5-3. Устройство платиновых и медных термометров сопротивления

Опыт эксплуатации термометров сопротивления показывает, что надежная их работа в наибольшей степени определяется механической прочностью конструкции, степенью герметичности и качеством изготовления ЧЭ.

При изготовлении ЧЭ медных термометров сопротивления, обладающих достаточной надежностью и механической прочностью, не встречается затруднений.

При создании же ЧЭ платиновых термометров сопротивления приходится встречаться с рядом трудностей. Материал, выбираемый для изготовления каркаса ЧЭ термометра, должен обладать высокими электрическими изоляционными свойствами, хорошей теплопроводностью и механической прочностью. Кроме того, материал каркаса не должен оказывать вредного влияния на платину. Коэффициент линейного расширения материала каркаса должен быть близким коэффициенту линейного расширения платины. Для изготовления каркасов ЧЭ платиновых термометров сопротивления применяют слюду, плавленый кварц, специальную керамику и другие материалы.

Слюда пригодна для изготовления каркасов ЧЭ платиновых термометров с верхним пределом их применения до 500-650°С. При температуре выше 700°С слюда разбухает, становится хрупкой, а при более высокой температуре из нее выделяется связанная кристаллизационная вода. Кроме того, слюда при температуре около 800°С становится опасной для платины из-за восстановительного действия кремнезема. В силу указанных обстоятельств платиновые термометры с ЧЭ на слюдяном каркасе применяют в промышленных условиях до , а в лабораторной практике до 650°С.

В настоящее время в СССР платиновые термометры с ЧЭ на каркасе из слюды не выпускаются, но еще применяются.

Каркасы из кварца широко применяются, так как плавленый кварц химически устойчив, обладает достаточной механической прочностью, высокими электрическими изоляционными свойствами. Он хорошо обрабатывается пламенем горелки с кислородным дутьем. Кварцевые каркасы изготовляют различных форм, например цилиндрические, геликоидальные и других конструкций. Цилиндрические кварцевые каркасы применяют главным образом для изготовления ЧЭ технических платиновых термометров сопротивления. Кварцевые каркасы геликоидальной формы применяют для изготовления ЧЭ эталонных, образцовых и повышенной точности платиновых термометров сопротивления.

Каркасы из специальной керамики, изготовляемой на основе окиси алюминия, применены в новых конструкциях ЧЭ технических платиновых термометров сопротивления, разработанных НПО «Термоприбор». Каркасы из такой керамики обладают высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью и малой газопроницаемостью при температурах 750-1000°С. Кроме того, эта керамика обладает высокими электрическими изоляционными свойствами [18].

Выводные проводники, соединяющие ЧЭ платинового термометра с его зажимами, в зависимости от назначения термометра и диапазона измеряемой температуры выполняют из меди (до 150°С), серебра (до 400°С), золота (до 700°С), платины или специального сплава. При выборе того или иного материала для выводных проводников необходимо учитывать свойство платины реагировать при высоких температурах со многими веществами, находящимися вблизи и особенно в непосредственном контакте с ней. Указанное обстоятельство необходимо также учитывать при пайке выводных проводников к концам платиновой обмотки ЧЭ.

Для термометров сопротивления эталонных, образцовых и повышенной точности выводные проводники применяют только из платиновой проволоки. При этом к каждому концу платиновой обмотки ЧЭ припаивают по два платиновых выводных проводника, из которых два называют токовыми, а два других потенциальными. Наличие четырех выводных проводников дает возможность использовать компенсационный метод измерения сопротивления термометра, описываемый ниже, который пезволяет полностью исключить влияние выводных и соединительных проводников на результаты измерения.

Технические термометры сопротивления выпускаются с двумя и четырьмя выводными проводниками, соединяющими ЧЭ термометра с его зажимами. Сопротивление выводных проводников термометров с двумя выводными проводниками при температуре 0°С не должно превышать у платиновых термометров 0,1 %, а у медных термометров 0,2% номинальных значений сопротивлений при 0° С.

Чувствительные элементы термометров сопротивления обычно изготовляются с безындукционной намоткой, например бифилярной или сходной с ней по эффекту снижения индуктивности. В этом

случае термометры сопротивления могут работать в комплекте с измерительными приборами, питаемыми как постоянным, так и переменным током.

На рис. 5-3-1 схематично показан платиновый термометр сопротивления П. Г. Стрелкова. У этого термометра каркас ЧЭ, имеющий геликоидальную форму, изготовлен из плавленого кварца. Чувствительный элемент имеет бифилярную обмотку из платиновой проволоки диаметром 0,05-0,1 мм, свернутой в спираль. Снизу петля платиновой спирали закреплена в каркасе. К верхним концам спирали, закрепленным в каркасе, приварены по два выводных проводника из платиновой проволоки диаметром Чувствительный элемент помещен в защитную оболочку (гильзу), для изготовления которой применяют плавленый кварц, металл или стекло в зависимости от назначения термометра. Обычно гильза термометра герметична и заполнена сухим гелием, азотом или воздухом при давлении около в зависимости от назначения и области измеряемых температур. Диаметр гильзы равен а длина

Для низких температур обычно применяют короткие платиновые термометры.

Рис. 5-3-1. Схема устройства платинового термометра сопротивления П. Г. Стрелкова. 1 — каркас; 2 — платиновая спираль; 3 — выводы; 4 — оболочка.

Платиновые термометры сопротивления П. Г. Стрелкова применяют в качестве эталонных, образцовых разрядов и лабораторных (повышенной точности).

Технические термометры сопротивления, предназначенные для измерения температур в промышленных условиях, выпускаются различных типов. Конструкцию защитной гильзы и монтаж в ней ЧЭ термометра выполняют в зависимости от условий его применения, свойства и параметров среды, температура которой должна измеряться термометром.

Из числа выпускаемых в настоящее время технических платиновых термометров сопротивления наибольшее распространение получили термометры, разработанные НПО «Термоприбор», с ЧЭ на каркасе из специальной керамики, изготовляемой на основе окиси алюминия [18]. Эти термометры изготовляют с номинальным сопротивлением при 0°С 10, 46 и 100 Ом соответственно для градуировок . Область применения платиновых термометров с ЧЭ на керамическом каркасе, выпускаемых серийно Луцким приборостроительным заводом, лежит в интервале от -260 до +750°С.

Чувствительный элемент на керамическом каркасе (рис. 5-3-2) состоит из двух или четырех соединенных последовательно

платиновых спиралей 1. К двум верхним концам этих спирален припаяны короткие платиновые выводы 2 или выводы из сплава иридия с родием (60% родия), к которым привариваются необходимой длины выводные проводники и на них надеваются бусы из керамики. Платиновые спирали помещены в каналы керамического каркаса 4. Крепление платиновых спиралей и выводов в каркасе осуществляется глазурью (или термоцементом) изготовляемой на основе окисей алюминия и кремния. Коэффициент линейного расширения глазури близок к коэффициентам линейного расширения материала выводов и каркаса. Электрическое сопротивление глазури при

500—700°С составляет около Подгонка номинального сопротивления при 0°С осуществляется постепенным уменьшением длины нижних концов двух платиновых спиралей с последующей пайкой в точке 5 (рис. 5-3-2, а).

Рис. 5-3-2. Чувствительные элементы платиновых термометров сопротивления на керамическом каркасе с двумя (а) и четырьмя каналами (б).

Пространство между платиновыми спиралями и стенками каналов каркаса заполнено порошком окиси алюминия, который исключает возможность закорачивания витков спиралей и улучшает тепловой контакт между ними и каркасом.

В четырехканальном каркасе могут быть смонтированы два независимых ЧЭ.

Рассмотренная конструкция ЧЭ платиновых термометров сопротивления на керамическом каркасе имеет ряд преимуществ по сравнению с другими типами. В этой конструкции достигнута достаточно хорошая герметичность при незначительном в платине механическом напряжении. Чувствительный элемент имеет небольшие габариты и обладает высокой механической прочностью.

Для повышения верхнего предела измерения температуры до 1000°С и выше в НПО «Термоприбор» разработаны возможные варианты конструкций технических малоомных термометров сопротивления с ЧЭ из платиновой проволоки диаметром от 0,2 до

Для измерения низких температур в криогенной технике выпускаются разработанные НПО «Термоприбор» платиновые термометры сопротивления повышенной точности, например типа на четырехканальном керамическом каркасе. В процессе изготовления ЧЭ из каналов керамического каркаса откачивается воздух, а затем они наполняются гелием. Изготовленный

ЧЭ вставляют в защитную металлическую гильзу, герметизация которой со стороны выводов осуществлена с помощью втулки из вакуумно-плотной керамики. Из этой гильзы также откачивается воздух, и она заполняется гелием под небольшим давлением. При таком выполнении термометра обеспечивается хорошая теплоотдача от среды, температура которой измеряется, к ЧЭ. Термометр ТСП-4054 обладает малой инерционностью (показатель тепловой инерции ). При измерении температуры от 20°С до точки кипения азота или воздуха погрешность термометра не превышает

Рис. 5-3-3. Чувствительный элемент медного термометра сопротивления на каркасе из пластмассы.

