать для измерения температур ниже точки замерзания воды из-за их хрупкости и подверженности ржавлению. В этом температурном диапазоне лучше работают термоэлементы типа Т.

Тип Е: 10% Ni/Cr (+) и константан (-). Эти термопары рекомендуется использовать в температурном диапазоне — 200...900°С в окислительных или инертных атмосферах. В восстановительном атмосфере и в вакууме они имеют те же ограничения, что и термопары типа К. Термопары типа Е могут применяться для измерения отрицательных температур, благодаря тому, что они не подвержены коррозии при работе в атмосфере с повышенным содержанием влаги. Они способны вырабатывать наибольшую среди всех известных типов термопар э.д.с, поэтому термоэлементы типа Е являются самыми популярными (см. рис. 3.36 главы 3)

Тип К: 10% Ni/Cr (+) и 5% Ni/Al/Si (-). Такие термопары применяются для работы в окислительной и полностью инертных средах для измерения температур в диапазоне —200...1260°С. Благодаря своей устойчивости к окислению их часто используют при температурах выше 540°С. Однако термопары типа К нельзя применять в восстановительных и сернистых атмосферах, а также в вакууме.

Тип R и S: Pt/Rh (+) и Pt (-). Эти термопары предназначены для непрерывной работы в окислительной и инертной среде в температурном диапазоне 0...1480°С

Тип В: Pt/Rh (+) и 6% Pt/Rh (-). Термопары типа В подходят для непрерывной работы в окислительной и инертной атмосфере в температурном диапазоне 870... 1700°С. Их также можно использовать для проведения кратковременных измерений в вакууме. Такие термопары не рекомендуется применять в восстановительной среде, содержащей пары металлов и неметаллов. Их нельзя вставлять в металлические защитные корпуса или чехлы.

Дата добавления: 2014-01-20