Типы термометров сопротивления

Типы термометров сопротивления Анемометр

Типы термометров сопротивления

Методы и средства измерений Методы и средства измерений температуры

Класс допуска не стоит путать с понятием класса точности. С помощью термометра мы не напрямую измеряем и видим результат измерения, а передаем на барьеры или вторичные приборы значение сопротивления соответствующее фактической температуры. Именно поэтому введено новое понятие.

Класс допуска — это разница между фактической температурой тела и температурой, которую получили при измерении.

Существует 4 класса точности ТС (от наиболее точного к приборам с большей погрешностью):

Приведем фрагмент таблицы классов допуска, полную версию вы можете увидеть в ГОСТ 6651-2009.

— это устройство, предназначенное для измерения температуры твердых, жидких и газообразных сред. Также его используют и при измерении температуры сыпучих веществ.

Свое место термометр сопротивления нашел в газо- и нефтедобыче, металлургии, энергетике, сфере ЖКХ и многих других отраслях.

ВАЖНО! Термометры сопротивления можно использовать как в нейтральных средах, так и в агрессивных. Это способствует распространению прибора в химической промышленности.

Обратите внимание! Для измерения температур в промышленности также используют термопары, про них подробнее узнаете из нашей статьи про термопары.

Типы термометров сопротивления

Температура — один из основных физических параметров. Измерять и контролировать его важно как в бытовой жизни, так и на производстве. Для этого существует множество специальных устройств. Термометр сопротивления — один из самых распространенных приборов, активно применяющийся в науке и промышленности. Сегодня мы расскажем что такое термометр сопротивления, его преимущества и недостатки, а также разберемся в различных моделях.

Типы термометров сопротивления

Введение

Температура — одна из наиболее часто измеряемых физических величин. Задачи измерения и контроля температуры встречаются практически во всех областях человеческой деятельности. Системы контроля температуры используются для поддержания микроклимата и в различной бытовой технике, где базовым требованием является их доступность. Прецизионное термостатирование в сельском хозяйстве необходимо для выращивания тепличных сельскохозяйственных культур. В химической промышленности и в металлургии часто требуется контроль температуры высоко агрессивных сред в диапазонах в несколько тысяч градусов. На производстве нарушения технологического процесса, связанные с выходом контролируемой температуры за допустимые пределы, могут привести к выпуску партии бракованного товара. В медицине ошибка в измерении температуры может стоить здоровья пациента и даже человеческой жизни. От качества контроля температуры в атомной промышленности, в частности при отливке корпусов реакторов, зависит жизнь всего населения нашей планеты.

Очевидно, что столь разнообразные требования, как по диапазону и точности, так и по типу исполнения и надежности измерительных систем, породили за многие годы большое разнообразие методов и средств, используемых для измерения и контроля температуры.

Для того, чтобы узнать значение сопротивления его надо измерить. Сделать это можно с помощью включения его в измерительную цепь. Для этого используют 3 типа схем, которые отличаются между собой количеством проводов и достигаемой точностью измерений:

Типы термометров сопротивления

Обратите внимание! У датчика Pt1000 уже при нуле градусов сопротивление равно 1000 Ом. Увидеть их можно, например, на паровой трубе, где измеряемая температура равна 100-160 °С, что соответствует примерно 1400-1600 Ом. Сопротивление же проводов в зависимости от длины равно примерно 3-4 Ом, т.е. на погрешность они практически не влияют и смысла в использовании трёх или четырёх проводной схемы подключения особо нет.

Основные параметры ТС

Основные параметры, определяющие области применения и схемы включения термометров сопротивления, — это температурный коэффициент термометра сопротивления, номинальное сопротивление, диапазон измеряемых температур и номинальная статическая характеристика ТС.

Температурный коэффициент термометра сопротивления

Температурный коэффициент термометра сопротивления характеризует изменение величины сопротивления от температуры:

α = (R100–R0)/(R100×100),

где R100, R0 — значения сопротивления ТС из номинальной статической характеристики (НСХ) при 100 и 0 °С соответственно, округленные до пятого знака после запятой. Как было отмечено ранее, в разных стандартах установлено различное значение ТКС. Для повышения совместимости в ГОСТ Р 8.625-2006 рассматриваются два значения: α = 0,00391 °С–1 и α = 0,00385 °С–1 (соответствует МЭК 60751).

