Электрические термометры сопротивления

Применение термометров сопротивления основывается на зависимости их электрического сопротивления от температуры. У большинства чистых металлов сопротивление увеличивается приблизительно на 0,4% на 1K, а у металлов ферромагнитной группы (железо, никель, кобальт) приблизительно на 0,65%, у полупроводникового сопротивления уменьшается с температурой, причем температурный коэффициент на порядок выше чем у металлов.

Термометры сопротивления практически позволяют измерять температуру с высокой степенью точности до 0,02ºС, а при измерениях небольшой разности до 0,0005ºС. Широкому применению их препятствует сравнительно большие размеры чувствительного элемента (осреднение температур) и обязательное наличие источника тока.

Чаще для измерения температур применяют металлические термометры. Полупроводниковые термометры из-за ряда недостатков, перечисленных ниже, применяют в схемах сигнализации, САР и т.д.

Материалы для термометров должны обладать следующими свойствами:

- высоким удельном сопротивлением;

- высоким температурным коэффициентом

- химической инертностью и легкой технологической воспроизводимостью;

- постоянством физических свойств во времени

Наиболее подходящими и материалами оказались платина (-200÷630ºС) и медь (-50÷180ºС). Платина - дорогостоящий материал и поэтому чаще применяется там, где медь использовать нельзя.

Платиновые термометры выпускаются трех градуировок, отличающихся друг от друга на величину сопротивления при 0ºС:

1) Гр 20 – R₀=10 Ом, 0÷650ºС

2) Гр 21 – R₀=460 Ом, -200÷500ºС

3) Гр 21 – R₀=100 Oм, -200÷500ºС

Допустимые отклонения R₀ дают погрешность измерения температуры:

- для термометров I класса

- для термометров II класса

Погрешность при отрицательных температурах выше указанных.

Зависимость между сопротивлением и температурой устанавливаются ГОСТ 12442-66.

Для метрологических измерений используются специальные конструкции образцовые термометры.

Медные термометры сопротивления используются только при технических измерениях. Выпускаются двух градуировок: Гр. 23 - R₀=23 Ом, Гр. 24- R₀=100 Ом. Погрешности измерения температуры за счет отклонения R от градуировочных зависимостей не превышает:

- для термометров II класса

- для термометров III класса

Градуировочные таблицы с интервалом в 1ºС приведены в ГОСТ 6651-59.

Полупроводниковые термометры сопротивления (термистор, терморезистор) предназначены для измерения температур в диапазоне от -90÷180ºС. Чувствительный элемент термометров изготавливают из смеси окислов меди, марганца, магния, никеля, кобальта и др. смеси двух-трех окислов со связывающими добавками измельчают, спекают и обжигают, придавая им форму цилиндриков, шайбочек и бусинок. По ГОСТУ выпускают два типа терморезисторов: медно – кобальтовые (КМТ) и медно-марганцовые (ММТ).

С увеличением температуры сопротивление терморезистора R_T уменьшается:

, где А, В – коэффициенты зависящие от конкретного термометра.

Стандартных градуировочных зависимостей для полупроводниковых термометров нет (не удается получить одинаковые коэффициенты А, В даже для термометров одного и того же вида) и поэтому каждый терморезистор приходиться градуировать индивидуально.

При длительной работе на верхних предельных температурах, происходит изменение сопротивления, т.е. нестабильность показаний при одних и тех же температурах. Критерием нестабильности является изменение его сопротивления >0.03% за 200 часов выдержки при температуре верхнего предела измерений.

Как уже указывалось, термисторы для измерения температур применяют редко, хотя они и имеют высокий температурный коэффициент (1÷4*10^-2[1/K]), из-за большой погрешности измерений. Они используются там, где датчик должен быть высокочувствительным и компактным.