Реферат: Методы и средства контактных электроизмерений температуры
Некоторые характеристики металлов, используемых в терморезисторах, приведены в табл. 3.
Таблица 3:
| Материал | ТКС в диапазоне 0-100°С | Удельное сопротивление при 20 °С, Оm∙mm2 /m | Температура плавления, °С | Термо-э.д.с. в паре с медью (0-500 °С), мкВ/К |
| Платина | 0,0039 | 0,105 | 1773 | 7,5 |
| Медь | 0,00427 | 0,017 | 1083 | о |
| Никель | 0,0069 | 0,08 | 1455 | 22,5 |
| Вольфрам | 0,0048 | 0,055 | 3410 | 0,5 |
Погрешности, возникающие при измерении температуры термометрами сопротивления, вызываются нестабильностью во времени начального сопротивления термометра и его ТКС, изменением сопротивления линии, соединяющей термометр с измерительным прибором, перегревом термометра измерительным током.
Термометры сопротивления относятся к одним из наиболее точных преобразователей температуры. Так, например, платиновые теоморезисторы позволяют измерять температуру с погрешностью порядка 0,001° С.
Полупроводниковые терморезисторы отличаются от металлических меньшими габаритами и большими значениями ТКС.
ТКС полупроводниковых терморезисторов (ПТР) отрицателен и уменьшается обратно пропорционально квадрату абсолютной температуры: a = B /Θ2 . При 20° С величина ТКС составляет 2—8 проц/К.
Температурная зависимость сопротивления ПТР (рис. 7 , кривая 2) достаточно хорошо описывается формулой RT = AeB / Θ , где Θ — абсолютная температура; А — коэффициент, имеющий размерность сопротивления; В — коэффициент, имеющий размерность температуры. На рис. рис. 7 для сравнения приведена температурная зависимость для медного терморезистора (кривая 1 ). Для каждого конкретного ПТР коэффициенты А и В, как правило, постоянны, за исключением некоторых типов 1 ПТР (например, СТ 3-14), для последних В может принимать два разных значения в зависимости от диапазона измеряемых температур.
Если для применяемого ПТР не известны коэффициенты А и В, но известны сопротивления R 1 и R 2 при Θ1 и Θ2 , то величину сопротивления и коэффициент В для любой другой температуры можно определить из соотношений
'
Конструктивно терморезисторы могут быть изготовлены самой разнообразной формы. На рис. 8 показано устройство нескольких типов терморезисторов. Терморезисторы типа ММТ-1 и КМТ-1 представляют собой полупроводниковый стержень, покрытый эмалевой краской с контактными колпачками и выводами. Этот тип терморезисторов может быть использован лишь в сухих помещениях.,
Терморезисторы типов ММТ-4 и КМТ-4 заключены в металлические капсулы и герметизированы, благодаря чему они могут быть использованы в условиях любой влажности и даже в жидкостях, ие являющихся агрессивными относительно корпуса терморезистора.
Особый интерес представляют миниатюрные полупроводниковые терморезисторы, позволяющие измерять температуру малых объектов с минимальными искажениями режима работы, а также температуру, изменяющуюся во времени. Терморезисторы СТ1-19 и СТЗ-19 имеют каплевидную форму. Чувствительный элемент в них герметизирован стеклом и снабжен выводами из проволоки, имеющей низкую теплопроводность. В терморезисторе СТЗ-25 чувствительный элемент также помещен в стеклянную оболочку, диаметр которой доведен до 0,5—0,3 мм. Терморезистор с помощью выводов прикреплен к траверсам.
