Принцип работы термометра сопротивления: Термометр сопротивления, принцип действия, принцип работы термопары и схема термометра сопротивления, подключение термометра сопротивления — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Как работают термометры сопротивления. Статьи. Поддержка. ТД Эталон

Измерение температуры — один из самых распространенных и важных параметров, контролируемых в любом технологическом процессе. И это не случайно, так как перегрев производственных систем грозит самыми разрушительными последствиями.

В целом, температуру измеряют различными способами, контактным и бесконтактным методами, при помощи термометров.

С особенностями использования термоэлектрических термометров или термопар вы можете ознакомиться в других наших статьях. В этом материале рассмотрим, как устроены термометры сопротивления, на какие типы подразделяются, когда целесообразней использовать тот или иной вид ТС.

Принцип работы термопреобразователей сопротивления отражен в названии датчиков и основан на методе изменения электрического сопротивления в металлах, согласно которому, электрическое сопротивление элемента растет с увеличением температуры окружающей среды и наоборот.

Металлические проводники термометров сопротивления должны удовлетворять следующим условиям:

Стабильность градуировочной характеристики;
Взаимозаменяемость, то есть возможность замены вышедшего из строя датчика на аналогичный без повторной юстировки системы;
Нечувствительность к малым примесям;
Наилучшую линейность зависимости сопротивления от температуры;
Высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления;
Большое удельное сопротивление;
Невысокая стоимость материала.

Известно, что чем чище металл, тем более он соответствует указанным требованиям. Поэтому самыми распространенными металлами для изготовления термометров сопротивления являются платина Pt и медь Cu.

Межгосударственный стандарт ГОСТ 6651-94 «Термопреобразователи сопротивления. Общие технические условия» выделяет три типа термопреобразователей сопротивления.

Тип термопреобразователя	Номинальное сопротивление R₀при 0°C	Условное обозначение градуировочной характеристики		Диапазон измеряемых температур
Тип термопреобразователя	Номинальное сопротивление R₀при 0°C	РФ	Международная	Диапазон измеряемых температур
Термометр сопротивления платиновый ТСП	1 Ом 10 Ом 50 Ом 100 Ом 500 Ом	1П 10П 50П 100П 500П	Pt1 Pt10 Pt50 Pt100 Pt500	-200…+850°С
Термометр сопротивления медный ТСМ	1 Ом 10 Ом 50 Ом 100 Ом	1П 10П 50П 100П	Cu1 Cu10 Cu50 Cu100	-200…+200°С
Термометр сопротивления никелевый ТСН	100 Ом	100Н	Ni100	-60…+180°С

Конструктивно термометры сопротивления состоят из чувствительного элемента (ТСП – платиновый, ТСМ – медный, ТСН — никелевый) и внутренних соединительных проводов, помещенных в герметичный защитный корпус, а также внешних клемм и выводов, предназначенных для подключения к измерительному прибору.

Выпускается большое количество исполнений ТС. Бывают термометры сопротивления с двумя одинаковыми чувствительными элементами для подключения к двум отдельным вторичным приборам, установленным в разных местах.

На рисунке представлен один из вариантов конструкции термопреобразователя.

1 — фарфоровый изолятор; 2, 3 — штуцер; 4 — головка; 5 — прокладка; 6 — крышка; 7 — контактная клемма; 8 — контакт для подсоединения измерительного прибора; 9 — компаунд; 10 – защитная гильза; 11 — окись алюминия; 12 — чувствительный элемент

Разнообразие исполнений термопреобразователей сопротивления под любые задачи представлено на сайте td-etalon.com

ТСМ-9620

Тип датчика температуры: ТСМ

Номинальная статическая характеристика: 50М

Диапазон измеряемых температур:

-50. ..+150°C;
0…+150°C

Контролируемая среда:

вода и другие жидкости, не разрушающие защитную арматуру;
воздух и другие газы, не разрушающие защитную арматуру

ТСП-9418

Тип датчика температуры: ТСП

Номинальная статическая характеристика:

50П;
100П;
2000П

Диапазон измеряемых температур:

-50…+150°C;
-50…+200°C;
-200…+500°C

Тип контролируемой среды:

агрессивные жидкости, пары, газы;
вода и другие жидкости, не разрушающие защитную арматуру;
воздух и другие газы, не разрушающие защитную арматуру

Маркировка взрывозащиты:

1ExdIICT4

ТСМ-9204

Тип датчика температуры: ТСМ

Номинальная статическая характеристика: 50М

Диапазон измеряемых температур: -50. ..+150°C

Контролируемая среда:

поверхности твердых тел;
подшипники качения, скольжения

ТСП-9201

Тип датчика температуры: ТСП

Номинальная статическая характеристика:

50П;
100П

Диапазон измеряемых температур:

-50…+400°C;
-50…+500°C;
-50…+600°C;
-200…+200°C4
-200…+500°C;
-200…+600°C

Тип контролируемой среды:

вода и другие жидкости, не разрушающие защитную арматуру;
воздух и другие газы, не разрушающие защитную арматуру;
поверхности твердых тел

Подводя итоги, еще раз отметим главное отличие термопреобразователей сопротивления от других датчиков температуры.

Безусловно, основная особенность — это линейная выходная характеристика. Линейность характеристики, а также гораздо более высокие показатели точности и повторяемости результатов измерений, делают термометры сопротивления востребованными. Если говорить о типах ТС, то никелевые термопреобразователи (ТСН) имеют высокую чувствительность, платиновые (ТСП) – стабильность, то есть неизменность показаний с течением времени, медные (ТСМ) – низкую цену и наилучшую линейность зависимости сопротивления от температуры.

что это и где они применяются? — статьи компании «НПО РИЗУР»

Термометр сопротивления — это измерительный прибор, который изготавливается из металлической проволоки или пленки, намотанной на жесткий каркас, выполненный из кварца, фарфора или слюды, и заключенной в защитную оболочку (металлическую, кварцевую или стеклянную).
Используется такой термометр для измерения температуры в жидких и газообразных средах, в нагревательной технике, климатической и холодильной, а также в машиностроении, печестроении и т.

п., поскольку имеет прямую зависимость электрического сопротивления от температуры.
Иными словами такие термометры еще называют терморезисторами, а также термисторами, так как основным чувствительным компонентом такого термометра является именно резистор, который изготовляется из различных материалов, что позволяет определить техпараметры термометра сопротивления, к примеру, область применения прибора или диапазон его рабочих температур.

Принцип действия такого агрегата заключается в изменении электрического сопротивления сплавов, чистых металлов (т.е. без примесей) и полупроводников с температурой.

Самыми распространенными термометрами сопротивления являются те, у которых установлены резисторы из платины. Это объясняется рядом преимуществ, которыми владеет этот материал. Во-первых, плюсом есть высокий температурный коэффициент сопротивления, что значительно облегчает работу с таким термометром. Во-вторых, преимуществом платинового резистора является высокая стойкость платины к окислению, что обеспечивает долгий срок службы прибора.

Платиновые терморезисторы отличаются минимальной погрешностью, именно поэтому такие агрегаты часто используют как инструмент для проверки. Эталонные термометры сопротивления изготавливаются из платины максимальной чистоты с коэффициентом температуры не менее 0,003925. Модельный ряд таких приборов достаточно широкий: существуют как модели различных размеров, так и модификации увеличенных температурных диапазонов. Кроме этого, для использования такого термистора на промышленных объектах, они производятся во взрывозащитном исполнении.

Термометры сопротивления, изготовлены на основе напыленной пленки на подложку отличаются особой повышенной вибропрочностью и меньшим диапазоном рабочих измеряемых температур. Так, максимальный диапазон воспринимаемых температур для пленочных чувствительных элементов платиновых термисторов составляет 600 °C, а проволочных — 660 °C.

Применение термометров сопротивления

Термометры сопротивления используются, как правило, для измерения температуры в среде в диапазоне от -263 °C до +1000 °C. Важно, чтобы конструкция такого термистора была чувствительной и стабильной, чего будет достаточно для проведения замеров необходимой точности в определенном диапазоне температур при определенных условиях использования термометра (к примеру, благоприятные условия или неблагоприятные, такие как вибрации, агрессивные среды и т.п.).

Как правило, терморезисторы работают вместе с логометрами, потенциометрами и измерительными мостами. От точности работы этих вспомогательных приборов зависит точность показаний термометра сопротивления. Существуют также и различные виды таких термометров: поверхностные, ввинчивающиеся, вставные, с присоединительными проводами и байонетными соединениями.Термометр сопротивления — это измерительный прибор, который изготавливается из металлической проволоки или пленки, намотанной на жесткий каркас, выполненный из кварца, фарфора или слюды, и заключенной в защитную оболочку (металлическую, кварцевую или стеклянную).
Используется такой термометр для измерения температуры в жидких и газообразных средах, в нагревательной технике, климатической и холодильной, а также в машиностроении, печестроении и т. п., поскольку имеет прямую зависимость электрического сопротивления от температуры.
Иными словами такие термометры еще называют терморезисторами, а также термисторами, так как основным чувствительным компонентом такого термометра является именно резистор, который изготовляется из различных материалов, что позволяет определить техпараметры термометра сопротивления, к примеру, область применения прибора или диапазон его рабочих температур.

Применение термометров сопротивления

Термометры сопротивления: от теории к практике

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.

Ключевым элементом любой системы измерения и контроля температуры является первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент). От его точности и других основных параметров во многом зависят показатели всей системы в целом. Существуют различные типы датчиков температуры, наибольшее распространение среди них получили термопары, полупроводниковые термисторы и термометры сопротивления [5].

Термометры сопротивления

Термометр сопротивления (ТС) состоит из одного или нескольких термочувствительных элементов и внутренних соединительных проводов, помещенных в герметичный защитный корпус, а также внешних клемм и выводов, предназначенных для подключения к измерительному прибору. Чувствительный элемент (ЧЭ) термометра сопротивления представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или пленки, с выводами для крепления соединительных проводов, имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры [1].

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).

Таблица 1. Сравнительные характеристики распространенных типов датчиков температуры
Тип датчика температуры	Основные преимущества	Основные недостатки	Основные области применения
Термометры сопротивления	Высокая линейность номинальной статической характеристики Широкий диапазон рабочих температур Высокая стабильность основных параметров Устойчивость к воздействию агрессивных сред (ПТС) Относительно невысокая стоимость	Необходимость во внешней схеме для возбуждения	Широко используются как в относительно недорогих, так и в прецизионных системах измерения и контроля температуры
Полупровод- никовые термисторы	Дешевизна и доступность Высокий температурный коэффициент сопротивления	Необходимость во внешней схеме для возбуждения Высокая нелинейность номинальной статической характеристики Низкая стабильность основных параметров	Предназначены для применения в недорогих устройствах с низкими требованиями к точности измерений, в простых системах одно- и двухпорогового контроля температуры или для организации контроля температуры во второстепенных узлах сложной радиоэлектронной аппаратуры
Термопары	Самый широкий диапазон рабочих температур Высокая повторяемость характеристик Высокое быстродействие	Необходимость компенсации опорного спая Низкое выходное напряжение Необходимость использования крупногабаритных конструкций для компенсации опорного спая для достижения высокой точности измерений	Широко используются в бюджетных устройствах с «электронной» компенсацией опорного спая с невысокой точностью измерений Используются в сверхпрецизионных измерительных системах 0,01…0,25 °С с компенсацией опорного спая с помощью сосуда Дьюара или специализированных термостатов

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.

