MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR ENERGIA- ÉS MINŐSÉGÜGYI INTÉZET TÜZELÉSTANI ÉS HŐENERGIA INTÉZETI TANSZÉK Hőmérséklet mérése Felkészülési tananyag a Tüzeléstan tantárgy 4. számú laboratóriumi gyakorlatához
A laborgyakorlat helyszíne B/1. ép. 4. em. 402. Hőtechnológiai labor
1. Hőmérsékletskála, alappontok A termodinamikai hőmérséklet a test hőállapotát, felmelegedésének mértékét jellemző mennyiség, jele: T. A termodinamikai hőmérséklet az SI mértékegység-rendszer egyik alapmennyisége, alapegysége a Kelvin, jele: K. Nulla Kelvin az abszolút nulla fokot jelenti, vagyis amikor a molekulák már nem végeznek hőmozgást. Egy Kelvin a víz hármasponti termodinamikai hőmérsékletének 1/273,16 része. A hőmérsékletmérés története folyamán kialakult számos hőmérsékletskála közül néhány még ma is használatos. Ezek azonban eredeti értelmezésüket jórészt már elvesztették, és egyszerű átszámítással a termodinamikai hőmérsékletskálára vezethetők vissza. A Celsius-féle hőmérsékletskála már a használatban elterjedt, mikor az abszolút hőmérsékletskála nulla pontját kísérleti munka eredményeire támaszkodva meghatározták. A Celsius skála a gyakorlatban jelenleg is elterjedt hőmérséklet skála, alapegysége a Celsius fok, jele: C. A Celsius skálán légköri nyomás mellett az olvadó jég hőmérséklete jelenti a 0 C, a forrásban levő víz hőmérséklete pedig a 100 C értéket. Megtartva a Celsius féle hőmérsékletskála léptékét az abszolút hőmérsékletskála nulla pontja -273,15 C-nak adódik. A termodinamikai hőmérsékletre történő átváltás a következő összefüggéssel számolható: ahol: T0 = 273,15 K; t - Celsius hőmérséklet, C. További hőmérséklet skálák: Fahrenheit, F ; Rankine, Ra; Réaumur, R. T = t + T 0 A Fahrenheit skála nullapontja az általa kísérleti úton előállított legjobban lehűlő sós oldat fagyáspontja, a másik alappontja az emberi test hőmérséklete volt, mely hőtartományt az oszthatóság kedvéért 96 egységre bontott. Fahrenheit skála és a Celsius skála közötti összefüggés: = 5 9 ( 32) vagy = 9 5 + 32 A Rankine skálával az angolszász műszaki irodalomban találkozhatunk, amelyet a Kelvin skála mintájára az "abszolút Fahrenheit skála"-ként alkottak meg: osztása azonos a Fahrenheit skáláéval, az összefüggés: Ra = + 459,7 1
Elvétve találkozni lehet még a Réaumur skálával is. Ebben az esetben a jég és a forrásban lévő víz hőmérséklete közötti tartomány nyolcvan részre van osztva. Ennek megfelelően: = 5 4 R A hőmérséklet folyamatos méréséhez hiteles hőmérséklet-skálával kell rendelkezni. A hőmérséklet-skála megvalósításához néhány, nagy biztonsággal ismételten beállítható, rögzített egyensúlyi hőmérsékletet (hőmérsékleti alappontot) határoztak meg. A skála többi pontját interpolációs úton lehet meghatározni olyan standard hőmérsékletmérő műszerekkel, melyek a rögzített alappontokon előzőleg hitelesítve voltak. A hőmérsékleti alappontok 101325 Pa légköri nyomáson érvényesek. Az előírások megszabják az alappontok jellemzőit, használati módját, ill. a standard légköri nyomástól eltérő nyomásokon mért hőmérsékleteket. Néhány primer alappont: a H2 hármaspontja: 13,81 K, a H2O forráspontja: 373,15 K, a Ne2 forráspontja: 27,102 K, az Ag dermedéspontja: 1235,08 K, az O2 forráspontja: 90,188 K, az