Виды термометров сопротивления

Виды термометров сопротивления Анемометр

Методы термометрии основаны на измерении различных физических величин, которые имеют сильную зависимость от температуры. К одним из них относится изменение электрического сопротивления в материалах.Это один из самых эффективных и простых методов измерения, который позволяет получить точность измерения вплоть до десятитысячных значений градуса. В качестве рабочего вещества используются чистые металлы, сопротивление которых изменяется пропорционально изменению 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.

Виды 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.

Виды термометров сопротивления

Содержание
  1. Введение
  2. Типовые конструкции платиновых термосопротивлений
  3. Локальные и международные стандарты на ТС
  4. Медные датчики (ТСМ)
  5. Принцип действия
  6. Схемы включения ТСМ/ТСП
  7. Градуировочные таблицы термометров сопротивления
  8. Виды датчиков и их характеристики
  9. Металлический термометр сопротивления по ГОСТ 6651-2009
  10. Платиновые измерители температуры
  11. Никелевые термометры сопротивления
  12. Терморезисторы
  13. Угольные термометры
  14. Обслуживание
  15. Платиновые термометры сопротивления
  16. Чем отличается термосопротивление от термопары?
  17. Устройство термопреобразователя
  18. Схема подключений
  19. Область применения
  20. Преимущества и недостатки термометров сопротивления
  21. Полупроводниковые термометры
  22. Область применения термопреобразователей сопротивления
  23. Класс допуска
  24. Виды термопреобразователей сопротивления
  25. Принцип действия измерительного устройства
  26. Расшифровка аббревиатур
  27. Сверхпроводящие термопреобразователи
  28. Виды термометров сопротивления
  29. Полупроводниковый.
  30. Угольный.
  31. Сверхпроводящий.
  32. Заключение
  33. Типы чувствительных элементов в платиновых термопреобразователях

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:

Виды 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.

Типовые конструкции платиновых термосопротивлений

Как видно из рисунка, четыре спирали из платиновой проволоки, размещают в специальных каналах, которые потом заполняются мелкодисперсным наполнителем. В роли последнего выступает очищенный от примесей оксид алюминия (Al2O3). Наполнитель обеспечивает изоляцию между витками проволоки, а также играет роль амортизатора при вибрациях или когда происходит ее расширение, вследствие нагрева. Для герметизации отверстий в защитном корпусе применяется специальная глазурь.

На практике встречается много вариаций типового исполнения, различия могут быть в дизайне, герметизирующем материале и размерах основных компонентов.

Исполнение Hollow Annulus.

Данный вид конструкции относительно новый, она разрабатывалась для использования в атомной индустрии, а также на объектах особой важности. В других сферах датчики данного типа практически не применяются, основная причина этого высокая стоимость изделий. Отличительные особенности высокая надежность и стабильные характеристики. Приведем пример такой конструкции.

ЧЭ данной конструкции представляет собой металлическую трубку (полый цилиндр), покрытый слоем изоляции, сверху которой наматывается платиновая проволока. В качестве материала цилиндра используется сплав с температурным коэффициентом близким к платине. Изоляционное покрытие (Al2O3) наносится горячим напылением. Собранный ЧЭ помещается с защитный корпус, после чего его герметизируют.

Для данной конструкции характерна низкая инерционность, она может быть в диапазоне от 350,0 миллисекунд до 11,0 секунд, в зависимости от того используется погружаемый или монтированный ЧЭ.

Пленочное исполнение (Thin film).

Основное отличие от предыдущих видов заключается в том, что платина тонким слоем (толщиной в несколько микрон) напыляется на керамическое или пластиковое основание. На напыление наносится стеклянное, эпоксидное или пластиковое защитное покрытие.

Виды термометров сопротивления

Миниатюрный пленочный датчик

Это наиболее распространенный тип конструкции, основные достоинства которой заключаются в невысокой стоимости и небольших габаритах. Помимо этого пленочные датчики обладают низкой инерционностью и относительно высоким внутренним сопротивлением. Последнее практически полностью нивелирует воздействие сопротивления выводов на показания прибора (таблицы термосопротивлений можно найти в сети).

Что касается стабильности, то она уступает проволочным датчикам, но следует учитывать, что пленочная технология усовершенствуется год от года, и прогресс довольно ощутим.

Стеклянная изоляция спирали.

