Теплотехнические измерения и инновационные измерительные технологии, страница 16

Кроме металлов для изготовления термометров сопротивления применяют полупроводниковые материалы: германий, окислы меди, марганца, кобальта, магния, титана и их смеси. Поскольку полупроводниковые материалы имеют большой отрицательный температурный коэффициент сопротивления и большое удельное сопротивление, то можно изготавливать малогабаритные термопреобразователи, обладающие значительным коэффициентом преобразования. Зависимость сопротивления полупроводникового термометра описывается выражением:

                                                  ,         (5.24)

где     R₀ – сопротивление термометра при температуре T₀ = 293 K (20 °C);

          B – коэффициент, зависящий от термометрических свойств термометра, K.

На рис. 5.19 (а) представлена одна из распространенных конструкций терморезисторов, предназначенных для измерений от – 90 до 180 °C; на рис. 5.19 (б) – зависимость сопротивления терморезистора  от температуры t в интервале от 0 до 100 °C. Чувствительные элементы показанных терморезисторов состоят из смеси окислов кобальта (типа КМТ) и окислов меди и марганца (типа ММТ).

В связи с тем, что технология полупроводниковых термопреобразователей сопротивления не позволяет изготавливать их с идентичными характеристиками, все они имеют индивидуальные градуировочные характеристики. Полупроводниковые терморезисторы нашли широкое применение в системах температурной сигнализации, т. к. они обладают способностью снижать свое сопротивление скачкообразно в несколько раз, что вызывает лавинообразное увеличение тока и срабатывание устройств в цепях предупредительной сигнализации или автоматической защиты (релейный эффект).

На рис. 5.20 показан германиевый терморезистор, применяемый при низкотемпературных измерениях и для воспроизведения температурной шкалы МПТШ-68 в интервале то 4,2 до 13,81 K. Он представляет собой медную луженую гильзу 1, заполненную газообразным гелием, закрытую герметичной пробкой 2. Внутри помещен монокристалл германия 3, легированного сурьмой. К кристаллу приварены четыре золотых проводника 4, имеющих платиновые выводы 5. Кристалл изолирован пленкой 6. Подобные термометры используют для измерения температуры от 1,5 до 50 K.

Измерение температуры термометром сопротивления выполняют путем подключения его к вторичному прибору – уравновешенному или неуравновешенному мосту или магнитоэлектрическому логометру. Использование соединительных проводов приводит к увеличению сопротивления измерительной цепи. Чтобы исключить или уменьшить влияние дополнительного сопротивления на результат измерения, применяют различные способы, зависящие от схемы подключения термометра и метода измерения или схемы измерительного прибора.

Различают двух-, трех- и четырехпроводные схемы подсоединения термометров сопротивления к измерительному прибору (рис. 5.21).

Если применена двухпроводная схема соединения (рис. 5.21, а), то обязательно следует выполнять подгонку сопротивления соединительных проводов R_л в обоих ветвях равному их сопротивлению при градуировке прибора – . Операции подгонки выполняют по схеме (рис. 5.22) в следующей последовательности. После монтажа реальной схемы соединения (рис. 5.22, а) в одну из ветвей включают сопротивление R_пк подгоночной катушки и эквивалентное сопротивление R_экв. R_экв выбирают равным одному из значений сопротивления термометра при температуре 50, 100 или 200 °C (в соответствии с номинальной стандартной характеристикой термометра – НСХ). Затем термометр закорачивают (рис. 5.22, б) и изменяют сопротивление подгоночной катушки до тех пор, пока показания прибора не будут соответствовать выбранной температуре, на которую включено R_экв. После этого R_экв закорачивается, а закоротка с термометра снимается.