Платиновый термометр сопротивления

Определение

Платиновый термометр сопротивления (PTR), также известный как платиновый термометр сопротивления (PRT), использует платину в качестве чувствительного материала для измерения температуры. Его работа основана на принципе, согласно которому электрическое сопротивление платины предсказуемо изменяется при изменении температуры. Этот тип термометра способен точно измерять температуры в широком диапазоне, от -200°C до 1200°C.

Платина, инертный металл, обладает отличной ковкостью, что позволяет легко вытягивать ее в тонкие и равномерные проволоки. Эти уникальные свойства — химическая стабильность и постоянная зависимость сопротивления от температуры — делают платину идеальным выбором для использования в качестве чувствительного элемента в термометрах, обеспечивая надежные и точные измерения температуры в различных применениях.

Принцип работы платиновых термометров сопротивления

Сопротивление платины имеет почти линейную зависимость от температуры, что является фундаментальным свойством, используемым для точного измерения температуры. Для определения значения сопротивления через платиновый элемент пропускают переменный или постоянный ток. При прохождении тока возникает падение напряжения на металле, которое можно точно измерить с помощью вольтметра. Используя заранее установленное калибровочное уравнение, измеренное значение напряжения преобразуется в соответствующее значение температуры, что позволяет точно определить температуру.

Конструкция платиновых термометров сопротивления

На рисунке ниже показана структура типичного платинового термометра сопротивления. В его центре находится платиновая чувствительная катушка, заключенная в защитную колбу, обычно изготовленную из стекла или пиrexа. Эти материалы обеспечивают тепловую стабильность и электрическую изоляцию, защищая целостность чувствительного элемента. Дополнительно, изолирующий слой, нанесенный на поверхность стеклянной трубки, дополнительно улучшает работу термометра, способствуя точному и стабильному измерению температуры.

Строение платиновых термометров сопротивления (PTR)

В PTR двухжильная платиновая проволока намотана на мика-полоску. Эта двойная конфигурация проводов минимизирует индуктивные эффекты, вызванные переменным током, обеспечивая точность измерений. Мика-полоска, действуя как электрический изолятор, расположена на концах трубки, чтобы зафиксировать катушку и предотвратить короткие замыкания.

Эбонитовая крышка запечатывает открытый конец трубки, обеспечивая механическую стабильность и изоляцию. Концы платиновой проволоки подключены к толстым медным выводам, которые, в свою очередь, соединяются с контактами (обозначенные AB), встроенными в эбонитовую крышку. Чтобы компенсировать сопротивление медных проводов и повысить точность, два идентичных медных провода (называемые компенсирующими проводами, обозначенные CD) подключены к верхним контактам. Такая "четырехпроводная" схема устраняет ошибки, вызванные сопротивлением проводов, что является важным фактором в высокоточных приложениях.

Промышленный дизайн PTR

На рисунке ниже показан промышленный платиновый термометр сопротивления. Здесь платиновая чувствительная катушка защищена стальной оболочкой или покрытием из стекла/керамики. Эта двойная герметизация обеспечивает два ключевых преимущества:

• Механическая прочность: прочная оболочка защищает хрупкую платиновую проволоку от физического повреждения в суровых промышленных условиях.

• Химическая стойкость: стеклянное или керамическое покрытие защищает чувствительный элемент от коррозионных веществ, обеспечивая долговременную надежность и точность в агрессивных химических средах.

Этот дизайн сочетает в себе прочность и точность измерений, делая платиновые термометры сопротивления подходящими для применения, начиная от лабораторных исследований и заканчивая высокотемпературными промышленными процессами.

Преимущества платиновых термометров сопротивления

• Простота использования: измерение температуры с помощью платинового термометра сопротивления более простое по сравнению с газовыми термометрами, требуя менее сложной установки и обслуживания.

• Высокая точность: прибор обеспечивает очень точные измерения температуры, что делает его идеальным для применений, требующих точности, таких как калибровочные лаборатории или промышленный контроль качества.
  

• Широкий диапазон температур: он эффективно работает в широком диапазоне температур, от -200°C до 1200°C, охватывая разнообразные условия, от криогенных до высокотемпературных.
  

• Чувствительность: термометр обладает отличной чувствительностью к небольшим изменениям температуры, обеспечивая надежное обнаружение даже незначительных колебаний.
  

• Воспроизводимость: зависимость сопротивления платины от температуры очень стабильна. Для заданной температуры платина всегда демонстрирует одно и то же значение сопротивления, обеспечивая повторяемость измерений.

Недостатки платиновых термометров сопротивления

• Медленное время реакции: термометр имеет относительно медленную реакцию на быстрые изменения температуры, ограничивая его пригодность для применений, требующих реального времени отслеживания динамических процессов.

• Ограничения по верхней температуре:

• Хотя у платины высокая температура плавления (~1768°C), длительное воздействие температур выше 1200°C приводит к постепенному испарению металла, что со временем нарушает целостность и точность датчика.

• Это ограничивает его использование в экстремально высокотемпературных условиях за пределами рекомендованного рабочего диапазона.

• Чувствительность к качеству изготовления: достижение отличной чувствительности и широкого диапазона измерений сильно зависит от тщательного производства. Некачественно изготовленные устройства могут демонстрировать сниженную производительность или надежность, требуя внимательной калибровки и обслуживания.

Основные соображения

Несмотря на свои ограничения, платиновый термометр сопротивления остается предпочтительным выбором во многих областях благодаря своей непревзойденной стабильности, точности и широкому диапазону температур. Для применений, требующих сверхвысоких температур или быстрой реакции, могут быть более подходящими альтернативные датчики (например, термопары), но PTR отлично подходят для сценариев, требующих консистентности и долговременной надежности.