Існує безліч методів вимірювання температури. Кожен спосіб має ті чи іншими вадами. Одне з головних умов, яке накладається на датчик температури, полягає в тому, що б датчик сам не вносив спотворень. Наприклад, внесення скляного термометра в нагрівається обсяг змінює загальну теплоємність, що може привести до тих чи інших похибок. Тоді як внесення в той же обсяг значно меншого за масою напівпровідникового датчика не внесе таких спотворень.

Для наукових завдань часто потрібно забезпечити точне вимірювання температури зразка малого обсягу. Тому датчик температури повинен бути набагато менше ніж сам зразок. У цьому випадку використовують: термопари, напівпровідникові діоди, термометри опору. У тому випадку, коли обсяг нагріте обсяг великий, наприклад, обсяг рідини або обсяг повітря можна застосувати термометри. При вимірюванні високих температур застосовують термопари, термометри опору з благородних металів, оптичні пірометри. У тому випадку, коли потрібна висока точність, застосовуються термометри опору. Однак для технічних потреб і у випадках, коли висока точність вимірювання не є головним критерієм, частіше застосовуються термопари. В основному через їх дешевизну, а також можливості виготовити термопару в лабораторних умовах. Коротко розглянемо особливості термометрів опору, термодіод і термопар.

2.1. Термоелектричні термометри (термопари)

Термоелектрична термометрія заснована на температурній залежності термо-ЕРС (Е), що виникає в, термопарі - провіднику, що складається з двох з'єднаних різнорідних електропровідних елементів (зазвичай металевих провідників, рідше напівпровідників). Термопари широко використовуються для вимірювання температур приблизно від 4 до 3000 К.

Похибка визначення температури за допомогою термопар становить, як правило, кілька кельвінів, а у деяких досягає 0,01 К. Точність термопари (диференціального приладу) залежить від точності підтримки і виміру температури вільного (реперного) спаю термопари.

Для визначення температури по виміряної ЕРС користуються таблицями або емпіричними формулами [[iv]]. Градуювальні таблиці стандартних термопар відповідають реальним в межах вказується робочої похибки. Користуючись таблицями можна знайти поправочний функція для даної реальної термопари. Зазвичай поправочная функція представляється у вигляді статечного полінома знаходиться за відхиленнями значень ЕРС від табличних в декількох температурних точках.

Залежність E (t) більшості термопар в робочому діапазоні температур (або в його частині) може бути апроксимована поліномом виду (рис.9).

.

2.2. Термометри опору

Принцип дії термометрів опору (ТС) заснований на залежності електричного опору металів, сплавів і напівпровідників від температури. Для визначення температури по виміряному значенню електричного опору користуються емпіричними формулами або таблицями. Термометри для точних вимірювань (з похибкою менш 0,001 К) - платиновий, германієвого-градуируют індивідуально. Термометри опору застосовуються для вимірювання температур приблизно від 0,01 До до1100 ° С.

Широке поширення для наміри температур від -200 до 750 ° С (рідше від -260 до 1100 ° С) отримали платинові ТЗ (ТСП) завдяки виключно хорошим термометричною властивостям платини. В області від -200 до 200 ° С часто застосовують мідні ТЗ (ТСМ). Для ТСП і ПВМ створені стандартні градуювальні таблиці (табл. 1). Конструктивно термометр опору являє собою металево провідник, що складається з декількох десятків або сотень витків дуже тонкого дроту намотаних на відповідній оправці. Порівняння лінійності температурних залежностей мідного термометра опору і мідь - константановой термопари наведено на рис. 9. Коефіцієнти термоерс наведені в табл. 4.

Напівпровідникові ТС використовують зазвичай для вимірювання температур нижче 0 ° С. Основна перевага напівпровідникових ТЗ полягає в тому, що їх чутливість набагато вище чутливості металевих ТЗ при низьких температурах. У низькотемпературної термометрії застосовують германієві, вугільні, арсенід-галієві термометри опору.

2.3. термодіод

Поряд з ТС для вимірювання низьких температур розроблені термодіод з Ge, Si, GaAs. Термометричною параметром таких термометрів є напруга на діоді, зміщеному в прямому напрямку. Хоча в якості термометра можна використовувати і звичайний кремнієвий напівпровідниковий діод. У безкорпусная виконанні діоди мають дуже маленькі розміри і порівняти за розмірами з спаями термопар. Падіння напруги на pn переході має температурну залежність порядку 2 мВ / ˚С. Однак крем'яні напівпровідникові датчики температури практично не застосовуються при температурах вище 180 ˚ С. Датчики на основі арсеніду Галія GaAs можуть працювати до 400 ˚С, а на основі фосфористого Галія до 700 ˚С.

Застосування напівпровідникових діодів вимагають стабільного джерела струму [2]. При цьому вимірюється падіння напруги на pn переході (рис. 2). Точно також можна підключати до стабільного джерела струму і термометри опору і далі вимірювати падіння напруги на ТЗ від температури. Однак в разі застосування ТЗ можна застосувати і високоточний омметр.

Напівпровідникові термометри мають складну і погано відтворену від зразка до зразка залежність термометрического параметра від температури, що не дозволяє створити для них стандартні градуювальні характеристики. Тому їх градуюються індивідуально.

Дата додавання: 2015-09-13; переглядів: 12; Порушення авторських прав