Платиновый термометр сопротивления —

Историю термометрии с начала 18 столетия можно проследить по двум направлениям, родоначальниками которых были Фаренгейт и Амонтон. С одной стороны, разрабатываются все более точные практические шкалы, основанные на произвольных фиксированных точках, такие, как шкалы Фаренгейта, Цельсия и Реомюра, при одновременном создании все более совершенных практических термометров. С другой стороны, наблюдается параллельное развитие газовой термометрии и термодинамики. Первый путь привел (через ртутные термометры) к появлению платиновых термометров сопротивления, к работам Каллендара и наконец в конце 19 в. к платино-платинородиевой термопаре Шателье. В гл. 2 будет показано, что кульминационной точкой в практической термометрии явилось принятие Международной температурной шкалы 1927 г. (МТШ-27). Следуя по пути развития газовой термометрии, мы придем к работам Шарля, Дальтона, Гей-Люссака ш Реньо о свойствах газов, из которых следуют заключения о том, что все газы имеют почти одинаковый коэффициент объемного расширения. Это послужило ключом к последующему пониманию того, что газ может служить приближением к идеальному рабочему веществу для термометра и что можно создать [c.32]

Вторичными называются все термометры, не являющиеся первичными. Очевидным примером вторичного термометра может служить платиновый термометр сопротивления. Использовать этот термометр в качестве первичного не удается, поскольку свойства платины (см. гл. 5) не настолько известны, чтобы можно было выписать уравнение состояния в явном виде. Любое выражение, которое сегодня можно записать, будет содержать неизвестные зависящие от температуры члены, которые нельзя вычислить из первых принципов. Поэтому для градуировки такого термометра требуется прямо или косвенно сравнить его с первичным термометром при стольких значениях температуры, сколько необходимо для определения вида неизвестных членов, зависящих от температуры. [c.34]

Этим полиномом были описаны результаты измерений с газовым термометром, выполненные НФЛ [2]. Окончательная таблица получила название Предварительная таблица значений зависимости W 01 Т для платинового термометра сопротивления в интервале от 12 до 273,15 К, ККТ-64 и была опубликована ККТ [7]. В табл. 2.3 приведены наиболее надежные значения температур реперных точек в соответствии с таблицей ККТ-64 [3]. Эти значения были получены после публикации таблицы ККТ-64 и несколько отличаются от значений, рекомендованных в самой таблице. [c.52]

Уорд И Комптон [57], сравнивая в интервале от 4,2 до 373,15 К 37 платиновых термометров сопротивления из десяти лабораторий. Сличение было выполнено в пятидесяти температурных точках, с тем чтобы обнаружить расхождения их градуировок как в реперных точках, так и между ними. Оценка точности сличений приведена на рис. 2.5, который служит хорошей иллюстрацией современных возможностей сличения термометров при низких температурах. Происхождение термометров было весьма различным, основная часть поступила от трех коммерческих фирм, а остальные были сделаны [c.57]

ТОЛЬКО немногие капсульные низкотемпературные платиновые термометры сопротивления могут работать при температурах выше точки затвердевания олова (231 °С) и, таким образом, для определения коэффициентов а и б требуются измерения [c.151]

Криостат, применяемый для точного воспроизведения точки кипения неона [35], показан на рис. 4.18. Элементы /—8 играют здесь ту же роль, что и на рис. 4.17, 9 — охлаждаемый газом теплообменник, температура которого регулируется с помощью платинового термометра сопротивления 19. Криостат подве- [c.159]

Интенсивное изучение методов и техники точной реализации точек плавления и затвердевания металлов было проведено авторами работ [47—50] и [52—56]. Предел воспроизводимости, достигнутый при реализации точек затвердевания металлов, определяется скорее совершенством термометров, используемых для фиксации переходов, чем самими металлами. Необходимость обеспечить достаточную глубину погружения термометра в среду с измеряемой температурой является сложной проблемой (см. гл. 5). В зависимости от конструкции термометра требуется его погружение в зону однородных температур в пределах от 10 до 20 см, чтобы чувствительный элемент в пределах 0,5 мК соответствовал температуре окружения. Поскольку разница АТ между температурой чувствительного элемента и температурой окружения экспоненциально уменьшается с глубиной погружения, нет больших различий в глубине погружения для точки таяния льда, точки затвердевания олова и даже золота. Увеличение глубины погружения для разных конструкций термометров на 1,5—3 см приводит к уменьшению АТ примерно в 10 раз. В точках затвердевания металлов обычно можно обеспечить достаточную глубину погружения, однако при измерении платиновым термометром сопротивления температур других объектов всегда важным ограничением является однородность их температур. Поэтому выше 500 °С платиновым термометром трудно измерить температуру тела с точностью лучше 50 мК. Отметим в этой связи эффективность применения тепловых трубок для увеличения области очень однородной температуры. [c.169]

