Основа работы термометров сопротивления
Существуют разные типы измерителей температуры. Они в основном основаны на том, что свойства используемых материалов (например, спирта, металлов) частично зависят от температуры. В частности, большую роль часто играет тепловое расширение.
Принцип работы термометра сопротивления основополагается на то, что электрическое сопротивление зависит от температуры.
Термометры сопротивления широко применяются во всевозможных сферах и часто используются для более точных измерений температуры. Их обычный температурный диапазон составляет примерно от -50 ° C до 600 ° C.
Принцип измерения термометра сопротивления построен на измерении электрического сопротивления, так называемых измерительных резисторов, работа которых создана на основе закона Ома: U=R/I
Где: U = напряжение; R = сопротивление; I = ток
На уроках физики в школах, закон Ома часто представляют в виде треугольника. Этот треугольник ясно показывает взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением. Если известны две из двух величин, можно рассчитать третью недостающую. Закон Ома можно представить на принципиальной схеме следующим образом.
Связь между измерением сопротивления и, следовательно, термометром сопротивления также может быть отображена графически на рисунке с тремя парнями.
«Парень VOLT» (U — напряжение) проталкивает «Парня AMP» (I — ток) через трубу. «Парень OHM» (R — сопротивление) пытается предотвратить это, делая трубу все более узкой. Успех «Парня ОМ» зависит еще и от температуры. Чем теплее, тем труднее двигать «Парню VOLT» «Парня AMP». Поскольку успех «Парня ОМ» зависит от температуры, принцип измерения электрического сопротивления может быть использован для измерения температуры. Измеренное сопротивление R в Омах, преобразуется в температуру, с использованием ранее описанного соотношения.
В качестве термометра в принципе можно использовать любой электрический проводник, к которому применим закон Ома. Физическая константа, описывающая это свойство, — это так называемое удельное сопротивление.на
На рисунке в таблице, показаны различные величины удельного сопротивления материалов при 20 ° C.
В принципе, все упомянутые материалы можно использовать, чтобы производить измерения температур. Конечно, существуют различные критерии выбора, в соответствии с которыми выбираются материалы для термометров. Прежде всего, материал, из которого будет изготовлен термометр, должен иметь как можно более высокое удельное сопротивление и, в принципе, должен быть подходящим. Например, человеческая кровь имеет превосходное удельное сопротивление 1,6 x 106 Ом * мм2 / м, но, конечно, не подходит для изготовления термометров в промышленных масштабах. Для этой цели лучше подходят металлы.
В дополнение к удельному сопротивлению существует также постоянная величина, которая важна для материалов, из которых должны быть изготовлены термопреобразователи. Линейный температурный коэффициент сопротивления описывает изменение сопротивления материала на °C. Он обозначается как 1/°C и также может называться чувствительностью. Для того чтобы требования к погрешности измерения были как можно более низкими, эта константа также должна быть как можно больше.
Поэтому задача состоит в том, чтобы найти наилучшее соотношение между стоимостью, фундаментальной пригодностью материала, удельным сопротивлением и температурным коэффициентом сопротивления. Никель и платина — два металла, которые оказались наиболее подходящими. В начале разработки термометров электрического сопротивления, никелевые измерительные резисторы, такие как Ni 100, долгое время были фаворитом, поскольку они более чувствительны, чем платиновые измерительные резисторы. Однако со временем выяснилось, что более высокое предельное отклонение и ограниченный диапазон температур являются невыгодными. Стандарт никелевые термометры был отменен в 1990-х годах. С тех пор никелевые измерительные резисторы в основном использовались только в специальных технических решениях. Со временем очень хорошо зарекомендовали себя платиновые измерительные резисторы, такие как Pt 100. Они широко распространены в промышленной измерительной технике и на сегодняшний день представляют собой стандарт для электрических технологий измерения температуры с помощью термометров сопротивления.