В некоторых дорогих ТС платиновую проволоку покрывают стеклянной изоляцией. Такое исполнение обеспечивает полную герметизацию ЧЭ и увеличивает влагостойкость, но сужает диапазон измеряемой температуры.

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.

Медные датчики (ТСМ)

Но, тем не менее, медные датчики рано списывать, есть немало примеров удачных реализаций, например, ТХА Метран 2700, который предназначен как для различных видов промышленности, но также удачно используется в ЖКХ.

Учитывая, что платиновые терморезисторы наиболее востребованы, рассмотрим варианты их конструктивного исполнения.

Принцип действия

Термометр сопротивления относится к вторичным датчикам температуры и требует проведения тщательной калибровки.

Для этого используют несколько реперных точек, температура которых известна и имеет высокую точность. Это могут быть, например, температура замерзания или кипения воды, жидкого азота, гелия или водорода, а также точки начала фазовых переходов в чистых металлах.

В каждой реперной точке измеряют сопротивление, а затем по полученным данным строят временную зависимость от сопротивления.

Термометр при этом должен приобрести температуру измеряемой среды, о чём свидетельствует достижение постоянного значения измеряемой величины.

Скорость выхода на линейную зависимость определяется временем релаксации датчика. Чем быстрее он реагирует на изменения внешней среды, тем он качественнее и в зависимости от предъявляемых требований может быть применён для конкретных условий измерений.

Данные для каждой реперной точки после выхода на линейную зависимость усредняются, а затем строится градуировочная кривая, которая и является основной характеристикой конкретного термометра, а также его способности измерять температуру.

Места с линейной зависимостью относятся к рабочим зонам термометра, а остальные зоны оказываются непригодными для измерений, так как несут большую погрешность из-за нелинейности.

Обычно рабочая зона термометров сопротивления оказывается достаточно узкой, при сравнении с другими типами датчиков. Это существенно сужает область применения таких термометров.

На качество измерения оказывают влияние не только примеси в материалах, но и дефекты. За счёт создания неоднородной структуры изменяется сопротивление, а также скорость выхода на стационарное значение для конкретной температуры.

Поэтому при изготовлении термометров важным параметром является создание высокочистых материалов или соединений.

Чтобы правильно измерять температуру необходимо обеспечивать надёжный тепловой контакт с объектом. Размеры датчика сопротивления должны быть минимально необходимыми, так как массивность повысит время измерений и не позволит зафиксировать быстроизменяющиеся процессы.

Схемы включения ТСМ/ТСП

Существует три варианта подключения:

Виды термометров сопротивления

В измерительных приборах ТС, как правило, включен по мостовой схеме.

Виды термометров сопротивления

Пример подключения по мостовой схеме вторичного прибора (pt100) для измерения температуры воздуха

Обратим внимание, что под rл.с. в электрической схеме подразумевается сопротивление линий связи, то есть проводов, которыми подключен датчик.

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.

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

Виды 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.

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).

Виды термометров сопротивления

Терморезисторы

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:

Угольные термометры

Большинство характеристик данного устройства схожи со свойствами полупроводниковых термометров. В основе изготовления угольных термометров лежит принцип спекания крошечных частиц угля промышленным способом при высоких показателях давления. Подобная технология и низкая себестоимость материалов делают угольные термометры доступными по цене. Тем не менее, главный недостаток приборов – низкая стабильность – обуславливает необходимость их постоянной калибровки или проведения регулярных проверок стабильности. Также к минусам прибора можно отнести установку температурного равновесия в самом устройстве.

Обслуживание

Информация о ТО температурного датчика указана в паспорте прибора или инструкции эксплуатации, там же приводится типовые неисправности и способы их ремонта, рекомендуемая длина кабеля для подключения, а также друга полезная информация.

Термометры сопротивления не требуют специального ТО, в задачу обслуживающего персонала входит:

Такой осмотр должен проводиться с периодичностью один раз в месяц или чаще.

Помимо этого должна проводиться поверка приборов, с использованием эталонного датчика, например, ЭТС 100.

Виды термометров сопротивления

Платиновый эталонный ПТС (датчик ЭТС 100)

Для градуировки датчиков используются специальные таблицы, в качестве примера приведена одна из них для термосопротивления pt100. Саму методику калибровки мы приводить не будем, ее описание несложно найти в сети.

Виды термометров сопротивления

Градуировочная таблица для терморезистора pt100 (фрагмент, без указания пределов градуировки измерений)

Что касается методики поверки эталонных платиновых датчиков, то она должна производиться на специальных реперных точках.

