Резистивные детекторы температуры

Этот термин обычно относится к металлическим детекторам, которые быва­ют проволочными и тонкопленочными. Поскольку удельное сопротивление всех металлов и большинства сплавов зависит от температуры, на их основе можно разрабатывать чувствительные элементы для измерения температуры (см. Приложение). Хотя для изготовления температурных детекторов подхо­дят практически все металлы, но все же, в основном, для этих целей исполь­зуется только платина. Это объясняется воспроизводимостью ее характерис­тик, долговременной стабильностью и прочностью. Для измерения темпера­тур выше 600°С применяются вольфрамовые РДТ. Все РДТ обладают поло­жительными температурными коэффициентами. Выпускаются несколько типов РДТ:

1. Тонкопленочные РДТ, изготовленные из тонких слоев платины или ее
сплавов, нанесенных на подходящую подложку, например, на кремние­
вую микромембрану. РДТ часто формируются в виде серпантинной струк­
туры для получения высокого отношения длины к ширине

2. Проволочные РДТ, в которых платиновая проволока намотана внутри ке­
рамической трубочки и прикреплена к ней при помощи высокотемпера­
турного клея. Такая конструкция позволяет изготавливать датчики, об­
ладающие очень высокой стабильностью.

В соответствии с Международной практической температурной шкалой (IPTS-68) прецизионные датчики температуры должны калиброваться при температурах, определяемых воспроизводимыми равновесными состояния­ми некоторых материалов. В этой шкале температуры в Кельвинах обознача­ются символом T₆₈, а в градусах Цельсия - t₆₈. Международный Комитет по Весам и Мерам в сентябре 1989 года принял новую Международную темпе­ратурную шкалу (1TS-90). В ней температура в градусах Цельсия обозначает­ся как t₉₀. В таблице 16.2 приведены различия между этими двумя шкалами, которые важны при проведении прецизионных измерений.

Уравнение (3 58) главы З является хорошим аппроксимационным выражени­ем второго порядка для платины В промышленности принято использовать от­дельные аппроксимации для низких и высоких температур Каллендар-ван Дасен предложил следующее аппроксимационное выражение для передаточной функ­ции платинового детектора

В диапазоне-200 0°С

(16 10)

А в диапазоне 0 630°С это выражение становится идентичным уравнению (3 58) главы 3

(16 11)

Константы А, В и С определяются свойствами платины Ту же самую аппроксима­цию можно представить в следующем виде

(16 12)

где t — температура в °С, а коэффициенты А, В и С определяются как

(16 13)

Значение dполучается при калибровке детектора при высоких температурах (на­пример, в точке замерзания цинка(419 58°С)), а коэффициент /3 — при калибров­ке при отрицательной температуре

Для согласования со шкалой ITS-90 аппроксимацию Каллендар-ван Дасе-на необходимо уточнить Это довольно сложная процедура, подробности кото­рой читатель может найти в описании этой шкалы В других странах приняты другие документы по РТД Например, в Европе это BS 1904 1984, D1N 43760-1980, IEC751 1983, а в Японии J1SC1604-1981 В США разные компании разра­ботали свои собственные стандарты на коэффициенты а Например, в стандар­те SAMA StandardRC21-4-1966 величина а=0 003923°С ', в то время как в евро­пейском стандарте DIN а=0 003850°С ', а в Британском стандарте -а=0 003900°С '

Уравнение (3.58) главы 3 является хорошим аппроксимационным выражени­ем второго порядка для платины. В промышленности принято использовать от­дельные аппроксимации для низких и высоких температур. Каллендар-ван Дасен предложил следующее аппроксимационное выражение для передаточной функ­ции платинового детектора:

В диапазоне -200...0°С:

(16.10)

А в диапазоне 0...630°С это выражение становится идентичным уравнению (3.58) главы 3:

(16 11)

Константы А, В и С определяются свойствами платины. Ту же самую аппроксима­цию можно представить в следующем виде:

(16 12)

где t — температура в °С, а коэффициенты А, В и С определяются как:

(16 13)

Значение dполучается при калибровке детектора при высоких температурах (на­пример, в точке замерзания цинка(419.58°С)), а коэффициент /3 — при калибров­ке при отрицательной температуре.

Для согласования со шкалой ITS-90 аппроксимацию Каллендар-ван Дасе-на необходимо уточнить. Это довольно сложная процедура, подробности кото­рой читатель может найти в описании этой шкалы. В других странах приняты другие документы по РТД. Например, в Европе это: BS 1904:1984, DIN 43760-1980, IEC751:1983, а в Японии JISC1604-1981. В США разные компании разра­ботали свои собственные стандарты на коэффициенты а. Например, в стандар­те SAMA StandardRC21-4-1966 величина a=0.003923°С¹, в то время как в евро­пейском стандарте DIN а=0.003850°С¹, а в Британском стандарте — a=0.003900°С¹.

Обычно РТД калибруются при стандартных температурах, которые мож­но воспроизвести в лабораторных условиях с высокой степенью точности (см. таблицу 16.1). Калибровка в таких точках позволяет очень точно определить коэффициенты аппроксимации aи d.

Типичные допуски для проволочных РДТ равны ±10 МОм, что соответ­ствует ±0.025°С. Для обеспечения высокой точности измерений необходимо тщательно проектировать корпус РДТ, уделяя особое внимание его теплоизо­ляции. Это особенно важно при проведении измерений на высоких температурах, когда сопротивление изоляции резко падает. Например, резистор 10-МОм при тем­пературе 550°С обладает погрешностью порядка 3 МОм, что соответствует тем­пературной ошибке: —0.0075°С .

Поиск по сайту: