Что называют градуировкой термометра кратко

Обновлено: 05.07.2024

Цель работы: Ознакомление с устройством и работой первичных измерительных преобразователей электрических термометров сопротивления, снятие характеристик металлических и полупроводниковых терморезисторов.

Инструмент и принадлежности к работе

2. Контрольный жидкостный термометр расширения.

3. Мост постоянного тока одинарный.

4. Градуируемые металлический и полупроводниковый терморезисторы.

Основные положения

Термометры сопротивления (терморезисторы) в настоящее время широко применяются для измерения температуры в диапазоне от —200 °С до +650°С. Они относятся к одним из наиболее точных преобразователей температуры. Например, платиновые терморезисторы позволяют измерять температуру с погрешностью порядка 0,001 °С. Работа их основана на свойстве металлических и полупроводниковых материалов изменять электросопротивление с изменением их температуры. Величина, характеризующая изменение сопротивления материалов в зависимости от температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), который определяется по формуле:

где — ТКС, К -1 (или ºСˉ¹); R₀ и R_t — электросопротивление при температуре соответственно 0 и t°C, Ом.

Металлические термометры сопротивления

Конструктивно металлический термометр сопротивления представляет собой чувствительный элемент из проволоки 1, бифилярно намотанной на каркас 2 из изоляционного материала (рисунок 7.1). Проволока токопроводящими пpoводами присоединена к зажимам 3 головки термометра. Чувствительный элемент помещен в защитный чехол 4, предохраняющий его от прямого контакта со средой, температуру которой измеряют.

Рисунок 7.1. – Металлический термометр сопротивления

Материал, из которого изготавливают чувствительный элемент, должен быть химически инертным, не изменять своих физических свойств при нагреве и не окисляться при взаимодействии с окружающей средой, ТКС должен быть по возможности устойчивым и высоким. Свойства материала должны быть легко воспроизводимы от партии к партии. Сопротивление должно быть связано с температурой простой зависимостью (предпочтительно линейной). В целях уменьшения габаритов чувствительного элемента желательно, чтобы удельное сопротивление было высоким. Таким условиям отвечает платина, медь и в меньшей степени никель и железо. Некоторые характеристики металлов, применяемых для изготовления терморезисторов, приведены в табл. 7.1.

Материал	ТКС в диапазоне 0—100°С	Удельное сопротивление при 20°С,	Температура плавления, °С
Платина Медь Никель	0,0039 0,00426 0,0063	0,105 0,017 0,08	1773 1083 1455

Соединительные провода изготавливают из материалов, которые обладают достаточной химической стойкостью и развивают незначительную термоэдс в паре с материалом чувствительного элемента. Для платиновых чувствительных элементов провода изготавливают из серебра, для медных — из меди.

Защитный чехол (арматура) — должен быть выполнен из жароустойчивого и достаточно прочного материала. Кроме того, материал должен быть химически стойким при нагревании, чтобы не загрязнять чувствительный элемент. Чаще всего чехол делают из коррозионностойких и жаропрочных сталей, например Х18Н9Т, иногда (для лабораторных термометров) из стекла, фарфора или кварца.

В зависимости от назначения металлические термометры сопротивления подразделяются на эталонные, образцовые и рабочие. Последние в свою очередь подразделяются на лабораторные и технические.

Чувствительные элементы эталонных, образцовых и в большинстве случаев лабораторных термометров сопротивления изготавливают из платиновой проволоки. Технические приборы имеют чувствительные элементы, изготовленные из платины, меди и реже никеля.

Основными характеристиками чувствительных элементов термометров сопротивления являются чувствительность, взаимозаменяемость термоэлектрических свойств и инерционность. Эти характеристики в некоторой мере зависят от сопротивления чувствительного элемента, которое принято характеризовать при 0°С (R_o). При проволоке одинакового диаметра размеры, инерционность и стоимость чувствительного элемента будут тем меньше, чем меньше его сопротивление R₀. Однако в этом случае необходимо применять более чувствительные и сложные вторичные приборы. Увеличение сопротивления R₀ чувствительного элемента упрощает работу с термометром, так как позволяет применять более простые вторичные приборы.

В нашей стране серийно выпускались платиновые (ТСП) и медные (ТСМ) технические термометры сопротивления. Термометры ТСП предназначены для измерения температуры в интервале от -200 до +1200°С, а ТСМ — от -50 до +180°С.

