Електричні термометри
Термометри опору (болометри). Опір провідників із чистих металів вимірюється дуже точно і досить точно відтворюється. Цю властивість металів використовують для вимірювання температури термометром опору.
Для виготовлення такого термометра найчастіше застосовують платиновий дріт, так як платину легко можна отримати хімічно чистою, а отже, результати будуть відтворюватися. Платина не змінюється на повітрі навіть за сильного нагрівання; зміна опору її відбувається за порівняно простим законом; з її допомогою можна виміряти температуру у досить широких межах (від -200 до +900 ° С).
Для вимірювання температури найбільше поширення отримали термометри опору. платини для вимірювання температур від -190 до +600 ° С, з міді від -55 до +200 ° С, зі свинцю - для низьких температур і з фосфористої бронзи - для наднизьких температур.
У СРСР промисловістю випускаються термометри опору зі стандартними градуюваннями: платинові Гр На, 12а і 13а для температури від -120 до +5000C і мідні Гр 2а для температури від -50 до + 1500 C
Термометр опору (рис. 270) являє собою спіраль / з платинового або іншого дроту, намотану на слюдяний хрест 2 або на кварцову кручену паличку або трубочку. До кінців спіралі припаюють підводять струм дроту 3 із платини, срібла або золота; кінці проводів прикріплені до клем головки4 термометра, Весь термометр поміщений в кварцову трубку 5, яка захищає спіраль і проводи, що підводять від дії шкідливих речовин і механічних пошкоджень,
Залежно від призначення термометра величини опору і довжина спіралі бувають різними. Наприклад, термометр для технічних цілей на 100 ом має довжину 6 см, діаметр 3-4 мм;він поміщений у металеву оболонку. Термометр для лабораторних цілей на 25-50 ом зазвичай буває довжиною 2-4 см, діаметром.3 мм і найчастіше без оболонки.
До клем, розташованим на головці термометра, приєднують дроти вимірювальної установки. Вимірювати опір можна різними способами, але найчастіше для цього застосовують вимірювальну систему з містком Уітстона (рис. 271).
Напруга, прикладена до термометра опору Ru має перевищувати 5—6 в. Силу струму в ланцюзі регулюють за допомогою реостата 2, послідовно включеного з джерелом струму /. Місток УітсЛена, включений у ланцюг, має дві гілки. Першу гілку утворюють опори Ri та R2, другу - опори Rz hRa. Обидві гілки з'єднані ланцюгом із гальванометром 3.
то в цьому ланцюгу струм не йде і стрілка гальванометра показує нуль. Поміщаючи опір R] (термометр) у середу з температурою O0C і змінюючи постійні опори /?2 і R, домагаються, щоб гальванометр також показував нуль. Потім, поміщаючи термометр туди, де потрібно виміряти температуру (піч, термостат, реакційну суміш тощо), змінюють величину опору
так, щоб стрілка гальванометра показувала нуль, і обчислюють опір термометра Ri.
Знаючи Ri, знаходять вимірювану температуру за заздалегідь складеною таблицею або графіком для даного термометра опору і містка Уітстона.
Зручніше градуювати безпосередньо гальванометр за заздалегідь відомими температурами (за температурами плавлення чистих металів і солей) і за показаннями гальванометра, користуючись складеним для нього графіком або таблицями *, відразу визначати температуру.
Термоелектричні термометри (термопари). Термоелектричні термометри, які називають такожпірометрами, є два різних провідника, спаяних або зварених одними кінцями (так званий спай), а іншими кінцями з'єднаних з гальванометром. Термопару зазвичай поміщають у фарфорову або кварцову кишеню (трубку, запаяну з одного кінця).
Захисні трубки та кишені роблять із різних матеріалів: вибір матеріалу залежить від вимірюваної температури та від умов досвіду. Так, для вимірювання температури водяної пари, нагрітої до 500° С, захисні трубки роблять із сталі, покритої міддю, або з міді. При вимірі температури димових газів, а також у керамічних, електричних, криптолових та інших печах застосовують довжину температур до 1500-1600 ° С трубки з неглазурованого порцеляни або шамоту, для температур близько 2000 ° С - з двоокису цирконію.
Місця скріплення провідників пари з провідниками ланцюга називаються холодними спаями (рис. 272). При вимірі температури їх поміщають у термостат з постійною температурою, найкраще з температурою, що дорівнює 0°С, тобто в чистий лід, що отримується заморожуванням двічі перегнаної води. Гарячий спай вводять у випробуваний прилад чи середовище.
При нагріванні гарячого спаю виникає електрорушійна сила, спрямована від одного з взятих металів до іншого. Величина термозлектрорушійної сили зазвичай пропорційна різниці температур між гарячим і холодним спаями. -Ця властивість і покладена в основу вимірювання температури за допомогою термопар.
Схема монтажу термопари показано на рис. 273.
Кожна термопара в ланцюзі з даним гальванометром має бути попередньо відградуйована, і до неї повинен бути складений паспорт у вигляді таблички або графіка (кривий, нанесений на міліметровий папір). Для цього обидва спаї (холодний та гарячий) опускають у термостат з температурою O0C і встановлюють гальванометрна нуль. Потім гарячим спаєм вимірюють наперед відому температуру плавлення чистих металів і солей. Наголошують на відповідності показань гальванометра даній температурі і будують криву «мілівольти — градуси». При користуванні термопарою не слід міняти гальванометр, тому що інакше доведеться градуювати термопару, знову. Іноді необхідно звіряти показання гальванометра, вимірюючи певні температури.
* П і л і п ч у к Б. І., Допоміжні таблиці, для платинових термометрів опору, Праці ВНДІ метрології, № 25, Ш (1955).
При правильному користуванні термопарою можна досягти вимірювання температури з точністю до сотих часток градуса.
Для виготовлення термопар найчастіше застосовують чисті метали та різні сплави. У СРСР зазвичай застосовують термопари, характеристика яких наведена у табл. 8.
Крім перерахованих, є багато інших термопар. Наприклад, іридій-іридієвородієву термопару можна застосовувати для вимірювання температури до 2000°С.
Термопари придатні для вимірювання низьких температур. Так, вказану в таблиці мідь-константанову термопару можна застосовувати для вимірювання температури до -19O0C, термопару золото-срібло застосовують для низьких температур від -200 до -255 ° С.
Найбільш уживані термопари (першим зазначений позитивний термоелемент)
Диференціальні термопари. Для вимірювання різниці температур застосовують диференціальні термопари (рис. 274), що складаються з двох гілок (з одного і того ж металу) 1 і 2 і провідника 3 (з іншого металу або сплаву). Спаї А та В поміщають з місця, різницю температур яких потрібно виміряти*
стрілка гальванометра 4 відхиляється від нуля. Показання гальванометра пропорційні різниці температури спаїв.Нуль гальванометра встановлюють за умов, коли різницю температури спаїв А я У дорівнює нулю, т. е. ГА = Гв.
Термістори. Термісторами називають напівпровідникові прилади, що мають властивість змінювати, електропровідність при зміні температури. Тому їх називають також термічно чутливими опорами, особливістю яких і те, що з підвищенні температури опір термістора різко зменшується, т. е. також різко збільшується його електропровідність. Це дозволяє використовувати термістори для дуже точного вимірювання температури в дуже великому інтервалі.
Для вимірювання температури застосовують термістори найрізноманітнішої форми, залежно від того, в яких умовах має проводитись вимір. Їх роблять як таблеток, трубок, стрижнів, пластин тощо. буд. На рис. 275 показаний зовнішній вигляд деяких термісторів. Так, термістор, позначений буквою а, є таблеткою з напівпровідникової маси. Діаметр таблетки-близько 4 мм, товщина - близько 1 мм. Таку таблетку поміщають у металеву філіжанку з плоскими краями. Зверху філіжанку прикривають слюдяною пластинкою і краї філіжанки завальцьовують, щільно
Мал. 275. Зовнішній вигляд термісторів.
затискаючи таблетку між дном чашечки та слюдяною платівкою. Висновки термістора роблять із м'якого багатожильного мідного дроту. Один висновок припаяний до бортика філіжанки, а другий пропущений через отвір у центрі слюдяної платівки і прикріплений до самої таблетки.
Термістор має форму циліндричного стрижня. Напівпровідникова маса складається, наприклад, з окису міді та окису марганцю. Залежно від умов застосування розміри стрижнів та напівпровідникова маса можуть бути різними. Зазвичай довжина стрижня буває не більше 10—25 мм, а діаметр —від 2,5 до 7 мм. наторцях стрижнів роблять контактні висновки.'
Для запобігання термістора від дії вологи еТо покривають вологонепроникною плівкою лаку або А поміщають в. герметизований корпус з металу або скла та металу.
Термістори можуть бути використані також для точного регулювання температури. У такому випадку до бруківки можна підключити терморегулятор.