Рис. 8
В табл. 4 представлены основные характеристики некоторых ПТР. В графе «номинальные сопротивления» приведены крайние значения рядов номинальных сопротивлений, нормируемых для большинства ПТР при 20° С. Исключение составляют ПТР типов
Таблица 4
| Тип ПТР | Номинальное сопротивление, кОм | Постоянная В, K∙ 1012 | Диапазон рабочих температур, o С | Коэффициент рассеяния, мВт/К | Постоянная времени (нe более), с |
| КМТ-1 | .22—1000 | 36—72 | От —60 до +180 | 5 | 85 |
| ММТ-1 | 1—220 | 20,6—43 | От —60 до +125 | 5 | 85 |
| СТЗ-1 | 0,68—2,2 | 28,7—34 | От —60 до +125 | 5 | 85 |
| КМТ-4 | 22—1000 | 36—72 | От —60 до +125 | 6 | 115 |
| ММТ-4 | 1—220 | 20,6—43 | От —60 до +125 | 6 | 115 |
| ММТ-6 | 10—100 | ³20,6 | От —60 до +125 | 1,7 | 35 |
| СТЗ-6 | 6,8—8,2 | 20,5-24 | От —90 до +125 | 1,6 | 35 |
| КМТ-10 | 100—3300 | ³36 | 0—125 | — | — |
| КМТ-1 Оа | 100—3300 | ³36 | 0-125 | 1 | 75 |
| КМТ-11 | 100—3300 | ³36 | 0—125 | 0,8 | 10 |
| СТ4-2 | 2,1—3,0 | 34,7—36,3 36,3—41,2 | От —60 до +125 | 36 | — |
| СТ4-15 | 1,5-1,8 | 23,5—26,5 29,3—32,6 | От -60 до +180 | 36 | — |
| КМТ-17 (а, б) | 0,33—22 | 36—60 | От —60 до +155 | 2 | 30 |
| КМТ-17в | 0,33—22 | 36—60 | От —60 до +100 | 2 | 30 |
| СТ1-17 | 0,33—22 | 36—60 | От —60 до +100 | 2 | 30 |
| СТЗ-17 | 0,033—0,33 | 25,8—38,6 | От —60 до +100 | 3 | 30 |
| СТ4-17 | 1,5—2,2 | 32,6—36 | От —80 до +100 | 2 | 30 |
| КМТ-14 | 0,51—7500 | 41—70 | От —10 до +300 | 0,8 | 60 |
| СТЗ-14 | 1,5-2,2 | 26—33 27,5—36 | От —60 до +125 | 1,1 | 4 |
| СТ1-18 | 1,5—2200 | 40,5—90 | От —60 до +300 | 0,2 | 1 |
| СТЗ-18 | 0,68—3.3 | 22,5—32,5 | От —90 до +125 | 0,18 | 1 |
| СТ1-19 | 3,3—2200 | 42,3—72 | От -60 до +300 | 0,6 | 3 |
| СТЗ-19 | 2,2—15 | 29, 38, 5 | От —90 до +125 | 0,5 | 3 |
| СТЗ-25 | 3,3—4,5 | 26—32 | От —100 до+125 | 0,08 | 0,4 |
КМТ-14, СТ1-18, СТ1-19, номинальные сопротивления которых нормируются для температуры 150° С. В графе «постоянная » для некоторых типов ПТР приводятся два диапазона возможных значений В, первая строчка при этом относится к низким температурам, а вторая — к высоким. Перелом характеристики для ПТР типа СТЗ-6 происходит при — 28° С, для СТ4-2 и СТ4-15 — при 0° С и Для СТЗ-14— при 5° С.
Точность измерения температуры с помощью ПТР может быть весьма высокой. В настоящее время разработаны также ПТР для измерений низких и высоких температур. В частности, ПТР типа СТ7-1 может измерять температуру в диапазоне от — 110 до — 196° С. Высокотемпературный ПТР типа СТ12-1 предназначен для применения при температурах 600-1000° С.
Недостатками полупроводниковых терморезисторов, существенно снижающими их эксплуатационные качества, являются нелинейность зависимости сопротивления от температуры (см. рис. 14-12) и значительный разброс от образца к образцу как номинального значения сопротивления, так и постоянной В. Согласно ГОСТ 10688—63 допуск на величину номинального сопротивления может составлять ±20%. Допуск на величину постоянной В не нормируется. Практически он достигает ± 17% от номинального.
Нелинейность характеристики и технологический разброс параметров терморезисторов затрудняет получение линейных шкал термометров, построение многоканальных приборов, обеспечение взаимозаменяемости терморезисторов, необходимой при массовом производстве термометров с терморезисторами. Чтобы улучшить вид шкалы и обеспечить взаимозаменяемость терморезисторов, приходится применять специальные унифицирующие и линеаризующие цепи, как пассивные, так и активные.
Позисторы изготавливаются также из полупроводниковых материалов, но имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Для температурных зависимостей сопротивления позисторов характерно увеличение сопротивления при повышении температуры в определенном интервале температур. Ниже и выше этого интервала сопротивление с ростом температуры уменьшается. Положительные ТКС позисторов могут достигать величины порядка 30—50 проц/К, графики изменения их сопротивления в зависимости от температуры приведены на рис. 9 .
Возможно также создание других видов полупроводниковых Датчиков температуры. В частности, для измерения температуры Можно применять датчики из органических полупроводников и Датчики на основе открытых или запертых р — n -переходов. Например, при заданном токе напряжение на открытом р — п- переходе или на стабилитроне линейно изменяется с температурой, чричем ТКС для открытого р — n -перехода отрицателен и составляет 2—3 мВ/К, а для стабилитрона положителен и достигает 8 мВ/К.
Измерительные цепи. Отличия измерительных цепей для терморезисторов от обычных цепей омметров заключаются в более узком диапазоне изменения измеря?