Достоинством ЯКР-термометра является его не ограниченная во времени стабильность, так как зависимость частоты от темпе­ратуры определяется только молекулярными свойствами вещества и остается неизменной для всех образцов данного химического ве­щества. Недостаток ЯКР-термометров — резкая нелинейность их характеристики, исключающая возможность прямого цифрового отсчета температуры.

Электроакустический частотно-цифровой термометр

основан на зависимости скорости распространения звука в газах от их температуры. Датчик электроакустического термометра состоит из ци­линдрического резонатора, в котором возбуждаются продольные акустические колебания. Собственная частота трубчатого полуволнового резонатора длиной l с учетом γ = сp/сv и ви-риального коэффициента В, учитывающего отклонение свойств реального газа от свойств идеального, равна

(2.1)

где R = 8,314 Дж/(К-моль) — универсальная газовая постоянная; Θ — измеряемая температура; Р — давление; М — молекулярная масса газа.

Конструкция датчика частотно-цифрового акустического термо­метра, разработанного в ЛПИ им. М. И. Калинина, приведена на рис. 13

. В полости резонатора l электростатическим возбудителем 2 возбуждаются продольные акустические колебания, которые принимаются аналогичным по конструкции приемником 4. Использование электростатических преобразователей позволяет создать конструкции приемника и возбудителя, работоспособные как при низких (—100 °С), так и при высоких (+400 °С) температурах, обладающие равномерной характеристикой чувствительности в диа­пазонах частот акустических колебаний от 5 до 15 кГц. Мембраны 3 и 5 соответственно возбудителя 2 и приемника 4 толщиной 4 мкм выполнены из никеля методом электрохимического напыления и имеют собственную частоту около 30 кГц.

Вывод от электрода приемника акустических колебаний окружен эквипотенциальным экраном, потенциал которого специальным электронным устройством непрерывно поддерживается равным по­тенциалу вывода (см. рис. 12-12). Резонатор включен в цепь положительной обратной связи усилителя, образуя генератор, частота которого определяется измеряемой температурой согласно формуле (23-1). При 20 °С она равна 10 кГц, а при измерении температуры изменяется на 1,8% на 10 К.

Рис. 13

Для обеспечения непосредственного цифрового отсчета измеряемой температуры в Кельвинах устройство цифрового отсчета работает в два такта и осуществляет линеаризацию функции преобразования в виде полинома второй степени:

где T1 — длительность первого такта измерения; fo — опорная образцовая частота; N0 и N1 — постоянные числа, вводимые в изме­рительное устройство. Выбор значения и знака этих постоянных позволяет изменять соотношение между членами, пропорциональ­ными Θ и , чем достигается устранение нелинейности шкалы прибора, вызываемой неравенством нуля вириального коэффициента В в выражении (2.1) и другими причинами. Погрешность термометра составляет 0,05 К и менее.

Термометры с кварцевыми резонаторами используются для измерения температур от 10 до 500 К, но наиболее высокую точность обеспечивают в области от 193 до 473 К (от —80 до +200 °С). Их принцип действия основан на зависимости от температуры Θ модуля упругости, а следовательно, и собственной частоты кварцевых пластин, описываемой соотношением

где N — постоянная; h — толщина кварцевой пластины; а, Ь и с — коэффициенты, зависящие от азимута и широты среза. Так, в тонких кварцевых пластинах (при h == 0,2 мм), вырезанных перпен­дикулярно оси Y и возбуждаемых сдвигом по толщине, а = 92,5∙10-8 1 /К, b = 57,5∙10-6 1/К2, с = 5,8∙10-12 1/К3, N = 1950кГц мм, а термочувствительность составляет 1000 Гц/К.