Платина и изготовляемые из нее термометры сопротивления

2. Платина и изготовляемые из нее термометры сопротивления

Чистая платина отвечает в наибольшей степени всем основным требованиям, предъявляемым к металлам для изготовления ЧЭ термометров сопротивления. Термометры с ЧЭ из платиновой проволоки диаметром от 0,05 до 0,1 мм применяются в лабораторной и промышленной практике для измерения температуры от –260 до +750°С.

При применении платиновых термометров сопротивления для измерения температуры от –260 до –180°С необходимо иметь в виду, что в этом случае приходится измерять весьма малые сопротивления, особенно в нижней части температурного интервала. Поэтому при измерении низких температур платиновыми термометрами сопротивления необходимо применять в комплекте с ними измерительные приборы, которые позволяют измерять с высокой точностью сотые доли Ома.

Платиновые термометры сопротивления в отдельных случаях используются для измерения и более высоких температур, например, в метрологической практике до 1065°С. При этом необходимо учитывать, что платина при высокой температуре (близкой к 1000°С) начинает распыляться. Поэтому для уменьшения влияния распыления платины, а следовательно, и увеличения срока службы чувствительный элемент термометра сопротивления, предназначенный для измерения температуры до 1100°С, изготовляют из платиновой проволоки диаметром около 0,5 мм.

Чистая платина в окислительной (воздушной) среде устойчива и длительное время сохраняет свои градуировочные данные. Однако такие условия применения платины при измерении температуры в практических условиях не всегда могут быть обеспечены. Поэтому чувствительный элемент термометра должен быть надежно защищен от возможного механического повреждения, попадания влаги, загрязнения платины, губительного действия на нее восстановительных и агрессивных газов, содержащихся в среде, температуру которой измеряют термометром.

К недостаткам платины следует отнести отклонение от линейного закона зависимости ее сопротивления от температуры (рис. 2.1). Однако все другие достоинства платины в достаточной степени искупают указанный недостаток, и позволяют считать платиновый термометр сопротивления наиболее точным из числа первичных преобразователей, предназначенных для измерения температур в той же области.

Платиновые термометры сопротивления в зависимости от их назначения разделяются на следующие три основные группы: эталонные, образцовые (1-го и 2-го разрядов) и рабочие.

Термометры рабочие в свою очередь подразделяются на термометры повышенной точности (лабораторные) и технические.

Рис. 2.1. Зависимость отношения R_t к R₀ для некоторых металлов от температуры

Эталонные платиновые термометры сопротивления служат для воспроизведения международной практической температурной шкалы МПТШ-68 в области температур от 13,81 (–259,34) до 903,89 (630,74) К (°С). Относительное сопротивление W_t термометра определяется по формуле

W_t = R_t / R₀ (2.1)

где R_t — сопротивление термометра при температуре t, Ом; R₀ — сопротивление термометра при температуре 0°С (273,15 К), Ом.

Относительное сопротивление термометра должно быть не менее 1,39250 при t = 100°С.

Для области от 0 до 630,74°С температуру t в градусах Цельсия рассчитывают по уравнению

где

здесь R (t') и R₀ – сопротивления термометра при температуре t' и 0°С соответственно, Ом; α и δ — константы, определяемые измерением сопротивления термометра в тройной точке воды, точке кипения воды или затвердевания олова и точке затвердевания цинка.

Последнее уравнение (2.3) эквивалентно уравнению

 (2.4)

где A = α(1+δ/ 100°С); B = -10^-4αδ°С^-2.

Для области от 13,81 (–259,34) до 273,15 (0) К (°С) температуру определяют по формуле

W_T=W_ст(T) + ∆W(Т) (2.5)

где W_Т – относительное сопротивление платинового термометра; W_cт (Т) – относительное сопротивление, соответствующее стандартной функции.

Поправки ∆W(T) при температурах основных реперных точек получают из измеренных значений W_Т и соответствующих значений W_ст(T). Поправка ∆W(T) при промежуточных температурах определяют интерполяционными формулами.

До введения МПТШ-68 применялась шкала МПТШ-48. Чистота платины, из которой изготовляют эталонный термометр для воспроизведения шкалы МПТШ-48 в области от –182,97 до 630,5°С, должна быть такой, чтобы для него соблюдалось отношение сопротивлений R₁₀₀/R₀ ≥ 1,392.

Для интервала от 0 до 630,5°С МПТШ-48 используется интерполяционная формула

R_t = R₀(1+At+Bt²), (2.6)

где R_t – сопротивление термометра при температуре t, Ом; R₀ – сопротивление того же термометра при 0°С, Ом.

Для интервала от –182,97 до 0°С применяется уравнение

R_t = R₀ [1 + At + Bt² + Ct³ (t–100)]. (2.7)

Постоянные A, B и C определяются в точках кипения воды, серы (или в точке затвердевания цинка) и кислорода.

Образцовые платиновые термометры сопротивления 1-го и 2-го разрядов, применяемые от –182,97 до +630,5°С, изготовляют из чистой платины, позволяющей получить для них отношения сопротивлений R₁₀₀/R₀≥1,392 и R₁₀₀/R₀≥1,391 соответственно. Образцовые термометры 1-го разряда, поверяемые по рабочим эталонам, применяют для поверки образцовых термометров 2-го разряда, образцовых ртутных термометров, образцовых медь-константановых термоэлектрических термометров и для контроля температуры кипения или затвердевания веществ, применяемых при поверке термометров. Образцовые термометры сопротивления 2-го разряда служат для поверки рабочих термометров.

