Термометры и термопары

Рассматривая контактный метод теплового контроля, при котором  регистрации температуры происходит при непосредственном контакте чувствительного элемента теплового дефектоскопа с поверхностью объекта контроля, следует рассмотреть различное оборудование, которое при этом применяется – термометры и термопары.

Стеклянный термометр. Основан на расширении/сжатии жидкости (обычно ртуть или подкрашенный спирт) в стеклянной оболочке из-за изменения температуры. Широко используемый метод из-за высокой автономности и невысокой цены. Диапазон измерений от -200°C до +600°C с точностью до 0,03°C. Основные недостатки при использовании в тепловом контроле: возможность измерения только в отдельных точках, высокая токсичность ртути.

Термометры сопротивления. Метод изобретен В. Сименсом в 1871 году. Датчики такого типа составляли 25% американского рынка температурных датчиков в 1988 году. Принцип: зависимость величины электрического сопротивления от температуры. Преимущества:высокая воспроизводимость результатов (возможность замены вышедшего из строя датчика на аналогичный), высокая стабильность (платиновое сопротивление с чувствительностью 0,006°C используется как температурный стандарт). Недостатки: контактный характер измерений в отдельных точках, хрупкость, высокая стоимость (при использовании платины), трудность обеспечения хорошего контакта.

ЧЭ - чувствительный элемент

Работа термометров сопротивления основана на зависимости величины электрического сопротивления материала R от его температуры Т:

R(T) = R₀ F (T - T₀),

где R₀ - сопротивление при температуре Т₀, а функция F является характеристикой материала и равна 1 при T₀ = T. Так, для металлов

R(T) = R₀ (1+ AT + BT² +CT³),

где температура Т выражается в °С, а Т₀ = 0°С.

Для термисторов, изготовляемых: из смесей полупроводниковых оксидов

R(T) = R₀ exp[ B ( 1/T - 1/T₀ )],

где Т - абсолютная температура. Коэффициенты в законе изменения R обычно известны из серии измерений при нескольких температурах; поэтому, измерив величину R, можно определить температуру термометра.

Для измерения сопротивления термометра сопротивления часто применяют мостовая схема (мост Уитстона). Для малых изменений температуры (var>ΔT в окрестности значения Т общую зависимость изменения сопротивления от температуры можно линеаризовать:

R(T + ∆T) = R (T) (1 + α_R ∆T),

где температурный коэффициент сопротивления, или чувствительность при температуре Т.

Величина α_R, очевидно, зависит от температуры и материала термометра. Например, при температуре 0°С для платины α_R = 3,9∙10^-3 °С^-1; для некоторых термисторов α_R = 5,2∙10^-2 °С^-1.

Термометры сопротивления можно разделить на 3 группы: металлические термометры сопротивления, термисторы и кремниевые термометры сопротивления.