Изложив в общих чертах процессы плавления и затвердевания металлов, перейдем к описанию аппаратуры и методик, которые должны применяться при проведении точных измерений. Размеры образца металла зависят в основном от размеров платинового термометра сопротивления, применяемого для измерения температуры. Тепло, отводимое от металла термометром через измерительные провода и арматуру, должно быть всегда пренебрежимо мало по сравнению с теплотой плавления, т. е. глубина погружения термометров должна быть достаточной. Если это условие не выполняется, возникают температурные градиенты, нарушающие всякое подобие равновесия в образце независимо от неравновесностей, обусловленных конечной скоростью его затвердевания. Должна также сохраняться чистота металлов, что достигается при использовании [c.173]

Рис. 4.27. Плато затвердевания золота, наблюдаемое с помощью высокотемпературного платинового термометра сопротивления 121).

С момента появления первых термометров сопротивления и работы Каллендара по платиновым термометрам термометрия по сопротивлению претерпела существенные изменения. Наряду с классическими платиновыми термометрами сопротивления, применяемыми для измерений с большой точностью и во все возрастающем диапазоне температур, в настоящее время в промышленном масштабе используются проволочные элементы из платины, меди или никеля, а также печатные толстопленочные платиновые элементы. В диапазоне комнатных температур хорошо зарекомендовали себя точные и недорогие термисторы. В научных исследованиях при низких температурах используются термометры сопротивления с чувствительными элементами из сплава родия с железом, германия, углерода и стекло-углерода. Во многих случаях промышленных применений термометры сопротивления как основной инструмент контроля процесса вытесняют термопары. При температурах ниже 700 °С большинство промышленных термометров сопротивления сейчас более компактны и надежны, чем термопары. Кроме того, все более широкое применение микропроцессоров в составе приборов позволяет быстрее и эффективнее, чем было возможно прежде, использовать информацию, содержащуюся в сигнале от термометра. [c.186]

Платиновый термометр сопротивления является прибором, которому отдают предпочтение для наиболее точного измерения температуры в диапазоне от тройной точки водорода (13,81 К) до точки плавления сурьмы (903,89 К). К достоинствам платины как материала для термометров можно отнести ее химическую инертность вплоть до высоких температур, высокую температуру плавления, высокое удельное сопротивление ( 10 мкОм-см при комнатной температуре), а также легкость изготовления из платины высокочистой тонкой проволоки. Од- [c.200]

Зависимость сопротивления от температуры для платинового термометра сопротивления [c.201]

Эти формулы впервые были получены Каллендаром и хорошо знакомы всем, кто пользуется платиновыми термометрами сопротивления [13]. Они не теряют своего значения и по сей день, поскольку а и б показывают для каждого термометра сопротивления соответственно средний наклон кривой зависимости сопротивления от температуры в интервале от 0 до 100 °С и отклонение от линейной зависимости в этом интервале. [c.202]

Платиновые термометры сопротивления для измерения низких температур [c.206]

Чтобы перекрыть диапазон температур от 13 до 903 К, нельзя обойтись одной конструкцией платинового термометра сопротивления, поскольку требования, предъявляемые к низкотемпературным термометрам, резко отличаются от требований к высокотемпературным термометрам. Например, в большин- [c.206]

Платиновые термометры сопротивления для измерения температур до 630 °С [c.209]

Рис. 5.14. Конструкции чувствительного элемента в стержневых платиновых термометрах сопротивления.

Было испытано несколько конструкций высокотемпературных термометров, часть которых показана на рис. 5.16 [23—25]. К настоящему времени ни одна из них не обнаружила особых преимуществ перед другими ни в отнощении стабильности, ни в отношении легкости изготовления. Поэтому вопрос об оптимальной конструкции высокотемпературного платинового термометра пока остается открытым. Какая бы конструкция ни была в конце концов признана лучшей, использование платиновых термометров сопротивления при температурах выше 600 °С будет осложняться, как показано ниже, эффектами, связанными с возникновением решеточных дефектов при охлаждении и вариаций толщины пленки окисла на поверхности платины. [c.215]

Рис. 5.16. Платиновые термометры сопротивления, предназначенные для использования до точки плавления золота, а — птичья клетка [23] б — одинарная спираль [24] в — двойная спираль [25]. I — платиновый вывод 2 — платиновая проволока диаметром 0,4 мм 3 — кварцевый диск-изолятор 4 — кварцевая изоляционная трубка, в которой проходит платиновый центральный вывод 5 — центральный вывод.

Рис. 3.19. Изменения К (273,16 К) платинового термометра сопротивления под действием тепловой обработки при указанной температуре в кислороде под давлением 83 кПа [32].

Технические платиновые термометры сопротивления [c.221]

Наибольшие трудности встречает сегодня выбор метода воспроизведения будущей МПТШ в интервале 13,8—24 К. Традиционная схема с платиновым термометром, градуированным в реперных точках, неизбежно потребует применения точек по температурам кипения водорода со всеми их недостатками, поскольку здесь просто не существует тройных точек в числе, достаточном для точного вычисления поправочной функции. Отметим, что пока не удалось получить удовлетворительных результатов для тройной точки дейтерия вблизи 18 К. Это связано, по-видимому, с недостаточной изученностью процессов орто-пара конверсии. К этому добавляются характерные для измерений с платиновым термометром в этом интервале температур проблемы их стабильности. Преимущество традиционного метода состоит в возможности перекрыть большой интервал температур единственным и очень широко применяемым прибором, каким является платиновый термометр сопротивления. [c.7]

До недавнего времени было принято считать, что для МПТШ обязательно, чтобы температуры в данном интервале воспроизводились только одним методом. Выполнение этого требования автоматически обеспечивает единство измерений температуры. Однако редакция МПТШ-68 1975 г. допускает при градуировке платиновых термометров сопротивления использовать с равным правом тройную точку аргона пли точку кипения кислорода. В настоящее время нет никаких указаний на то, что такая двойственность привела к заметным расхождениям результатов измерений. Опыт успешной эксплуатации ПТШ-76, где с равным правом допускается воспроизводить шкалу несколькими весьма различными, но хорошо исследованными методами, также позволяет считать указанные выше формальные требования неоправданно жесткими. Можно полагать поэтому, что разумное отступление от метрологического пуризма и применение на равных основаниях обоих указанных выше методов воспроизведения МПТШ от 13,81 до 24 К не сможет привести к экспериментально ощутимым потерям в единстве измерений температуры. [c.8]

Платиновый термометр сопротивления служит весьма наглядным примером вторичного термометра. Однако не всегда столь очевидно, следует ли отнести тот или иной термометр к первичному или вторичному. Затруднения возникают, например, в случае, если газовый термометр используется так, что при этом требуется знание вириальных коэффициентов, как, например, в одном из методов газовой термометрии, описанном в гл. 3. Строго говоря, такую газовую термометрию не следует считать первичной, если значения вириальных коэффициентов (зависящих от температуры) получены с помощью экспериментальных измерений, в свою очередь связанных с термомет- [c.34]

В последние два десятилетия 19 в. было выполнено много измерений с газовым термометром, в том числе при температурах выше 600 °С. Были найдены значения ряда точек кипения и затвердевания в основном по показаниям азотного газового термометра постоянного давления. Подробный обзор этих достижений дал в 1899 г. Каллендар на сессии БАРН, где он выступил с предложениями о практической температурной шкале [12]. Каллендар предложил принять платиновый термометр сопротивления, калиброванный в точке замерзания воды и точках кипения воды и серы в качестве основы шкалы. Он предложил также отобрать конкретную партию платиновой проволоки для изготовления термометров, несущих шкалу. Он предложил приблизить эту шкалу к шкале идеального газа, приняв для точки кипения серы результаты измерений с газовым термометром, и назвать ее температурной шкалой Британской ассоциации. Свои предложения Каллендар обосновал проверкой квадратичной формулы разностей между так называемой платиновой температурой и температурами, определяемыми по газовому термометру, которые были ранее найдены в МБМВ Шаппюи и Харкером [15, 35]. Каллендар представил также перечень значений вторичных реперных точек, основанный на его анализе измерений с газовым термометром. Эти числа приведены в табл. 2.1 вместе с принятыми в МПТШ-68. [c.41]

За исключением области самых низких температур (скажем, ниже 1 К), первичные термометры остаются гораздо более трудоемкими при использовании и менее воспроизводимыми, чем лучшие вторичные термометры. Для большинства целей удобство и воспроизводимость показаний термометра важнее, чем точность по термодинамической шкале. Кроме того, существует очень много физических величин, для измерения которых требуется находить разности температур. К их числу относятся теплоемкость, теплопроводность и другие теплофизические величины. Если отклонения применяемой практической шкалы от термодинамической описываются медленно меняющейся плавной функцией температуры, то серьезных проблем не возникает. Если же, напротив, практическая шкала содержит небольшие, но заметные скачки отклонений от.термодинамической шкалы, то и измерения соответствующих физических величин в зависимости от температуры дадут неожиданные ложные скачки, которые отражают только несовершенство термометрии. Для исключения подобных затруднений необходимо, чтобы практическая шкала была гладкой функцией от термодинамической температуры. Это эквивалентно требованию непрерывности первой и второй производных температурной зависимости разности практической и термодинамической температурных шкал. Если для конк >етного вторичного термометра (такого, например, как платиновый термометр сопротивления) нетрудно рассчитать гладкую практическую шкалу, то получить гладкое соединение шкал для двух разных вторичных термометров гораздо сложнее. Основной источник трудностей заключается в том, что два различных участка шкалы часто основаны на разных физических закономерностях, отклонения которых от термодинамической шкалы не совпадают. Соединение шкалы по платиновому термометру сопротивления и по платинородие-вой термопаре в МТШ-27, так же как и в МПТШ-48 и МПТШ-68, служит хорошим примером типичных трудностей. В МПТШ-68 в этой точке имеется скачок первой производной от разности / — 68, достигающий 0,2%. Такие разрывы можно [c.44]

Шкала 1927 г. подверглась позже значительному усовершенствованию в деталях, однако принципы ее не изменились. Шкала по-прежнему основывается на наборе определяющих реперных точек, интерполяционном инструменте, отвечающем ряду требований, и конкретном уравнении для интерполяции. Набор узаконенных реперных точек сам по себе недостаточен для установления щкалы. Однако часть шкалы МТШ-27 выше О С° полностью определена по платиновому термометру сопротивления при использовании точек льда, кипения воды и серы совместно с квадратичным интерполяционным уравнением. Дополнительные реперные точки внутри интервала, в котором шкала определена, могут использоваться для разных целей, но никакого влияния на узаконенную шкалу не оказывают. Это замечание, разумеется, полностью относится и к МПТШ-68. [c.45]

Рис. 3.20. Схема криостата Сетаса и Свенсона для магнитной термометрии [10]. А—вывод электрических проводов В — промежуточный экран С — термодатчик О — экран блока Е — вакуумная рубашка из латуни f—измерительные провода (3 — тепловые ключи Я — экран / — стержень из кварцевого стекла / — медные провода К — катушка L — нейлоновая ячейка М — экран из проволочной фольги N — радиационный экран из черной бумаги О — вакуумная рубашка из пи-рекса Р — переход медь—пирекс Q — высоковакуумная откачка / — вакуумная рубашка трубки, передающей давление 5 — образец с солью Т — германиевый термометр сопротивления и — медный блок V—платиновый термометр сопротивления — жидкий Не Z — откачка паров Не.

На практике в магнитной термометрии достигнуты большие успехи. На рис. 3.20 и 3.21 схематически показана аппаратура, которую использовали Сетас и Свенсон [10] для установления магнитной шкалы от 0,9 до 18 К. Эта шкала была принята за основу при установлении шкалы ПТШ-76 (см. гл. 2). Образец соли, приготовленный из порошка, помещался в немагнитную нейлоновую капсулу, которая поддерживалась стержнем из кварцевого стекла, прикрепленным к медному блоку. Температура блока измерялась германиевым и платиновым термометрами сопротивления. Медный блок имел полость, куда зали- [c.127]