Au dermedéspontja: 1337,58 K. Néhány szekunder alappont: a N2 forráspontja: 77,348 K, az Sb dermedéspontja: 903,89 K, a Hg dermedéspontja: 234,288 K, a Pt dermedéspontja: 2041,65 K, a Pb dermedéspontja: 600,652 K, a W dermedéspontja: 3660 K. 2. A hőmérsékletmérés eszközei és módjai A hőmérséklet mérésére az anyagok mindazon tulajdonságát használják fel, amelyek a hőmérséklet hatására folytonos, egyértlemű és reprodukálható változásokat hoznak létre. Ilyen tulajdonságok: a testek hőmérséklet okozta térfogat- vagy nyomásváltozása: gázhőmérők, folyadékhőmérők, az anyagok hőmérséklet okozta lineáris méretváltozása: fémrúd hőmérők, bimetál hőmérők, a fémek, ill. fémoxidok hőmérséklet okozta villamos ellenállás változása: ellenállás hőmérők, termisztorok, a fémekben hő hatására keletkező elektromotoros erő: hőelemek, a testek tulajdonságainak, pl. keménységének, színének megváltozása hő hatására: Seger gúlák, hőfestékek, a testek hősugárzása: összsugárpirométerek, részsugárpirométerek, szinpirométerek. 2
3. Hőelemek Mivel az ipari gyakorlatban a hőmérséklet mérésére a legelterjedtebben használt eszköz a hőelem, ezért részletesebben ezzel az eszközzel foglalkozunk. 3.1 Hőelektromos áramkörök alapfogalmai Peltier jelenség Amikor két, egymással villamos érintkezésben lévő, különböző kémiai összetételű vezető csatlakozási felületén áram halad keresztül, akkor az I áramerősséggel arányos Q hőmennyiség szabadul fel vagy nyelődik el aszerint, hogy az áram milyen irányban halad keresztül a csatlakozási felületen (1. ábra). 1. ábra. Peltier jelenség A felszabaduló vagy elnyelődő hőmennyiséget a következőképpen írhatjuk fel: Q = ±πi ahol π a Peltier-féle tényező, értéke függ az érintkező vezetők tulajdonságaitól és a hőmérséklettől. A π független a csatlakozás keresztmetszetétől és ellenállásától, de függ a vezető anyagától és hőmérsékletétől. Hő akkor szabadul fel, ha a π és I iránya ellentétes, és akkor nyelődik el, ha megegyezik. Thomson jelenség Ha valamely egynemű vezető egy szakasza mentén a hőmérséklet változik (a szakasz egyik végén nagyobb a hőmérséklet, mint a másik végén), és egyidejűleg a vezetőn áram halad át, akkor a vezeték mentén hő szabadul fel vagy nyelődik el. A felszabaduló vagy elnyelődő hőmennyiséget a következőképpen írhatjuk fel: Q = ±σi ahol σ a Thomson-féle tényező, amely egyenlő azzal a feszültséggel, ami akkor észlelhető a vezető mentén, ha a szakasz végei között a hőmérsékletkülönbség 1 C. A Thomnson-féle 3
tényező független a hőmérséklettől, a vezető keresztmetszetétől és ellenállásától, viszont függ a vezető anyagától. 2. ábra. Thomson jelenség Seebeck hatás A Seebeck-hatás a Peltier-jelenség fordítottja, azaz két különböző anyagú vezetőből álló áramkörben hőelektromotoros erő (termofeszültség) jön létre, ha a vezetők csatlakozási pontjai különböző hőmérsékleten vannak. A különnemű fémek ilyen kapcsolatát hőelemnek nevezzük. A 3. ábra a Seebeck hatást szemlélteti. A T1 és T2 a csatlakozási pontok hőmérsékletét jelölik. A két különböző anyagból készült vezetőt az a és b jelöli. Ha T1 T2, akkor az áramkörben E termofeszültség jelenik meg. 3. ábra. Seebeck hatás 3.2 A hőelemek törvényei Homogén áramkörök törvénye Nem keletkezhet elektromos áram egyedül hőmérsékletkülönbségek hatására olyan áramkörben, amely hőelektromosan egynemű fémből áll. Ebből következik, hogy ha két különböző, homogén fém egyik csatlakozását T1 hőmérsékleten, másik csatlakozását T2 hőmérsékleten tartjuk, akkor a fejlődő hőelektromotoros erő (termofeszültség) független a huzalok mentén lévő nagyobb vagy kisebb T3 és T4 hőmérsékletektől, de a hőmérsékleteloszlástól is, és csak a csatlakozások T1 és T2 hőmérsékletétől függ. 4
