Термоэлементы родий-железо

 

Термочувствительные элементы на основе сплава родий-железо предназначены для использования, как в составе термометров сопротивления, так и в качестве самостоятельного изделия для измерения температуры различных сред.

К сведению заказчиков: по вашему требованию термочувствительные элементы могут быть изготовлены по вашим эскизам и требуемой НСХ.

Термочувствительные элементы на основе Rh-Fe сплава предназначены для использования, как в составе  термометров сопротивления, так и в качестве самостоятельного изделия для измерения температуры различных сред.

Термочувствительные элементы на основе Rh-Fe сплава

"КриоТерм" разработаны и серийно выпускаются РСИ  температуры на основе Rh-Fe сплава. Конструкция термоэлементов практически повторяет конструкцию высокотемпературных платиновых технических элементов, что позволяет ,благодаря их уникальным свойствам, использовать их как основу для рабочих термопреобразователей сопротивления в диапазоне от сверхнизких до высоких температур.

На основе ранее разработанных платиновых чувствительных элементов в керамических корпусах разработано несколько моделей термометров сопротивления из сплава родий – железо. Их преимущество – очень широкий диапазон измеряемых температур от 1,5 К до 700 К (430 °С) и высокая устойчивость к воздействию механических нагрузок. Они предназначены прежде всего для использования в качестве рабочих средств, хотя после более продолжительных и тщательных испытаний некоторые модели в герметичныхкорпусах возможно будут поверяться и использоваться как эталонные средства. Термометрическая характеристика R (T) в диапазоне температур 1,5 – 300 К разработанных моделей практически совпадает с характеристикой ранее разработанных эталонных термометров типа ТСРЖН как в отношении величин сопротивлений, так и в отношении производной dR / dT, которая имеет характерный минимум при ~ 28 К , что видно на Рис.1 и 2, где представлены зависимости для термометров с номинальным сопротивлением 100 Ом при 0 °С.

Рис 1. Сравнение характеристик R(T) разработанных термометров РЖ и эталонных термометров ТСРЖН в диапазоне 1.5 ÷ 273 К.

 

 Рис 2. Сравнение производной dR/dT разработанных термометров РЖ и эталонных термометров ТСРЖН в диапазоне 1.5 ÷ 273 К.

Разработаны также модели с номинальным сопротивлением 27 Ом при 0 °С, которые имеют заметно меньшие размеры, а производная на большей части диапазона близка к 0,1 Ом / К и таким образом при рекомендуемом токе 1 мА чувствительность по напряжению составляет около 100 мкВ /К ( Рис.3), что удобно использовать при выборе и разработке вторичной аппаратуры.

Рис 3. Чувствительность  разработанных термометров РЖ-27 ( номинальное сопротивление при 0 °С  ≈ 27 Ом )

Термометрическая характеристика была исследована и в диапазоне до 430 °С. Она остаётся близкой к линейной. В диапазоне от 100 К до 500 К линейная зависимость выполняется с точностью ± 0,1 К, а квадратичная зависимость  R = a0 + a1 T +a2 T2 выполняется с точностью до ± 5 мК в диапазоне от 0 °С до 430 °С. В настоящее время  исследуются характеристики РЖ термометров до 1073 К ( 800 °С ), что позволит еще более расширить диапазон  их применения. В течение 3-х лет была исследована стабильность  нескольких штук термометров и для 2-х из них результаты представлены  на Рис. 4 и 5 в виде изменения сопротивления в температурном эквиваленте за период в три года. Между измерениями термометры подвергались тепловым циклам охлаждение – нагрев между комнатной температурой и температурами кипения жидких гелия и азота. В целом сопротивление термометров оказалось стабильным в пределах ± 0,01 К.

Рис 4. Воспроизводимость показаний 2-х термометров РЖ-27 при 4.2 К в зависимости от времени ( n – порядковый номер измерения).

 

Рис 5. Воспроизводимость показаний 2-х термометров РЖ-27 при 77.3 К в зависимости от времени ( n – порядковый номер измерения).

При нагревах до более высоких температур наблюдаются изменения сопротивления  термометров значительно большие. Если при нагреве до 230 °С они не превышают 0,01 К в температурном эквиваленте, то при нагреве до 430 °С сдвиги существенно выше ( до 0,05 К и более ) и зависят от времени нагрева. Были разработаны как безкорпусные, т.е. открытые чувствительные элементы, так и модели в герметичных корпусах, заполненные газообразным гелием для теплообмена.Если в жидких и газообразных средах характеристики обоих видов совпадают, то в вакууме  перегревы измерительным током  моделей в корпусах на два порядка меньше соответствующих перегревов для безкорпусных моделей ( Таблица 1) и этот факт приводит к существенному увеличению погрешности для безкорпусных моделей в вакууме.

 

Таблица 1. Перегревы измерительным током в вакууме.

 

 I –рекомендуемый измерительный ток; δ Т – ожидаемая погрешность измерения; < А > - жидкость, газ; < В > - вакуум; < С >- любая.

Как видно из всего выше изложенного, разработанные модели на основе сплава Родий-Железо обладают удовлетворительными  характеристиками и могут быть использованы как основа для рабочих термопреобразователей сопротивления в диапазоне от 1.5 К до 700К. Усовершенствование конструкции чувствительных элементов , а также накопление опыта работы с ними, позволит в будущем расширить диапазон их применения как до сверхнизких  так и предельно высоких температур доступных резистивной термометрии, что сделает  термометр  из Rh-Fe  сплава универсальным инструментом для измерения температуры.