Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Схемы устройства германиевых термометров образцовых и повышенной точности аналогичны показанной на рис. 5-4-1. Для технических измерений Институт полупроводников АН! УССР (г. Киев) выпускает германиевые термометры сопротивления типа ТСГ-ЗК для температур от 30 до 90 К и ТСГ-4К для интервала от 30 до 50 К. Пределы допускаемых погрешностей этих термометров сопротивления составляют -+0,05 и -+.0,1 К.
Кроме этих термометров в институте изготовляют пленочные термометры сопротивления для измерения температур от 4,2 до 300 К и от 1„3 до 100 К. Терморезисторы — полупроводниковые термометры сопротивления. Для изготовления ЧЭ полупроводниковых термометров ПТС (терморезисторов), используемых для измерения температуры от — 100 до 300'С и выше„применяют смеси различных полупроводниковых веществ.
форма и виды изготовляемых ЧЭ весьма разнообразны. Наиболее распространенными видами ЧЭ ПТС являются цилиндрические, шайбовые и бусинковые. Для предохранения от возможных механических повреждений и воздействия среды, температура которой измеряется термометром, ЧЭ в зависимости от его назначения покрывают эмалью, помещают в защитный чехол и снабжают другими зашнтиыми устройствами. Терморезисторы являкися малоинерционпыми термометрами, что имеет существенное значение, например, для исследования нестационарных тепловых процессов.
Большое поминальное сопротивление полупроводниковых термометров (от единиц до сотен килоом) позволяет при измерении температуры не учитывать сопротивление проводов, соединяющих термометр с измерительным прибором. Кроме того, к достоинствам ПТС следует отнести возможность их использования в качестве бесконтактных температурных сигнализаторов (термореле).
К числу недостатков ПТС можно отнести следующее: 1. Отсутствие взаимозаменяемости изготовляемых в настоящее время ПТС. Вследствие этого номинальные значения сопротивлений и температурные коэффициенты даже для одного и того же типа ПТС имеют большой разброс. Это исключает возможность получения единой градуировочной таблицы для данного типа ПТС, и каждьш ПТС, предназначенный для измерения или сигнализации температуры, необходимо градуировать индивидуально. 2. Нелинеиный характер зависимости электрического сопротивления от температуры. 3.
Малая допускаемая мсщность рассеяния при прохождении измерительного тока. Следует отметить, что рассматриваемые ниже полупроводниковые термометры сопротивления для измерения температуры на электростанциях в настоящее время не применяются. Для выпускаемых ПТС для измерения температуры от — 100 до 300'С зависимость сопротивления их от температуры в интервалах, не превышающих 100'С, определяется выражением 120) )с', = А Т'ев г, (5-4-2) где )(,— сопротивление данного ПТС при температуре Т, Ом; Т вЂ” температура, К; А, Ь и  — постоянные коэффициенты, зависящие от свойств материала ЧЗ ПТС и его конструкции; е— основание натуральных логарифмов (е = 2,718). При применении полупроводниковых термометров в температурных интервалах, пе превышающих 25'С, зависимость их сопротивления от температуры может быть выражена упрощенной формулой я,= — Аее~г (5-4-3) 1радунровка ПТС, предназначенных для измерения температуры в интервале более чем 100"С, должна производиться по ряду экспериментальных точек в заданном диапазоне температур через каждые 10'С (20!.
Погрешность измерения температуры данной среды с помощью полупроводниковых термометров сопротивления (без учета погрешности измерительного прибора) зависит в основном от нестабиль- ности его сопротивления, погрешности градунровки, погрешности от перегрева и условий измерения температуры данной среды. Нестабильность ПТС является основным фактором, определяющим погрешность измерения температуры.
Критерием нестабильности ПТС принято считать изменение значения сопротивления (в процентах) после выдержки при максимальной по абсолютному значению рабочей температуре применении данного типа ПТС в течение 200 ч. Нестабильность ПТС, выпускаемых промышленностью для измерения температуры, достигает 0,5 — 1%. Нестабильность может быть значительно уменыпена путем специального отбора и продолжительного старения ПТС при их изготовлении. л При правильно выбранном 2 режиме старения погрешность й7,б 7 йбб измерения темпе~атуры из-за аь 6 нестабильности ТС может быть незначительной и лежать в пределах от 0,1 до 0,3%. Погрешность индивидуальной Я г 2 градуировки стабилизирован- Л ных ПТС, выполняемой в со- 74+ х ответствии с методическими а) 6) 1) указаниями ВНИИМ [201, может быть доведена до О, 1— Рис. 5-4-2.
Терморезисторы. 0,01'С. а — типа ММТ-! и КМТ-1; б — типа ММТ-4 ИЗМЕрнтЕЛЬНЫй ТОК, Прпн КМТ-4; а — типа КМТ-111 1 — чувствитальный вламант, покрытый вмвлью; 7 — контакт. тЕКаЮщнй ЧЕРЕЗ ПТС, дОЛжЕН выбираться таким, чтобы поскнй никол; б — стакло; б — металлическая фольга: 7 — слой олова. грешность от перегрева ЧЭ термометра за счет выделения в нем мощности рассеяния не превышала половины допускаемой погрешности измерения температуры. Допускаемая погрешность измерения температуры с помощью ПТС устанавливается равной значению нестабильности, указанному в паспорте на ПТС заводом-изготовителем. Устройство некоторых типов полупроводниковых чувствительных элементов ПТС показано на рис. 5-4-2.