Номинальное сопротивление ТС

На практике иногда используют ТС, нормированные по двум дополнительным классам точности, их обычно называют “1/10 DIN” и “1/3 DIN”, что означает, соответственно, 1/10 (±0,03 °C) и 1/3 (±0,1 °C) от класса B при 0 °C.

Номинальная статическая характеристика

Номинальная статическая характеристика (НСХ) представляет собой зависимость сопротивления ТС от температуры. Для ПТС эта зависимость имеет вид (уравнение Каллендара ван Дьюзена):

Значения коэффициентов A, B и С отличны при разных температурных коэффициентах сопротивления:

Типы термометров сопротивления

Рис. 3. Зависимость сопротивления ПТС (Pt100) от температуры

Величину погрешности, возникающей при линейной аппроксимации характеристики ТС (B = C = 0), можно оценить на основе графика, приведенного на рис. 4.

Типы термометров сопротивления

Рис. 4. Погрешность линейной аппроксимации характеристики ПТС (Pt100)

Информация на рис. 4 помогает принять верное решение о целесообразности прецизионной линеаризации характеристики ПТС, которая может потребовать использования дополнительных компонентов, вычислительных ресурсов системного процессора или ограничиться линейной аппроксимацией.

Схемы включения термометров сопротивления

Простейшей схемой включения термометра сопротивления является делитель напряжения (рис. 5). Здесь ТС Rt — его плечо, а источник с напряжением Uпит обеспечивает протекание электрического тока в цепи делителя. Падение напряжения на ТС Ut зависит от величины его сопротивления, а следовательно, от температуры окружающей среды tокр.

Типы термометров сопротивления

Рис. 5. Схема измерения температуры с использованием ТС на базе делителя напряжения

Точность измерений в схеме (рис. 5) будет зависеть от точности и стабильности характеристик ТС Rt, опорного резистора Rоп и источника напряжения Uпит. Для того чтобы снизить погрешность измерений, следует использовать прецизионный высокостабильный резистор Rоп и стабилизированный источник опорного напряжения.

Другим негативным фактором является эффект самонагрева термометра сопротивления: протекание в электрической цепи относительно высокого тока (единицы-десятки миллиампер) может привести к дополнительным тепловыделениям на ТС, его нагреву и, как следствие, к резкому снижению точности измерений.

На рис. 6 приведен пример практической реализации схемы на основе делителя напряжения с использованием стабилизированного источника опорного напряжения.

Типы термометров сопротивления

Рис. 6. Простейшая схема подключения термометра сопротивления Pt100

Основные недостатки схемы включения (рис. 6) — высокая зависимость тока возбуждения от температуры, что вызывает дополнительную нелинейность, увеличивающую погрешность измерений и сложность организации удаленного подключения ТС, так как сопротивление соединительных проводов в двухпроводной схеме будет оказывать заметное влияние на результаты измерений. Учитывая относительно невысокие номиналы используемых ТС, очевидно, что даже паразитные сопротивления в сотни мОм вызовут недопустимые погрешности в измерениях температуры. Согласно ГОСТ Р 8.625-2006, использование двухпроводной схемы не допускается для ТС классов АА и А (табл. 2).

Несмотря на имеющиеся недостатки, схема может быть использована для организации простых систем измерения температуры, преимущества которых — в низкой себестоимости реализации, малых габаритных размерах и главное — в небольшой удаленности термометра сопротивления от схемы нормирования сигналов.

В случае удаленного подключения ТС длина соединительных проводов будет оказывать влияние на точность измерений, так как измерительный ток будет вызывать дополнительное падение напряжения, прямо пропорциональное, по закону Ома, величине сопротивления. Поскольку сопротивление проводников зависит от их протяженности, то увеличение расстояния до датчика потребует использования более дорогих соединительных проводников или корректировки подхода к построению измерительной системы.

При необходимости подключения удаленно расположенного термометра сопротивления целесообразней использовать 4-проводную «кельвиновскую» схему, в которой измерительный ток протекает через одну пару, а сами измерения производятся с помощью второй пары соединительных проводов. Для достижения высокой точности измерений необходимо использовать усилители с высоким входным сопротивлением и низкой величиной входного тока.

Типы термометров сопротивления

Рис. 7. Схема подключения удаленного термометра сопротивления Pt100 с использованием источника тока

Использование современных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) с дифференциальным подключением источника входного сигнала и источника опорного напряжения позволяет не только получить на выходе цифровой сигнал, готовый для ввода в микроконтроллер, но и упростить подключение термометров сопротивления. На рис. 8 представлена схема прецизионного измерителя температуры на основе АЦП.

