Wärmewiderstände und ihre Verwendung
Wenn ein elektrischer Strom fließt, entsteht im Draht Wärme. Ein Teil dieser Wärme geht an Erhitzen des Drahtes selbstDer andere Teil wird durch Konvektion, Wärmeleitung (Leiter und Träger) und Strahlung an die Umgebung abgegeben.
In einem stabilen thermischen Gleichgewicht hängen die Temperatur und damit der Widerstand des Leiters sowohl von der Größe des Stroms im Leiter als auch von den Ursachen ab, die die Wärmeübertragung an die Umgebung beeinflussen. Zu diesen Gründen gehören: die Konfiguration und Abmessungen des Drahtes und der Armaturen, die Temperatur des Drahtes und des Mediums, die Geschwindigkeit des Mediums, seine Zusammensetzung, Dichte usw.
Die Abhängigkeit des Widerstands des Leiters von der Temperatur, der Bewegungsgeschwindigkeit der Umgebung, ihrer Dichte und Zusammensetzung kann zur Messung dieser nichtelektrischen Größen durch Messung des Widerstands des Leiters genutzt werden.
Der für den angegebenen Zweck vorgesehene Leiter ist ein Messumformer und wird als thermischer Widerstand bezeichnet.
Für die erfolgreiche Nutzung des Wärmewiderstands zur Messung nichtelektrischer Größen ist es notwendig, Bedingungen zu schaffen, unter denen die gemessene nichtelektrische Größe den größten Einfluss auf die Werte des Wärmewiderstands hat, während andere Größen dies im Gegenteil nicht tun würden, wenn möglicherweise die Nachhaltigkeit beeinträchtigen.
Bei der Verwendung von Wärmewiderständen sollte darauf geachtet werden, die Wärmeübertragung durch Drahtleitung und Strahlung zu reduzieren.
Bei einer Drahtlänge, die seinen Durchmesser deutlich überschreitet, kann der Rückstoß durch die Wärmeleitfähigkeit des Drahtes vernachlässigt werden, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Draht und Medium 100 °C nicht überschreitet. Wenn die angegebenen Wärmerückflüsse nicht vernachlässigbar sind, werden sie genommen bei der Kalibrierung berücksichtigt werden.
Wärmewiderstandsgeräte zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gas (Luft) werden Hitzdrahtanemometer genannt.
Der Wärmewiderstand ist ein dünner Draht, dessen Länge das 500-fache des Durchmessers beträgt.
Wenn wir diesen Widerstand in ein Gasmedium (Luft) mit konstanter Temperatur legen und einen konstanten Strom durch dieses leiten, erhalten wir unter der Annahme, dass Wärme nur durch Konvektion freigesetzt wird, die Abhängigkeit von der Temperatur und damit die Größe des Wärmewiderstands , von der Bewegungsgeschwindigkeit des Gas-(Luft-)Stroms...
Zur Messung von Temperaturen werden Instrumente bezeichnet, bei denen Wärmeübertragungen als Wandler eingesetzt werden Widerstandsthermometer… Mit ihnen werden Temperaturen bis 500 °C gemessen.
In diesem Fall sollte die RTD-Temperatur durch die Temperatur des Messmediums bestimmt werden und nicht vom Strom im Wandler abhängen.
Materialien mit hoher Hitzebeständigkeit sollten beseitigt werden Temperaturkoeffizient des Widerstands.
Am häufigsten werden Platin (bis 500 °C), Kupfer (bis 150 °C) und Nickel (bis 300 °C) verwendet.
Für Platin kann die Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur im Bereich von 0 – 500 °C durch die Gleichung rt = ro NS (1 + αNST + βNST3) 1 / Grad ausgedrückt werden, wobei αn = 3,94 x 10-3 1 / Grad , βn = -5,8 x 10-7 1 / Grad
Für Kupfer kann die Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur innerhalb von 150 °C ausgedrückt werden als rt = ro NS (1 + αmT), wobei αm = 0,00428 1 / Grad.
Die Abhängigkeit des Nickelwiderstands von der Temperatur wird für jede Nickelmarke experimentell bestimmt, da ihr Temperaturkoeffizient des Widerstands unterschiedliche Werte haben kann und außerdem die Abhängigkeit des Nickelwiderstands von der Temperatur nichtlinear ist.
Somit ist es möglich, anhand der Größe des Widerstands des Wandlers dessen Temperatur und dementsprechend die Temperatur der Umgebung zu bestimmen, in der sich der Wärmewiderstand befindet.
Der thermische Widerstand bei Widerstandsthermometern ist ein auf einen Rahmen aus Kunststoff oder Glimmer gewickelter Draht, der in einer Schutzhülle untergebracht ist, deren Abmessungen und Konfiguration vom Verwendungszweck des Widerstandsthermometers abhängen.
Zur Widerstandsmessung kann jedes Widerstandsthermometer verwendet werden.
Um Temperaturen zu messen, verwenden Sie auch massive Halbleiterwiderstände mit einem Widerstandstemperaturkoeffizienten, der etwa zehnmal größer ist als der von Metallen (-0,03 bis -0,05)1/Hagel.
Die von Ivay hergestellten Halbleiter-Hitzewiderstände (MMT-Typ) werden durch keramische Verfahren aus verschiedenen Oxiden (ZnO, MnO) und Schwefelverbindungen (Ag2S) hergestellt.Sie haben einen Widerstand von 1000 – 20.000 Ohm und können zur Messung von Temperaturen von -100 bis +120 °C eingesetzt werden.