4. ábra. Vázlat a homogén áramkörök törvényéhez Közbeeső vezetők törvénye Több, különböző fémből összetevődő áramkörben a hőelektromotoros erők algebrai összege nulla, ha a teljes áramkör ugyanazon a hőmérsékleten van. 5. ábra. Vázlat a közbeeső vezetők törvényéhez Az előzőek alapján meghatározhatjuk, hogy hogyan módosul az áramkör hőelektromotoros ereje, ha a hőelemet az egyik csatlakozási pontnál megszakítjuk, és egy harmadik fémből álló vezetőt (c) iktatunk be (5. ábra). Az ac és bc csatlakozási pontok hőmérséklete megegyezik és változatlanul T2. A közbeeső vezetők törvénye alapján a c vezető a teljes áramkör hőelektromotoros erejét nem fogja befolyásolni, mivel a hőmérséklete ugyanaz. Ha a c vezető valamely részén, pl. az A-val jelölt helyen a hőmérséklet T3, akkor a homogén áramkörök törvénye alapján a teljes áramkör hőelektromotoros ereje továbbra is változatlan marad. Ezért nyilvánvaló, hogy a hőelektromotoros erő mérésére szolgáló berendezés az áramkör bármely pontján becsatlakoztatható anélkül, hogy az a hőelektromotoros erőt befolyásolná. Feltétel, hogy a mérőberendezés által a mérőkörbe bevitt csatlakozások ugyanazon a hőmérsékleten legyenek. Közbeeső hőmérsékletek törvénye Ha két különböző homogén fém E1 hőelektromotoros erőt hoz létre, amikor a csatlakozások T1 és T2 hőmérsékleten vannak, és E2 hőelektromotoros erőt, amikor a csatlakozások T2 és T3 hőmérsékleten vannak, akkor a hőelektromotoros erő E1 + E2 lesz, ha a csatlakozások hőmérséklete T1 és T3. 5
Az előbbiekből következik, hogy bizonyos számú, különböző homogén fémet tartalmazó áramkörben létrejövő hőelektromotoros erők algebrai összege csupán a csatlakozások hőmérsékleteinek függvénye. 6. ábra. Vázlat a közbeeső hőmérsékletek törvényéhez 3.3 A hőelemes mérőkör kialakítása A fenti törvényekből adódik, hogy megfelelő két fém csatlakoztatásával létrehozott hőelem egy hőmérsékletfüggő feszültségforrást alkot. Ha a hőelemszálak egyik csatlakozási pontja T1 mérendő hőmérsékleten van (melegpont), és a másik csatlakozási pontja egy állandó T2 hőmérsékleten van (hidegpont, referenciapont), akkor a hőelem hidegpontjába iktatott feszültségmérő műszer a T1 hőmérséklettől függő feszültséget fog mérni. A mérőkör három egységre bontható: hőelem; a hőelem és a mérőműszer közötti szakasz; mérőműszer. Hőelem kialakítása A hőelem két egymással összeforrasztott huzal, melyek forrasztási pontjában a hőmérséklettel arányos és a huzalok anyagától függő elektromotoros erő (termofeszültség) fejlődik. A hőelem egy-egy, a forrasztási ponttól a huzal végéig terjedő huzaldarabja a hőelem "szála" vagy "ága". Bármely két különböző vezetőből képezhető hőelem, mégis viszonylag kevés kombináció 6