Номенклатура выпускаемых термометров сопротивления очень широка. В зависимости от назначения и конструкции они подразделяются по многим признакам, в том числе: по точности — на термометры классов I, II, III; по инерционности — с малой инерционностью (постоянная времени т. менее 9 с), средней инерционностью (т 2 ; 1/град 4 – постоянные коэффициенты.

Из уравнений (7.3) и (7.4) видно, что характеристики платиновых термометров сопротивления нелинейны, однако отклонение от линейной характеристики не превышает 5% в интервале от 0 до +500°С и 19% в интервале от 0 до +200°С.

1 Ознакомление с устройством термометров сопротивления.

2 Градуировка термометра сопротивления.

2. Общие сведения

В термометрах сопротивления (ТС) используется свойство металлов и полупроводниковых материалов изменять сопротивление в зависимости от температуры. Зная зависимость сопротивления от температуры, судят о температуре среды, в которую он погружен. Выходным параметром устройства является электрическая величина, которая может быть измерена с весьма высокой точностью (до 0.02 °С), передана на большие расстояния и непосредственно использована в системах автоматического контроля и регулирования.

В качестве материалов для изготовления чувствительных элементов ТС используются чистые металлы: платина, медь, никель, железо и полупроводники. Изменение электросопротивления данного материала при изменении температуры характеризуется температурным коэффициентом сопротивления(1/ °С):

где t - температура материала, °С

R_o и R_t - электросопротивление соответственно при 0 °С и температуре t , Ом

Чистые материалы имеют линейную зависимость электросопротивления от температуры и положительный температурный коэффициент сопротивления, достигающий 0.004 - 0.006 1/°С, т.е. увеличение температуры на один градус приводит к повышению сопротивления приблизительно на 0.4 - 0.6% от величины электросопротивления при 0 °С.

Сопротивление полупроводников с увеличением температуры резко уменьшается, т.е. они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, практически на порядок больший чем у металлов. Полупроводниковые ТС в основном применяются для измерения низких температур (от 1.5 до 400 °К).

Материал чувствительного элемента ТС должен иметь высокое удельное сопротивление, что обеспечивает небольшие габариты термометра; значительный коэффициент α для получения высокой чувствительности устройства; хорошую воспроизводимость состава; стойкость к агрессивному воздействию окружающей среды при повышенных температурах; стабильность характеристик во времени; хорошие экономические показатели; линейность зависимости сопротивления от температуры.

Наиболее хорошо указанным требованиям отвечает платина в интервале температур от -260 до 750 °С и медь в интервале температур от -50 до 180°С. Специальная конструкция платинового термометра сопротивления ТСП позволяет повысить верхний предел измерения до 1065°С. Платина является основным материалом для изготовления ТС. Она характеризуется достаточно высоким удельным сопротивлением ( ρ = 0.0981Е-6 Ом.м), устойчива к окислительной среде, имеет стабильную и хорошо воспроизводимую градуировку от партии к партии. К недостаткам следует отнести высокую стоимость, возможность загрязнения, повышения хрупкости в восстановительной среде и др. Однако достоинства платины обеспечивают наиболее точные измерения температур с помощью ТСП. К достоинствам меди следует отнести низкую стоимость, линейную зависимость сопротивления от температуры, возможность получения тонкой проволоки высокой степени чистоты и в различной изоляции. Недостаток медных термометров сопротивления (ТСМ) заключается в низком верхнем пределе измерения (до 180 °С), что вызвано значительным окислением меди при высоких температурах из-за разрушения изоляции. Медь имеет малое удельное сопротивление ( ρ= 0.0155е-6 Ом.м ). В диапазоне температур от - 50 до + 180 °С сопротивление меди находится в линейной зависимости от температуры:

где R_o и R_t -соответственно сопротивления ТСМ при температурах 0 и t°С Ом.

В качестве чувствительного элемента в полупроводниковых термометрах сопротивления (ТСПП) используют германий, окислы меди и марганца, титана и магния др. Зависимость сопротивления ТСПП от температуры в пределах от -100 до +300 °С определяется следующими выражением:(для температур до 100 °С):

где R_t -сопротивление данного ТСПП при температуре Т, Ом;

Т - температура, °К;

А, В - постоянные коэффициенты, определяемые материалом и конструкцией ТСПП.

