Платиновые ТС
Для измерения температуры в диапазоне от 10 до 15 К используется уравнение
вида:
W (Т) == А + BT2 + CТ3
Для измерения низких температур платиновыми ТС с соблюдением требовании
метрологической культуры целесообразно пользоваться зависимостью Т = f(W)
в виде стандартной таблицы.
При измерении низких температур сопротивление ТС уменьшается и остаточное
сопротивление составляет уже несущественную часть всего сопротивления цепи.
При этом наблюдается значительный разброс номинальных статических характеристик
ТС, обусловленный степенью чистоты применяемой платиновой проволоки, способом
ее получения, видом термической обработки, конструкцией преобразователя
и т.п. Это усложняет применение платиновых ТС в низкотемпературной термометрии,
так как возникает необходимость индивидуальной номинальной статической
характеристики ТС и вторичных приборов, работающих в комплекте с ними.
С целью обеспечения взаимозаменяемости ТС они разбиваются на группы
с похожими характеристиками и комплектуются вторичными приборами, имеющими
соответствующие статические характеристики. При этом вторичные приборы
могут иметь вставки для подстройки измерительной схемы к фиксированным
номинальным статическим характеристикам.
Конструкции чувствительных элементов.
В качестве изоляционного каркаса применяются слюдяные пластины, керамические
стержни крестообразной формы сечения из кварца или окиси алюминия с канавками,
в которых размещаются спирали. Слюда в естественном состоянии содержит
связанную воду и адсорбированные газы. В процессе измерения выделяющиеся
газы и водяные пары могут захватываться проволокой чувствительного элемента
с одновременным изменением сопротивления. Во избежание этого слюдяные каркасы
следует перед навивкой прокалить в вакууме. В общем, слюду не рекомендуется
применять при температурах выше 450°С. Кварц, алунд и фарфор лучше сохраняют
изоляционные показатели. При 630°С ток, протекающий по изолятору каркаса,
обусловливает погрешность порядка 10-3 К. При дальнейшем повышении
температуры погрешность, вызванная потерями изоляционных характеристик
каркаса, быстро растет и в значительной мере зависит от технологии изготовления
каркаса.
Для измерения низких и средних температур каркасы чувствительных элементов
изготовляются из стекла с близким к платине коэффициентом расширения. Для
измерения температур в диапазоне от 630 до 1100°С применяется платиновая
проволока диаметром от 0,3 до 0,6 мм, так как проволока меньших диаметров
подвергается большому влиянию посторонних газов и паров. При этом для каркаса
используется керамика из синтетического сапфира. Для измерений умеренных
температур применяются различные конструкции чувствительных элементов из
платиновой проволоки, покрытой изоляционным лаком.
Для защиты платиновой спирали от взаимодействия с выделениями каркаса
и других конструктивных элементов применяются ингибиторные засыпки из боратов
и галогенидов щелочноземельных металлов.
Концы измерительной спирали в образцовых ТС соединяются сваркой с U-образными
короткими проводами из платины большего диаметра, к которым привариваются
соединительные провода, идущие к головке. Материал соединительных проводов
выбирается в зависимости от уровня измеряемой температуры и других условий
эксплуатации, для которых приборы предназначены. При низких температурах
до 300°С и умеренной вибрации используются медные проводники, при умеренных
температурах до 5000С — серебряные, при температурах, превышающих 5000С,
по мере ее роста,— золотые, палладиевые и платиновые проводники. В случае
повышенной вибрации рекомендуются более жесткие сплавные провода, например
платино-родиевые.
Сопротивление двух соединительных проводов чувствительного элемента
при 0°С не должно превышать 0,1 % его номинального сопротивления. Для изоляции
соединительных проводов применяются слюдяные или керамические шайбы с отверстиями,
а также трубочки из фарфора, кварца или стекла. Для высокотемпературных
ТС используется изоляционный материал из сапфира в виде шайб и бус или
другой керамики.
Медные ТС. Бескаркасный чувствительный элемент медных промышленных
ТС (рис.3.1.) имеет безындуктивную намотку из медной проволоки, покрытой
фторопластовой пленкой. К намотке припаяны два вывода.
Для устойчивости элемент помещается в тонкостенную металлическую гильзу,
засыпается керамическим порошком и герметизируется замазкой. В зависимости
от действительных условий изготовляются чувствительные элементы специальных
конструкций: от сосредоточенной обмотки небольшой длины для измерения температуры
подшипников до обмотки, растянутой на несколько метров, для измерения средней
температуры нефти в резервуарах. К чувствительному элементу припаиваются
соединительные медные провода, которые электрически изолированы оплеткой
из термостойкой нити. В качестве защитной арматуры применяются трубы из
различных сталей. После изготовления чувствительные элементы стабилизируются
нагреванием при температуре, превышающей температуру верхнего предела применения
на 20 К. Погрешность медных ТС с бескаркасным чувствительным элементом
за счет изменения R0 и W100 после 50000 ч работы
при 160°С достигает 1%. Измерительный ток, протекающий по чувствительному
элементу серийно выпускаемого термопреобразователя ТСМ-0879, равен 15 мА
на 1 К. Сопротивление чувствительного элемента медного ТС не так стабильно,
как платинового. Если чувствительный элемент не подвергать резким тепловым
ударам или механическим деформациям, то в течение длительного времени можно
поддерживать стабильность показаний ТС с погрешностью ±0,01 К.