terjedt el. Ennek oka az, hogy a követelmények skálájának csak kevés fém, ill. fémötvözet felel meg. Ilyen követelmények például: legyen egyértelmű összefüggés a hőmérséklet különbség és a termofeszültség között, a hőmérséklet növekedésével a termofeszültség mindig növekedjék, és az összefüggés lehetőleg lineáris legyen, a termofeszültség és a hőmérséklet különbség közötti összefüggés hosszú időn át állandó és jól reprodukálható legyen, a hőelemek gyártása legyen jól reprodukálható, hogy az azonos típusú hőelemek cserélhetőek legyenek: különböző gyártók által készített huzalanyagokat egymás között cserélni lehessen, a hőelem anyaga álljon ellen a hőmérsékleti igénybevételeknek, korrózióval és oxidációval szemben ellánállónak kell lennie. Az előző felsorolást figyelembe véve, a leggyakrabban használt hőelemekről ad áttekintést az 1. táblázat. Ezek a hőelemek az őket alkotó vezetőpár anyagminőségétől függően külön típusjelzéssel is rendelkeznek, a hőelemeket a továbbiakban e szerint különböztetik meg (1. táblázat - 1. oszlop). A 7. ábra a különböző típusú hőelemek termofeszültségeit szemlélteti a hőmérséklet függvényében. 1. táblázat. Különböző típusú hőelemek fontosabb adatai 7
7. ábra. Gyakorlatban elterjedt hőelemtípusok kimeneti feszültségének alakulása a hőmérséklet függvényében Az iparban használatos hőelemeket gyakran védőszerelvényekkel szerelik fel az élettartam növelése és a stabilitás megőrzése érdekében. A 8. ábrán védőburkolattal ellátott hőelem kialakítása látható. 8. ábra. Védőburkolattal ellátott hőelem 8
A hőelem és a mérőműszer közötti szakasz A mérések során a mérőhely mellett rendszerint nem helyezhető el a mérőkészülék, így a hőelemet kellene kellő hosszúságúra gyártani. Ez elsősorban a hőelem ára miatt nem célszerű, ezért olyan olcsó, a hőelemmel azonos hőelektromos tulajdonságú vezetővel kell meghosszabbítani a hőelemet, ami nem befolyásolja a termofeszültséget. Az ebből a célból kialakított vezetéket kompenzációs vezetéknek nevezzük. Mérőműszer A termofeszültség mérése gyakorlatilag feszültségmérést jelent, és így elvileg bármilyen feszültségmérő műszer alkalmazható. Fontos azonban megjegyezni, hogy a mérőműszer a hőmérséklet különbségből adódó feszültséget jelzi ki, ezért a pontos mérés érdekében ismerni kell a mérőműszer villamos csatlakozásainál lévő hőmérsékletet. A rohamosan fejlődő digitális technika segítségével napjainkban már általánossá vált a számítógépes mérés, adatgyűjtés, és adatmentés. Számítógéppel kommunikáló célhardvereket és ehhez tartozó szoftvereket fejlesztenek a különböző gyártók, melyek kis méretük ellenére rendkívül hatékonynak bizonyulnak. 4. Hőjelző festékek A hőjelző festékek színe meghatározott hőmérsékleten kémiai reakciók, kristályvízvesztés és hasonlók következtében jellegzetesen megváltozik (általában irreverzibilisen). Ezeket hőjelző kréták, folyadékok, vagy tabletták alakjában alkalmazzák. A hőjelző festékek kémiai alapja többnyire Cu-, Co-, Ni-, Cr-, V-, Mo- és Zn-sókból áll. Léteznek olyanok, amelyeknek csak egyetlen színátcsapási pontja van, mások színe növekvő hőmérséklettel többször változik. Technikailag hasznosak ilyen célra az irreverzibilisen reagáló vegyületek: Ni(NH4)PO4.6H2O világoszöld szürke, 120 C Cu(CNS)2.2 piridin zöld sárga, 135 C; és sárga fekete, 220 C Cu(NH4)PO4.H2O bíborvörös mélykék, 140 