8.1.3. Электрические термометры сопротивления

Принцип действия электрических термометров сопротивления основан на функциональной зависимости электрического сопротивления проводника, используемого в качестве чувствительного элемента, от температуры.

У металлов с ростом температуры проводника растет его электрическое сопротивление, у полупроводников – падает. Зная зависимость электрического сопротивления проводника от температуры и измеряя его величину, можно судить о температуре среды, в которую он помещен.

Металлы, из которых изготавливают чувствительные элементы термометров сопротивления, должны быть устойчивыми к окислению, к нагреванию, иметь однозначную зависимость сопротивления от температуры, высокий и постоянный температурный коэффициент электрического сопротивления, обеспечивающий высокую чувствительность при измерении температуры, близкую к линейной зависимость сопротивления проводника от температуры, обладать противокоррозионными свойствами. Наиболее полно перечисленным характеристикам отвечает платина в широком диапазоне температур, в меньшей степени – медь и никель.

Платина – дорогостоящий материал, химически инертен к окислительным средам, легко получается в чистом виде. При температуре t полное сопротивление R_t (Ом) термометра определяется зависимостями

для t ≥ 0 R_t = R₀ ( 1 + At + Bt² ); (8.3 )

для t ≤ 0 R_t = R₀ [ 1 + At + Bt² + Ct³ (t – 100)] . (8.4)

Чистота платины характеризуется отношением сопротивления R₁₀₀ при температуре 100 °С к сопротивлению R₀ при 0 °С. Особо чистая платина имеет

R₁₀₀ : R₀ = 1,3925. (8.5)

Чем больше загрязнена платина, тем меньше это отношение. Диапазон измеряемых температур – [−260 ÷ + 850 °С].

Медь получают электролитическим путем, поэтому она отличается высокой степенью чистоты. Однако при значительных температурах наблюдается интенсивное окисление даже изолированных медных проводов. Поэтому верхний предел измерения температуры составляет +180 °С при нормальных условиях и в вакууме – до +700 °С. Отношение R₁₀₀ : R₀ составляет 1,426.

Технические платиновые термометры сопротивления чаще всего выполняются в виде, представленном на рис. 8.6.

Чувствительный элемент термометра сопротивления состоит из слюдяной пластинки с зубчатыми краями, на которую бифилярно намотана неизолированная платиновая проволока. Бифилярной называется намотка, при которой провод наматывается вдвое на слюдяную пластинку (рис. 8.6, в). Бифилярная намотка необходима для того, чтобы исключить появления индукционного сопротивления. Пластинку с намотанной на неё платиновой проволокой накрывают с двух сторон слюдяными пластинками таких же размеров. Три пластинки скрепляются серебряной лентой в пакет. Чувствительный элемент помещен в фарфоровую трубку (рис. 8.6, б), которая с торцов плотно закрыта пробками. Боковые каналы каркаса плотно заполнены керамическим порошком, который служит изолятором. К концам платиновой проволоки припаяны выводы из платины или иридиево-родиевого сплава. Чувствительный элемент термометра помещен в защитный чехол (рис. 8.6, а).

У малоинерционных термометров сопротивления платиновая проволока наматывается на стеклянный стержень, оплавляется стеклом и помещается во внешний защитный чехол.

а Р и с. 8.6. Конструкция платинового термометра сопротивления (начало)

б в

Р и с. 8.6. Конструкция платинового термометра сопротивления (окончание): а – термометр в защитном чехле; б – чувствительный элемент термометра; в – схема бифилярной намотки проволоки

Медные термометры сопротивления используются в диапазоне температур от 50 до 180 °С благодаря низкой стоимости.

В табл. 8.2 приводятся характеристики трех наиболее часто применяемых типов термометров сопротивления.

Таблица 8.2

Тип ТС	Ном. знач. R0, Ом, при 0 ºС	Номинальное значение W100=R0/R100, (R100,Ом, при 100 ºС)	Диапазон измерения температур, ºС	Класс допуска. Дополнительное отклонение R (в % от R0 при 0 ºС). Предел допускаемого отклонения (±) от НСХ, ºС при Т=100 ºС W100=R0/R100,			Класс допуска НСХ ТС
				А	В	С	СНГ	Межд.
ТСП	1 10 50 100 500	1,3850-1,3910	-260 – +850	0,05 0,15+0,002t от -220 до +850	0,1 0,3+0,005t от -220 до +1100	0,2 0,6+0,008t от-220 до+1100	1П 10П 50П 100П 500П	Pt 1 Pt 10 Pt 50 Pt 100 Pt 500
ТСМ	10 50 100	1,4260-1,4280	-200 – +200	0,15+0,002t от -50 до +120	0,25+ +0,0035t от -200 до +200	0,5+0,0065t от -200 до +200	10М 50М 100М	Cu10 Cu 50 Cu 100
ТСН	100	1,6170	-60 – +180			0,24 0,3+0,0165t от-60 до 0 0,3+0,008t от-0 до +180	100Н	Ni 100

^{К недостаткам платиновых терморезисторов относится высокая загрязняемость платины парами металлов при высоких температурах.}

Градуировка рабочих металлических термометров сопротивления осуществляется по двум реперным точкам: первой точкой является тройная точка воды – 0 °С и второй – точка фазового перехода между жидкой о парообразной фазой воды при нормальных условиях – 100 °С. В этих точках определяются R₀ = f(T = 0 °С) и R₁₀₀=f (T=100 °С). По величине отношения R₁₀₀/R₀ и отклонения R₀ от паспортного значения судят о пригодности данного термометра к дальнейшей эксплуатации. Значения R₀ и R₁₀₀/R₀ приведены в ГОСТ 6651-94 для каждого типа термометра сопротивления.

Достоинством электрических термометров сопротивления по сравнению с термоэлектрическими термометрами является независимость погрешности измерения от величины измеряемой температуры. Погрешность измерения определяется классом точности прибора, измеряющего величину электрического сопротивления термометра.