Типы термометров сопротивления

Рис. 8. Прецизионный измеритель температуры

Типы термометров сопротивления

Рис. 9. Прецизионный измеритель температуры с 3-проводным подключением термометра сопротивления

Для индустриальных применений более предпочтителен биполярный составной транзистор MMBTA14 по сравнению с полевым, особенно при работе в условиях высоких температур. У транзисторов с изолированным затвором (MOSFET) ток утечки затвора удваивается с увеличением температуры на каждые 8 °С и может достигать несколько десятков нА. Таким образом, ошибка токового зеркала, вызванная управляющим током биполярного транзистора, может быть меньше, чем полевого транзистора с изолированным затвором.

Термометры
сопротивления широко применяются на
практике для измерения температур в
пределах от 120 до 5000С.
Вообще же они могут быть использованы
для измерения температур в области от
–200 до 7500С.

Принцип
действия термометров сопротивления
основан на свойстве веществ изменять
свое электрическое сопротивление с
изменением температуры. При измерении
температуры термометр погружают в
среду, температуру которой необходимо
определить. Зная зависимость сопротивления
термометра от температуры, можно по
изменению сопротивления термометра
судить о температуре среды, в которой
он находится.

Для
изготовления термометров сопротивления
используют металлы и полупроводники.
Металлические термометры сопротивления
употребляются чаще. Полупроводниковые
термометры находят меньшее применение,
в связи с необходимостью индивидуальной
градуировки.

Требования,
предъявляемые к материалам для
изготовления термометров сопротивления:

– материал
должен быть химически инертным и не
изменять свои физические свойства;

– температурный
коэффициент электросопротивления
должен быть, по возможности, значительным;

– зависимость
изменения сопротивления материала от
температуры должна быть близка к
линейной.

– материалы
должны воспроизводиться с неизменными
свойствами в больших количествах.

Приведенным
основным требованиям, предъявляемым к
материалам для термометров сопротивления,
из числа чистых металлов удовлетворяют
только платина, медь, никель и железо.
Серийно изготавливаются термометры
сопротивления из платины и меди; никелевые
(Ni
значительно окисляется при высоких
температурах и его температурный
коэффициент сопротивления сильно
зависит от чистоты металла) изготавливаются
редко – только по спецзаказам, а из
железа почти не встречаются из-за
трудности изготовления чистого железа
и малого диапазона применения.

Наилучшим
материалом для термометров сопротивления
считается платина, которая обладает
большой химической инертностью и может
быть легко получена в чистом виде. Она
имеет достаточно большой температурный
коэффициент электрического сопротивления
и высокое удельное сопротивление.
Конечный температурный предел применения
платиновых термометров сопротивления
из соображений механической прочности
обмотки, изготавливаемой из тонкой
проволоки, ограничивается 6500С.
Для измерения более высоких температур
(до 11000С)
используется более толстая проволока
из платины d=0,5
мм (обычно диаметр проволоки для эталонных
термометров сопротивления составляет
0,1 мм, для рабочих – 0,04 – 0,07 мм).

Платиновые
термометры сопротивления в зависимости
от их назначения разделяются на следующие
три основные группы: эталонные, образцовые
(1-го и 2-го разрядов) и рабочие. Рабочие
термометры, в свою очередь, подразделяются
на термометры повышенной точности
(лабораторные) и технические.

Эталонные
платиновые термометры сопротивления
служат для воспроизведения международной
практической температурной шкалы МПТШ
в областях температур

– 182,97
÷ 00С
(I)

Для
интервала (I) используется интерполяционная
формула

где
R(t)
– сопротивление термометра при
температуре t,
Ом; R0
– сопротивление
того же термометра при 00С,
Ом. Для определения постоянных А,
В, С определяют
сопротивление R(t)
в точках кипения воды, серы (или в точке
затвердевания цинка) и кислорода.

Для
интервала (II)
используется интерполяционная формула

где
A,
B
определяются в тех же реперных точках,
что и для (I).

Образцовые
платиновые термометры сопротивления
1-го и 2-го разрядов, применяемые в
диапазоне –182,97 ÷ 630,50C,
изготавливают из чистой платины.
Образцовые термометры 1-го разряда,
поверяемые по рабочим эталонам, применяют
для поверки образцовых термометров
2-го разряда, образцовых ртутных
термометров, образцовых медь-константановых
термопар и для контроля температуры
кипения или затвердевания веществ,
применяемых при поверке термометров.
Образцовые термометры сопротивления
2-го разряда служат для поверки рабочих
термометров.

Рабочие
платиновые термометры сопротивления
повышенной точности специально
градуируются, характеризуются погрешностью
такой же, что и образцовые приборы.
Технические платиновые термометры
предназначаются для длительного
измерения температуры от –200 до 6500С.
Термометры сопротивления этого типа
изготовляются двух классов (1-го и 2-го).
Класс 1 характеризуется использованием
платины более высокой чистоты.

Надежная
работа термометров сопротивления в
наибольшей степени определяется
механической прочностью конструкции,
степенью герметичности и качеством
изготовления чувствительного элемента.

При
изготовлении чувствительных элементов
медных термометров, обладающих достаточной
надежностью и механической прочностью,
не встречается затруднений.

Рис.
12. Устройство платинового термометра
сопротивления: 1 – каркас, 2 – платиновая
спираль, 3 – выводы, 4 – оболочка

Полупроводниковые
термометры сопротивления – терморезисторы
– изготавливаются из порошкообразной
смеси окислов некоторых металлов (меди,
марганца, кобальта, никеля и др.),
спрессованной и спеченной при высокой
температуре. При изменении соотношения
компонентов, составляющих материал,
меняется значение его электропроводности
и температурного коэффициента
электрического сопротивления.

Терморезисторы,
представляющие собой непроволочные
объемные нелинейные резисторы различной
формы (цилиндрические, шайбовые и др.),
в отличие от металлических резисторов
имеют отрицательный температурный
коэффициент, т.е. при нагревании уменьшают
свое сопротивления. При t=500С
и ниже значение их температурного
коэффициента в 5 – 10 раз больше, чем у
металлов, что дает сравнительно большое
изменение сопротивления в зависимости
от температуры. При t=200С
температурный коэффициент электрического
сопротивления составляет 2 – 8 % на 10С.

Терморезисторы
являются малоинерционными термометрами,
что имеет существенное значение,
например, для исследования нестационарных
тепловых процессов. Большое номинальное
сопротивление полупроводниковых
термометров (от единиц до сотен килоом)
позволяет при измерении температуры
не учитывать сопротивление проводов,
соединяющих термометр с измерительным
прибором.

Для
терморезисторов зависимость сопротивления
их от температуры в интервалах не
превышающих 1000С,
определяется выражением

где
RT
– сопротивление данного терморезистора
при температуре T,
Ом; T
– температура, K;
А, b,
B
– постоянные
коэффициенты, зависящие от свойств
материала терморезистора и его
конструкции.

К
недостаткам терморезисторов можно
отнести следующее: нелинейный характер
зависимости электрического сопротивления
от температуры, степень воспроизведения
их сопротивления недостаточно надежна
(отклонение от номинального значения
составляет ±20%), что не обеспечивает их
необходимой взаимозаменяемости.

При
измерении температуры термометры
сопротивления применяют в комплекте с
логометрами, автоматическими
уравновешенными и неуравновешенными
мостами, магнитоэлектрическими
логометрами и автоматическими
компенсационными приборами.

Соседние файлы в папке ПОСОБИЕ МСС

Термометры сопротивления

Измерение
температур с помощью термометров
сопротивления основано на изменении
электрического сопротивления проводника
с изменением температуры. Зная зависимость
сопротивления от температуры, можно по
его изменению определить температуру
контролируемой среды. Зная зависимость
R=f(t),
можно по электрическому сопротивлению
тела найти его температуру. Таким
образом, термопреобразователь, в отличии
от термометров расширения, является
только датчиком. Комплект прибора
состоит из термометра сопротивления –
тепловоспринимающего элемента (первичный
прибор) и электроизмерительного прибора,
измеряющего электрическое сопротивление
термометра (вторичный прибор) в градусах.

Термометры
сопротивления лишены ряда недостатков,
присущих термометрам расширения и
манометрическим термометрам. У них
более высокая точность, имеется
возможность передачи показаний на
большие расстояния и централизации
контроля нескольких термометров к
одному измерительному прибору; они
менее инерционны. Общим недостатком
этих термометров является: необходимость
в постороннем источнике тока; невозможность
точных измерений

Для
измерения электрического сопротивления
в настоящее время в промышленности
применяют почти исключительно
автоматические уравновешенные мосты.

С
помощью термометров сопротивления
можно измерять температуру в интервале
от –250 до 1000C
с высокой степенью точности, для
температур выше 500C
практичнее пользоваться термопарами.

Материал,
применяемый для чувствительного элемента
термометров сопротивления, должен
удовлетворять ряду требований. Он должен
быть химически инертным и не изменять
своих физических свойств в интервале
рабочих температур термометра. Зависимость
изменения сопротивления термометра от
изменения температуры должна быть
близка к линейной. Температурный
коэффициент термометра сопротивления
должен быть достаточно большим. Материалы,
применяемы для чувствительных элементов
термометров сопротивления, должны
позволять изготавливать термометры в
больших количествах с однотипными
характеристиками. Приведенным выше
основным требованиям, предъявляемым к
материалам чувствительных элементов
термометров сопротивления, удовлетворяет
только платина и медь.

Температурный
коэффициент сопротивления платины
зависит от ее чистоты и тем больше, чем
меньше содержится примесей в платине.
Чистоту платины принято характеризовать
отношением


сопротивление при температуре кипения
серы.

Для изготовления
термометров сопротивления по ГОСТ
6651-59 применяется чистая платина марки
«Экстра» с отношением

платина
применяется в виде проволоки диаметров
от 0,05 до 0,07мм
или ленты сечением от 0,002 до 0,005 мм2.

Промышленные
платиновые термометры сопротивления
изготавливаются на интервалы температуры
от –200 до +650C.
Измерение электрического сопротивления
изменением температуры подчиняется
зависимости:

а)
для интервала температур от –200 до 0C

б)
для интервала температур от 0 до +650C.

– сопротивление термометра при температуре
t;


сопротивление термометра при температуре
0C;

A,
B,
C
– постоянные коэффициенты, значения
которых определяются градируировкой
при температурах: кипения кислорода
(-182,97C),
кипения воды (100C)
и кипения серы (444,6С).

Для
чистой платины марки «Экстра»

медные
термометры сопротивления обычно
изготавливают из проволоки диаметром
0,1 мм с
эмалевой или шелковой изоляцией. Медные
термометры сопротивления изготавливаются
на интервалы температур от –50 до +180C.
Измерение электрического сопротивления
медного термометра с изменением
температуры имеет линейную зависимость
и выражается уравнением

где
 – температурный
коэффициент сопротивления меди, равный

Медные
термометры сопротивления подвержены
окислению во влажной атмосфере и
агрессивных средах, особенно при
повышенной температуре. Поэтому следует
избегать применения медных термометров
в указанных условиях или же применять
защиту чувствительного элемента от
воздействия агрессивных сред.

Основные
параметры платиновых термометров
сопротивления ТСП и медных термометров
сопротивления ТСМ по ГОСТ 6651-59 приведены
в табл. 2,

Чувствительный
элемент термометров сопротивления
бифилярно наматывается на специальный
каркас в виде спирали. Материал каркаса
термометра должен обладать хорошими
изоляционными качествами, достаточной
механической прочностью, жароустойчивостью
и не должен оказывать вредного влияния
на материал чувствительного элемента
термометра. Этим требованиям в известной
степени отвечают слюда, плавленный
кварц и фарфор. Слюдяные каркасы
применяются при температуре до +500С,
так как при более высоких температурах
из слюды выделяется кристаллизационная
вода, вследствие чего слюда разбухает,
расщепляется и теряет свои первоначальные
свойства. Слюдяные каркасы изготовляются
в виде креста или пластинки, снабженных
зубчатой нарезкой на краях, в которой
укладывается спираль чувствительного
элемента термометра сопротивления. В
медных термометрах сопротивления,
предназначаемых для измерения температур
ниже 100С,
в качестве материала каркаса применяются
различные пластмассы.

Соединение
чувствительного элемента с зажимами
головки термометра осуществляется
проводами, материал которых не должен
оказывать вредного влияния на материал
чувствительного элемента, должен быть
химически стойким и не должен развивать
значительной Э.Д.С. в паре с проволокой
чувствительного элемента. В медных
термометрах применяются медные выводы,
а в платиновых используются выводы из
серебряной проволоки. В платиновых
термометрах сопротивления, предназначаемых
для измерений с повышенной точностью,
выводы изготовляются из платины или
золота.

Чтобы
обеспечить нормальную эксплуатацию
термометров сопротивления, следует
придерживаться несколько основных
правил:

1.
термометры выбирать так, чтобы диапазон
его измерений как можно более соответствовал
пределам измерения температуры измеряемой
среды;

2.
при выборе длины термометра учитывать
размеры камеры (трубопровода) и место
его установки. При монтажной длине более
500мм и установке в горизонтальном или
наклонном положении термометр должен
быть дополнительно закреплен во избежание
прогиба и вибраций;

3.
при выборе глубины погружения термометра
учитывая длину чувствительного элемента
(активной части), которая для ТСП
составляет 30-120, для ТСМ – около 60мм;

4.
при выборе защитной арматуры учитывать
свойства измеряемой среды, ее давление
и скорость;

5.
перед монтажом термометра, а также в
процессе его эксплуатации (при
исследованиях – перед каждым опытом и
при максимальных температурах) проверять
целостность чувствительных элементов
и сопротивление изоляции с помощью
мегомметра с номинальным напряжением
500В. Испытательное напряжение прикладывается
между зажимами термометра и корпусом,
а для термометров с двумя чувствительными
элементами также и между отдельными
электрическими цепями. При такой проверке
сопротивление электрический изоляции
должно быть не меньше указанных в таблице
4. Если в результате проверки выявлено,
что чувствительные элементы не нарушены,
а сопротивление изоляции не меньше
допустимого, то следует термометр
просушить, после чего снова замерить
сопротивление;

Минимально
допустимое электрическое сопротивление
изоляция для термометров сопротивления

6.
к одноточечному вторичному прибору
подключается несколько термометров
сопротивления только через переключатель
типа ПМТ, ПД.

Кроме
указанных параметров термометры
сопротивления также характеризуются
показателем тепловой инерции. Посмотрим
влияние этого параметра на выбор и
конструирование контактных приборов.
При внесении термометра с начальной
температурой

в среду с температурой

его показания будут изменяться со
временем от минимального в начальный
период времени (=0)
до максимального значения при =.
При этом предположим, что термоприемник
не оказывает какого-либо влияния на

=const.
В этом случае из условий теплообмена
можно записать

где
с – полная теплоемкость теплоприемника;


– коэффициент теплообмена;

S
– площадь поверхности, соприкасающейся
с окружающей средой;

Ф=c/S
– тепловой фактор.

численно равна интервалу времени, по
истечению которого при внесении
термометра в среду с постоянной
температурой разность температуры
среды и любой точки чувствительного
элемента стала равна 0,37 от первоначальной
разности. Эту величину обычно называют
показателем тепловой инерции термометра.
Отметим, что он характеризует темпы и
скорость теплообмена не только термометров
сопротивления, но и любого контактного
термоприемника со средой.

видно,
что величина

зависит от теплового фактора Ф и
коэффициента теплообмена .
Изменение формы теплоприемника (шар,
цилиндр, спираль с ребрами) при неизменном
его объеме удается изменить

в несколько раз. Однако, при увеличении
линейных размеров чувствительного
элемента:

ГОСТ
6651-78 устанавливает для термометров
сопротивления следующие максимальные
показатели термической инерции, с:
приборы с большой инерционностью
(БИ)-240; средней (СИ)-80; малоинерционные
– 9. эти значения определены при
коэффициенте теплообмена, практически
равным бесконечности. Однако 
изменяется в весьма широких пределах
(воздух в помещении – высокоскоростной
поток жидкости), поэтому в реальных
условиях показатель инерции будет выше,
чем указано в паспорте прибора.

Виды датчиков и их характеристики

Измерение температуры термометром сопротивления происходит с помощью одного или нескольких чувствительных элементов сопротивления и соединительных проводов, которые надежно спрятаны в защитном корпусе.

Классификация ТС происходит именно по типу чувствительного элемента.

Металлический термометр сопротивления по ГОСТ 6651-2009

Согласно ГОСТ 6651-2009 выделяют группу металлических термометров сопротивления, то есть ТС, чей чувствительный элемент — это небольшой резистор из металлической проволоки или пленки.

Платиновые измерители температуры

Типы термометров сопротивления

Платиновые ТС считаются самым распространёнными среди других видов, поэтому их часто устанавливают для контроля важных параметров. Диапазон измерения температуры лежит от -200 °С до 650 °С. Характеристика близка к линейной функции. Один из самых распространённых видов — Pt100 (Pt — платиновый, 100 — означает 100 Ом при 0 °С).

ВАЖНО! Основной недостаток этого устройства — дороговизна за счет использования драгоценного металла в составе.

Никелевые термометры сопротивления

Никелевые ТС почти не используются в производстве за счет узкого температурного диапазона (от -60 °С до 180 °С) и сложностей эксплуатации, однако, следует отметить, что именно они имеют самый высокий температурный коэффициент 0,00617 °С-1.

Ранее такие датчики использовались в кораблестроении, однако, сейчас в этой отрасли их заменили на платиновые ТС.

Медные датчики (ТСМ)

Казалось бы, у медных датчиков диапазон использования еще уже, чем у никелевых (всего от -50 °С до 170 °С), но, тем не менее, именно они являются более популярным типом ТС.

Секрет в дешевизне прибора. Медные чувствительные элементы просты и неприхотливы в использовании, а также отлично подходят для измерения невысоких температур или сопутствующих параметров, например, температуры воздуха в цехе.

Срок службы такого устройства невелик, однако, и средняя стоимость медной ТС не слишком бьет по карману (около 1 тыс. рублей).

Типы термометров сопротивления

Терморезисторы — это термометр сопротивления, чей чувствительный элемент сделан из полупроводника. Это может быть оксид, галогенид или другие вещества с амфотерными свойствами.

Преимуществом данного прибора является не только высокий температурный коэффициент, но и возможность придать любую форму будущему изделию (от тонкой трубки до устройства длиной в несколько микрон). Как правило терморезисторы рассчитаны для измерения температуры от -100 °С до +200 °С.

Различают два вида терморезисторов:

На практике под термином «термометр сопротивления» понимают как герметичный датчик в металлическом или керамическом корпусе с внешним разъемом для подключения к измерительным приборам, так и сам чувствительный элемент, который может быть изготовлен в корпусе с проволочными выводами или в SMD-конструктиве для поверхностного монтажа.

Основные преимущества ТС по сравнению с другими типами датчиков температуры — это их высокая точность, широкий диапазон рабочих температур, малые размеры, устойчивость к вибрациям, линейность номинальной статической характеристики и относительно высокое значение температурного коэффициента сопротивления (ТКС). Основными материалами для изготовления ЧЭ ТС являются платина, медь, никель и их сплавы. На практике чаще применяются платиновые термометры сопротивления (ПТС) с различной чистотой платины, которые обладают наивысшей стабильностью характеристик, устойчивостью к воздействию агрессивных сред и широким диапазоном рабочих температур (табл. 1).

По конструкции чувствительного элемента различают пленочные и проволочные термометры сопротивления. Как правило, медные и никелевые ТС изготавливают из проволоки (рис. 1), а платиновые могут быть как проволочными, так и пленочными.

Типы термометров сопротивления

Рис. 1. Проволочная конструкция термометра сопротивления

Последние имеют меньшую чувствительность к вибрациям, однако предназначены для функционирования в более узком температурном диапазоне (рис. 2). По предназначению различают рабочие и эталонные термометры сопротивления, параметры обеих групп ТС регламентированы соответствующими стандартами.

Типы термометров сопротивления

Рис. 2. Пленочный термометр сопротивления

Локальные и международные стандарты на ТС

В России до 01.01.2011 действовал стандарт ГОСТ Р 8.625-2006 «Термометры сопротивления из платины, меди и никеля», который соответствует международному стандарту МЭК 60751 (2008) в части определения зависимости величины сопротивления от температуры и допусков на платиновые ЧЭ и ТС с температурным коэффициентом сопротивления α = 0,00385 °C–1.

Отличие стандартов в разных регионах мира привело к расхождениям в некоторых базовых параметрах ТС у производителей. Например, в различных стандартах используются разные значения ТКС: α = 0,003923 °C–1 (SAMA), α = 0,00385 °C–1 (DIN/IEC EN 60 751), α = 0,003902 °C–1 (US IS), α = 0,003916 °C–1 (JIS) и т. д. Поэтому во избежание ошибок в расчетах при проектировании важно учитывать положения того стандарта, относительно которого нормировались характеристики выбранного термометра сопротивления.

Преимущества и недостатки термометров сопротивления

Как и любой прибор, использование термометров сопротивления имеет ряд преимуществ и недостатков. Рассмотрим их.