C; és mélykék szürke, 500 C NH4VO3 fehér barna, 150 C; és barna fekete, 170 C Co(NH3)6PO4 sárga kék, 200 C (NH4)2U2O7 sárga szürke, 200 C Co(NH3)6(C2O4)3 sárga lila, 215 C; lila barna, 250-270 C; és barna fekete, 320-350 C Mn(NH4)P2O7 lila fehér, 400 C A folyékony kristályok közül az úgynevezett koleszterinfázisok jelentősek, mert a hőmérsékletváltozásra élénk színváltozással reagálnak. A spray formában is használható folyadék kristályok, hőjelző festékek és lakkok segítségével termotopográfia is végezhető, azaz alkalmazásukkal megvalósítható a nagyobb felületek hőmérsékleteloszlásának megjelenítése. 9
5. Sugárzásmérő pirométerek A sugárzásmérés elve szerint működő hőmérséklet meghatározás a testek sugárzási törvényein (Stafan-Boltzmann, Wien, Kirchoff) alapul. Ha egy anyaggal energiát közlünk, belső energiája növekszik, molekuláinak és atomjainak mozgásállapota megváltozik, azok energiaszintje magasabb lesz. Ha az energiaközlés megszűnik vagy egy egyensúlyi szint alá csökken, a testek - általában spontán - kisebb energiaszintekre törekednek visszajutni. Ennek során elektromágneses hullámokat bocsátanak ki, melyek érzékelésével meghatározható a test hőmérséklete. A Stefan-Boltzmann törvény értelmében a felületegységenként kibocsátott Q hőmennyiség a sugárzó test T abszolút hőmérsékletének negyedik hatáványával arányos: Q = σ ( T 100 ) 4 ahol σ = 5,670 W/m 2 K 4 a Stefan-Boltzmann állandó. Az összefüggés az abszolút fekete testekre érvényes. A valóságban azonban figyelembe kell venni a test felületének ε emissziós tényezőjét, amely a test sugárzáskibocsátó képességére utal, értéke 0 és 1 között változik. Az abszolút fekete test emissziós tényezője 1. A sugárzásmérő pirométerek nagy előnye a többi hőmérsékletmérővel szemben, hogy az érzékelőjüket nem kell a mérendő felülettel közvetlen érintkezésbe hozni. A mérőműszerek a test felületéről kilépő elektromágneses sugárzásnak a hősugarak tartományába eső hullámhosszúságú rezgéseit érzékelik. Az egyszerűbb ipari műszerek 500-2000 C, az igényesebb célra kialakított változataik -40-3000 C között használhatók, alkalmazásuknak elvileg nincs felső hőmérsékleti határa. Szilárd testek vagy olvadékok hőmérsékletének mérésére az összsugárzást, a részsugárzást mérő pirométereket vagy a színpirométereket közvetlenül alkalmazhatjuk. 5.1 Összsugárzásmérő pirométerek Ha a T0 hőmérsékletű sugárzásérzékelő a mérendő T hőmérsékletű test által kibocsátott összes energiaát elnyeli, akkor az időegység alatt elnyelt energia a Stafan-Boltzmann törvénynek megfelelően (T 4 -T0 4 )-nel arányos, vagyis a test a hőmérséklete az abszolút fekete test Tf hőmérsékeltéhez viszonyítva: T = T f 4 ε A különböző anyagok emissziós tényezőjét laboratóriumi körülmények között határozzák meg és a gyakorlat számára táblázatokba foglalva adják meg. Ha a konkrét üzemi méréseknél az emissziós tényezőt ±10%-os hibával becsüljük meg, akkor az előbbi összefüggés alapján ez ±1%-os eltérést okozhat a mérésnél. 10
A mérendő test által kibocsátott sugárzást lencserendszerrel vagy tükörrel gyűjtik és vetítik a műszer érzékelőjére, amely lehet hőelem, hőelemoszlop (sorba kapcsolt hőelemek), bolométer, fotocella, fényellenállás, fényelem, fotódióda stb.. A hőelemes érzékelő felületét Pt-korommal vagy bizmutgőzökkel feketítik úgy, hogy az emissziós tényezője 0,98-0,997 legyen. A hőelem körüli konvektív hőelvonás okozta hibát úgy csökkentik, hogy a hőelem forrasztási pontját a hősugarakat átengedő kvarc, litium-fluorid, vagy kalcium-fluorid búrába foglalják, amelyben vagy vákuumot hoznak létre, vagy kis hővezetőképességű gázt zárnak a kamrába. Az összsugárzást mérő pirométer akkor mér helyesen, ha az érzékelőre csak a mérendő felületről érkezik hősugárzás. Ezt lencsékből és rekeszekből álló optikai rendszerrel lehet biztosítani, amely egyben az érzékelő hőelemre jutó sugárzási energia sűrűségét 50-100- szorosára növeli. A gyakorlati mérések további geometriai feltétele még az, hogy a műszer látómezejében látható tárgyrész valóságos lineáris D méretének, valamint a tárgy és az érzékelő egymástól mért Lt-é távolságának aránya 1:20-1:100 aránynál ne legyen kisebb, azaz D L t é 1: 20 1: 100 A 9. ábrán egy NiCr-Ni hőelemes érzékelővel ellátott, lencsés összsugárzást mérő pirométer vázlata látható. 9. ábra. Hőelemes összsugárzást mérő pirométer vázlata. 1-sugárzó felület, 2 tárgylencse, 3 rekesz, 4 szürke üveg, 5 NiCr-Ni hőelemoszlop, 6 műszer (mv - C), 7 vörös szűrő, 8 szemlencse, 9 rekesz. A bolométer kis hőtehetetlenségű villamos ellenállás, amelynek ellenállása függ a hőmérséklettől. Míg a hőelemes érzékelők csak a forrasztási pontban, addig a bolométerek a sugárzásnak kitett teljes felületükön érzékelik a hősugarakat. Általában néhány µm átmérőjű huzalból, vékony fémből (Pt, Ni, W, Au, Sb, Bi, Fe, stb.), vagy félvezető anyagokból (termisztor) készülnek, amelyeket a hőelemekhez hasonlóan vákuumos, vagy gáztöltésű búrába forrasztanak be. A bolométer ellenállását Wheatstone-híddal mérik, melynek egyik ágába az 11
érzékelővel azonos, de sötétben tartott bolométert kötnek. A szupravezető bolométerekben az érzékelő fémet néhány fokos hőmérsékleten a szupravezetés állapotában tartják, a hőmérséklet növekedésével a fém ellenállása és így a műszer érzékenysége is igen erősen megnő. Az ilyen szupravezető bolométer az emberi test 37 C körüli hőmérsékletére már 100 m távolságból is jól reagál. A fényvillamos érzékelőre (fotocella, fényellenállás, fényelem) eső fotonok elektronokat szabadítanak fel, amelyhez szükséges energiát csak meghatározott rezgésszámú hősugarak közvetítenek, ezért ezek az érzékelők csak bizonyos spektrumokban érzékenyek, így tulajdonképpen részsugárzást mérnek. A fotocelláknál a katódra eső sugárzás intenzitásával arányos számú elektronok lépnek ki, így az anód és a katód közé kapcsolt néhány 10 V feszültség hatására (0,1-1). 10 ma/lm áram indul. A fotocellák tehetetlensége kicsi, az áramerősség néhány ms alatt 99%-os értéket ér el. 5.2 Részsugárzásmérő pirométerek A részsugárzásmérő optikai pirométereknél a megfigyelést az emberi szem végzi úgy, hogy a sugárzás fényességét a sugárzás útjában a tárgy és a szem között elhelyezett izzólámpa szálának fényességével hasonlítja össze. Az izzólámpa szálát a lencse fókuszába helyezik. Ezzel a műszerrel csak a látható sugárzást kibocsátó felületek hőmérséklete mérhető gyakorlatilag 700 C felett. Mivel nagy hőmérsékletű sugárzást az emberi szem nem képes elviselni és az izzószál is túlhevül, ezért a tárgylencse mögé hitelesített szürke szűrőt helyeznek. A szubjektivitásból származó hibát a lámpa és az emberi szem közé beépített zöld vagy piros szűrő jelentősen csökkenti. 10. ábra. Fűtőfeszültséget mérő, izzószálas optikai pirométer. 1 sugárzó felület, 2 tárgylencse, 3-4 szűrők, 5 szemlencse, 6 rekesz, 7 szürke ék, 8 izzólámpa, 9 mutató műszer. Az izzószál fűtőfeszülségét akkorára kell a méréskor beállítani, hogy a mérendő felületről érkező sugárzás fényessége megegyezzen az izzószál fényességével, amelyet úgy érzékelünk, 12
hogy a szál képe eltűnik a látómezőben. Az izzószál nem minden szakaszán azonos fényességű, ezért az egyes izzókra külön megadják, hogy a szál mely részért kell figyelni. Az U alakú szálaknál rendszerint a hajlat, egyenes szálaknál általában a szál közepe a mértékadó. Az egyszerűbb változatoknál a fűtőfeszültségmérő műszert hőmérsékleti (pl. C-os) skálával készítik (10. ábra). 6. Ellenállás hőmérők Fém ellenálláshőmérők Valamely homogén, állandó keresztmetszetű vezető ellenállásán a vezető végpontjaira kapcsolt U feszültség és hatására a vezetőben folyó I áram hányadosát értjük (Ohm törvény): R = U / I Az ellenállás értéke függ a hőmérséklettől. A hőmérséklet változással járó ellenállás változást az α hőmérsékleti tényező fejezi ki, melyet a gyakorlatban a következő összefüggéssel számítanak: α = 1 R 0 R 100 R 0 100 ahol R0 és R100 a fém villamos ellenállása két, egymástól 100 C-kal különböző hőmérsékleten (általában 0 C és 100 C hőmérskéleten). Az α számértéke az ellenálláshőmérő jóságát fejezi ki: minél nagyobb az értéke, a hőmérő annál jobb, értékesebb. A jelenleg elterjedt ellenállás hőmérők anyagai leginkább platina és nikkel. A 10. ábra néhány fém hőmérséklet-ellenállás összefüggését szemlélteti. 10. ábra. Különböző fémek hőmérskélet-ellenállás görbéi 13
Az ellenállás változáson alapuló hőmérsék mérők kialakítása a hőelemekhez hasonlóan rendkívül sokféle lehet (felhasználási körülmények függvénye). A 11. ábrán egy Pt100 típusú hőmérséklet mérő látható, egyszerű védőtokban. Az alkalmazott fém anyaga platina, melynek ellenállása 0 C hőmérsékleten 100 Ω. 11. ábra. Pt100 típusú ellenállás hőmérő Félvezető ellenálláshőmérők Ennek a csoportnak a tipikus képviselője a termisztor. A termisztor készítéséhez olyan anyagokat használnak fel, amelyeknél az ellenállás változás a hőmérséklet függvényében nagyobb mértékben jelentkezik, mint például a fémek esetében. Alapvetően két típusú termisztort különböztetünk meg: növekvő hőmérséklet hatására a termisztor ellenállása csökken (NTC - negative temperature coefficient); növekvő hőmérséklet hatására a termisztor ellenállása növekszik (PTC - positive temperature coefficient). A termisztorok használati hőmérséklet-tartományának felső határa típustól függően általában 400 C. A termisztorok előnyeiként a kis méret, nagy hőérzékenység, és gyors hőváltozás követés említhető meg. Hátrányai közé tartozik, hogy csak nagy szórással gyártató (nehéz két egyforma alkatrészt gyártani), öregedésre hajlamos (a termisztor hőmérséklet-ellenállás karakterisztikája idővel változik), valamint korlátozott hőmérséklet tartományban használható (az általános célú termisztorok csak -50 C és + 110 C hőmérséklet között használhatók!). 14