Чувствительный элемент платиновых термометров сопротивления типа предназначенных для измерения температуры подшипников в интервале от 0 до 100°С , выполняют в виде спирали из платиновой проволоки диаметром

Платиновая спираль, изолированная с двух сторон фторопластовыми прокладками и приклееная к каркасу, помещена на дно медной гильзы. Медная гильза с ЧЭ вставлена в защитную арматуру из стали 20, на конце которой укреплена малогабаритная головка. Дно медной гильзы ЧЭ припаяно к краям нижней части стальной арматуры.

Медные выводы изолированы между собой и от стенки защитной арматуры фарфоровыми изоляторами. Свободные концы выводов подведены к зажимам контактной колодки, находящейся в корпусе головки. На объекте термометр сопротивления крепится с помощью накидной гайки и резиновых прокладок, обеспечивающих плотное прижатие дна медной гильзы к поверхности подшипника.

Показатель тепловой инерции ею термометров сопротивления в спокойном воздухе не превышает 7 с для и 14 с — для Термометры имеют класс точности 2. Монтажные длины термометров: от 20 до от 150 до

С устройством других вариантов ЧЭ платиновых лабораторных и технических термометров сопротивления можно ознакомиться в [19].

Чувствительный элемент 1 медного термометра сопротивления типа предназначенного для измерения температуры в пределах до показан на рис. 5-3-3. Он выполнен из изолированно! медной проволоки диаметром многослойной безындукционной намоткой 2 на цилиндрическом каркасе из пластмассы или металла, герметизированной слоем лака 3. К концам обмотки припаяны выводы из медной проволоки 4. Собранный ЧЭ вставляют в металлический чехол 5. Длина ЧЭ термометра равна а диаметр 5-6 мм.

На рис. 5-3-4 показан бескаркасный ЧЭ медного термометра сопротивления типа Чувствительный элемент 1 выполнен из изолированной медной проволоки диаметром безындукционной бескаркасной намоткой, покрытой фторопластовой пленкой 2. К концам обмотки припаяны выводы 3 из медной проволоки. С целью обеспечения вибростойкости ЧЭ вставляют в тонкостенный металлический защитный чехол, который засыпается керамическим порошком и герметизируется.

Выпускаемые серийно Луцким приборостроительным заводом медные термометры сопротивления типа ТСМ-5071 предназначены для измерения температуры в области от —50 до

Для защиты от механических повреждений и воздействия среды, температура которой измеряется, ЧЭ технических термометров сопротивления помещают в специальную защитную металлическую арматуру, к которой предъявляются такие же требования, как и к арматуре термоэлектрических термометров (§ 4-8).

Рис. 5-3-4. Чувствительный элемент медного термометра сопротивления бескаркасный.

По степени инерционности изготовляемые термометры сопротивления подразделяются на термометры с большой , средней и малой инерционностью. Для уменьшения инерционности термометра сопротивления необходимо, чтобы материал защитного чехла обладал хорошей теплопроводностью, а рабочая часть термометра имела как можно меньшие массу и воздушную прослойку между чувствительным элементом и внутренними стенками защитной гильзы. Кроме того, чувствительный элемент термометра должен иметь хороший тепловой контакт с внутренней рабочей поверхностью защитной гильзы.

Для серийно выпускаемых платиновых и медных термометров сопротивления классов точности 2 и 3, применяемых в энергетике и других отраслях промышленности, используется унифицированная защитная арматура (см. рис. 4-8-3). Защитная арматура термометров рассчитана на условные давления с гильзой 1 и передвижным штуцером с гильзой 3 или с гильзой с гильзой 6 (см. рис. 4-8-3). Такие термометры сопротивления предназначены для измерения температуры газообразных или жидких химически неагрессивных, а также агрессивных сред, не разрушающих защитную арматуру. Платиновые термометры сопротивления ТСП-5071 в зависимости от материала защитной арматуры выпускаются на пределы измерения от —200 до 600°С или от —200 до 750°С от —260 до 750°С Термометры на пределы измерения от —200 до до 750°С могут быть снабжены двумя ЧЭ.

В энергетике термометры сопротивления ТСП-5071 могут быть использованы для измерения температуры воздуха перед и за воздухоподогревателем, газов перед воздухоподогревателем и за последней поверхностью нагрева парогенераторов (защитная арматура с гильзой 1 и передвижным штуцером питательной воды парогенераторов и пара (защитная арматура с гильзой 5 или 6); мазута и других сред (защитная арматура с гильзой 3 или 4). Термометры сопротивления ТСМ-5071 могут быть использованы для измерения температуры газообразных и жидких сред до 150°С.