Достоинством ТСПП являются небольшие габариты, малая инерционность, высокий коэффициент а. Однако они имеют и существенные недостатки:

1)нелинейный характер зависимости опротивления от температуры; 2) отсут ствие воспроизводимости состава и градуировочной характеристики, что исключает взаимозаменяемость отдельных ТС данного типа. Это приводит к выпуску ТСПП с индивидуальной градуировкой. В промышленности данные приборы имеют ограниченное применение.

Рис2.1 Термометр сопротивления

Термометр сопротивления (рис.2.1) состоит из сердечника 1, выполненного из электроизоляционного материала. На сердечник намотана бифилярно платиновая проволока 2 диаметром 0.05 мм или медная диаметром 0.1 мм. Для предохранения от

механических повреждений чувствительный элемент ТС помещают в защитную арматуру 3.

Чувствительные элементы ТСПП выполнены в виде небольших цилиндриков, шайбочек, пластинок или бусинок.

На рис.2.2 показано устройство ТСПП типа КМТ-1 и ММТ-1.

Рис. 2.2 Полупроводниковые термометр сопротивления КМТ-1 и ММТ-1 1-чувствительный элемент,2-контактные колпачки,3-выводы

Нестабильность градуировочной характеристики, необходимость индивидуальной градуировки в значительной степени ограничивает область применения ТСПП.

1. Цель работы

1 Ознакомление с устройством термометров сопротивления.

2 Градуировка термометра сопротивления.

2. Общие сведения

где t - температура материала, °С

R_o и R_t - электросопротивление соответственно при 0 °С и температуре t , Ом

где R_o и R_t -соответственно сопротивления ТСМ при температурах 0 и t°С Ом.

где R_t -сопротивление данного ТСПП при температуре Т, Ом;

Т - температура, °К;

А, В - постоянные коэффициенты, определяемые материалом и конструкцией ТСПП.

Рис2.1 Термометр сопротивления

механических повреждений чувствительный элемент ТС помещают в защитную арматуру 3.

Чувствительные элементы ТСПП выполнены в виде небольших цилиндриков, шайбочек, пластинок или бусинок.

На рис.2.2 показано устройство ТСПП типа КМТ-1 и ММТ-1.

Градуировка термометров производится при погружении в термостат всей нижней части термометра. По заказу потребителя допускается производить градуировку термометра на другую глубину погружения, которая обозначается на обратной стороне шкальной пластины символом и цифрой, показывающей глубину погружения в миллиметрах. [1]

Градуировка термометра 12а; термометры характеризуются большой инерционностью и выполнены без головки, с водозащищенным выводом бронированного провода. [2]

Градуировка термометра 12а; термометры характеризуются обыкновенной инерционностью и выполнены с водозащищенной головкой. [3]

Градуировка термометров зависит от материала чувствительного элемента и его электрического сопротивления при 0 С. [4]

Градуировка термометров трех групп производится либо при погружении их до отметки соответствующей отсчитываемой температуры ( полное погружение), либо при частичном погружении в среду с измеряемой температурой. [5]

Градуировка термометра производится в водяном термостате или сосуде с водой, в который помещают лабораторный ртутный термометр и терморезистор. Нагревая воду от 0 до 100 С, намечают на шкале прибора деления в соответствии с показаниями лабораторного термометра. [7]

Градуировка термометров зависит от материала чувствтчм - iioio элемента и сто сопротивле-ния при 0 С. Допустимы следующие отклонения при 0е С: для медных термометров - - - не бо-тео 0 053 ом: для платиновых - 0 1 или 0 046 он. [9]

Градуировка термометров производится либо при погружении их до отметки соответствующей отсчитываемой температуры ( полное погружение), либо при частичном погружении в среду с измеряемой температурой. [11]

Градуировка термометра 12а; термометры характеризуются большой инерционностью и выполнены без головки, с водозащищенным выводом бронированного провода. [12]

Градуировка термометра 12а; термометры характеризуются обыкновенной инерционностью и выполнены с водозащищенной головкой. [13]

Градуировка термометра и вычисление температуры проводятся совершенно так же, как и в случае образцового термометра ( см. гл. Обычно градуировка термометра производится в специальных поверочных лабораториях. [14]

Градуировка термометра 12а; термометры характеризуются большой инерционностью и выполнены без головки, с водозащищенным выводом бронированного провода. [15]

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Министерство общего и профессионального образования РФ.

Обнинский Государственный Технический Университет Атомной Энергетики.

