Что это такое?
Термометры сопротивления – это устройства для определения температуры в диапазоне от -263 до +1000 градусов Цельсия. Они состоят из датчика, усилителя сигнала, регистрирующего и вспомогательных устройств, а также их соединителей. Эти устройства обладают неоспоримыми достоинствами:
Но вместе с тем им присущи и некоторые недостатки:
Для грамотного применения таких термометров нужно использовать их преимущества и учитывать недостатки, а также знать устройство и принцип действия.
Популярные производители
Термометр сопротивления – это сложное и дорогое устройство. Поэтому не рекомендуется брать изделия неизвестных производителей, лучше довериться продукции проверенных фирм. Тем более что сбой при измерении может нанести значительный ущерб. Среди достойных моделей от известных производителей можно выделить следующие:
Этот список далеко не полный, конечно, есть и другие достойные модели. Главное при выборе производителя – убедиться, что изделия сертифицированы по ГОСТ 6651-2009 или по МЭК 60751. Не стесняйтесь требовать документацию, особенно для дорогих платиновых термометров.
О том, как правильно пользоваться термометром сопротивления, смотрите в следующем видео.
Принцип – действие – термометр – сопротивление
Она выполняется тремя способами.
Схемы подключения
Для хороших результатов нужно не только выбрать датчик, но и правильно его подключить. Для этого есть 3 способа, все хорошо подходят для мостовой схемы питания.
Двухпроводная
Используется только для грубых измерений, поскольку на точность влияет сопротивление проводов. Диапазон длины этих проводов задается в паспорте устройства, нарушать его нельзя. Это ограничивает сферу применения такого способа подключения. Не подходит для устройств с классом точности АА и А.
Трехпроводная
В ней, помимо сопротивления чувствительного элемента, отдельно измеряется проводимость одного из монтажных кабелей, что позволяет вычесть эту величину из расчета. Предполагается, что сопротивления проводов равны между собой. При этом ток через сигнальный провод не течет, на него поступает только напряжение с датчика. Соответственно, изменение проводимости чувствительного элемента влияет на напряжение в сигнальном проводе, которое и регистрируется вольтметром.
Такая схема наиболее часто используется в промышленности, так как она простая в монтаже и обладает хорошей точностью регистрации.
Четырехпроводная
Электрическое сопротивление кабелей питания может различаться между собой. Достоинство этой схемы в том, что она позволяет учитывать проводимость сразу 2-х кабелей питания датчика. Принципиально не отличается от трехпроводной. Применяется для очень точных измерений в лабораторных условиях и эталонных установках. Последние 2 схемы допускают использование прибора в любых условиях. У них нет ограничений по длине проводов, что благотворно сказывается на общей компоновке систем измерения.
Особенности, принцип действия и применение
Для определения температуры различных веществ широко применяются термометры сопротивления. В статье мы рассмотрим принципы действия платинового и других приборов, определим их достоинства, недостатки и области применения, а также рассмотрим самые популярные на сегодняшний день модели.
Работа термометров основана на том, что некоторые металлы и полупроводники меняют свое электрическое сопротивление при изменении температуры окружающей среды. При этом у металлов при увеличении температуры сопротивление возрастает, их называют позисторами. У полупроводников оно падает, поэтому их название – термисторы. Измерение проводимости чувствительного элемента и является принципом действия. При этом различные материалы обладают разным температурным коэффициентом. Это значит, что одни реагируют на изменения больше, другие меньше. Этот параметр влияет на точность прибора. Всего существует несколько классов точности измерителей:
- B – 0,3;
- C – 0,6.
Самый точный – АА. Но он и самый дорогой, так как содержит платину. Немаловажную роль при измерении имеет соединение чувствительного элемента с измерителем. Обычно используется мостовая схема. При подключении питания ток, идущий от отрицательного полюса батареи, попадает на узловую точку А. Далее он разделяется на 2 равные части, поскольку сопротивление резисторов R1 и R2 одинаково. Из точек B и С через резисторы R3 и R4 он попадает в узел D и затем на плюс аккумулятора.
Если сопротивление всех резисторов одинаковое, то через резистор R5 ток не проходит. Это можно доказать законами Киргофа. Заменим один из резисторов, например, R3, на чувствительный элемент RTD. При комнатной температуре его сопротивление идентично другим резисторам. При изменении температуры оно меняется, и мост выходит из равновесия.
В этом случае через R5 начинает проходить ток. Если мы поменяем его на вольтметр, тогда по его показаниям можно судить, насколько изменилось сопротивление RTD. По этому изменению можно определить значение температуры. Данная схема широко применяется, поскольку она проста в реализации и обеспечивает хорошую точность. Компоненты моста скрыты в одном корпусе, а наружу выходит только чувствительный элемент RTD.
Отличия от термопары
Несмотря на схожесть термометров сопротивления и термопар, у них разные принципы действия. В термопарах используются 2 проволоки из разных металлов, соединенные между собой. При изменении температуры в месте контакта образуется разность потенциалов и возникает термо-ЭДС (электродвижущая сила). Далее она фиксируется вольтметром и переводится в значение температуры. Таким образом, для использования термопары не нужен источник питания, и она проще в применении. Но возникает резонный вопрос, а что точнее? Производитель аппаратуры «Тесей» провел и опубликовал исследования на этот счет.
Из графика можно определить, что при температуре до +300 градусов термопары класса «к0» точнее, чем термометры класса В. Если температура выше, то лучше применять термопары класса «к1». Так что при выборе измерителя нужно в первую очередь смотреть на его точность и стоимость, а не на принципы работы.
Виды и их характеристика
Основное различие между термометрами – устройство датчика. Они сделаны из разных материалов, отличаются толщиной чувствительного элемента и имеют различную стоимость.
Металлические
Они бывают платиновые, никелевые и медные. Рассмотрим подробнее элементы их этих металлов.
Также существуют различные конструкции чувствительного элемента.
Металлические датчики можно покупать отдельно от прибора. Они взаимозаменяемые (в идентичных устройствах), и у разных датчиков одной модели одинаковая номинальная статическая характеристика. Это значительно облегчает использование таких устройств.
Полупроводниковые
Обычно они изготавливаются из германия и кремния. В качестве легирующей добавки выступает сурьма. Также есть кобальто-марганцевые (КМТ) и медно-марганцевые (ММТ) приборы, работающие в пределах от -90 до +180 градусов. Благодаря большому внутреннему сопротивлению датчика проводимостью соединителей можно пренебречь. Чувствительный элемент расположен в защитном корпусе.
Преимущества – высокое быстродействие, возможность работы в сверхнизких температурах – от -270 градусов по Цельсию. Точность и стабильность измерений большие. Недостатки – нелинейная характеристика НСХ и невоспроизводимость градуировочной характеристики.
Это значит, что датчики индивидуально настраиваются под конкретный измеритель, заменить их в дальнейшем нельзя.