В табл. 5-4-1 приведены основные характеристики полупроводниковых ПТС. С характеристиками других типов терморезисторов, выпускаемых промышленностью, можно познакомиться в 121, 22). При использовании нескольких однотипных ПТС в комплекте с одним измерительным прибором, шкала которого отградуирована в градусах Цельсия, важное значение приобретает унификация их характеристик.
Для обеспечения взаимозаменяемости применяют схему, образованную из ПТС ()тт) и постоянных маиганиновых резисторов йг и 1т„, соединенных параллельно и последовательно Т а 6 л и'КД 5-4-! Основные характеристики ЧЗ полупровохииковых сопротивления х термометров Номинальное сопротиэле- ние при хо'с, иом Рабочие температуры. с КоэфФициент рассеянии, ивт/К Поссаанная времени !нс Оолеех с Постоянная в!еэ,к тип чэ ММТ-1 ММТ-4 КМТ-1 КМТ-1! КМТ-! 4 КМТ-10 1 — 220 1 — 220 22 — 1000 100 — 3300 0,51 — 7Я!О 100 — 3300 20,6 — 43 20,6 — 43 36 — 72 ~36 4! — 70 ~ 36 — 60 —:+125 — 60 —:+125 — 60 —: +.180 0 — 125 — !Π—:+3 00 0 — !25 5 6 5 0,8 0,8 85 115 85 1О 60 прн !бс'С.
П р и и е ч а и н е. Номинальное сопротиаленне термореаистора КМТ-!4 иоринруется с ттг (рис. 5-4-3). Такая схема илн подобная ей позволяет с достаточной точностью совместить температурные характеристики ПТС одного и того же типа в двух точках !Пкалы. Полупроводниковые термометры со- лт лн противления нашли также применение лн в системах температурной сигнализации. Обязательным элементом этой системы рттс.
5-4-3. Схема, обеспечиявляется элементарная цепь, состоящая воюющая вааимоаамеияемссть из ПТС и постоянного резистора, вклю- Г1ТС. ченпого последовательно. Полупроводниковые термометры сопротивления, предназначенные для работы в системе температурной сигнализации, должны обладать возможно большим температурным коэффициентом сопротивления и, следовательно, постоянной В. л Чем выше температурный коэффн- 1 циент сопротивления или постоявпая В, тем больше крутизна падающего участка вольт-амперной харак! тернстнки ПТС (рнс.
5-4-4), что л обеспечивает лучшие условия срабатывания схемы температурной снгна! лнзации. Форма вольт-амперной характеристики ПТС в сильной степени тл зависит от его температуры. На зависимости формы этой характеристики от температуры основано явление релейного эффекта и применение ПТС в системе температурной сигнализации. Под релейным эффектом понимают резкое возрастание силы гока в цепи, состоящей из ПТС и последовательно соединенного Рис.
5-4-4. Статическая вольт ампериая хлрактериствка ПТС с ним манганинового резистора, вызываемое увеличением температуры среды, окружающей ПТС, и, следовательно, умеиыпением значения его сопротивления. Следует отметить, что условия, при которых в цепи возникает релейный эффект, не ограничиваются только изменением температуры среды, в которой находится ПТС, и, вообще говоря, весьма разнообразны [23, 241. 5-5.
Компенсационный метод измерения сопротивления термометра Компенсационный метод измерения сопротивлений широко применяется при точных измерениях температуры лабораторными термометрами сопротивления, а также при их градуировке. Применяемые в этом случае термометры сопротивления должны иметь четыре выводных проводника.
Два из них обычно называют токовыми, а два других — потенциальными. При примеяении таких термометров рассматриваемый метод измерения сопротивления позволяет полностью исключить влияние сопротивления соединительных проводников на результаты хг измерения, так как измерения производятся без потребления тока. Компенсационный мейра тод измерения сопротивлений используется также для измерения сопротивления пирои метрических милливольтметров и в ряде других случаев. Схема измерения сопротивлений компенсационным методом показана на рис. 5-5-1.
Как видно из првведенпой схемы, термометр сопротивления Й, включен последовательно с образцовым резистором йл в цепь источника постоянного тока. В качестве резистора ь;л обычно применяют образцовую катушку сопротивления класса 0,01. При использовании лабораторного термометра сопротивления второго разряда можно применять образцовую катушку сопротивления класса 0,02. В некоторых случаях, например при измерении сопротивления пирометрического милливольтметра, в качестве образцового резистора 1гм пользуются магазином сопротивления соответствующего класса точности.
Измерительный ток в схеме устанавливается с помощью реостата Дь а контролируется по падению напряжения на образцовом резисторе 1Ь посредством лабораторного потепциометра. Необходимое значение измерительного тока должно выбираться таким, чтобы при измерении температуры не вызывать заметного нагрева чувствительного элемента термометра сопротивления выделяющимся джоулевым теплом.
Потенциальные проводники от термометра сопротивления и образцовой катушки присоединены к переключателю О, с помощью которого лабораторный потенциомегр может быть поочередно подключен для измерения падения напряжения на образцовой катушке сопротивления Урр н па чувствительном элементе термометра У,. Если через 1 обозначить силу тока в цепи, то (l ч = Ыл, (У, = Ж„ откуда Я = — йн. и, и Ф (5-5-1) 5-6. Измерение сопротивления термометра мостом Сопротивление термометра с помощью моста можно измерить нулевым методом или методом отклонения. Ниже рассмотрим зти методы измерения сопротивления термометра. Измерение сопротивления термометра уравновешенным мостом. Уравновешенные четырехплечие мосты являются наиболее распространенными приборами для измерения сопротивления термометра нулевым методом как при градуировке термометра, так и при измерениях температуры в лаборал торных условиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
