Материалы для термометров сопротивления

Для измерения температуры в области от -200 до +700 ^оС широко применяются термометры сопротивления. Действие этих термометров основано на свойстве металлов увеличивать своё электрическое сопротивление при возрастании их температуры. Тепловоспринимающая часть, или чувствительный элемент термометра сопротивления, представляет собой тонкую проволоку, намотанную на жёсткий каркас из изоляционного материала или, в научных исследованиях, непосредственно на измерительную ячейку.

Достоинствами термометров сопротивления являются: 1) высокая степень точности измерения температуры; 2) возможность дистанционного размещения измерительной аппаратуры; 3) возможность автоматической записи температуры; 4) возможность автоматического регулирования температуры; 5) возможность использования многоточечных измерительных приборов.

Термометр сопротивления работает в комплекте с электроизмерительными приборами, фиксирующими изменение его состояния. К числу таких приборов относятся логометры и уравновешенные мосты, а в лабораторных условиях – также неуравновешенные мосты и потенциометры.

Для изготовления термометров сопротивления используются металлы, удовлетворяющие следующим требованиям:

1. Большой температурный коэффициент сопротивления (ТКρ) α. Как и любой ТК, α = (1/ρ) (Δρ/ΔТ). Для большинства чистых металлов α ≈ 4 х 10^-3 град^-1. Исключение – Fe и Ni, для которых α ≈ 6,35 х 10^-3 град^-1.

2. Зависимость сопротивления металла от температуры при графическом её представлении должна выражаться плавной кривой, а оптимально – прямой линией. Предпочтительнее – прямая пропорциональность. Изменение сопротивления проводника выражается уравнением R_t = R₀(1 + αt).

3. Большое удельное сопротивление ρ. Чем больше ρ, тем, при выбранном сечении, меньшей длины проволока должна быть намотана на каркас для получения желаемой величины сопротивления термометра.

4. Постоянство химических и физических свойств металла в области измеряемых температур.

5. Высокая воспроизводимость свойств металла.

Наиболее подходящими металлами являются платина, медь, никель и железо.

Платина в окислительной атмосфере инертна даже при высоких температурах. В восстановительной среде при высоких температурах возможно загрязнение платины окисью углерода и парами металлов, что вызывает хрупкость и непостоянство её характеристик. ТКρ платины ≈ 3,9 ^х 10^-3 град^-1, ρ ≈ 0,1 Ом ^х мм²/м, зависимость ρ от температуры практически линейная вплоть до 600 ^оС. Таким образом, платина удовлетворяет практически всем вышеперечисленным требованиям.

Медь имеет ТКρ ≈ 4,25 ^х 10^-3 град^-1 и линейный характер зависимости сопротивления от температуры в интервале -50 – 200 ^оС. Недостатком меди является малое удельное сопротивление и её лёгкая окисляемость.

Никель и железо обладают более высокими значениями ТКρ, чем все прочие металлы – 6,28 ^х 10^-3 град^-1 и 6,4 ^х 10^-3 град^-1 соответственно и довольно высоким значением ρ ≈ 0, - 0,13 Ом ^х мм²/м. Однако, получение их в чистом виде затруднено, они легко окисляются, поэтому низка воспроизводимость их свойств. Кроме того, зависимость ρ от температуры практически выражается кривыми. Всё это затрудняет их применение.

Дата добавления: 2014-12-26