Описание термоячейки экспериментальной установки, разработанной для проведения термического анализа

Борисенков А.Д.

Для измерения температуры различных процессов широко используются разнообразные датчики температуры. Как было указано ранее, при термографических исследованиях в основном используются термопары и термометры сопротивления – термисторы.

Термисторы – это термочувствительные резисторы, изготавливаемые из полупроводниковых материалов (спекаемых смесей сульфидов, селенидов, оксидов никеля, марганца, железа, кобальта, меди и др. металлов). Эти материалы формируются в небольшие шарики (бусинки), диски, стержни (обычно герметизированные стеклом или эпоксидной смолой) или шайбы.

Большинство термисторов характеризуется высоким удельным сопротивлением и высоким отрицательным ТКС (температурным коэффициентом сопротивления), т.е. сопротивление таких термисторов уменьшается с увеличением температуры. Величина отрицательного ТКС может составлять несколько процентов на градус Цельсия, что позволяет использовать термисторы для детектирования малых измерений температуры, которые не удается наблюдать с помощью резистивных датчиков температуры и термопарных схем. Плата за повышенную чувствительность – потеря линейности. Для термисторов зависимости сопротивления от температуры в сильной степени нелинейны (рис. 1). [1]

Рис. 1 – Температурные зависимости сопротивления термисторов с отрицательным и положительным ТКС и платинового резистивного термометра

Основное эмпирическое соотношение, используемое для описа­ния зависимости сопротивления термистора от температуры, имеет вид

,

где R t — сопротивление термистора при измеряемой температуре Т(К) и R o — его сопротивление при некоторой известной темпера­ туре Т о (обычно 298,15 К), причем указанные сопротивления соот­ ветствуют нулевой мощности рассеяния (отсутствие самонагрева). Величина R o может изменяться в интервале от нескольких Ом до 10 МОм; высокоомные термисторы используются для измерения высоких температур, низкоомные — для измерения низких темпера­ тур. Параметр ?, выражаемый в градусах Кельвина, зависит от ма­ териала термистора; его значение определяется по измеренным зна­чениям сопротивления в точке таяния льда и при некоторой темпе­ ратуре, несколько превышающей комнатную, обычно при 50°С . Этот параметр, известный также как характеристическая температу­ ра, слабо возрастает при увеличении температуры.

При разработке лабораторной установки в данной работе в качестве датчика температуры использовался термистор типа СТ3-19 (рис. 2). Его основные характеристики приведены ниже.

Рис. 2 – Внешний вид термистора СТ3-19

Таблица 1 – Основные характеристики термистора СТ3-19.

Градуировочное уравнение, применяемое при исследованиях, имеет вид:

,

где х – входные данные о величине напряжения, поступающие с микроконтроллера. 0<х<1024 долей от 5 вольт, a и b – коэффициенты.

a =85767,067; b =589953,51.

Остальная часть термоячейки представляет собой т.н. прибор Жукова, т.е. стакан, с впаянной в него колбой. Зазор между стеками и колбой – вакуумирован. Исследуемое вещество помещается в колбу и подвергается нагреванию. Затем, после того, как вещество нагреется и расплавится, его достают из термошкафа и помещают в расплав датчик, отверстие колбы закрывается притертой пробкой.

Как таковая термоячейка представляет собой прибор Жукова с пмещенным в него температурным датчиком. Прибор Жукова представляет собой стакан с впаянной в него колбой. Зазор между стенками стакана и колбы вакуумирован.

1.  Г. Виглеб. Датчики./ Пер. с нем. – М.: Мир, 1989, - 196 с. с илл.

[ВВЕРХ] [ГЛАВНАЯ] [ПОРТАЛ МАГИСТРОВ ДОННТУ] [ПОРТАЛ ДОННТУ]