Значения сопротивлений образцовых термометров 1-го и 2-го разрядов в свидетельствах указываются с количеством значащих цифр, соответствующим точности градуировки.

Платиновые термометры сопротивления повышенной точности, применяемые для точных измерений температуры, изготовляют из той же платины, что и образцовые термометры. В зависимости от требований, предъявляемых к точности измерения температуры, термометры сопротивления повышенной точности поверяются по методике поверки образцовых термометров 1-го или 2-го разрядов.

Для области температур от 13,8 до 273,15 K применяют образцовые платиновые термометры ТСПН-1 (погрешность ±0,01 К). Изготовляют также для указанной области температур платиновые термометры повышенной точности ТСПН-2А и ТСПН-Б, различающиеся между собой защитными гильзами, в которых находятся чувствительные элементы.

Для измерения низких температур в области от –260 до +250°С изготовляют платиновые термометры повышенной точности типа ТСП-4050 и ТСП-8003, пределы допускаемой погрешности которых ±0,2°С, а также типа ТСП-9003 и ТСП-8004, погрешность которых лежит в пределах от –0,05 до +0,1°С.

Технические платиновые термометры сопротивления типа ТСП предназначаются для длительного измерения температуры от –200 до 650°С. Термометры сопротивления этого типа изготовляются двух классов (1-го и 2-го) с номинальными значениями сопротивлений при 0°С (R₀) равными 10; 46; 100 Ом, которым присвоено обозначение градуировки соответственно гр20, гр21 и гр22.

Термометры ТСП с начальным сопротивлением R₀ = 10 Ом целесообразно применять для измерения температуры выше 200°С. При этом имеется в виду, что термометр сопротивления присоединяется к измерительному прибору по трехпроводной схеме. В тех случаях, когда термометр используется для измерения низких температур (ниже 0°С), рекомендуется применять высокоомные термометры с R₀ = 46 Ом, а в некоторых случаях с R₀ = 100 Ом. При применении высокоомных термометров при прочих равных условиях изменение показаний измерительного прибора вследствие изменения сопротивления соединительных проводов (при двух- или трехпроводной схеме включения термометра), под влиянием температуры окружающего воздуха, будет значительно меньше, чем при использовании низкоомных термометров сопротивления.

В целях обеспечения взаимозаменяемости технических термометров типа ТСП установлены допуски на отклонения сопротивления чувствительного элемента термометра при 0°С (R₀) от номинального значения и отношения сопротивлений R₁₀₀/R₀. Для термометров ТСП класса 1 допустимое отклонение сопротивления чувствительного элемента R₀ от номинального значения не должно превышать ±0,05%, а для термометров класса 2 – ±0,1 %. Отношения сопротивлений R₁₀₀/R₀ установлены равными 1,391 ± 0,0007 для термометров класса 1 и 1,391 ± 0,001 для термометров класса 2. Принятые допуски на основные параметры технических платиновых термометров сопротивления позволили стандартизировать их градуировочные таблицы и установить максимально допускаемые отклонения значения электрического сопротивления термометров ТСП от данных этих таблиц. Максимально допускаемые отклонения от градуировочных таблиц могут быть вычислены по формулам, приведенным в таблице 1. В этой таблице t – абсолютное значение температуры чувствительного элемента термометра, °С.

Таблица 1. Максимальные допускаемые отклонения от градуировочных таблиц термометров сопротивления ТСП и ТСМ

Следует отметить, что значение электрического сопротивления платинового термометра при 0°С ≤ t ≤ 650°С и –200°С ≤ t ≤ 0°С, приведенные в градуировочных таблицах, вычислены соответственно по формулам (2.6) и (2.7). При вычислении значений R_t по этим формулам постоянные коэффициенты принимались равными: А = 3,96847·10^-³ °С^-¹, В = –5,847·10^-7 °С^-²; С = –4,22·10^-¹² °С^-4.

Похожие работы

Интеллектуальные датчики

Скачать

123695

1

3

... ИД состоит в выполнении им, помимо основной функции, функции автоматического метрологического самоконтроля - контроля метрологической исправности. Для повышения эффективности проектирования интеллектуальных датчиков необходимо создание баз данных, касающихся: 1. физических и химических процессов в чувствительных элементах датчиков, порождающих рост опасных составляющих погрешности; 2. динамики ...

Технологические измерения и приборы

Скачать

24913

1

9

... созданы термоэлектрические термометры с термоэлектродами из тугоплавких соединений или их комбинаций с графитом и другими материалами, предназначенные для измерения высоких температур. Однако они ещё не получили распространения для контроля температур технологических процессов в отрасли. Из таблици видно, что наименьшую погрешность имеют платинородий-платиновые термометры, обеспечивающие также ...

Прибор КСМ3-ПИ1000

Скачать

36484

4

10

... уплотнительный карболитовый штуцер, который ввертывается в металлический штуцер защитной арматуры. 3. Мосты с искробезопасной измерительной схемой КСМ3-ПИ1000. 3.1 Назначение. КСМ3-ПИ представляет собой стационарный одноточечный показывающий и регистрирующий прибор с записью на диаграммном диске. Автоматический уравновешивающий мост предназначен для контроля и записи температуры или других ...

Испытания термоэлектрического термометра

Скачать

92849

6

13

... испытаний готовых изделий. Учитывая необходимость оптимизации стоимости изделия, следует находить разумный компромисс между объемом испытаний и эффективностью контроля изготовления изделий. 1. Объект испытаний   ·  Термоэлектрические термометры Для измерения температуры в металлургии наиболее широкое распространение получили термоэлектрические термометры, работающие в интервале температур ...