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.

Рис. 2. Пленочный термометр сопротивления

Локальные и международные стандарты на ТС

Существует множество стандартов на рабочие индустриальные ТС, которые имеют локальный или межгосударственный статус. Среди наиболее распространенных — «европейский» МЭК 60751 (DIN/IEC EN 60 751) и «североамериканский» ASTM 1137. Многие другие, такие как DIN 43760, BS 1904 (1984) и SAMA RC-4 (1966), несмотря на периодическое их упоминание в литературе, считаются устаревшими. Стандарт МЭК 60751 — один из наиболее распространенных и регламентирует характеристики ПТС c номинальным сопротивлением 100 Ом при температуре 0 °С и температурным коэффициентом сопротивления α = 0,00385 °C^–1 [2]. Стандарт ASTM E1137/E1137M-08 охватывает требования к ПТС для промышленных областей применения с коэффициентом α = 0,00385 °C^–1 в диапазоне температур от 0 до +100 °С и номинальным сопротивлением 100 Ом при температуре 0 °С [3].

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.

Стандарт устанавливает общие технические требования и методы испытаний для технических термометров сопротивления, чувствительные элементы которых изготовлены из платины, меди и никеля. Эти ТС предназначены для измерения температуры от –200 до +850 °C или в части данного диапазона [1]. С 2011 года в России появился новый, межгосударственный стандарт ГОСТ 6651-2009 «Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний», который создан на основе ГОСТ Р 8.625-2006. К сожалению, на момент сдачи материала в редакцию текст нового стандарта все еще не был доступен. Тем не менее, проект данного стандарта имеется в Интернете и не содержит существенных различий по сравнению с ГОСТ Р 8.625-2006 [4]. Поэтому далее в статье за основу выбраны основные положения стандарта ГОСТ Р 8.625-2006.

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.

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

Номинальное сопротивление ТС представляет собой нормированное изготовителем сопротивление при 0 °С, округленное до целых единиц, выбираемое из ряда: 10; 50; 100; 500; 1000 Ом [1]. Существуют ТС и с другими значениями номинального сопротивления, однако в настоящее время наибольшее распространение получили ПТС с номинальным сопротивлением 100 Ом при 0 °C. Вместе с тем имеет место тенденция к использованию ТС с величиной номинального сопротивления до 1 кОм и даже 10 кОм. Измерительные системы, в которых используются ТС с высоким значением номинального сопротивления, обладают дополнительными преимуществами, важным из которых является снижение влияния длины соединительных проводов ТС на точность измерений.

Максимальный диапазон измерений ТС

Максимальный диапазон измерений ТС зависит не только от свойств материала, из которого изготовлен чувствительный элемент, но и от конструктивных особенностей, таких как способ и материал изоляции, соединительных элементов и др. Несмотря на то, что действие отечественного стандарта распространяется на диапазон от –200 до +850 °C [1], существуют термометры сопротивления с предельными рабочими температурами, выходящими за его рамки. Для большинства индустриальных рабочих ТС диапазон измерений составляет от –196 до +660 °С (платина), от –50 до +200 °С (медь) и от –60 до +180 °С (никель).

В таблице 2 представлены классы допуска термометров сопротивления, соответствующие ГОСТ Р 8.625-2006 [1].

Таблица 2. Классы допуска и диапазоны измерений для термометров сопротивления и чувствительных элементов
Класс допуска	Допуск, °С	Диапазон измерений, °С
		Платиновый ТС, ЧЭ		Медный ТС, ЧЭ	Никелевый ТС, ЧЭ
		проволочный	пленочный	Медный ТС, ЧЭ	Никелевый ТС, ЧЭ
AA W 0. 1 F 0.1	±(0,1+0,0017 \|t\|*)	–50…+250	–50…+250	–	–
A W 0.15 F 0.15	±(0,15+0,002 \|t\|)	–100…+450	–50…+450	–50…+120	–
B W 0.3 F 0.3	±(0,3+0,005 \|t\|)	–196…+660	–50…+600	–50…+200	–
C W 0.6 F 0.6	±(0,6+0,01 \|t\|)	–196…+660	–50…+600	–180…+200	–60…+180

Примечание. * |t| — абсолютное значение температуры, °С, без учета знака.

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):

в диапазоне от –200 до 0 °С:
R_t = R₀[1+A×t+B×t²+С(t–100)t³];
в диапазоне от 0 до +850 °С:
R_t = R₀(1+A×t+B×t²),
где R_t — сопротивление ТС, Ом, при температуре t °С; R₀ — сопротивление ТС, Ом, при температуре 0 °С; A, B и C — коэффициенты, полученные опытным путем.

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

α = 0,00385 °С^–1:
А = 3,9083×10^–3 °С^–1,
В = –5,775×10^–7 °С^–2,
С = –4,183×10^–12 °С^–4;
α = 0,00391 °С^–1:
А = 3,969×10^–3 °С^–1,
В = –5,841×10^–7 °С^–2,
С = –4,33×10^–12 °С^–4.

Для медных и никелевых термометров сопротивления существуют похожие расчетные зависимости, которые можно найти в справочной литературе [1].

Номинальная статическая характеристика для термометра сопротивления может быть представлена в виде таблицы, в которой указаны значения температуры и соответствующие им величины сопротивления ТС, либо в графической форме. На рис. 3 приведена зависимость величины сопротивления платинового термометра Pt100 (НСХ) от температуры, построенная по уравнению Каллендара ван Дьюзена. Синей линией обозначена зависимость, полученная с использованием коэффициентов A, B и C. Красная линия — характеристика, полученная в результате линейной аппроксимации при B = C = 0 [6].

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.

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 R_t — его плечо, а источник с напряжением U_пит обеспечивает протекание электрического тока в цепи делителя. Падение напряжения на ТС U_t зависит от величины его сопротивления, а следовательно, от температуры окружающей среды t_окр.

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 R_t, опорного резистора R_оп и источника напряжения U_пит. Для того чтобы снизить погрешность измерений, следует использовать прецизионный высокостабильный резистор R_оп 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.

В качестве примера оценим отклонение температуры в результате самонагрева для высокостабильного прецизионного платинового термометра сопротивления R_t серии PTS 0603 (Vishay) с номинальным сопротивлением R₀ = 100 Ом [7]. Выберем, для наглядности, опорный резистор с номиналом R_оп = 1000 Ом. Пусть величина на выходе стабилизированного источника напряжения составляет V_DD = +5 В. Суммарное сопротивление цепочки делителя напряжения: R_общ = R₀+R_оп = 100+1000 = 1100 Ом. Тогда величина тока, протекающего через делитель, будет равна: I_DD = V_DD/R_общ = 5/1100 = 0,0045 А. Мощность, рассеиваемая на ПТС, приближенно составит: P = I_DD²×R₀ = 0,0021 Вт (2,1 мВт). Согласно технической документации на ПТС серии PTS 0603, величина его самонагрева составляет 0,9 К/мВт при отсутствии принудительной вентиляции. Таким образом, повышение температуры данного ПТС в нашем примере может достичь величины T_нагр = 0,9×2,1 = 1,9 K. Очевидно, что для задач измерения температуры с точностью порядка десятых долей градуса это более чем допустимая погрешность!

Величина измерительного тока должна быть такой, чтобы самонагрев не приводил к выходу параметров ТС за пределы допуска. Повышение его сопротивления, обусловленное самонагревом, не должно превышать 20% допуска. Цепи постоянного тока для ТС с номинальным сопротивлением 100 Ом рекомендуется возбуждать измерительным током 1 мА или менее [1]. Для того чтобы минимизировать влияние этого эффекта, необходимо выбирать опорный резистор с высоким значением номинального сопротивления и/или источник с меньшей величиной напряжения питания. Несмотря на то, что это приведет к падению чувствительности схемы, применение ТС с относительно высоким ТКС и современной элементной базы для нормирования сигналов позволяет скомпенсировать этот недостаток.

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

Рис. 6. Простейшая схема подключения термометра сопротивления Pt100

Источник опорного напряжения MAX6126A41 с прецизионным резистором R1 обеспечивает возбуждение ТС током около 200 мкА при 0 °С [9]. Коэффициент усиления операционного усилителя с нулевым дрейфом MAX9617 задается прецизионным делителем MAX5491WA30000 и равен К_у = 31 [10, 11]. Напряжение на выходе схемы составляет 616 мВ при температуре 0 °С. Изменение напряжения на выходе равно 2,37 мВ/°С. В качестве Pt100 можно использовать прецизионные платиновые термометры сопротивления серий PTS и PTL [7, 8], а в качестве высокостабильного резистора R1, здесь и в других схемотехнических решениях в этой статье, могут быть применены резисторы серий PHR0805 или P0805 производства Vishay [12, 13].

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.

Указанный принцип реализован в примере на рис. 7. Платиновый термометр сопротивления Pt100 включен по 4-проводной схеме. Повышение линейности достигается возбуждением ТС стабилизированным источником тока (198 мкА), схема которого реализована на источнике опорного напряжения MAX6126A25 и резисторе R2. Операционный усилитель MAX9617 устраняет влияние собственного тока потребления источника опорного напряжения. Инструментальный усилитель MAX4208 имеет входной ток 1 пА и коэффициент подавления синфазной помехи 135 дБ [14]. Резистор R1 предназначен для смещения уровня сигнала относительно общей шины для более эффективного подавления мощных синфазных помех. Коэффициент усиления инструментального усилителя MAX4208, равный К_у = 31, задается с помощью прецизионного делителя MAX5491WA30000. Несколько нестандартный способ задания коэффициента усиления инструментального усилителя обусловлен уникальностью его архитектуры [10]. Напряжение на выходе схемы составит 15,5 мВ при температуре –250 °С, 615 мВ при 0 °С и +2,4 В при 850 °С.

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.

Рис. 8. Прецизионный измеритель температуры

Применение малошумящего 24-разрядного сигма-дельта АЦП MAX11201B позволяет подключить термометр сопротивления без необходимости использования прецизионных источников тока или напряжения, ограничившись применением недорогого малошумящего стабилизатора с малым падением напряжения (LDO) MAX8510 [15, 16]. Падение напряжения на прецизионном резисторе R5 обеспечивает опорное напряжение на АЦП. Поскольку измерительный ток, протекающий через резистор R5, возбуждает и термометр сопротивления, то любые флуктуации величины тока будут полностью скомпенсированы. Резисторы R1 и R6 обеспечивают нормальную работу встроенных в АЦП буферных усилителей. Они ограничивают абсолютную величину входного и опорного напряжений относительно «земли» в пределах от +150 мВ до (AVdd–150) мВ.

Для того чтобы сократить количество соединительных проводов для подключения термосопротивления до трех, в схему можно ввести прецизионное токовое зеркало на операционном усилителе MAX9617 и транзисторе MMBTA14 (рис. 9). Согласованная пара резисторов PRAHR182I2-750RFW обеспечит равенство токов I1 и I2 с точностью 0,05%, тем самым компенсируя падение напряжения на соединительных проводах [17]. Последние обязательно должны быть однотипными, одинаковой длины и сечения. В настоящее время производятся различные специализированные экранированные кабели, предназначенные для подключения термометров сопротивления по 2-, 3- и 4-проводным схемам.

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.

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.

Литература

ГОСТ Р 8.625-2006 «Термометры сопротивления из платины, меди и никеля». М.: Стандартинформ, 2006.
IEC EN 60 751. Industrial Platinum Resistance Thermometers and Platinum temperature sensors. Edition 2.0. International Electrotechnical Commission.
ASTM E1137/E1137M-08. Standard Specification for Industrial Platinum Resistance Thermometers.
ГОСТ 6651-2009 «Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний». Проект стандарта. Информационный портал http://www.temperatures.ru
Промышленная электроника. Руководство разработчика. 2010. Вып. 1. Maxim Integrated Products.
Thermal Management Handbook. Maxim Integrated Products.
Platinum SMD Flat Chip Temperature Sensor. PTS Series. Technical Datasheet, Rev. 11.03.2011.
Leaded Platinum Temperature Sensor. PTL Series. Technical Datasheet, Rev. 11.03.2011.
MAX6126: Ultra High Precision, Ultra Low Noise, Series Voltage Reference. Technical Datasheet, Rev.5, 12.2010.
MAX9617: Single/Dual SC70, Zero-Drift, High-Efficiency, 1.5MHz Op Amps with RRIO. Technical Datasheet, Rev.4, 02.2011.
MAX5491: Precision-Matched Resistor-Divider in SOT23. Technical Datasheet, Rev.3, 12.2004.
PHR Series. ESCC 4001/023 Qualified High Precision (5 ppm, 0.01%), Thin Film Chip Resistors. Technical Datasheet, Rev. 29.11.2010.
P Series. High Precision Wraparound — Wide Ohmic Value Range Thin Film Chip Resistors. Technical Datasheet, Rev. 14.02.2011.
MAX4208: Ultra-Low Offset/Drift, Precision Instrumentation Amplifiers with REF Buffer. Technical Datasheet, Rev.1, 04.2009.
MAX11201:24-bit, Single-Channel, Ultra-Low-Power, Delta Sigma ADC with 2-Wire Serial Interface. Technical Datasheet, Rev.0, 06.2010
MAX8510: Ultra-Low-Noise, High PSRR, Low-Dropout, 120 mA Linear Regulators. Technical Datasheet, Rev.3, 05.2006.
PRAHR PRA HR (CNW HR) Series. ESA Qualified High Precision Thin Film Chip Resistor Arrays. Technical Datasheet, Rev. 04.10.2010.

Конструкция и принцип работы термометров сопротивления — Студопедия

Поделись

Термометр сопротивления, прибор для измерения температуры, принцип действия которого основан на изменении электрического сопротивления чистых металлов, сплавов и полупроводников с температурой (на увеличении сопротивления R с повышением температуры Т у металлов и обратная зависимость R от Т у полупроводников). Чувствительный элемент термометра представляет собой резистор, который сделан из пленки или металлической проволоки, и обладающий зависимостью электрического сопротивления от температуры. Проволока намотана на жесткий каркас, сделанный из кварца, слюды или фарфора, и заключена в защитную металлическую (стеклянную, кварцевую) оболочку. Наиболее популярны термосопротивления из платины. Темометры сопротивления (термосопротивления) обычно используют для замера температур в диапазоне от минус 263 С до плюс 1000 С. У медных термометров сопротивления диапазон значительно меньше – всего лишь от минус 50 до плюс 180 С. Основное требование к конструкции термометра – она должна быть достаточно чувствительной и стабильной, т.е. достаточной для необходимой точности замеров в указанном диапазоне температур при соответствующих условиях использования. Условия использования могут быть как благоприятными, так и неблагоприятными – агрессивные среды, вибрации и т.д. Обычно термометры сопротивления работают в совокупности с потенциометрами, логометрами, мостами измерительными.

Работа термометров сопротивления в паре с логометрами.

Логометр — измерительный прибор, вращающий момент которого зависит от отношения двух токов, протекающих по двум подвижным катушкам.

Логометры бывают различных типов. Очень широко распространен Л-64. Он позволяет измерять температуру в производственных и технологических процессах. Измерения проводятся по трехпроводной схеме, обеспечивающей высокую точность измерений. Сама конструкция и внутреннее устройство логометра Л-64 простое и весьма надежное. Данное качество прибора обеспечивает его работоспособность в течение десятков лет. На территории бывшего Советского Союза логометры до сих пор применяются на производстве. Источником питания служит сетевой внешний блок питания СВ-4. Он обеспечивает на выходе постоянное напряжение 4 вольта. Это напряжение используется для питания измерительного моста прибора.

Уравновешенные мосты ручного и автоматического действия.

Уравновешенный мост

Уравновешенный мост, принципиальная схема которого приведена на (рис. 8а), используется для определения величины сопротивления при градуировке ТС и при измерениях температуры в лабораторных условиях.

Нулевой метод измерения характеризуется высокой точностью, так как исключается влияние окружающей температуры, магнитных полей и изменения напряжения батареи питания Б. Однако значительная погрешность может возникать при изменении сопротивления соединительных проводов Rл, что вызывается значительными сезонными и суточными колебаниями температуры в местах прохождения кабеля, соединяющего ТС и измерительный мост.

Неуравновешенный мост

Неуравновешенный мост исключает необходимость выполнения ручных операций по изменению величины R3. В нем вместо нуль-прибора G в диагональ моста AC устанавливается миллиамперметр. При постоянном напряжении питания и постоянных сопротивлениях R1, R2, R3 через этот прибор протекает ток, величина которого зависит (нелинейно) от изменения RТ. Использование данных мостов для измерения температуры ограниченно. В основном они применяются для преобразования сопротивления термометра в напряжение.

Автоматические уравновешенные мосты

Автоматические уравновешенные мосты широко используются для измерения и регистрации температуры в комплекте с ТС. Их характеризует высокая точность и возможность использования в системах автоматического регулирования. Они выпускаются различных модификаций: одно- и многоточечные, с дисковой или ленточной диаграммой, с сигнальными устройствами и др.

Бесконтактное измерение температуры. Законы, лежащие в основе работы пирометров. Понятие условной температуры. Погрешности, возникающие при измерении.

Бесконтактное измерение температуры

Основные понятия и законы излучения

О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения, представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Чем выше температура тела, тем больше энергии оно излучает.

Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называют пирометрами. Они позволяют контролировать температуру от 100 до 6000 0С и выше. Одним из главных достоинств данных устройств является отсутствие влияния измерителя на температурное поле нагретого тела, так как в процессе измерения они не вступают в непосредственный контакт друг с другом. Поэтому данные методы получили название бесконтактных.

На основании законов излучения разработаны пирометры следующих типов:

пирометр суммарного излучения (ПСИ) – измеряется полная энергия излучения;

пирометр частичного излучения (ПЧИ) – измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участки спектра;

пирометры спектрального отношения (ПСО) – измеряется отношение энергии фиксированных участков спектра.

В зависимости от типа пирометра различаются радиационная, яркостная, цветовая температуры.

Радиационной температурой реального тела Тр называют температуру, при которой полная мощность АЧТ равна полной энергии излучения данного тела при действительной температуре Тд.

Яркостной температурой реального тела Тя называют температуру, при которой плотность потока спектрального излучения АЧТ равна плотности потока спектрального излучения реального тела для той же длины волны (или узкого интервала спектра) при действительной температуре Тд.

Цветовой температурой реального тела Тц называют температуру, при которой отношения плотностей потоков излучения АЧТ для двух длин волн и равно отношению плотностей потоков излучений реального тела для тех же длин волн при действительной температуре Тд

Пирометры частичного излучения, устройство, принцип действия, преимущества, недостатки.

Пирометры частичного излучения

К данному типу пирометров, измеряющих яркостную температуру объекта, относятся монохроматические оптические пирометры и фотоэлектрические пирометры, измеряющие энергию потока в узком диапазоне длин волн.

Оптические пирометры

Принцип действия оптических пирометров основан на использовании зависимости плотности потока монохроматического излучения от температуры. На (рис. 11) представлена схема оптического пирометра с «исчезающей» нитью, принцип действия которого основан на сравнении яркости объекта измерения и градуированного источника излучения в определенной длине волны.

Изображения излучателя 1 линзой 2 и диафрагмой 4 объектива пирометра фокусируется в плоскости нити накаливания лампы 5. Оператор через диафрагму 6 линзу 8 окуляра и красный светофильтр 7 на фоне раскаленного тела видит нить лампы. Перемещая движок реостата 11, оператор изменяет силу тока, проходящего через лампу, и добивается уравнивания яркости нити и яркости излучателя. Если яркость нити меньше яркости тела, то она на его фоне выглядит черной полоской, при большей температуре нити она будет выглядеть, как светлая дуга на более темном фоне. При равенстве яркости излучателя и нити последняя «исчезает» из поя зрения оператора. Этот момент свидетельствует о равенстве яркостных температур объекта измерения и нити лампы. Питание лампы осуществляется с помощью батареи 10. Прибор 9, фиксирующий силу тока, протекающего в измерительной цепи, заранее проградуирован в значениях зависимости между силой тока и яркостной температурой АЧТ, что позволяет производить считывание результата в 0С.

Данный тип пирометров позволяет измерять температуру от 700 до

8000 0С. Для оптических пирометров промышленного применения в интервале температур 1200?2000 0С основная допустимая погрешность измерения составляет ?20 0С. На точность измерения влияют неопределенность и изменяемость спектральной степени черноты, возможное изменение интенсивности излучения за счет ослабления в промежуточной среде, а так же за счет отражения посторонних лучей.

Фотоэлектрические пирометры

Фотоэлектрические пирометры частичного излучение обеспечивают непрерывное автоматическое измерения и регистрацию температуры. Их принцип действия основан на использовании зависимости интенсивности излучения от температуры в узком интервале длин волн спектра. В качестве приемников в данных устройствах используются фотодиоды, фотосопротивления, фотоэлементы и фотоумножители.

Фотоэлектрические пирометры частичного излучения делятся на две группы:

пирометры, в которых мерой температуры объекта является непосредственно величина фототока приемника излучения;

пирометры, которые содержат стабильный источник излучения, при чем фотоприемник служит лишь индикатором равенства яркостей данного источника и объекта.