Термометр сопротивления — распространенное устройство практически во всех отраслях промышленности. Этим прибором удобно измерять невысокие температуры, не опасаясь за точность полученных данных. Термометр не отличается особой долговечностью, однако, приемлемая цена и простота замены датчика перекрывают этот небольшой недостаток.

зависимость сопротивления материала от температуры

Определение температуры: выходным сигналом является сопротивление, поэтому необходим вторичный прибор

Требования к материалам

высокий температурный коэффициент электрического сопротивления

большое удельное сопротивление

Типы термометров сопротивления

Типы термометров сопротивления:

– сопротивление при 0 С

α – температурный коэффициент сопротивления (чувствительность)

– отношение сопротивлений при 0 и 100 С (показатель степени чистоты металла)

класс точности А, В, С

Обозначение по ГОСТ Р 50353-92:

Обозначение состоит из Rи типа материала П, М или Н

ТСП (платиновые) 1П, 5П, 10П, 50П, 100П, 500П, 1000П

Pt 100, Pt 500, Pt 1000

• ТСМ (медные) 10М, 50М, 100М Cu 50, Cu 100

ТСН (никелевые) 50Н, 100Н, 500Н, 100Н

Ni 100, Ni 1000

Типы термометров сопротивления

Типы термометров сопротивления

•ТПС (Pt, Ni)

Типы термометров сопротивления

Методы измерения сопротивления термопреобразователей:

потенциометрический (по падению напряжения на ТПС)

мостовые методы (схема Уитсона)

с помощью логометров (магнитоэлектрический принцип)

Типы термометров сопротивления

Типы термометров сопротивления

Влияние сопротивления соединительных проводов

Очевидным источником дополнительной систематической погрешности является изменение сопротивления соединительных проводов.

Типы термометров сопротивления

Нормирующий преобразователь сигнала

Типы термометров сопротивления

Средства измерения температуры

волюметрические (изменение объема)

Типы термометров сопротивления

Типы термометров сопротивления

дилатометрические (изменение длины)

термосопротивления (изменение сопротивления)

термоэлектрические (изменение термо ЭДС)

Соседние файлы в папке метрология

Градуировочные таблицы термометров сопротивления

Градуировочные таблицы — это сводная сетка, по которой можно легко определить при какой температуре термометр будет иметь определенное сопротивление. Такие таблицы помогают работникам КИПиА оценить значение измеряемой температуры по определённому значению сопротивления.

В рамках этой таблицы существуют специальные обозначения ТС. Их вы можете увидеть в верхней строчке. Цифра означает значение сопротивления датчика при 0°С, а буква металл, из которого оно создано.

Для обозначения металла используют:

Например, 50М — это медный ТС, с сопротивлением 50 Ом при 0 °С.

Ниже представлен фрагмент градуировочной таблицы термометров.

Заключение

Один из способов повышения точности измерений с использованием ТС — их градуировка для получения индивидуальных коэффициентов зависимости величины сопротивления от температуры. Полученные коэффициенты можно, например, хранить в памяти цифровой измерительной системы и вносить в результат измерений соответствующую поправку. Однако этот метод может быть приемлем в мелкосерийном и практически не реализуем при массовом производстве в связи с высокой трудоемкостью самой процедуры градуировки. В данном случае более эффективным решением может быть использование прецизионных термометров сопротивления.

Однако сам факт использования прецизионных ТС не может гарантировать высокую точность системы в целом. При этом большую роль играет адекватность выбранной схемы включения ТС решаемой задаче. Кроме того, необходимо учитывать влияние таких факторов, как длина и качество соединительных проводов и разъемов, обеспечение электромагнитной совместимости за счет эффективного экранирования, фильтрации, грамотной компоновки элементов и разводки печатной платы. Существует и весьма специфический, но ощутимый источник ошибок, такой как эффект влияния температуры кристалла на результаты преобразования АЦП, воздействие которого может быть учтено за счет введения в состав системы дополнительного датчика для измерения температуры кристалла.

Как показывает практика, только подобный, комплексный подход, учитывающий разнообразные аспекты проектирования, позволяет создавать сбалансированные по точности и стоимости системы, имеющие конкурентные преимущества на рынке современной электронной техники.

Про анемометры:  Вероятные ошибки, их коды и неисправности котлов Иммергаз (ImmerGas)
Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий