Термометры сопротивления

Действие термометров сопротивления основано на измерении электрического сопротивления проводника при изменении температуры. Электрическим сопротивлением обладают все без исключения проводники, но температурный коэффициент для каждого материала индивидуален, и кроме того, величина коэффициента меняется с колебаниями температуры.

Электрические термометры сопротивления применяются для измерения температуры от -200 до +500° С. Принцип их действия основан на из­менении электрического сопротивления некоторых про­водников при изменении температуры. Чувствительный элемент (рис. 4), представляющий собой катушку из тонкой проволоки, сопротивление которой зависит от температуры, включают в уравновешенный мост (рис. 5).

Р и с. 4. Внешний вид термометра сопротивления (а) и его чувствительные элементы с проволокой, намотанной на слюдяную пластину (б) и на кварцевый каркас (в): 1 - наружный защитный чехол; 2 – неподвижный штуцер; 3 – головка; 4 – клеммник; 5 – место для вывода проводов	Р и с. 5. Принципиальная схема термометра сопротивления с уравновешенным мостом: R 1, R 2, R 3 – постоянные сопротивления; r 3, r 4 – балансировочные сопротивления; Rt – сопротивление чувствительного элемента
Р и с. 6. Монтажная схема установки термометра сопротивления: 1- термометр сопротивления; 2 – соединительные провода; 3 – щиток с эталонными и подгоночными катушками; логометр; 5 – теплоизоляция трубопровода	При изменении сопротивления чувствительно­го элемента R 1 нарушается равновесие моста, что фик­сируется гальванометром, шкала которого проградуирована в ° С. Питание прибора осуществляется от источ­ника постоянного тока. В качестве вторичного прибора, измеряющего соп­ротивление, кроме уравновешенного измерительного моста, применяют потенциометры и логометры. Монтажная схема установки термометра сопротивле­ния с логометром (рис. 6) имеет щиток с эталонными и подгоночными катушками, которые применяют для устранения влияния сопротивления внешней цепи. Чув­ствительные элементы изготовляют из меди, железа, никеля, платины и специальных сплавов. 2.5 Термоэлектрические термометры   Термоэлектрические термометры применяют для измерения температуры от +200 до +1600° С. Измерение температуры термоэлектрическими термо-

метрами основано на свойстве разнородных металлов, а также полупроводников образовывать в паре (спае) термоэлектродвижущую силу, зависящую от материала электродов и температуры спая.

Если в цепи, составленной из двух разнородных металлов (рис. 7 а), нижний и верхний спай поместить в одну среду определенной температуры, то вследствие равенства направленных навстречу друг другу термоэлектродвижущих сил в контуре результирующая термоэлектродвижущая сила будет равна нулю.

Если нижний спай опустить в измеряемую среду с температурой t (горячий спай), а верхний в среду с температурой t _о=0° С (холодный спай), то в цепи возникнет термоэлектродвижущая сила, пропорциональная температуре t. Для измерения термоэлектродвижущей силы в контур термопары (рис. 7 б) включают чувствительный электрический прибор со шкалой, градуированный в милливольтах или градусах.

Холодный спай термопары должен находиться при постоянной температуре, для чего его помещают в термостат (рис. 7 в), в лабораторный установках представляющий сосуд Дьюара с тающим льдом.

Р и с. 7. Схемы термоэлектрических цепей:

а – принципиальная схема контура термопары; б – подключение измерительного прибора в термоэлектрод; в – термостатирование температуры холодного спая; 1 – горячий спай; 2 – термоэлектрод; 3 – холодный спай; 4 – сосуд Дьюара со льдом

Применение сосуда Дьюара в производственных условиях неудобно, поэтому постоянство температуры холодного спая достигается с помощью компенсационных проводов 6 (рис.8).

Р и с. 8. Схема термоэлектрического прибора: 1 – горячий спай; 2 – термоэлектроды; 3 – изоляция; 4 – защитный чехол; 5 – головка термопары; 6 – компенсационные провода; 7 – свободные концы; 8 – термостатирующая коробка; 9 – соединительные провода.

Благодаря последним холодный спай удаляют от головки 5 термопары как можно дальше, в зону с постоян­ной и более низкой температурой, где имеется возможность поместить их в особую термостатирующую коробку 8. Величина сопротивления внешней цепи, т. е. термо­пары, компенсационных и соединительных проводов, должна быть вполне определенной для каждого изме­рительного прибора и подгоняется путем присоединения добавочного сопротивления. Лабораторные и промышленные термопары обычно изготавли­вают из двух кусков проволоки различных материалов.

Проволоки на одном конце приваривают друг к другу, в этом месте образуется горячий спай термопары, другие, так называемые холодные концы, оставляют свободными.

В качестве термоэлектрических материалов применяют чистые металлы: платину, железо, медь, а также специальные сплавы, название и состав которых приведены в табл. 3.

Таблица 3 – Наименование и состав термоэлектрических сплавов

В России наибольшее распространение получили термопары, характеристика которых приведена в табл.4.

Таблица 4 – Характеристика наиболее распространенных термопар

В таблице первым указан положительный термоэлектрод. Тип термопары и обозначение градуировки выставляется на клеммной головке термопары и на шкале измерительного прибора, в комп­лекте с которым работает термопара.

Ввиду того, что величина термодвижущей силы, развиваемой термопарой, зависит от разности между температурами ее горячего спая и холодных концов, правильное определение температуры горячего спая производится при постоянной и известной темпера­туре холодных концов.

Пирометрические гальванометры градуируют с учетом того, что холодные концы термопары находятся при 0° С, поэтому при измерении температуры термостатирование холодных концов осу­ществляют, помещая их в тающий лед. Термостатирование при другой температуре требует внесения поправки при отсчете.

Присоединение термопары к гальванометру осуществляют так, чтобы иметь возможность термостатировать холодные концы. Ла­бораторные термопары, изготовляемые обыкновенно из тонких про­волок (диаметром 0, 3- 1, 0 мм), делают достаточной длины, чтобы их можно было дотянуть до термостата. От холодных концов до клемм гальванометра проводку ведут соединительными медными проводами.

Промышленные термопары, изготавливаемые из толстой прово­локи (диаметром 3 – 5 мм), невозможно протянуть до термостата. Поэтому от концов термоэлектродов, заканчивающихся в клеммной головке термопары, проводку осуществляют так называемыми компенсационными проводами, являющимися, по существу, гибким продолжением термопары. Компенсационные провода чаще всего делают из тех же самых термоэлектродных материалов, из которых изготовлена монтируемая термопара; для платинородий-платино­вой термопары компенсационные провода подобраны из таких ме­таллов, которые в паре с платиной и платинородием не образуют термоэлектродвижущей силы.

Монтаж компенсационных проводов достигается отнесением хо­лодных концов термопары (в данном случае это концы компенса­ционных проводов) в такое место, где они могут быть легко термостатированы.

Предохранительные чехлы промышленных термопар в зависи­мости от свойств среды, в которой производится измерение температуры, изготавливают из материалов, чаще всего сталей, спо­собных противостоять механическим и коррозионным воздействиям.