В фотоэлектрических пирометрах с пределами измерения от 500 до

1100 0С применяют кислородно-цезиевый фотоэлемент, а в приборах со шкалой 800?4000 0С вакуумный сурьмяно-цезиевый. Сочетание последнего с красным светофильтром обеспечивает получение эффективной длины волны пирометра 0.65?0.01 мкм, что приводит к совпадению показаний фотоэлектрического пирометра с показаниями визуального оптического пирометра.

Пирометры полного излучения, принцип действия, устройство, достоинства и недостатки.

Пирометры суммарного излучения

Пирометры суммарного излучения измеряют радиационную температуру тела, поэтому их часто называют радиационными. Принцип действия данных измерителей температуры основан на использовании закона

Стефана-Больцмана. Однако в случае применения оптических систем в ПСИ определение температуры ведется по плотности интегрального излучения не во всем интервале длин волн, а значительно меньшем: для стекла рабочий спектральный диапазон составляет 0.4?2.5, а для плавленого кварца 0.4?4 мкм.

Датчик пирометра выполняется в виде телескопа, линза объектива которого фокусируется на термочувствительном приемнике излучения нагретого тела. В качестве термочувствительного элемента используются термопары, термобатареи, болометры (металлические и полупроводниковые), биметаллические спирали и т. п. Наиболее широко применяются термобатареи (рис. 14 а), в которых используется 6-10 миниатюрных термопар (например, хромель-копелевые), соединенных последовательно. Поток излучения попадает на расклепанные в виде тонких зачерненных лепестков рабочие концы 4 термопар 2. Свободные концы термопар привариваются к тонким пластинкам 1, закрепленным на

слюдяном кольце 3. Металлические выводы 5 служат для присоединения к измерительному прибору, в качестве которого обычно используются потенциометры или милливольтметры.

Рабочие концы термопар поглощают падающую энергию и нагреваются. Свободные концы находятся вне зоны потока излучения и имеют температуру корпуса телескопа. В результате возникновения перепада температур термобатарея развивает термо-ЭДС, пропорциональную температуре рабочих спаев, а следовательно, и температуре объекта измерения. Градуировка пирометров производится при температуре корпуса 20?2 0С, поэтому повышение данной температуры приводит к уменьшению перепада температур в термопарах приемника излучения и к появлению значительных дополнительных погрешностей. Так, при температуре корпуса 40 0С дополнительная погрешность (при прочих равных условиях) составит ?4 0С. Для снижения этой погрешности пирометры снабжаются компенсирующими устройствами: электрическим шунтом или биметаллической пружиной.

На (рис. 14б) показано устройство телескопа ПСИ. Он включает: корпус 1 с диафрагмой 7; объектив, имеющий стеклянную или кварцевую линзу 2, устанавливаемую во втулке 13, ввинчиваемой в корпус; блок термобатареи, состоящей из самой термобатареи 3, корпуса 5, отростка, на который навинчивается подвижная диафрагма 6, и контактных винтов 10; компенсационное медное сопротивление 4, шунтирующее термобатарею и обеспечивающее уменьшение влияния измерений температуры телескопа на показания пирометра; окуляр, включающий линзу 8 и защитное стекло 9. Фланец 11 служит для крепления корпуса к защитной арматуре, обеспечивающей работу пирометра в тяжелых условиях металлургического производства.

ПСИ имеют меньшую точность по сравнению с другими пирометрами. Методические погрешности измерения температуры при использовании ПСИ возникают вследствие значительной ошибки определения интегральной степени черноты , из-за неправильной наводки телескопа на излучатель, из-за влияния излучения кладки (измерение температуры металла в печах) и из-за поглощения энергии водяными парам и углекислым газом, содержащихся в слое воздуха, находящегося между излучателем и пирометром. Вследствие последней причины оптимальным считается расстояние 0.8-1.3 м.

Вид материала линзы определяет интервал измеряемых температур и градуировочную характеристику. Стекло из флюорита обеспечивает возможность измерения низких температур начиная с 100 0С, кварцевое стекло используется для температуры 400?1500 0С, а оптическое стекло для температур 950 0С и выше.

ПСИ измеряют температуру от 100 до 3500 0С. Основная допустимая погрешность технических промышленных пирометров возрастает с увеличением верхнего предела измерения и для температур 1000, 2000 и

3000 0С составляет соответственно ?12; ?20 и ?35 0С.

Энергетическое образование

5. Термометры сопротивления

Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Термометры сопротивления наоборот представляют собой электрические температурные датчики, которые используют изменения сопротивления, которое противодействует протеканию тока. В английском языке термометр сопротивления обозначается тремя буквами «RTD».

Стандартный термометр сопротивления.

На следующем рисунке дано схематичное изображение стандартного термометра сопротивления. Основным электрическим компонентом термометра сопротивления является резистор, который часто представляет собой провод, обмотанный вокруг керамического изолятора в виде стержня. Резистор и является температурным чувствительным элементом термометра сопротивления. Для защиты чувствительного элемента от физического воздействия и изоляции электрической цепи от технологической жидкости во избежании короткого замыкания резистор обычно заключается в корпус из нержавеющей стали. Два провода подсоединяются к электрической цепи внутри корпуса посредством герметичного уплотнения.

Части термометра сопротивления.

Термометры (RTD) могут использоваться для измерения температуры электрическим путем, так как существует прямо пропорциональная зависимость между изменениями сопротивления и изменением температуры.

Другими словами при повышении температуры величина сопротивления возрастает прямо пропорционально, а при понижении температуры сопротивление пропорционально уменьшается. Подобный принцип используется в термометрах сопротивления, так как сопротивление термометра уменьшается или увеличивается пропорционально температуре процесса, который он измеряет. Любое изменение сопротивления может быть зарегистрировано и преобразовано в температурные показания с помощью таблицы, или отображено на шкале, которая откалибрована в единицах измерения температуры.

Как и термопара или любой другой температурный датчик термометр сопротивления (RTD) функционален при измерении температуре только, если он подсоединен к электрической цепи. Обычно с термометрами сопротивления применяются мостовые схемы, так как такие схемы позволяют добиться высокой точности. На следующем рисунке изображена типичная мостовая схема и батарея, которая служит в качестве источника питания. Цепи термометров сопротивления должны иметь внешний источник питания, так как они не способны генерировать напряжение сами.

Мостовая схема термометра сопротивления с батареей.

Мостовая схема состоит из пяти резисторов (Р1, R2, R3, R4, R5) и пяти точек соединения (А,В,С,0).

Предположим, что каждый резистор в мостовой схеме обладает одинаковым сопротивлением. Так как ток протекает от минуса к плюсу в данном контуре, то протекание начинается с минусовой клеммы батареи и ток достигает точки А. В точке А ток расщепляется на равные части: одна половина протекает через сопротивление R1 в точку В, а другая половина протекает через R2 к точке С. Так как сопротивление всех резисторов одинаковое, то между точками В и С нет разницы в величине напряжения, поэтому ток через R5 не протекает.

Когда ток через средний резистор не протекает, то мост, как говорится «уравновешен». В данном примере ток протекает от точки В, через R3 в точку D. Ток также протекает от точки С через R4 в точку D. Ток от точки D возвращается на положительную клемму батареи, завершая цепь.

Протекание тока через уравновешенный мост.

Мостовая схема, изображенная следующей схеме похожа на предыдущую схему за исключением того, что резистор R3 заменен термометром сопротивления. В данной конфигурации ток по-прежнему протекает от минусовой клеммы батареи на точки В и С. Однако, если сопротивление термометра сопротивления (RTD) отличается по величине от сопротивления резистора R4, то между точками В и С появится напряжение. Это означает, что мост неуравновешен и ток будет протекать через резистор R5.

Мостовая схема с термометром сопротивления.

Ток, протекающий через мост, может быть измерен, если мы заменим R5 измерительным прибором, который и будет определять температуру, измеряя ток. Так схема обеспечивает высокую точность, то она часто используется вместе с термометрами сопротивления для измерения температуры.

Мостовая схема с термометром сопротивления и измерительным прибором.

Когда для измерения температуры используются термометры сопротивления RTD, то они включаются в схему, подобно той, что показана на предидещем рисунке. Во многих случаях термометры сопротивления расположены на удалении от остальных элементов цепи, так как они подвержены воздействию температуры технологического процесса. По мере того, как температура вокруг термометра меняется, то пропорционально меняется величина сопротивления термометра. Когда сопротивление термометра меняется, то мост становится неуравновешенным и определенный ток протекает через измерительный прибор. Этот ток пропорционален изменениям температуры. Температура процесса затем может быть определена по показаниям шкалы прибора. В некоторых случаях шкалы окалиброваны на показания величины сопротивления, а не температуры. В таких случаях надо воспользоваться переводной таблицей для перевода ом в градусы.

Термистор.

Термистор это чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала. Он ведет себя как резистор, чувствительный к изменениям температуры. Термин «термистор» это сокращение от термочувствительного резистора. Полупроводниковый материал это материал, который проводит электрический ток лучше чем диэлектрик, но не так хорошо как проводник.

Подобно термометрам сопротивления термисторы используют изменения величины сопротивления в качестве основы измерений. Однако сопротивление термистора обратно пропорционально изменениям температуры, а не прямо пропорционально. По мере увеличения температуры вокруг термистора, его сопротивление понижается, а по мере понижения температуры его сопротивление увеличивается.

Так как и термометры и термисторы реагируют на изменения температуры пропорциональным изменением сопротивления, то они оба часто используются в мостовых схемах. На следующем рисунке показана мостовая схема с термистором. В данной конфигурации резисторы R1, R2 и R4 имеют одинаковые значения сопротивления.

Мостовая схема с термистором.

В данной цепи изменение температуры и обратно пропорциональная зависимость между температурой и сопротивлением термистора будет определять направление протекания тока. Иначе цепь будет функционировать таким же образом как в случае с термометром сопротивления. По мере изменения температуры термистора, изменяется его сопротивление и мост становится неуравновешенным. Теперь через прибор будет протекать ток, который можно будет измерить. Измеряемый ток можно преобразовать в единицы измерения температуры с помощью переводной таблицы, или откалибровав соответствующим образом шкалу.

Ввиду своего сходства термисторы и термометры сопротивления часто применяются для измерения температур в сходном диапазоне. Однако необходимо знать разницу между термисторами и термометрами сопротивления. Термисторы реагируют на изменения темературы обратно пропорционально, а термометры сопротивления прямо пропорционально.

Термопреобразователи / термометры сопротивления WIKA

Измерительная вставка для термометра сопротивления

Измерительные вставки для термометров сопротивления по DIN 43735, описанная ниже, предназначена для установки в защитные гильзы. Использование без защитных гильз возможно только в специальных случаях. Измерительная вставка изготавливается из гнущегося минерально изолированного кабеля. Чувствительный элемент расположен на конце измерительной вставки.

Измерительные вставки обычно поставляются подпружиненными для обеспечения хорошего контакта с внутренней торцевой частью защитной гильзы.