Лабораторная работа №3

“ Градуировка термометра сопротивления.”

студенты группы ТД-06

Петряев Ю., Пильщикова Е., Сидоренко И.

Провести градуировку термометра сопротивления по точкам таяния льда (0°С), кипения воды (t H2O )

Измерительная схема экспериментальной установки представлена на рисунке. Сопротивление термометра сопротивления измеряется потенциометрическим методом, т.е. путем сравнения с образцовым сопротивлением. Измерительным прибором является потенциометр Р368.

Потенциальные и токовые провода термометра сопротивления (Rt) подсоединяются к соответствующим клеммам на колодке (КК). Переключателем (П) термометр включается в цепь рабочей батареи (РБ). В эту же цепь последовательно с термометром сопротивления включено образцовое сопротивление ( Rэ ). Ток в цепи регулируется магазином сопротивлений (РЗЗ) и контролируется по миллиамперметру ( mA ). Переключателем (П 1 ) на клеммы (X) потенциометра P 368 могут быть поочередно включены термометр сопротивления (Rt) и образцовое сопротивление (Rэ ). С помощью переключателя (II) можно изменить направление тока, при этом полярность на клеммах переключателя (П ) не изменится.

Упрощенная принципиальная схема потенциометра Р368:

1АК включение АК при настройке рабочего тока

2АК включение АК при поверке приборов

3АК включение АК при установке напряжения в параллельной цепи ваттметра

И указывающий прибор АК

1П1 и 1П2 переключатели пределов измерения

2П и 3П переключатели I и II декад

7П переключатель декады фиксированных напряжений

8П декада нормального элемента

Х измеряемое напряжение

ДН делитель напряжения

НЭ нормальный элемент

Полуавтоматический потенциометр Р368 предназначен для проверки градуировки вольтметров, амперметров и ваттметров на постоянном токе, а также для измерения токов, напряжений и сопротивлений.

Потенциометр состоит из неавтоматической части, имеющей две декады ручной компенсации измеряемого напряжения, декады фиксированных напряжений, декады НЭ и автоматической части автокомпенсатора напряжения (АКН). АКН работает со встроенным усилителем.

Действие термометра сопротивления основано на изменении электрического сопротивления металлических проводников в зависимости от температуры. Так как при нагреве металлы увеличивают своё сопротивление, зная зависимость сопротивления проводника от температуры и определяя это сопротивление при помощи электроизмерительного прибора, можно судить о температуре проводника.

Чувствительный элемент термометра сопротивления состоит из тонкой спиральной проволоки (обмотка), изолированной и помещенной в металлический защитный чехол с головкой для подключения соединительных проводов. Для изготовления термометров сопротивления широко используются платина и медь.

Градуировка платиновых термометров сопротивления в интервале температур от 0 0 С до 660 0 С производится по трем реперным точкам точка таяния льда - 0 0 С, точка кипения воды 100 0 С и точка кипения серы 444 0 С. Сопротивление платинового термометра в этом интервале температур находится по формуле

R t = R 0 *(1+ A * t + B * t 2 ), (1)

где R t сопротивление термометра при температуре t 0 C , R 0 сопротивление термометра при температуре 0 0 С, A , B постоянные, определяемые по точкам кипения воды и серы.

Если в уравнении (1) определены все постоянные, то температура может быть вычислена по сопротивлению термометра в виде

t = [( R 1 / R 0 1)+ B * t 1 2 ] / ( A +2* B * t 1 ) (2)

Вычисление по формуле (2) проводятся по методу последовательных приближений. В первом приближении температура вычисляется по формуле

t = ( R 1 / R 0 1) / A (3)

во втором по формуле (2). Обычно бывает достаточно второго приближения.

Таким образом, градуировка платинового термометра сопротивления сводится к определению постоянных R 0 , A и B . Сопротивление R 0 измеряют непосредственно. Для определения А и В измеряют сопротивление термометра при температуре кипения воды - R t ( H 2 O ) и при температуре кипения серы R ts = 121,5 Ом.

Градуировка медного термометра сопротивления производится по двум реперным точкам: таяния льда 0 0 С и кипения воды t ( H 20) 0 C . Сопротивление медного термометра в интервале температур от 0 0 С до 180 0 С находится по формуле

R t = R 0 *(1+ αt ) , где R 0 измеряется непосредственно, α определяется по сопротивлению при температуре кипения воды.

Читайте также: