Термопреобразователи сопротивле­ния

Принцип действия термопреобра­зователей сопротивления основан на использовании свойства чувствитель­ного элемента менять свое сопротив­ление при изменении температуры. Они могут быть проволочными и полу­проводниковыми.

Термопреобразователи сопротивле­ния ПРОВОЛОЧНЫЕ. Материалом проволочных термо­преобразователей является, как пра­вило, медь или платина (см. табл.).

В диапазоне температур от - 50 до +180 °С сопротивление меди нахо­дится в линейной зависимости от тем­пературы:

R_t = R_o [1 + α (t – t_o)] ,

где R_t - сопротивление при темпера­туре t, α = 0,00428 1/°С.

Сопротивление платины:

R_t = R_o [1 + α_п (t – t_o) + β_п (t – t_o)²] ,

где α_п = 3,94∙10-3 1/°С; β_п = 5,8∙10-7 1/°С.

Конструкции термопреобразователей сопротивления весьма разнообразны. Чувствительный элемент большинства из них представляет собой спираль, намотанную без механических натяже­ний на каркас из изоляционного ма­териала. Каркас со спиралью помещен в защитный кожух, представляющий собой металлическую или стеклянную гильзу, заполняемую гелием или по­рошком окиси алюминия.

По точности измерения температуры термопреобразователи сопротивления делят на пять классов (см. таблицу).

Основные параметры термопреобразователей сопротивления

Наи­большее применение в научных исследованиях получили серийные преобра­зователи ТСП-5071 с температурным диапазоном от -200 до +600 °С. Температурный коэффициент полу­проводниковых термопреобразовате­лей (термисторов) более высокий (3÷6 % на 1 °С),по сравнению с про­волочными (0,4 % на 1 °С). Они отли­чаются большим внутренним сопро­тивлением, малыми габаритами, вы­сокой механической прочностью, дли­тельным сроком службы и низкой стои­мостью.

Для измерения температуры термопреобразователи сопротивлений R₁, R₂, R₃, и R₄ включают в мостовую схему с балансировочным резистором и усилителем (см. рис. 29-1).

Рис. 29-1. Мостовая схема включения термопреобразователей сопротивлений с балансировочным резистором и усилителем.

Причем, если необходимо измерить разность температур между двумя средами, то термопреобразователи сопротивлений R₁ и R₂ располагают в одной среде, а термопреобразователи сопротивлений R₃ и R₄ – в другой. Включение термопреобразователей сопротивлений R₁ и R₂, а также R₃, и R₄ в мостовую схему¹следует выполнять попарно, в диагонали моста. В этом случае при нагревании (или охлаждении) любой пары резисторов разность потенциалов между точками А и С будет изменяться пропорционально изменению температуры.

Перед измерением схему сначала прогревают (дав поработать 10÷15 минут) а затем балансируют и тарируют. Балансировку схемы выполняют при нахождении всех термопреобразователей сопротивлений R₁, R₂, R₃, и R₄, в одинаковой температуре. Её производят резистором R₇ до тех пор, пока разность потенциалов между точками А и С не будет равна «нулю». Показание измерительного прибора A при этом установится на отметке «ноль».

Для тарировки схемы термопреобразователи сопротивлений R₁ и R₂ постепенно нагревают до максимальных рабочих температур, а затем также постепенно охлаждают их, одновременно регистрируя температуру и показания прибора A. При этом термопреобразователи сопротивлений R₃ и R₄ должны находиться при постоянной начальной температуре. По результатам тарировки строят тарировочный график функции A=f(T^oC), по которому рассчитывают величину абсолютной и приведенной погрешности измерения.

Абсолютная погрешность системы измерения температуры определяется как максимальная разность, по формуле:

_max, [^oC]

где Т_н – температура, измеренная схемой в режиме её повышения;

Т_о – температура, измеренная схемой в режиме её понижения.

Относительная погрешность системы измерения температуры определяется по формуле:

Важным параметром преобразова­теля является показатель тепловой инерции или постоянная времени, оп­ределяемая как время, в течение ко­торого тело, помещенное в среду с по­стоянной температурой, нагревается до 63,2 % значения температуры среды. По этому параметру термопреобра­зователи сопротивления выпускают с малой тепловой инерцией (не более 10 с), со средней (не более 60 с) и с боль­шой (более 60 с), что определяется их конструкцией.

К недостаткам термисторов относят нелинейность и низкую вос­производимость градиуровочной ха­рактеристики, что приводит к необхо­димости их индивидуальной градуи­ровки.

Таблица 1.1.

Допускаемые отклонения параметров термопреобразователей сопротивлений

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.

Чувствительным элементом (датчиком) термоэлектрического преобразо­вателя является термопара.

Низкие температуры (до -200 °О измеряют медь-копелевыми, хромель-копелевыми, хромель-алюмелевыми, железо-константановыми и медь-кон-стантановыми термопреобразователя­ми, из которых последние получили наибольшее применение. Для измере­ния более низких температур термо­электрические преобразователи при­меняют редко вследствие их невысокой чувствительности, а также значитель­ных погрешностей, обусловленных паразитными ЭДС.

Преобразователи типа ТВР исполь­зуют в вакууме или в инертных сре­дах, так как при высоких температу­рах на воздухе они окисляются.

Ниже в таблице приведены основные пара­метры термоэлектрических преобразо­вателей и формулы для вычисления пределов допускаемых отклонений термо-ЭДС термопар от градуировочных таблиц.

Основные параметры термоэлектрических преобразователей

Термоэлектрический преобразова­тель как элемент системы регулиро­вания в значительной степени опреде­ляет характеристики температурного устройства испытательной машины. Тепловая инерция термопреобразова­теля зависит от его конструктивного исполнения, уровня температуры и диаметра термоэлектродов.

Выпускают термопреобразователи малой, средней, большой и, ненормированной инерцион­ности с показателем тепловой инерции соответственно не более 5, 60, 180 и свыше 180 с для погружаемых, и не более 10, 120, 300 и свыше 300 с для поверхностных термопреобразователей.