Применение

Замена измерительных вставок для обслуживания
Для промышленных и лабораторных применений

Особенности

Диапазон применения от — 200 до + 600 °C
Сделан из минерально изолированного кабеля
Функциональная безопасность (SIL) только для модели преобразователя T32
Конструкция с подпружиненным сенсором
Взрывозащищенные версии

Буклет измерительной вставки для термометра сопротивления

Термометр сопротивления

Для монтажа в защитную гильзу

Термометр сопротивления этой серии может комбинироваться с большим количеством защитных гильз разных типов. Использование без защитных гильз рекомендуется только для специальных применений.

Термометр сопротивления можно комбинировать с различными датчиками, соединительными головками, длиной погружения, длиной шеек, использовать разные варианты присоединения защитных гильз, поэтому он подходит для всех применений и всех размеров защитных гильз.

Опционально термометр сопротивления TR10-B может комплектоваться аналоговыми или цифровыми преобразователями из портфолио WIKA. Преобразователи монтируются в соединительные головки термометров сопротивления модели TR10-В.

Термометр сопротивления — это прибор для измерения температуры, принцип которого основан на измерении электрического сопротивления чистых металлов, сплавов и полупроводников при измерении температуры. При повышении температур сопротивление термометра возрастает. Чувствительный элемент термометра сопротивления представляет собой резистор, который сделан из пленки или металлической проволоки, и обладающий зависимостью электрического сопротивления от температуры. Проволока намотана на жесткий каркас, сделанный из кварца, слюды или фарфора, и заключена в защитную металлическую (стеклянную, кварцевую) оболочку.

Термометр сопротивления применение

Промышленные установки и машиностроение
Энергетика
Химическая отрасль промышленности
Пищевая отрасль промышленности
Стерильные производства, отопление и вентиляция, кондиционирование воздуха

Термометр сопротивления особенности

Диапазон применения от — 200 до + 600 °C
Для установки во все стандартные конструкции защитных гильз
Подпружиненная измерительная вставка (сменная)
Взрывозащищенные исполнения Ex i, Ex n и NAMUR NE24

Буклет термометра сопротивления для монтажа в защитную гильзу

Датчик RTD

Резьбовой, с составной защитной гильзой

Датчик RTD модель TR10-C предназначен для монтажа в процесс, в основном, в емкостях и трубопроводах.

Датчик RTD имеет в составе платиновые чувствительные элементы Pt100 и Pt1000, предназначенные для измерения температур в различных областях промышленности. WIKA предлагает модель TR10-C в различных исполнениях, позволяющих решать множество технологических задач производственных процессов. Также данный прибор подходит для непрерывного измерения температур.

Датчик RTD применение

Машиностроение, станкостроение
Энергетика
Химическая отрасль промышленности
Пищевая отрасль промышленности
Стерильные производства, отопление и вентиляция, кондиционирование воздуха

Датчик RTD особенности

Диапазон применения от -200 … +600 °C (-328 … +1,112 °F)
Составная защитная гильза модель TW35 включена
Подпружиненная измерительная вставка (сменная)
Взрывозащищенные исполнения

Буклет датчика RTD, резьбового

Резьбовой термометр сопротивления

Миниатюрное исполнение

Термометры сопротивления данной серии используются для измерения жидких и газообразных сред при низких и средних давлениях.

Применение

Промышленные установки и машиностроение
Технологические процессы
Холодильные и климатические системы

Особенности

Диапазон применения от — 200 до + 600 °C
Компактный дизайн
Универсальное применение
Прямой монтаж в процесс
Взрывозащищенные исполнения Ex i, Ex n и NAMUR NE24

Буклет резьбового термометра сопротивления

Термометр сопротивления с фланцевым соединением

С составной защитной гильзой

Термометры сопротивления данной серии предназначены для установки в емкостях и трубопроводах. Возможны стандартные фланцы по DIN EN или ASME.

Эти датчики температуры предназначены для жидких и газообразных сред в условиях умеренной механической нагрузки. Модель TW40 гильзы имеет полностью сварную конструкцию и ввинчивается прямо в соединительную головку.

Применение

Машиностроение, перерабатывающая промышленность и резервуары
Энергетика
Химическая и нефтехимическая отрасль промышленности
Пищевая отрасль промышленности
Стерильные производства, отопление и вентиляция, кондиционирование воздуха

Особенности

Диапазон применения от — 200 до + 600°C
Составная защитная гильза модель TW40 включена
Подпружиненная измерительная вставка (сменная)
Взрывозащищенные исполнения Ex i и NAMUR NE24

Буклет термометра сопротивления с фланцевым соединением

Резьбовой термометр сопротивления

С заводской защитной трубкой, трубчатая конструкция

Термометры сопротивления данной серии предназначены в основном для ввинчивания в резервуары и трубопроводы для непосредственного контакта с измеряемой средой.

Данные термометры подходят для работы с жидкой и газообразной средой, с умеренной механической нагрузкой и в нормальных химических условиях. Защитная трубка из нержавеющей стали полностью сварная и завинчена в соединительную головку. Дополнительный измерительный элемент (трубчатой конструкции) может быть удален без необходимости демонтажа всего сенсора. Это обеспечивает осмотр, контроль измерительного оборудования или, при необходимости, замену без остановки процесса.

Применение

Машиностроение, общезаводское проектирование и производство резервуаров
Стерильное производство, системы нагрева и кондиционирования воздуха

Особенности

Диапазон допустимых температур -50 … +250 °C (-58 … +482 °F)
В комплекте с заводской защитной трубкой
Сенсор встроен в наконечник защитной трубки (стандартно)
Сменный измерительный элемент (дополнительно)
Взрывобезопасные версии

Буклет резьбового термометра сопротивления, трубчатая конструкция

Термометр сопротивления

Для стерильных процессов, с пластинчатой мембраной, NEUMO BioControl®

Модель термометра сопротивления TR20 используется для измерения температуры стерильных процессов.

Термометр оснащен равнопроходным соединением NEUMOBioControl® (соединение при котором внешний и внутренний диаметры трубы не меняются) и в основном используется в применениях, где погружение гильзы в среду не представляется возможным или не требуется.

Применение

Пищевая отрасль промышленности
Стерильные процессы
Фармацевтическая отрасль промышленности

Особенности

Отсутствуют мертвые зоны
Гигиеническое исполнение
Материалы и качество обработки поверхности в соответствии с нормами установленными для стерильных процессов
Материалы и качество поверхности в соответствии с нормами и стандартами фармацевтической промышленности

Буклет термометра сопротивления, с пластинчатой мембраной, NEUMO BioControl®

Малогабаритный термометр сопротивления

Для стерильных процессов с фланцевым присоединением

Модель термометра сопротивления TR21-А используется для измерения температуры стерильных процессов и может использоваться для измерения температуры жидких и газообразных сред в диапазоне от -50 … +250 °C. Эти термометры укомплектованы защитными гильзами и к участкам присоединения к процессу предъявляются жёсткие требования в плане материалов и дизайна, измерительных точек стерильных процессов. Все электрические компоненты имеют степень защиты против влаги (IP67 или IP69K).

Применение

Стерильные процессы
Пищевая отрасль промышленности
Био и фармацевтическая отрасль промышленности, производство активных ингредиентов

Особенности

Сенсор может быть откалиброван без нарушения герметичности процесса
Компактный дизайн для экономии места при монтаже
Простое и быстрое соединение используя М12 штекерный разъем
С прямым выходным сигналом от датчика (Pt100 / Pt1000 с 3-х или 4-х проводной схемой) или встроенным преобразователем с выходным сигналом 4 … 20 мА, возможность конфигурации при помощи бесплатного ПО — WIKA soft
Материалы и качество обработки поверхности в соответствии с нормами установленными для стерильных процессов

Буклет малогабаритного термометра сопротивления для стерильных процессов

Термометр сопротивления проточный

Термометр сопротивления для измерения температуры в трубопроводах с очень высокими гигиеническими требованиями. Этот термометр используется в случаях, когда не желательно погружение гильзы в среду или это не представляется возможным. В частности, для очищаемых трубопроводов, высоковязких сред и условий потока с большими значениями поперечных сил. Благодаря широкому разнообразию предлагаемых присоединений к процессу данные термометр без проблем может монтироваться с различными фитингами.

Применение

Пищевая отрасль промышленности, производство и бутилирование напитков
Биохимическая и фармацевтическая отрасль промышленности
Для систем с очищаемой линией
Линии по эмалировке

Особенности

Гигиеническая конструкция (без “мертвых зон”)
Быстрая очистка точек измерения без остаточных веществ (нет застоев среды)
Материалы и качество поверхности в соответствии с нормами и стандартами фармацевтической отрасли промышленности
Высокая точность измерения, быстрым откликом
Взрывозащищенные исполнения Ex i

Буклет термометра сопротивления проточного

Термопреобразователь

Компактный дизайн

Термопреобразователь TR30 используется как универсальный термометр для измерения температуры жидких и газообразных сред.

Он может быть использован для давлений до 40 бар (специальное исполнение до 400 бар в зависимости от длины погружения и диаметра). Все электрические компоненты имеют высокую степень защиты от воды и виброустойчивость.

Термопреобразователь TR30 состоит из состоит из трубки (стержня) датчика, который присоединяется к процессу при помощи приваренной к поверхности резьбовой бобышки или компрессионного фитинга. Возможны варианты без фитингов подключения к процессу. Электрическое соединение осуществляется при помощи стандартного L-разъема или M12 x 1 круговой разъема по DIN.

Термопреобразователь применение

Машиностроение, перерабатывающая промышленность и резервуары
Приводная техника, гидравлика
Общие применения

Термопреобразователь особенности

Диапазоны измерений от -50°C…+260 °C, класс точности по DIN EN 60751
Модель TR30-W: встроенный преобразователь, программируемый и калибруемый при помощи ПО
Электрическое подключение при помощи углового (L-разъем) или кругового разъемов по DIN
Присоединение к процессу и стержень датчика изготовлены из нержавеющей стали
Взрывозащищенные версии Ex i

Буклет термопреобразователя, компактный дизайн

Вкручиваемый термометр

Со встроенным преобразователем

Вкручиваемый термометр модели TFT35 используется для измерения температуры жидких и газообразных сред в диапазоне -50 … +200 °C (-58 … +392 °F).

Его можно использовать при давлении до 100 бар. Все электрические компоненты защищены от воздействия водяных брызг и выдерживают вибрации.

Буклет вкручиваемого термометра

OEM термометр сопротивления

Компактное исполнение

Термометры сопротивления данной серии используются в качестве универсальных термометров для измерения жидких и газообразных сред в диапазоне -50 … +250 ° C.

Они могут быть использованы при давлении до 140 бар (с диаметром зонда 3 мм) и до 270 бар (с диаметром зонда 6 мм), в зависимости от исполнения прибора. Все электрические компоненты защищены от влажности (степень защиты IP67 или IP69) и имеют хорошую виброустойчивость (20 гр, в зависимости от исполнения прибора).

Буклет OEM термометра сопротивления

Термометр сопротивления байонетного присоединения

Данные кабельные термометры сопротивления имеют байонетное присоединение. TR53 могут быть установлены в высверленные отверстия узлов и агрегатов машин без применения защитных гильз.

Буклет термометра сопротивления байонетного присоединения

Термометр сопротивления для монтажа на трубе

Для клэмпового присоединения, миниатюрная конструкция

Монтируемые на трубе термометры сопротивления серии TR57-M применяются для измерения температуры на трубопроводах.

Данные термометры сопротивления могут устанавливаться на имеющуюся трубу в любое время, без необходимости врезки или прерывания процесса. Термометры сопротивления могут использоваться в диапазоне температур -20 … +150 °C.

Буклет термометра сопротивления для монтажа на трубе

Термометр сопротивления с цифровым индикатором

Работа на батарее

DiwiTherm® является идеальным сочетанием цифрового дисплея и термометра сопротивления. Этот компактный прибор для измерения температуры может использоваться в широком диапазоне применений и работает без внешнего источника питания.

Для термометров доступен широкий выбор возможных комбинаций длин погружения, длин шеек, присоединений к защитной гильзе и т. д., поэтому они пригодны для соединения с самыми различными типами защитных гильз, для широкого диапазона применений.

Применение

Машиностроение, перерабатывающая промышленность и резервуары
Химическая отрасль промышленности
Пищевая отрасль промышленности
Автомобилестроение
Стерильные производства, отопление и вентиляция, кондиционирование воздуха

Особенности

ЖК дисплей
Варианты с датчиками для вставки, установки в защитную гильзу или с контактной площадкой для монтажа на поверхность трубы
Для всех стандартных конструкций защитных гильз
Измерительный диапазон -40 … +450 °C
С автоматическим переключением диапазона измерения (Авторанжирование)

Буклет термометра сопротивления с цифровым индикатором

Погружной датчик температуры

Применение

Для измерения температуры газообразных сред в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
Разработан для подключения к системам отображения результатов измерения и контроля температуры
В комплекте с защитной гильзой может применяться для измерения температуры жидких сред (например, в трубах)

Особенности

Простая установка
Компактность и прочность конструкции
Установка непосредственно в процесс
Включая монтажный фланец

Буклет погружного датчика температуры

Понимая важность настоящих и будущих задач наших заказчиков, мы формируем оптимальные решения для реализации проектов в различных отраслях промышленности.

Для получения консультации свяжитесь со специалистом нашей компании по телефону
+7 812 740-7135 или отправьте запрос на коммерческое предложение:

Что такое термометр сопротивления? Принцип работы, конструкция, характеристическая кривая и принципиальная схема термометра сопротивления

Определение : Термометр сопротивления — это устройство, которое используется для определения температуры по вариации в сопротивлении проводника. Он широко известен как резистивный датчик температуры (RTD) и является точным датчиком температуры .

RTD не используется для динамического измерения температуры.

Принцип работы термометра сопротивления

Как известно, в термометре сопротивления сопротивление проводника зависит от изменения температуры. При повышении температуры металла увеличивается амплитуда колебаний ядер атомов материала.

В результате увеличивается вероятность столкновения свободных электронов со связанными ионами. Таким образом, прерывание движения электрона вызывает увеличение сопротивления. Следовательно, вызывая повышение температуры, связанное с этим.

Так работает RTD.

Датчик температуры сопротивления обычно изготавливается из никеля , платины , меди или вольфрама . Однако платина используется в качестве основного элемента в таких точных датчиках температуры из-за ее химически инертной природы. Таким образом, его можно использовать в агрессивной среде, чтобы уменьшить вероятность окисления.

В металле изменение сопротивления в зависимости от температуры определяется следующим соотношением:

R _T = R _O (1 + αT + βT ² + ϒT ³ ———)

: R _O = Сопротивление в 0⁰ C

R _{= T} = T = T = T = T = T = T_{= T_{= T_{= T_{= T_{= T_{= T_{= T_{= T_{= T_{= COSEANCE. сопротивление при t⁰ C}}}}}}}}}}

α, β, ϒ и т.д. здесь константы.

Конструкция термометра сопротивления

На приведенном ниже рисунке показана структурная схема платинового RTD

Он состоит из скрещенной слюдяной рамы, внутри которой находится платина в виде катушки. Вся конструкция помещена в вакуумированную трубу из нержавеющей стали. Расположение в форме катушки создает наименьшую деформацию при повышении температуры. Поскольку напряжение увеличивается с увеличением деформации. Таким образом, это вызовет нежелательное изменение сопротивления провода.

Электрическая изоляция может быть лучше, если слюду поместить между вакуумной трубкой и платиновой катушкой.

Следует отметить, что используемый материал должен быть достаточно чистым, чтобы обеспечить надлежащие результаты.

Чистоту платины можно проверить измерением R ₁₀₀ /R _o . Что касается чистой платины, значение отношения должно быть выше 1,390

Основное уравнение для термометра сопротивления

Как мы знаем,

R _T = R _O (1 + αT + βT ² + ϒT ³ ——)

R _T Из вышеупомянутого уравнения может быть подпоточным. AS:

R _T = R _O (1 + αT + βT ²)

Когда элемент является чистой платина,

α = 3,94 χ ^-3 /α

55555555555555555555555555555555555 9000 2

α. = – 5,8 Χ 10 ^-7 /(⁰C) ²

Приведенное выше уравнение можно переписать как:

R _t = R _o (1 + C t _pt )

: C = средний температурный коэффициент сопротивления между 0 ⁰C и 100 ⁰C.

T _PT = Платиновый температурный коэффициент

и дается

: R _T, R _O, R ₁₀₀ основной интервал термометра обозначается R ₁₀₀ – R _o Приведенное ниже уравнение показывает разность истинной температуры t и температуры платины t _pt ’

: δ = константа

Значение δ лежит в диапазоне от 1,488 до 1,498 . Так как меньшее значение δ свидетельствует о высокой степени чистоты.

Тип провода, используемого в RTD, определяет его эффективный диапазон. Температурный диапазон платинового RTD составляет от 100 ⁰C до 650 ⁰C .

Характеристики материалов, используемых в термометре сопротивления

На приведенном ниже рисунке показаны типичные характеристики сопротивления и температуры различных типов материалов, используемых в RTD.

Поскольку золото и серебро являются материалами с меньшим сопротивлением, они почти не используются в конструкции RTD. Когда мы говорим об удельном сопротивлении, вольфрам имеет высокое удельное сопротивление, но оно ограничено для высокотемпературных применений.

Другим элементом, используемым в конструкции RTD, является медь из-за ее низкого удельного сопротивления, но низкой линейности. Таким образом, платина является предпочтительной среди всех других элементов.

Цепь термометра сопротивления

По сути, схемы RTD представляют собой схемы моста Уитстона, но следует отметить, что это не простой мост Уитстона, а модифицированная форма.

RTD можно подключить к одному из плеч моста Уитстона, как показано на рисунке ниже:

Здесь R ₁ и R ₂ — 2 постоянных сопротивления, R ₃ — переменное сопротивление, а R _t – сопротивление детектора.

Состояние равновесия,

Когда r ₁ = R ₂

R _T = R ₃

Переменное сопротивление R ₃ Здесь является регулируемым. Чтобы избежать всего эффекта, возникающего из-за изменений температуры, резисторы, используемые в цепи, сделаны из манганина. Это так, потому что манганин имеет самый низкий температурный коэффициент сопротивления .

3-проводной термометр сопротивления

На рисунке ниже показана схема для 3-проводного RTD

Для компенсации 90 влияние переменного сопротивления провода, используется 3-проводной метод. В основном используется медный провод, имеющий одинаковую длину и диаметр, чтобы иметь одинаковое сопротивление.

В промышленности чаще всего используются 3-проводные термометры сопротивления.

Преимущества термометра сопротивления

Дает очень точные результаты.
RTD обеспечивает широкий рабочий диапазон.
Благодаря высокой точности RTD используется во всех приложениях, где требуются точные результаты.

Недостатки термометра сопротивления

Чувствительность платинового термосопротивления очень мала при незначительном изменении температуры.
RTD имеют более медленное время отклика.

Одним из наиболее распространенных индикаторов RTD, использовавшихся ранее, была цифра 9.0003 частное или измерительный прибор с поперечной катушкой . Несмотря на то, что он дешев и надежен по своей природе, RTD мостового типа с цифровой индикацией заменил его.

Цепь, работа и ее применение

Термометр — это устройство, используемое для измерения температуры. Термометр сопротивления — это тип термометра, который можно использовать для получения чрезвычайно точных результатов. Температура измеряется путем измерения изменения сопротивления. Термометр состоит из платиновой проволоки, помещенной внутри стеклянных зондов. Устройство вакуумируется для предотвращения ненужного повышения температуры. Устройство чрезвычайно хрупкое и, следовательно, находится внутри защитных щупов. Они имеют чрезвычайно высокую точность и заменяют термопары в промышленности. Он имеет различные важные приложения и используется в различных отраслях промышленности для получения точных результатов.

Термометр сопротивления используется для измерения температуры. Его также называют датчиком температуры сопротивления. RTD в основном представляет собой датчик, который состоит из тонкой проволоки, обернутой вокруг стекла или керамического материала, а также используются различные другие конструкции. Используемая проволока обычно изготавливается из меди, никеля или платины. Материал, который используется в конструкции этого термометра, имеет точное соотношение сопротивления и температуры, которое используется при измерении температуры.

Термометр сопротивления

Цепь термометра сопротивления

Цепь термометра сопротивления представляет собой мостовую схему Уитстона. Однако это не совсем мост Уитстона, а модификация схемы. Он подключен к одному плечу моста Уитстона, как показано на рисунке:

Цепь термометра сопротивления

Резисторы R1 и R2 представляют собой постоянные сопротивления, а R3 — переменное сопротивление. Rt — сопротивление детектора, используемого в цепи.

В сбалансированном состоянии,

Rt = (R2 / R1) * R3

Когда R1 = R2

Rt = R3

Регулируемый измеритель сопротивления. Резисторы, которые мы используем в схеме, сделаны из манганина. Это связано с тем, что манганин имеет самый низкий температурный коэффициент и температура не повышается без необходимости.

Есть несколько вещей, которые мы должны иметь в виду при проектировании схемы термометра сопротивления, а именно:

Мы используем подводящие провода для подключения термометра сопротивления к нашей цепи. Таким образом, при изменении температуры соответственно будет изменяться и сопротивление мостовой схемы Уитстона. Чтобы избежать этого, мы должны будем поддерживать надлежащее расстояние между точкой измерения и точкой, где должен быть установлен термометр сопротивления в цепи.

Ток, протекающий через термометр, может вызывать нагревательный эффект, приводящий к значительному повышению температуры в цепи. Это неизбежная ситуация. Однако, чтобы избежать этого условия, нам придется пойти на компромисс с чувствительностью нашего прибора. Если мы уменьшим ток, протекающий через этот термометр, выделяемое тепло также уменьшится вместе с чувствительностью. Однако мы можем улучшить ситуацию с помощью надлежащего усиления. Повышение температуры можно выразить формулой:

∆T = P / Pd

Где ∆T = повышение температуры в ⁰C

P = мощность, рассеиваемая RTD в ваттах

Pd = постоянная рассеяния RTD в Вт/ ⁰C

Как известно, отношение сопротивления к температуре может быть задано уравнением: , Rt можно рассчитать как:

RT = RO (1 + αT + βT2)

для чистой платины,

α = 3,94 χ 10-3 /⁰C

β = 5,8 χ 10-7 /(⁰C) 2 β = 5,8 χ 10-7 /(⁰C) 2 β = 5,8 χ 10-7 /(⁰C)

Мы можем записать приведенное выше уравнение в следующем виде:

Rt = Ro (1 + C tpt)

C = средний температурный коэффициент сопротивления между 0 ⁰C и 100 ⁰C.

tpt = температурный коэффициент платины

и определяется как

tpt = [(Rt – Ro ) / (R100 – Ro)] * 100 92 — (t/100)}

δ = константа

δ лежит между 1,488 и 1,498 . Диапазон температур платинового термометра сопротивления составляет от 100 ⁰C до 650 ⁰C .

Принцип работы

Сопротивление проводника зависит от колебаний температуры. Когда температура металла повышается, это вызывает увеличение амплитуды колебаний ядер атомов металла. Это вызывает увеличение вероятности столкновения свободных металлов, находящихся на поверхности металла. Это приводит к увеличению сопротивления материала, вызывая последующее повышение температуры.

Именно так работает термометр сопротивления. Детектор температуры изготавливается из меди, вольфрама, никеля или платины. Однако лучше всего для этой цели подходит платина из-за ее стабильного соотношения термостойкости. Изменения сопротивления в зависимости от температуры можно представить формулой.

Конструкция термометра сопротивления

Конструкция термометра сопротивления показана ниже:

Конструкция термометра сопротивления

Платиновый термометр сопротивления состоит из платиновой катушки, расположенной внутри поперечной рамки. Мы помещаем всю композицию в вакуумированную трубу, изготовленную из нержавеющей стали. Расположение катушек создает очень небольшую нагрузку при повышении температуры. Это может вызвать нежелательное изменение сопротивления. Для конструкции необходимо использовать чистую платиновую проволоку. Чистоту платины можно подтвердить по формуле R100/Ro . В случае чистого платинового материала значение должно быть больше 9.0319 1.390.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Дает точный результат
используется в различных промышленных приложениях
Широкий рабочий диапазон.

Недостатки

Чувствительность платины крайне низкая при небольшом изменении температуры
Слишком медленное время отклика

Применение термометров сопротивления

Применение:

Используется в автомобилестроении для измерения температуры моторного масла
Используется в средствах связи и приборах для измерения температуры усилителей, стабилизаторов и т. д.
Используется в пищевой промышленности, силовой электронике и аэрокосмической технике

Часто задаваемые вопросы

1). Как термометр сопротивления измеряет температуру?

Измеряет температуру путем измерения изменения сопротивления в зависимости от изменения температуры цепи

2). Какой диапазон термометра сопротивления?

Диапазон температур от -200 ⁰C до 1000 ⁰C .

3). Какова точность платинового термометра сопротивления?

Обеспечивает превосходную точность в широком диапазоне температур.

4). Как работает платиновый термометр сопротивления?

В платиновом корпусе ток проходит по цепи, а температура измеряется путем измерения напряжения на цепи. Затем изменение сопротивления используется для измерения температуры.

5). Какие металлы мы выбираем для изготовления термометров сопротивления?

Используются такие металлы, как медь, никель и платина, которые имеют точное соотношение температура/сопротивление.

Итак, здесь мы упомянули все важные детали, связанные с обзором термометра сопротивления. Как видите, это очень важное устройство с промышленной точки зрения. У него бесконечное количество приложений. Если вы знаете какие-либо важные характеристики этого инструмента, сообщите нам об этом. Вот вопрос к вам, какие бывают термометры сопротивления?

Термометр сопротивления Принцип работы — температура

Что такое RTD?

RTD расшифровывается как термометр сопротивления. Термометры сопротивления иногда называют термометрами сопротивления. Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) определило термин «термометр сопротивления» следующим образом:

Термометр сопротивления, n. — устройство для измерения температуры, состоящее из элемента термометра сопротивления, внутренних соединительных проводов, защитной оболочки со средствами для установки соединительной головки или без них, или соединительного провода или других фитингов, или того и другого. [Том. 14.03, E 344 — 02 § 3.1 (2007).]

RTD — это датчик температуры, который измеряет температуру, используя принцип изменения сопротивления металла в зависимости от температуры. На практике электрический ток передается через кусок металла (элемент RTD или резистор), расположенный в непосредственной близости от области, где необходимо измерить температуру.

Значение сопротивления элемента RTD затем измеряется прибором. Затем это значение сопротивления сопоставляется с температурой на основе известных характеристик сопротивления элемента RTD.

Как работают RTD?

Термометры сопротивления работают на базовой корреляции между металлами и температурой. По мере повышения температуры металла сопротивление металла потоку электричества увеличивается.

Аналогичным образом, при повышении температуры резистивного элемента RTD увеличивается электрическое сопротивление, измеряемое в омах (Ом). Элементы RTD обычно указываются в соответствии с их сопротивлением в омах при нуле градусов Цельсия (0°C).

Наиболее распространенная спецификация RTD — 100 Ом, что означает, что при 0°C элемент RTD должен иметь сопротивление 100 Ом.

Платина является наиболее часто используемым металлом для элементов RTD из-за ряда факторов, включая ее

(1) химическую инертность,

(2) почти линейную зависимость температуры от сопротивления,

(3) температурный коэффициент сопротивление, которое достаточно велико, чтобы дать легко измеримые изменения сопротивления в зависимости от температуры и

(4) стабильность (в том смысле, что его температурное сопротивление не меняется резко со временем).

Другие металлы, которые реже используются в качестве резистивных элементов в RTD, включают никель, медь и Balco.

Элементы RTD обычно имеют одну из трех конфигураций:

(1) пленка из суспензии платины или металлического стекла, нанесенная или экранированная на небольшую плоскую керамическую подложку, известную как «тонкопленочные» элементы RTD, и

(2) платиновая или металлическая проволока, намотанная на стеклянную или керамическую катушку и герметизированная покрытием из расплавленного стекла, известная как элементы РДТ с проволочной намоткой.

(3) Частично поддерживаемый намотанный элемент, представляющий собой небольшой виток проволоки, вставленный в отверстие в керамическом изоляторе и закрепленный вдоль одной стороны этого отверстия. Из трех элементов RTD тонкопленочный является наиболее прочным и со временем становится все более точным.

Почему термометры сопротивления иногда называют 2-, 3- или 4-проводными термометрами сопротивления? И почему мне нужна одна конфигурация проводов RTD вместо другой?

Простое эмпирическое правило заключается в том, что чем больше проводов у термометра сопротивления, тем он точнее. Весь RTD в сборе не платиновый. Среди прочего, создание RTD таким образом для большинства целей было бы непомерно дорогим.

В результате из платины сделан только малый элемент RTD. На практике значение сопротивления элемента RTD было бы бесполезным без средства передачи этого сопротивления прибору. Соответственно, изолированные медные провода обычно соединяют элемент RTD с измерительным прибором.

Как и платина, медь имеет сопротивление. Сопротивление медных проводов может повлиять на измерение сопротивления, определяемое прибором, подключенным к RTD.

Двухпроводные термометры сопротивления не имеют практических средств для учета сопротивления, связанного с медными проводами, что уменьшает степень, в которой измеренное сопротивление может быть точно соотнесено с температурой элемента резистора.

В результате двухпроводные термометры сопротивления используются реже всего и обычно используются там, где требуется только приблизительное значение температуры.

Трехпроводные термометры сопротивления являются наиболее распространенной спецификацией для промышленного применения. Трехпроводные термометры сопротивления обычно используют схему измерения моста Уитстона для компенсации сопротивления подводящего провода, как показано ниже.

В 3-проводной конфигурации RTD провода «A» и «B» должны быть примерно одинаковой длины. Эти длины важны, потому что цель моста Уитстона состоит в том, чтобы сделать импедансы проводов A и B, каждый из которых действует как противоположная сторона моста, компенсируя другой, оставляя провод «C» действовать как сенсорный провод, несущий очень маленький (диапазон микроампер) ток.

4-проводные термометры сопротивления даже более точны, чем их 3-проводные аналоги, поскольку они способны полностью компенсировать сопротивление проводов, не обращая особого внимания на длину каждого из проводов. Это может обеспечить значительно повышенную точность при относительно низкой стоимости увеличенного медного удлинительного провода.

Каковы общие компоненты RTD?

1. Платиновый резистивный элемент RTD: Это фактическая часть RTD, чувствительная к температуре. Длина элементов варьируется от 1/8 до 3 дюймов. Есть много вариантов. Стандартный температурный коэффициент равен альфа 0,00385, а стандартное сопротивление равно 100 Ом при 0°C.

2. Внешний диаметр термометра сопротивления: Наиболее распространенный внешний диаметр составляет ¼ дюйма в США или 6 мм (0,236 дюйма) в других странах. Однако наружные диаметры варьируются от 0,063″ до 0,500″

Материал трубок RTD: Нержавеющая сталь 316 обычно используется для сборок при температуре до 500°F. При температурах выше 500°F рекомендуется использовать Inconel 600.

3. Технологическое соединение RTD: Фитинги технологического соединения включают в себя все стандартные фитинги, используемые с термопарами (т. е. компрессионные, сварные, подпружиненные и т. д.).

4. Конфигурация проводов RTD: Резисторы сопротивления доступны в 2-, 3- и 4-проводной конфигурации. Трехпроводная конфигурация является наиболее распространенной для промышленного применения. Тефлон и стекловолокно являются стандартными материалами для изоляции проводов. Тефлон устойчив к влаге и может использоваться при температурах до 400°F. Стекловолокно может использоваться при температурах до 1000°F.

5. Заделка RTD на холодном конце: RTD могут заканчиваться на холодном конце штекерами, оголенными проводами, контактными головками и любой из эталонных спаев, общих для термопар.

Инструменты для измерения сопротивления и температуры | Контрольно-измерительные приборы

Датчики температуры сопротивления (RTD) Принцип работы

Терморезистивные устройства для измерения температуры

Изменение температуры приводит к изменению электрического сопротивления материала. Изменение сопротивления измеряется, чтобы сделать вывод об изменении температуры.

Существует два типа терморезистивных измерительных приборов:

Термометры сопротивления (RTD) и

Термисторы

Датчики температуры сопротивления

Датчик температуры сопротивления (сокращенно RTD) представляет собой либо длинную металлическую проволоку малого диаметра, намотанную в катушку, либо вытравленную сетку на подложке, очень похожую на тензодатчик. . Платина является наиболее распространенным металлом, используемым для RTD.

Принцип действия

Датчики температуры сопротивления (RTD) работают по принципу, согласно которому электрическое сопротивление металла изменяется предсказуемым образом линейным и повторяемым образом при изменении температуры. RTD имеют положительный температурный коэффициент (сопротивление увеличивается с температурой). Сопротивление элемента при базовой температуре пропорционально длине элемента и обратно пропорционально площади поперечного сечения.