Термометром сопротивления называют измерительный прибор, работающий в широком температурном диапазоне в различных промышленных условиях. Дополнительные названия устройства – термопреобразователь сопротивления и терморезистор.

Основными достоинствами термометра сопротивления являются повышенная стабильность, близость характеристики к линейной зависимости и высокая взаимозаменяемость.

Виды термометров сопротивления

Виды термометров сопротивления

Среди его недостатков можно отметить необходимость применения трехпроводной или четырехпроводной схемы включения для точности измеряемых показателей.

Платиновые термометры сопротивления

Среди всех разновидностей терморезисторов самыми востребованными считаются платиновые устройства. Во-первых, из-за высокого температурного коэффициента сопротивления, делающим эксплуатацию данных приборов предельно простой. Во-вторых, из-за низкой окисляемости металла, обеспечивающей длительный срок службы сенсоров.

Виды термометров сопротивления

Кроме того, погрешность в показаниях именно у платиновых резисторах минимальна, что сделало их оптимальным вариантом для проверки других типов датчиков. Однако на практике эталонные термометры (используемые для калибровки) приходится изготавливать из платины максимальной чистоты и с определенным коэффициентом температуры, за счет чего стоимость эталонных приборов в десятки раз превышает стоимость промышленных платиновых термометров сопротивления. Также эталонные термометры крайне чувствительны к механическим воздействиям, тряске, вибрациям и могут выйти из строя при тепловом ударе.

Разновидности платиновых терморезисторов зависят от использованного в устройстве типа чувствительного элемента.

Чем отличается термосопротивление от термопары?

Схема термопары, ее конструкция, а также принцип работы существенно отличается от термометра сопротивления, расскажем об этом простыми словами. У устройства pt100, а также других датчиков, принцип действия основан на сопоставимости между изменением температуры металла и его сопротивлением.

Принцип термопары построен на различных свойствах двух металлов собранных в единую биметаллическую конструкцию. Устройство, подключение, назначение термопары, а также описание погрешности этих приборов будет рассмотрено в отдельной статье.

Сейчас достаточно понимать, что термопара и ТСП, например pt100, это совершенно разные приборы, отличающиеся принципом работы.

Устройство термопреобразователя

Конструкция данного прибора состоит термочувствительного элемента (одного или нескольких) и внутренних соединительных проводов, которые находятся в защитном корпусе герметичного типа, и дополненных внешними выводами для подключения к прибору измерения.

Виды термометров сопротивления

Виды термометров сопротивления

Чувствительным элементом устройства является резистор, изготовленный из металлической проволоки или пленки, и имеющий выводы для подключения соединительных проводов.

Схема подключений

Наиболее распространенными считаются следующие типы термометров сопротивления (далее ТС):

Виды термометров сопротивления

Область применения

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

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.

Определение номинального значения сопротивления резистора по маркировке цветовыми полосами: онлайн калькулятор

Для чего нужен пирометр и как измерять температуру бесконтактным методом

Что такое термистор, их разновидности, принцип работы и способы проверки на работоспособность

Что такое термопара, принцип действия, основные виды и типы

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

Полупроводниковые термометры

Стабильные, чувствительные, с высокой точностью измерения, полупроводниковые термопреобразователи сопротивления способны фиксировать даже быстропротекающие процессы. Проводить замеры с их помощью можно и при низком температурном режиме благодаря отсутствию необходимости пропускания больших измерительных токов. Конструкция такого термометра представляет собой полупроводник, помещенный в герметичный корпус из меди.

Область применения термопреобразователей сопротивления

Данные приборы применяются в промышленной сфере для измерения показателей температуры в разнообразных рабочих средах (жидких, сыпучих, газообразных), в сфере автомобилестроения, печестроения, в нагревательной, холодильной и климатической электротехнике – везде, где требуется определение прямой зависимости электрического сопротивления от температуры.

Виды термометров сопротивления

Диапазон измерения температур устройств составляет от -272°С до +1000°С, в зависимости от типа терморезистора. Для точности полученных сенсором данных конструкция терморезистора должна быть стабильной и чувствительной, способной на проведение замеров в особых условиях (например, при наличии агрессивной среды, тряски, вибраций и т.д.).

Чаще всего при проведении замеров терморезистором дополнительно используется такие устройства, как потенциометры, логометры и измерительные мосты. Они помогают настроить высокую точность термопреобразователя.

Современные термопреобразователи сопротивления – это надежные и функциональные устройства, обеспечивающие проведение замеров на уровне, недоступном для других датчиков. Для оптимального результата измерений важно выбрать тип терморезистора с характеристиками, подходящими для работы в конкретных условиях и определенном температурном режиме.

Класс допуска

Эти устройства предназначены для проведения замеров в широком температурном интервале (конкретный диапазон зависит от вида металла). Чаще всего этот прибор представляет собой расположенную в изолированном корпусе проволоку сечением до 0,1мм определенной длины. Среди этих термометров сопротивления наиболее часто встречаются устройства из платины, никеля и меди.

Для платиновых термопреобразователей характерна высокая стабильность и точность показаний. Этот прибор демонстрирует высокое удельное сопротивление и способен проводить замеры в самом широком диапазоне температур. Платиновый термопреобразователь получил наибольшую распространенность в промышленных областях разных стран мира.

Измерительный прибор из никеля имеет самый высокий коэффициент температуры и самый большой выходной сигнал сопротивления. Минус устройства – при превышении точки Кюри (352°С) возможно возникновение непредсказуемого гистерезиса характеристик. Некоторое время назад практиковалась установка подобных терморезисторов в кораблестроении совместно с самописцами. Сейчас данный тип приборов распространен, но все же меньше, чем платиновые устройства.

Медные термопреобразователи обладают наиболее линейной характеристикой при ограниченном температурном диапазоне. За счет низкого удельного сопротивления в этом типе устройств необходимо устанавливать проволоку увеличенной длины. Сфера применения данных приборов: электростанции, электрогенераторы и т.д.

Виды термопреобразователей сопротивления

Термопреобразователи разделяются на несколько видов:

Учитывая распространенность металлических датчиков, имеет смысл привести краткое описание этих устройств, чтобы наглядно показать сравнительные характеристики различных видов, особенности, а также описать сферу применения.

Основная область применения – контроль температуры различных технологических процессов. Например, такой прибор может быть установлен в трубопроводе, в котором плотность рабочей среды сильно зависит от температуры. В этом случае показания вихревой расходометра корректируются информацией о температуре рабочей среды.

Виды термометров сопротивления

Датчик термопреобразователь ТСП 5071 производства Элемер

Температурный коэффициент (далее ТК) у данного типа измерительных устройств самый высокий — 0,00617°С -1 . Диапазон измеряемых температур также существенно уже, чем у платиновых ЧЭ (от -60,0°С до 180,0°С). Основное достоинство данных приборов – высокий уровень выходного сигнала. В процессе эксплуатации следует учитывать особенность, связанную с приближением температуры нагрева к точке Кюри (352,0°С), вызывающую существенное изменение параметров ввиду непредсказуемого гистерезиса.

Данные устройства практически не используются, поскольку в большинстве случаев их можно заменить приборами с медными чувствительными элементами, которые существенно дешевле и технологичнее (проще в производстве).

Принцип действия измерительного устройства

Действие термопреобразователя основывается на свойстве различных материалов изменять свое электрическое сопротивление при разных температурных условиях – этот параметр называется температурным коэффициентом электрического сопротивления.

Измененная температура влечет за собой смену теплового колебания кристаллической решетки металла и изменение электрического сопротивления сенсора. Таким образом, чем выше температура чувствительного сенсора, тем значительнее колебания кристаллической решетки, и тем выше уровень электрического сопротивления.

Виды термометров сопротивления

Как вторичный температурный датчик, термоперобразователь нуждается в тщательной калибровке перед началом измерительного процесса. Это выполняется с помощью замеров сопротивления в реперных точках и последующем выстраивании временной зависимости от сопротивления. Сам термопреобразователь, при этом, должен приобрести температурный показатель, аналогичный среде измерения.

На точность показателей могут повлиять наличие примеси в металлах сенсора и возможные дефекты конструкции. Их неоднородная структура способна изменить сопротивление и скорость выхода на стационарные показатели для определенной температуры.

Для правильного измерения температур важно обеспечить грамотный тепловой контакт с измеряемым объектом.

Виды термометров сопротивления

Габариты сенсора должны находиться на минимально необходимом уровне, что исключит вероятность увеличения срока замера и позволит зафиксировать быстроизменяющиеся процессы.

