Термопреобразователь сопротивления (ТПС) – первичный измерительный преобразователь, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. ТПС относятся к классу параметрических датчиков. Материал, из которого изготавливается ТПС, должен обладать высоким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), как можно более линейной зависимостью сопротивления от температуры и хорошей воспроизводимостью характеристик. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют платина (Pt), медь (Cu) и никель (Ni), имеющие положительный ТКС. Платина используется для измерения температур в диапазоне (–200…+1100) 0С; медь – для температур (–200…+200) 0С; никель – для температур (–60…+180) 0С. Лучшей воспроизводимостью характеристик обладают платиновые датчики (нестабильность градуировочной характеристики для лучших образцов не превышает 0,001 0С), а лучшей линейностью характеристики обладают медные датчики.
Стандартные платиновые термопреобразователи имеют обозначение ТСП, медные – ТСМ, а никелевые – ТСН. Номинальное сопротивление термопреобразователей находится в диапазоне единицы – сотни Ом.
Тепловая инерционность стандартных термометров сопротивления характеризуется постоянной тепловой инерции, составляющей десятки секунд – единицы минут.
Основные технические характеристики ТПС регламентируются ГОСТ 6651-94, в котором изменение сопротивления в функции температуры описывается номинальными статическими характеристиками (НСХ). При этом сопротивление ТПС определяется по формуле:
Rt =Wt∙R0,
где R0 – сопротивление ТПС при 00С, один из основных технических параметров ТПС;
Rt – сопротивление ТПС при температуре t0С;
Wt – значение отношения сопротивлений при температуре t0С и при
температуре 00С, для каждого типа ТПС приведено в ГОСТ 6651-94.
На рис. показан пример НСХ, построенной по табличным данным.
НСХ платинового ТПС c R0=100 Ом, W100=1.385
Аналитически каждая НСХ на определённых температурных отрезках может быть описана интерполяционным уравнением. Вид интерполяционного уравнения и его коэффициенты зависят от материала ТПС и номинального значения сопротивлений при 1000С и при 00С:
По точности воспроизводимости своей градуировочной характеристики и по допускаемому отклонению сопротивления R0 от номинального ТПС делятся на классы допуска А, В и С.
Конструкции чувствительных элементов ТПС бывают очень разнообразны в зависимости от пределов преобразуемых температур, условий эксплуатации и т.д. Чувствительный элемент платинового ТПС имеет вид спирали 1, помещенной в канавках двух- или четырехканального керамического каркаса 2 и уплотненной порошкообразной окисью алюминия 3. Окись алюминия является хорошим электрическим изолятором, обладает большой теплостойкостью и хорошей теплопроводностью. Крепление платиновой спирали к каркасу осуществляется с помощью глазури на основе окиси алюминия и кремния. Чувствительный элемент медного термопреобразователя сопротивления представляет собой бескаркасную обмотку 1 из медной изоляционной проволоки. Сверху обмотка покрывается фторопластовой пленкой 4. Для обеспечения необходимой механической прочности обмотка помещается в тонкостенную механическую гильзу 2, засыпается керамическим порошком 3 и герметизируется.
Ниже показаны две конструктивные разновидности погружаемых ТПС. В приведенных конструкциях для защиты от влияния внешних механических воздействий чувствительный элемент 1 помещен в защитную арматуру 2 (обычно из нержавеющей стали). Для крепления датчика на объекте исследования предусмотрен подвижный или неподвижный штуцер 3. Выводы чувствительного элемента вынесены на контактную головку колодки датчика 4, а в преобразователях без головки они имеют соответствующую заделку и заканчиваются обычно наконечниками.
Конструктивно ТПС может иметь 2, 3 или 4 внешних вывода. Соответственно, такие ТПС могут быть использованы в двух-, трех- и четырехпроводных схемах измерения.
