Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее употребительными металлами для термометров сопротивления являются чистые платина и медь. Платиновый термометр применяется в интервале температур примерно от 10 до 1100 °С, медный — от температур жидкого водорода приблизительно до 120 СС. Точность термометров сопротивления в различных темпе-
зо
ТЕМПЕРАТУРА
ІГЛ.І
ратурных интервалах разная. Для платинового термометра (в интервале температур от 20 до 70 К) она составляет около 0,01 К, а при измерении малых разностей температур — 0,001 К. Точность измерения температур медным термометром примерно на порядок меньше. В термометрах сопротивления применяются и другие материалы, например никель (ниже точки Кюри, т. е. 376 °С), а также сплав железа с никелем (около 70% никеля и 30% железа)— ниже 0° до 600 °С. Для измерения низких температур (от 3,4 до 273 К) может использоваться термометр сопротивления из чистого индия.
Конструкция термометра сопротивления может быть весьма разнообразной в зависимости от его предназначения. Платиновый термометр обычно изготовляется из тонкой платиновой проволоки (диаметром 0,05—0,1 мм с сопротивлением при комнатной температуре 10—100 Ом), закрепляемой на изоляционном каркасе из слюды (в технических термометрах), фарфора или кварца. Концы проволоки соединяются медными проводами с измерительной схемой сопротивления, например с мостиком Уитстона (1802—1875).
4. Особым видом термометров сопротивления являются полупроводниковые термометры, называемые также термосопротивлениями или термисторами. В них термометрическим телом служит полупроводник, например уголь или кристаллик германия. Угольные и германиевые термометры сопротивления применяются при температурах ниже 20 К. Сопротивление полупроводников убывает с повышением температуры. Их удельное сопротивление в десятки и сотни раз больше, чем у металлов. Температурный коэффициент сопротивления примерно также в 10 раз больше. Благодаря этому полупроводниковые термометры сопротивления при большой чувствительности могут иметь исключительно малые размеры. Такими термометрами можно надежно измерять изменения температуры в тысячные доли градуса.
5. Многие металлы и сплавы вблизи абсолютного нуля переходят из нормального в сверхпроводящее состояние, в котором их электрическое сопротивление обращается в нуль. Этот переход, однако, происходит настолько круто, что делает невозможным использование соответствующих материалов для устройства термометров сопротивления. Некоторое распространение в низкотемпературной термометрии получил термометр сопротивления из фосфористой бронзы, содержащей в качестве примеси несколько сотых процента свинца. Здесь переход из нормального в сверхпроводящее состояние сильно растянут. Сопротивление падает почти линейно в температурном интервале от 7 до 1 К.
6. О принципе устройства термопарных термометров уже говорилось выше. Термопарный термометр состоит из двух проволок А и В, изготовленных из разнородных материалов и сваренных своими концами (см. рис. 1). Если спаи имеют разные температуры, то в цепи термопары возникает электрический ток. Один из спаев,
ВИДЫ ТЕРМОМЕТРОВ
31
называемый спаем сравнения, поддерживается при постоянной температуре, например, погружается в тающий лед. Эта температура называется опорной температурой. Другой спай, называемый измерительным, приводится в тепловой контакт с телом, температуру которого надо измерить. В цепь термопары включается милливольтметр для измерения возникающей э. д. с. По величине э. д. с. судят о температуре рассматриваемого тела. Градуировка может быть выполнена, например, с помощью газового термометра. При малой разности температур между спаями термо- э. д. с. пропорциональна этой разности.
Принципиальная схема включения термопары показана на рис. 4. Разнородные проволоки термопары А и В изображены жирной и двойными линиями, медные провода С, идущие к милли-
вольтметру, — тонкими линиями. Любой из спаев 1 или 2 может быть использован в качестве измерительного или спая сравнения. Необходимо, чтобы спаи проволок Л и В с концами медных проводов С, а также места соединения последних с милливольтметром имели одинаковые температуры, так как в противном случае в цепи может появиться дополнительный термоэлектрический ток, искажающий показания приборов. На рис. 5 приведена более совершенная схема включения термопарного термометра. Спай сравнения 2,2 в сущности состоит из двух спаев: металла А с медью и металла В с медью. Эти два спая поддерживаются при любой желаемой постоянной температуре.
Термопары изготовляются как из благородных, так и неблагородных металлов. К последним относятся:
1) медь-константановая термопара (применяется примерно от —200 до +350 °С);
2) железоконстантановая термопара (от 0 примерно до 750 °С);
3) хромель-алюмелевая термопара (от —200 до 1100 °С);
4) хромель-константановая термопара (от 20 К до 1000 °С). (Сплав хромель содержит 90% Ni и 10% Сг; алюмель — около 94% Ni, 3% Мп, 2% А1 и 1% Si).
1
г
Рис. 4.
Рис. 5.
32
ТЕМПЕРАТУРА
ІГЛ. I
К термопарам из благородных металлов относятся:
