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.
Таблица 16.1. Эталонные температурные точки
Описание точки
°с
Тройная точка водорода
-259,34
Точка кипения нормального водорода
-252,753
Тройная точка кислорода
-218,789
Точка кипения азота
-195,806
Тройная точка аргона
-189,352
Точка кипения кислорода
-182,962
Точка сублимации углекислого газа
-78,476
Точка замерзания ртути
-38,836
Тройная точка воды
0,01
Точка замерзания воды (смеси воды и льда)
0,00
Точка кипения воды
100,0
Тройная точка бензольной кислоты
122,37
Точка замерзания индия
156,634
Точка замерзания олова
231,968
Точка замерзания висмута
271,442
Точка замерзания кадмия
321,108
Точка замерзания свинца
327,502
Точка замерзания цинка
419,58
Точка замерзания сурьмы
630,755
Точка замерзания алюминия
660,46
Точка замерзания серебра
961,93
Точка замерзания золота
1064,43
Точка замерзания меди
1084,88
Точка замерзания никеля
Точка замерзания палладия
Точка замерзания платины
* Тройная точка определяется равновесным
состоянием трех фаз
твердой, жидкой
и газовой
Таблица 16.2.Разница температур между шкалами IPTS-68 и 1TS-90
/90(С) -10 0 10 20 30
Т90 -?68(с) 0 002 0000 -0 002 -0 005 -0 007
-0010
Источник Sounders, P The International Temperature Scale of 1990, ITS-90 WOCE Newsletter 10, 1990
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 '
Таблица 16.1. Эталонные температурные точки
Описание точки
°с
Тройная точка водорода
-259,34
Точка кипения нормального водорода
-252,753
Тройная точка кислорода
-218,789
Точка кипения азота
-195,806
Тройная точка аргона
-189,352
Точка кипения кислорода
-182,962
Точка сублимации углекислого газа
-78,476
Точка замерзания ртути
-38,836
Тройная точка воды
0,01
Точка замерзания воды (смеси воды и льда)
0,00
Точка кипения воды
100,0
Тройная точка бензольной кислоты
122,37
Точка замерзания индия
156,634
Точка замерзания олова
231,968
Точка замерзания висмута
271,442
Точка замерзания кадмия
321,108
Точка замерзания свинца
327,502
Точка замерзания цинка
419,58
Точка замерзания сурьмы
630,755
Точка замерзания алюминия
660,46
Точка замерзания серебра
961,93
Точка замерзания золота
1064,43
Точка замерзания меди
1084,88
Точка замерзания никеля
Точка замерзания палладия
Точка замерзания платины
* Тройная точка определяется равновесным
состоянием трех фаз:
твердой, жидкой и газовой.
Таблица 16.2.Разница температур между шкалами IPTS-68 и ITS-90
t90(С) -10 0 10 20 30
Тто - t68 (С) 0 002 0 000 -0 002 -0 005 -0 007
-0010
Источник Saunders, P The International Temperature Scale of 1990, ITS-90 WOCE Newsletter 10, 1990
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 .