СОСТОИТ из трех частей а) нижний, охлаждаемый газом теплообменник 4, к которому припаяна медная трубка 5, образуюп ая наружный тепловой экран. Это устройство нагревается угольным нагревателем 6, его температура поддерживается регулятором с помощью миниатюрного платинового термометра сопротивления ба [c.156]

Провода приведены в тепловой контакт с элементами 16 и 17. Терморегулирование осуществляется внешним электронным регулятором с помощью угольного сопротивления-нагревателя 19 и платинового термометра сопротивления 18. Теплостоком для [c.158]

Принятие МПТШ-68 внесло изменения, касающиеся описания зависимости сопротивления от температуры для платинового термометра сопротивления, в частности в области низких [c.204]

Обсуждая шкалу МПТШ-68, следует упомянуть, что предлагались гора.здо более простые способы определения шкалы температур ниже О °С, основанной на использовании платинового термометра сопротивления (см., например, [17]). Если МПТШ-68 будет пересмотрена, то на смену ей, судя по всему, придут более простые методы. [c.206]

Рис. 5.12. Капсульный платиновый термометр сопротивления (с разрешения фирмы Н. Tinsley Ltd).

Платиновый кожух выполнен из цельнотянутой трубки с внещним диаметром 5 мм, толщиной стенок 0,1 мм и длиной (включая стеклянную головку) около 60 мм. Все прецизионные платиновые термометры сопротивления имеют четыре вывода одну пару токовых выводов и одну пару потенциальных. Выводы из платиновой проволоки длиной около 50 мм припаяны через стеклянную головку. Наиболее частой причиной выхода таких термометров из строя является обламывание вывода у головки. Иногда удается подпаять обломанный вывод, но [c.207]

Точные платиновые термометры сопротивления, предназначенные для измерения температур выше 100 °С, обычно имеют вид, показанный на рис. 5.13, и иногда называются стержневыми . Несмотря на свои многочисленные достоинства, капсульный термометр не годится для измерения высоких температур, поскольку сопротивление утечки между выводами в стеклянной головке становится слишком малым. Выводы высокотемпературного термометра изолируются друг от друга слюдой, кварцевыми или сапфировыми шайбами или трубочками. Собственно чувствительный элемент изготавливается обычно Из проволоки толщиной 0,07 мм, как и в капсульном термометре, и имеет сопротивление 25 Ом при 0°С. В типовых конструкциях [19—21] используется либо бифилярная намотка на слюдяную крестовину, либо спираль, помещенная в перевитые кварцевые трубочки, либо проволока в корундовых трубках (рис. 5.14). Во всех этих конструкциях стремятся свести к минимуму механические напряжения, чтобы проволока чувствительного элемента могла свободно расширяться и сжиматься при нагревании и охлаждении, не удерживаясь крепежными элементами. В тех конструкциях, где рроволока проходит близко к кожуху (рис. 5.14,а, в), тепловой контакт с окружающей средой лучше, а самонагрев меньше, чем в термометрах, где проволока заключена в дополнительную оболочку или проходит ближе к центру. [c.209]

Рис. 5.13. Стержневой платиновый термометр сопротивления, предназначенный для использования в диапазоне от —189 до 630 °С, длина 600 мм, наружный диаметр 7 мм (с разрешения фирмы Н. Tinsley Ltd).

В нынешней редакции МПТШ-68 платиновый термометр сопротивления, используемый при температурах выше 630 °С, должен градуироваться лишь путем сравнения со стандартной платино-платинородиевой термопарой. Поскольку даже с учетом эффектов решеточных вакансий и царапания проволоки воспроизводимость результатов у платинового термометра сопротивления гораздо лучше, чем у термопары, эту ситуацию нельзя признать удовлетворительной. Отсутствие общепринятого интерполяционного уравнения является одним из препятствий на пути к более широкому использованию высокотемпературных термометров сопротивления. До тех пор пока не будут проведены надежные сравнения МПТШ-68 с термодинамической шкалой температур в диапазоне от 630 до 1064 °С, от интерполяционного уравнения можно требовать лишь приведения в соответствие показаний платинового термометра сопротивления с квадратичной зависимостью э. д. с. термопары от температуры. Такое уравнение уже существует оно определяет градуировку платинового термометра сопротивления по шкале МПТШ-68 с точностью, достижимой для платино-платинородиевой термопары, а именно 0,2°С. [c.219]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...