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.

Виды 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.

Виды термометров сопротивления

Рис. 2. Пленочный термометр сопротивления

Расшифровка аббревиатур

Чтобы не возникало вопросов, что такое ТСМ, приведем расшифровку этой и других аббревиатур:

Сверхпроводящие термопреобразователи

Эта разновидность термометров применяется при замерах в низком температурном режиме: от -265°С до -272°С. Особенностью конструкции прибора можно назвать добавление к чистым металлам на сенсорных датчиках ряда сортов фосфористой бронзы. Это позволяет расширить переход из состояния нормы в сверхпроводящее состояние при увеличении точности изменений.

Виды термометров сопротивления

Предназначен для измерений в широком интервале температур в зависимости от применяемого типа металла. Обычно он составляет от значений выше температуры кипения воды до -2600С.Конструктивное его исполнение может быть различным в зависимости от условий измеряемой среды. Чаще всего он представляет собой тонкую проволоку с диаметром до 0.1 мм, которая надёжно закреплена в изолирующем корпусе. Длина проволоки выбирается из расчёта необходимой величины сопротивления.

Полупроводниковый.

Обладает высокой точностью измерения, стабильностью и чувствительностью. Способен регистрировать быстропротекающие процессы. Для измерений не требуется пропускание больших измерительных токов, что способствует проведению низкотемпературных измерений. Конструктивно представляет собой чувствительный полупроводниковый элемент, размещённый в герметичном медном корпусе. Обеспечивает работоспособность вплоть до -2720С.

Угольный.

Имеет характеристики, сходные с полупроводниковым типом термометров сопротивления. Их получают путём спекания мелких частиц угля при высоких давлениях промышленным способом. Это делает их наиболее доступными и дешевыми, так как технология изготовления достаточно проста. Однако они обладают низкой стабильностью. Поэтому для проведения точных измерений температуры ихнужно калибровать либо проводить плановые проверки стабильности. Другой проблемой является установление температурного равновесия в самом термометре.

Сверхпроводящий.

Используется для низкотемпературной термометрии и основан на резком изменении сопротивления в металлах при сверхпроводящем переходе. В состав температурных датчиков к чистым металлам добавляют некоторые сорта фосфористой бронзы. Они позволяют расширить переход из нормального состояния в сверхпроводящее, увеличивая при этом точность измерений. Применяется для измерений температур от -2650С до – 2720С. Термометры обладают высокой стабильностью и точностью, поэтому их используют для калибровки других датчиков при температурах сверхпроводящего перехода.

Заключение

Термометры сопротивления являются весьма надёжными датчиками температуры, которые по своим характеристикам и различным конструктивным исполнениям существенно превосходят другие их типы.

Поэтому их подобрать под конкретные условия измерений достаточно просто. Однако они требуют тщательной калибровки, без которых их использование становится невозможным.

Термометрия относится к наиболее простым и эффективным методам измерений. Она основана на том, что физические свойства материала меняются в зависимости от температуры. В частности, измеряя сопротивление металла, сплава или полупроводникового элемента, можно определить его температуру с высокой степенью точности. Датчики такого типа называются термоэлектрическими или термосопротивлениями. Предлагаем рассмотреть различные виды этих устройств, их принцип работы, конструкции и особенности.

Таблица 1. Классы допуска.

Приведенная в таблице погрешность отвечает текущим нормам.

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.

Типы чувствительных элементов в платиновых термопреобразователях

На сегодняшний день выделяют следующие разновидности чувствительных элементов:

3. Устройство из пленки.

4. Устройство из платины со стеклянной оболочкой.

К числу чувствительных элементов, широко применяемых за рубежом, относится пленочный тип, при котором на керамическую подложку нанесен тонкий платиновый слой. Данная разновидность имеет массу преимуществ: невысокую стоимость, практичность, небольшие габариты и малый вес. Минусом устройства называют низкую стабильность, однако в последнее время проводятся постоянные разработки и исследования, направленные на устранение этого недостатка.

Устройство, представляющее собой платиновую проволоку с покрытием из стекла, можно назвать одной из наиболее функциональных за счет полной герметизации и устойчивости к высокой влажности. Тем не менее, использовать этот прибор можно лишь при определенном температурном режиме. Стоимость этого типа элемента относится к сегменту выше среднего.

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:  Регулировка газового котла отопления - Лучшее отопление
Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий