ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 14 page

размерность сопротивления; а — ------------ температурный коэффициент, К^-1.

Зависимости а от температуры приведены на рис. 11-18, б. Статические вольт- амперные характеристики, представляющие собой зависимость между током через позистор и напряжением на нем в условиях теплового равновесия с внешней средой, имеют за счет саморазогрева выраженный участок с отрицательным сопротивлением. На рис. 11-18, в показаны вольт-амперные характеристики 1, 2 и 3 позистора СТ6-1Б (Я©=о₀°с ³⁼⁸ Ом), снятые в спокойном воздухе при температурах 20, 40 и 70 °С соответственно. Там же для сравнения дана вольт-амперная характеристика 4 полу­проводникового резистора КМТ-1 (#₀₌2О°с⁼ 35 кОм).

Резисторы на основе двуокиси ванадия V0₂ имеют отрицательный температурный коэффициент в области температур 60—80 °С. На основе V0₂ выпускаются резисторы СТ9-1А и СТ9-1Б (критезисторы), выполненные в виде прямоугольных штабиков
и герметизированные в стеклянных баллонах диаметром 6 мм и длиной 60 мм, а также изготовляются пленочные элементы путем напыления металлического ванадия на слюдяную подложку с последующим его окислением. Пленочный термочувствитель­ный элемент может быть смонтирован в корпусе маломощного транзистора.

На рис. 11-19, а приведена зависимость Я = / (О) для критезистора СТ9-1А. В диапазоне 60—80 °С ТКС приближенно составляет от —I до —1,5 К"¹, погрешность гистерезиса не превышает 3 °С. По данным И. 3. Окуня и В. В. Шаповалова, сопро­тивление пленочного элемента изменялось от нескольких десятков килоом до сотен ом при изменении температуры от 62 до 68 °С. На рис. И-19, б показаны вольт-ампер- иые характеристики критезистора при разных температурах.

Позисторы и ванадиевые критезисторы используются для измерения температуры в узком температурном диапазоне, в окрестности критической температуры, обладая в этом диапазоне повышенной по сравнению с другими термочувствительными эле­ментами чувствительностью. Это позволяет применять их в термосигнализаторах и температурных реле.

Рис. 11-19

Кроме этого, прн подогреве для критезисторов может быть обеспечен режим автостабилизации температуры независимо от изменения температуры окружающей среды. Это обстоятельство позволяет разрабатывать на базе указанных материалов самокомпенсирующиеся термостаты, а также использовать критезисторы для изме­рения температуры в области, лежащей ниже критического диапазона. При этом критезистор с положительным ТКС должен работать в режиме заданного напряже­ния, а критезистор с отрицательным ТКС—в режиме заданного тока.

Рассмотрим эти возможности на примере критезистора с отрицательным ТКС. При разогреве критезистора проходящим по нему током до температуры ©, близкой к критическому диапазону, сопротивление его начинает падать, соответственно умень­шаются падение напряжения на критезисторе, выделяемая в нем мощность и темпе­ратура разогрева.

Уравнение теплового баланса критезистора запишется в виде

U/o^fer.o (О_кх— ©_ср),

где U и /₀ — напряжение на критезисторе и стабилизированный ток через него; k-i.o — коэффициент теплоотдачи критезистора; ©_кх — температура критезистора; ©_ср — температура среды, окружающей критезистор.

Температура критезистора ©_кт автоматически стабилизируется на уровне темпе­ратуры, близкой к точке Кюри %_к. Таким образом, при изменении температуры окру­жающей среды и постоянном коэффициенте k_{T 0} напряжение на критезисторе будет изменяться и в первом приближении эти величины связаны линейной зависимостью

U = (const — k._t.о©_ср)//о-

При высоком коэффициенте стабилизации по температуре погрешность линей­ности зависимости V = f (©_ср) не превышает 1—2%. Чувствительность пленочного преобразователя в диапазоне температур ±35 °С составляла 50—100 мВ/К. Пре­образователи легко сделать взаимозаменяемыми, корректируя разброс значений коэффициента теплоотдачи k_{J 0} изменением питающего тока.

11-7. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕРМОПАРЫ И ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Термопары промышленного типа выпускаются в СССР в соответствии с ГОСТ 6616—74, градуировочные таблицы термопар даны в ГОСТ 3044—77, а также в стан­дарте СТ СЭВ 1059—78, Типы промышленных термопар, их обозначения, обозначе­ния градуировок и основные параметры приведены в табл. 11-7. В ГОСТ 6616—74 приводится пять термопар, в стандарте СТ СЭВ 1059—78 — девять термопар. Термо­пара хромель-алюмелевая (тип ТХА) в СТ СЭВ 1059—78 не указана, но ее характе­ристики совпадают с характеристиками термопары типа К. В табл. 11-7 данные по термопаре ТХА приведены в скобках.

Для измерения температур ниже —50 °С могут найти применение специальные термопары, например медь—констаптан (до —270 ^сС). Для измерения температур выше 2500 °С изготовляются термопары на основе карбидов металлов — титана, циркония, ниобия, талия, гафния (теоретически до 3000—3500 ^сС), на основе углеро­дистых и графитовых волокон.

Градуировочные характеристики термопар основных типов (ГОСТ 3044—77) в сокращенном объеме приведены в табл. II-8. Там же даны градуировочные харак­теристики термопар типов 1, К и В из СТ СЭВ 1059—78. В табл. 11-8 указана темпе­ратура рабочего спая © в градусах Цельсия и приведены значения термо-ЭДС соот­ветствующих термопар в милливольтах при температуре свободных концов 0 °С. Градуировочные характеристики по ГОСТ 3044—77 и СТ СЭВ 1059—78 для неко­торых значений температур различаются в третьем знаке.

^г~ В соответствии с ГОСТ 3044—77 допускаются отклонения реальных термо-ЭДС от значений, приведенных в табл. 11-8, иа величины, указанные в табл. 11-9.

По СТ СЗВ 1059—78 допустимые отклонения должны определяться по уравне­нию АЕ = ± [а + b (© — с)] S_E, где S_E — (dE/df)_& — чувствительность термопа­ры; величины a,bu с приводятся в стандарте для каждой из термопар и для наиболее распространенных термопар даны в табл. 11-10.

При длительном времени эксплуатации согласно ГОСТ 6616—74 допускаются отклонения градуировочных характеристик термопар от их начальных значений. В табл. 11-11 приведены допустимые отклонения АО градуировочных характеристик, после того как термопара находилась в течение 10 ООО ч при указанной темпера­туре ©1.

В СТ СЭВ 1059—78 даны интерполяционные уравнения для расчета термо-ЭДС термопар. Например, термо-ЭДС платино-платинородиевой термопары в диапазоне температур 0—630,74 °С определяется следующим уравнением (нами приводятся

округленные значения коэффициентов); £=2] где d₀ = 0; d_x = 5,399-10~^?;

d₂= 1,252-10-^3 = —2,245-2,845-10"¹¹; 4 = —2,244- = 8,505 X

X lO'¹⁸.

Конструкция платино-платинородиевой термопары типа ТПП-1378, пред­назначенной для измерения температуры воздуха и инертных газов, показана на рнс. 11-20, а. Рабочий спай термопары открыт. Термоэлектроды представляют собой проволоку диаметром 0,3 или 0,5 мм и изолированы друг от друга керамическим изо­лятором, защитной арматурой также служат керамические трубки. Термопары

выполняются длиной L = 40ч-10 000 мм, выводы имеют длину I, равную 20 или 50 мм, внешний диаметр термопары d со­ставляет 4 или 2,5 мм.

Конструкция термопары промышлен­ного типа показана на рис. 11-20,6. Это термопара с термоэлектродами из неблаго­родных металлов, расположенными в со­ставной защитной трубе с подвижным фланцем для ее крепления. Рабочий спай 1 термопары изолирован от трубы фарфо­ровым наконечником 2. Термоэлектроды изолированы бусами 4. Защитная труба состоит из рабочего 3 и нерабочего 6 уча­стков. Передвижной фланец 5 крепится к трубе винтом. Головка термопары имеет литой корпус 7 с крышкой 11, закреплен­ной винтами 10. В головке укреплены фар­форовые колодки 8 (винтами 15) с «пла­вающими» (незакрепленными) зажимами 12, которые позволяют термоэлектродам удлиняться под воздействием температуры без возникновения механических напря­жений, ведущих к быстрому разрушению термоэлектродов. Термоэлектроды кре­пятся к этим зажимам винтами 13, а соединительные провода — винтами 14. Эти провода проходят через штуцер 9 с асбестовым уплотнением.

Различные типы промышленных термопар согласно ГОСТ 6616—74 имеют показатель тепловой инерционности 5—180 с. Под показателем тепловой инерцион­ности имеется в виду постоянная времени термопары, определяемая при погружении ее в воду.

Промышленные термометры сопротивления выпускаются в СССР в соответствии с ГОСТ 6651—78 двух типов — платиновые (ТСП) и медные (ТСМ). Основные харак­теристики термометров сопротивления приведены в табл. 11-12. Типы термометров, отмеченные скобками, применять не рекомендуется.

Термометры сопротивления выпускаются нескольких классов точности. Для существующих классов точности допустимые отклонения сопротивления R₀ при 0 °С и чувствительности 6\₀₀ == определяемой как отношение сопротивлений при

100 и 0 °С, приведены в табл. 11-13.

В табл. 11-14 приведены в сокращенном объеме градуировочные характеристики термометров. Численные значения сопротивлений для кратных градуировок полу­чаются соответственно умножением или делением на 10.

Согласно ГОСТ 6651—78 термометры могут выпускаться одинарные и двойные — по числу терморезисторов в одной зоне. Если терморезисторы расположены в разных зонах, то термометр называется многозонным. По числу выводных проводников термо­метры выпускаются с двумя, тремя и четырьмя выводами для включения их в измери­тельную цепь двух-, трех- или четырехпроводной линией соответственно. Под дей­ствием тока, протекающего по терморезистору и вызывающего его нагрев, сопротив­ление терморезистора не должно меняться иа величину, большую 0,1% его номиналь­ного значения при 0 °С; ток при этом выбирается из ряда 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 20,0; 50,0 мА.

Конструкция промышленного термометра сопротивления типа ТСП-6097, предназначенного для измерения температуры газообразных или жидких химически неагрессивных и агрессивных сред в диапазоне от —50 до +250 °С, показана на рис. рис. 11-21. Чувствительный элемент 1 платинового термометра представляет собой керамический каркас, в каналы которого помещена спираль из платиновой прово­локи. Концы спирали приварены к выводам, через которые чувствительный элемент

Рис. 11-20

соединен с трехжильным кабелем. Каналы каркаса засыпаны керамическим порош­ком, торцы герметизируют глазурью. Защитная арматура 2 термометра представляет

собой сварную конструкцию из стальной трубы и штуцера.Место соединения чувстви­тельного элемента с кабелем закрывается колпаком 4 из пресс-материала АГ-4В, ввинчиваемым в верхнюю часть штуцера 3, и заливается компаундом.

Показатели тепловой инерционности промышленных термометров составляют 10—60 с и определяются так же, как и для термопар. Исключение составляют термо­метры, предназначенные для измерения температуры газа; для них показатель тепло­вой инерционности определяется как постоянная времени при погружении термометра в поток воздуха, имеющего постоянную скорость 0,5 м/с.