Средства проведения теплофизических измерений. Средства измерения температур. Классы точности средств измерений, страница 7

Сигнал первичного преобразователя через усилитель постоянного тока 4 подается на регистрирующее устройство (осциллограф) 5. Для настройки аппаратуры в комплект может входить градуировочное устройство 6.

Отверстие в стволе выполняется таким образом, чтобы его ось находилась в середине нарезов, а сам датчик устанавливался заподлицо с внутренней поверхностью (глубина установки датчика может регулироваться подбором шайбы или набора шайб). Расстояние между торцом датчика и горячим спаем термопары (глубина заделки термопары) не должна превышать 0.5-1.0мм, так как более глубокая заделка термопары увеличивает инерционность датчика, и, как следствие, погрешность измерения температуры. 

Основными преимуществами термопар является простота их изготовления и их малая инерционность, а также дешевизна. Недостатки – малая механическая прочность (необходимость защиты), протяженные провода до холодного спая, невысокая точность.

Термометры сопротивления

Кроме термопар в электрических системах измерения температуры могут использоваться параметрические датчики – термометры сопротивления (терморезисторы).

Обычно терморезистор представляет собой тонкую медную или платиновую проволоку помещенную в корпус с керамическим порошкообразным

заполнением, меняющую свое электрическое сопротивление при изменении температуры. На рисунке 2.15 показан вид серийно выпускаемого термометра сопротивления ТСМТ. Обычно используемые значения сопротивлений – это 10, 50 или 100 ом.

Медные терморезисторы используются в диапазоне температур от ‑50⁰С до + 180⁰С, а платиновые – в диапазоне -200 … +650⁰С.

Напряжение на резисторе пропорционально току. Величина стабилизированного тока составляет 1милиампер, так как большее значение может привести к перегреву, и, как следствие, к увеличению погрешности измерения. Это же напряжение может быть подано на вход аналого-цифрового преобразователя, для последующей цифровой регистрации и обработки.

Простейшим измерительным прибором, предназначенным для работы совместно с терморезистором, является логометр (рис. 2.16). В одно из плеч моста включается терморезистор R_Т, а для обеспечения предварительной настройки прибора в другое плечо включается подстроечный резистор R_П.

При изменении температуры происходит изменение величины сопротивления R_Т и перераспределение токов  I₁ и I₂ в плечах логометра. Так как данные токи протекают через взаимно пересекающиеся рамки, помещенные в поле постоянного магнита, то изменяются и соответствующие поворачивающие моменты М₁ и М₂. В результате происходит поворот рамок и связанной с ними стрелки прибора до положения, в котором наступает равновесие моментов М₁ и М₂.

Альтернативой применению логометров является использование вольтметров для измерения напряжения, падающего на терморезисторе при питании его от источника стабилизированного постоянного тока.

Другие первичные преобразователи температуры

В последние годы появилась «пленочные» термопары – разновидность термопар, выполненных по технологии многослойного напыления различных металлов (например, никель – золото) на изолирующих подложках. При этом спай термопары заменяется двухслойным напылением соответствующих металлов. Для обеспечения малой инерционности пленочного термопарного преобразователя необходимо использовать тонкие изолирующие подложки (5 – 20 мкм). Это не всегда возможно по условиям применения ПП, например, при измерении температуры в среде под давлением, или в жидкости, движущейся с высокими скоростями.     

В настоящее время использование современных кремниевых технологий,  технологий  напыления и пленочных термопар позволяют создавать уникальные измерительные приборы, например, измеритель мощности переменного тока (от постоянного тока герца до сотен мегагерц). Основой такого прибора является тонкая многослойная подложка (толщиной 2 мкм) на основе кремния и его соединений. Основное свойство этой подложки – нулевой температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР). На такой подложке размещается тонкопленочный нагреватель - резистор, и батарея (до 50 штук) пленочных термопар. Такие приборы разработаны только в Германии и России.