1.5 Термопреобразователи сопротивления (тпс)

Измерение температуры с помощью ТПС основано на свойстве металлов и полупроводниковизменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры: если известна градуировочная характеристика (функция преобразования)  R= f(t), то, измерив R, можно определить температуру среды, в которую он погружен.

ТПС надежно измеряют температуру в пределах  -260+1100^оС.

Металлические ТПС: для изготовлениястандартизированныхТПС применяютплатину(ТСП) имедь(ТСМ).

К ТПС из металлического проводника предъявляются требования:

1) стабильность градуировочной характеристики;

2) взаимозаменяемость изготавливаемых ТПС;

3) линейность функции R(t) = f(t) (желательно);

4) высокий температурный коэффициент электрического сопротивленияα;

5) большое удельное сопротивлениеρ;

6) невысокая стоимость.

Чем чище металл, тем в большей степени он отвечает указанным требованиям.

Платина– наилучший материал для ТПС:α = 3,94∙10^-3оС^-1;ρ = 0,1∙10^-6Ом∙м; диапазон измеренияΔt^о = -260+1100^оС. ТПС из Pt – наиболее точные первичные преобразователи диаметром проволоки 0,050,5 мм. Они используются в качестве рабочих, образцовых, эталонных термометров.

Медь– легко получается в чистом виде, недорогой металл, зависимость R_t = f(t) линейна в широком диапазоне температур,α = 4,26∙10^-3оС^-1;  диапазон измерения Δt^о  =     -50+200^оС. При t^о>200^оС медь активно окисляется и поэтому не используется.

Никель и железо:  диапазон измеренияΔt^о = -50+250^оС; высокийα, однако эти ТПС широко не применяются, т.к. градуировочная характеристика нелинейна, а главное – нестабильна и невоспроизводима, поэтому ТПС из никеля и железа не стандартизированы.

Конструкция металлических ТПС: тонкая проволока из платины или меди наматывается на каркас из керамики, слюды, кварца и т.п. Каркас с проволокой покрывают слюдой. Каркас помещают в алюминиевую защитную гильзу. Гильзу помещают во внешний стальной замкнутый чехол, который устанавливают на ОИ с помощью штуцера.

Полупроводниковые ТПС: диапазон измеренияΔt^о= -100+300^оС. Используют полупроводники:  оксид магния, кобальта, марганца, титана, меди, кристаллы германия.

Преимущества полупроводниковых ТПС:

1) большой отрицательный коэффициентα;

2) очень чувствительны к изменения температуры;

3) значительное удельное сопротивление.

Недостатки полупроводниковых ТПС:

1) значительная нелинейность R_t = f(t) (экспоненциальная зависимость);

2) невоспроизводимость градуировочной характеристики, поэтому полупроводниковые ТПС даже одного и того же типа имеют индивидуальные градуировки и невзаимозаменяемы. Исключением являются германиевые ТПСΔt^о = 30—90^оК.

ТПС из полупроводников редко используются для измерения температуры. Они широко используются в системах температурной сигнализации, вследствие присущего им релейного эффекта – скачкообразного изменения сопротивления при достижении определенной температуры. Также  ТПС из полупроводников используются в качестве чувствительных элементов в различных газоаналитических автоматических приборах. Чувствительные элементы из полупроводников выполняются в виде цилиндров, шайб, бусинок малых размеров.