Термопреобразователи сопротивления (ТПС)

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

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

Металлические ТПС: для изготовления стандартизированных ТПС применяют платину (ТСП) и медь (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 сопротивления α;

5) большое удельное сопротивление ρ;

6) невысокая стоимость.

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

Платина – наилучший материал для ТПС: α = 3,94∙10^{-3 о}С^-1; ρ = 0,1∙10^-6 Ом∙м; диапазон измерения Δt^о = -260 +1100 ^оС. ТПС из Pt – наиболее точные первичные преобразователи диаметром проволоки 0,05 0,5 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^{-3 о}С^-1; диапазон измерения Δt^о = -50 +200 ^оС. При t^о >200^оС медь активно окисляется и поэтому не используется.

Никель и железо: диапазон измерения Δt^о = -50 +250 ^оС; высокий α, 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 измерения Δt^о= -100 +300^оС. Используют полупроводники: оксид магния, кобальта, марганца, титана, меди, кристаллы германия.

Преимущества полупроводниковых ТПС:

1) большой отрицательный коэффициент α;

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 ТПС Δt^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.