Типичная электрическая цепь, предназначенная для измерения температуры с помощью RTD, фактически измеряет изменение сопротивления RTD, которое затем используется для расчета изменения температуры. Сопротивление RTD увеличивается с повышением температуры, так же как сопротивление тензорезистора увеличивается с увеличением деформации.

Конструкция мостовой схемы

На рисунке ниже показана базовая мостовая схема, состоящая из трех известных сопротивлений, R1, R2 и R3 (переменных), неизвестного переменного резистора RX (RTD), источника напряжения и чувствительного элемента. амперметр.

Резисторы R1 и R2 являются передаточными плечами моста. Они соотносят два переменных сопротивления для тока, протекающего через амперметр. R3 — это переменный резистор, известный как стандартное плечо, которое регулируется в соответствии с неизвестным резистором. Чувствительный амперметр визуально отображает ток, протекающий через мостовую схему. Анализ схемы показывает, что когда R3 отрегулирован так, чтобы амперметр показывал нулевой ток, сопротивление обоих плеч мостовой схемы одинаково. Соотношение сопротивлений между двумя плечами моста может быть выражено как Поскольку значения R1, R2 и R3 являются известными значениями, единственным неизвестным является Rx. Значение Rx можно рассчитать для моста в условиях нулевого тока амперметра. Зная это значение сопротивления, можно определить базовую точку для калибровки прибора, подключенного к мостовой схеме. Неизвестное сопротивление Rx равно

Работа схемы моста RTD

Одной из простых схем является четвертьмостовая мостовая схема Уитстона, называемая здесь двухпроводным мостом RTD схема .

R _вывод представляет собой сопротивление одного из проводов (называемых выводами ), которые идут от моста к самому RTD. Сопротивление свинца не имело значения в цепях тензодатчиков, поскольку свинец R _{и свинец} всегда оставался постоянным.

Однако для цепей RTD некоторые участки выводных проводов подвергаются воздействию изменяющихся температур. Так как сопротивление металлической проволоки меняется с температурой, R _свинца изменяется с Т, что может привести к ошибкам в измерении. Эта ошибка может быть нетривиальной – изменения сопротивления выводов могут быть неверно истолкованы как изменения сопротивления RTD . Кроме того, в двухпроводной мостовой схеме RTD, показанной выше, есть два провода, что удваивает ошибку. Умная схема, предназначенная для устранения ошибки сопротивления подводящего провода, называется трехпроводная мостовая схема RTD . Ниже показана трехпроводная мостовая схема RTD.

Это по-прежнему четвертьмостовая схема, так как только один из четырех мостовых резисторов был заменен RTD. Однако один из проводов был размещен на ножке R ₂ моста вместо ножки R ₃.

Для анализа этой цепи предположим, что R ₁ = R ₄ и R ₂ = R ₃ изначально, когда мост уравновешен. Вспомним общую формулу для моста Уитстона:

Обратите внимание, что R ₃ и R ₂ имеют противоположные знаки в приведенном выше уравнении. Таким образом, если сопротивление выводов в плече 2 (вверху) и в плече 3 (внизу) равно , , то сопротивления выводов компенсируют друг друга , без чистого влияния на выходное напряжение, что устраняет ошибку. .

Что насчет сопротивления третьего вывода, R _вывода среднего провода? Что ж, поскольку V _o измеряется с помощью прибора с почти бесконечным импедансом, в среднем подводящем проводе ток не течет, поэтому его сопротивление ни на что не влияет!

Следующая повторно нарисованная эквивалентная схема может помочь объяснить, почему сопротивления выводов компенсируются:

На приведенной выше диаграмме видно, что если R _вывод изменяется одинаково во 2-м и 3-м плече моста, его эффект компенсируется. вне.

RTD Материалы и конструкция

RTD действует как электрический преобразователь, преобразуя изменения температуры в сигналы напряжения путем измерения сопротивления. Металлы, которые лучше всего подходят для использования в качестве датчиков RTD, представляют собой чистые металлы или определенные сплавы одинакового качества, сопротивление которых увеличивается при повышении температуры и, наоборот, сопротивление уменьшается при понижении температуры. Лишь немногие металлы обладают свойствами, необходимыми для использования в элементах РДТ. Обычными материалами, используемыми в датчике RTD, являются проволока BALCO, медь, платина.

BALCO – Датчик, изготовленный из проволоки BALCO, представляет собой отожженный резистивный сплав с номинальным содержанием 70 процентов никеля и 30 процентов железа. Резистивный элемент BALCO 500 Ом обеспечивает относительно линейное изменение сопротивления от –40 до 250°. Датчик имеет малую массу и быстро реагирует на изменения температуры. При сопротивлении 1000 Ом на элементе BALCO температура составляет приблизительно 70°F. При повышении температуры сопротивление изменяется на 2,2 Ом на 1°F. Это называется кривой температурного коэффициента сопротивления (кривая TCR). В BALCO, поскольку сопротивление имеет прямую зависимость от температуры, т. е. при повышении температуры сопротивление увеличивается пропорционально. Обычный диапазон измерения температуры с помощью BALCO составляет от -40° до 240°F.

Платина – Датчики RTD, изготовленные из платины, демонстрируют линейную реакцию и стабильность во времени. В некоторых приложениях используется короткая длина провода для обеспечения номинального сопротивления 100 Ом. Однако при низком значении сопротивления самонагрев элемента и сопротивление провода датчика могут повлиять на показания температуры. При небольшом изменении сопротивления элемента необходимо использовать дополнительное усиление для увеличения уровня сигнала. Платиновый пленочный датчик на изолирующей основе обеспечивает высокое сопротивление до 1000 Ом при 74°. Благодаря такому высокому сопротивлению датчик относительно невосприимчив к самонагреву и быстро реагирует на изменения температуры. Элементы РДТ этого типа широко распространены.

Эти металлы лучше всего подходят для применения в RTD из-за их линейных характеристик сопротивление-температура (как показано на рисунке ниже), их высокого коэффициента сопротивления и их способности выдерживать повторяющиеся температурные циклы. Коэффициент сопротивления — это изменение сопротивления на градус изменения температуры, обычно выражаемое в процентах на градус температуры. Используемый материал должен вытягиваться в тонкую проволоку, чтобы элемент можно было легко изготовить.

Версии из меди и никеля работают при более низких температурах и дешевле платины. Платина является наиболее универсальным материалом благодаря широкому диапазону температур (от –200°C до 850°C), отличной повторяемости, стабильности и устойчивости к химическим веществам и коррозии.

Элементы RTD обычно представляют собой длинные пружинные провода, окруженные изолятором и заключенные в металлическую оболочку. На рисунке ниже показана внутренняя конструкция RTD.

В этой конкретной конструкции платиновый элемент окружен фарфоровым изолятором. Изолятор предотвращает короткое замыкание между проводом и металлической оболочкой. Инконель, сплав никеля, железа и хрома, обычно используется при изготовлении оболочки RTD из-за присущей ему коррозионной стойкости. При помещении в жидкую или газовую среду оболочка из инконеля быстро достигает температуры среды. Изменение температуры вызывает нагревание или охлаждение платиновой проволоки, что приводит к пропорциональному изменению сопротивления.

Преимущества: Линейное сопротивление в зависимости от температуры, хорошая стабильность, широкий диапазон рабочих температур. Взаимозаменяемость в широком диапазоне температур. для компенсации сопротивления проводов требуется четыре провода, требуется питание внешней цепи

Дополнительные сведения

Термометры сопротивления обычно используются для измерения температуры воздуха и жидкости в трубах и воздуховодах, а также в качестве датчиков комнатной температуры. Сопротивление элементов RTD изменяется в зависимости от температуры. Некоторые элементы демонстрируют большие изменения сопротивления, линейные изменения или и то, и другое в широком диапазоне температур.

Изменение напряжения на чувствительном элементе определяет сопротивление датчика. Подаваемая для этой цели мощность может вызвать небольшой нагрев элемента и создать неточность в измерении температуры. Уменьшение тока питания или использование элементов с более высоким номинальным сопротивлением может свести к минимуму эффект самонагрева.

Сопротивление некоторых элементов RTD составляет всего 100 Ом. В этих случаях сопротивление подводящих проводов, соединяющих RTD с контроллером, может значительно увеличить общее сопротивление подключенного RTD и вызвать ошибку измерения температуры. Например, датчик, расположенный на расстоянии 25 футов от контроллера, имеет медный провод управления 25 x 2 = 50 футов. Если провод управления имеет сопротивление постоянному току 6,39Ом/фут, 50 футов провода должны иметь общее сопротивление постоянному току 0,319 Ом. Если датчик представляет собой платиновый датчик с сопротивлением 100 Ом и температурным коэффициентом 0,69 Ом на градус Фаренгейта, 50 футов провода внесут погрешность в 0,46 градуса Фаренгейта. Если датчик представляет собой платиновый датчик сопротивлением 3000 Ом с температурным коэффициентом 4,8 Ом на градус Фаренгейта, 50 футов провода внесут погрешность в 0,066 градуса Фаренгейта.

Следовательно, чем меньше сопротивление сенсорного элемента, тем выше вероятность ошибки. Значительные погрешности можно устранить, отрегулировав настройку калибровки на контроллере, или, если контроллер предназначен для этого, можно проложить третий провод к датчику и подключить его к специальной компенсационной цепи, предназначенной для устранения влияния длины провода на измерение. .

Читайте также: Принцип работы термопары

Будьте первым, кто получит эксклюзивный контент прямо на вашу электронную почту.

Обещаем не спамить. Вы можете отписаться в любое время.

Неверный адрес электронной почты

Основы термометров сопротивления | Измерение температуры | Основы сбора данных

В этом разделе представлены основные сведения о термометрах сопротивления, способы их выбора и основные моменты их использования.

«Измерение температуры» — в этом руководстве опубликовано все, от базовых знаний до продвинутых методов!

В этом руководстве объясняются методы измерения температуры объектов, которые нельзя измерить с помощью термопар или термометров сопротивления, причем это объяснение доступно даже новичкам.

Получить PDF для более подробной информации

Термометры сопротивления — это датчики, которые измеряют температуру, используя характеристики металла или оксида металла, в которых его удельное электрическое сопротивление изменяется с изменением температуры, и измеряя это сопротивление.
Эти термометры также называются RTD (резистивные датчики температуры).
В качестве металла, используемого в термометрах сопротивления, обычно используется платина (Pt100) из-за ее стабильных характеристик и доступности.
Использование этого металла обеспечивает совместимость между производителями.
В настоящее время термометры сопротивления вместе с термопарами являются наиболее часто используемыми датчиками температуры.

Термометры сопротивления используются для точного измерения температуры.

Возможность точного измерения температуры
Возможность измерения очень низких температур

Два основных преимущества термометров сопротивления перечислены выше. С другой стороны, эти датчики не подходят для высокотемпературных измерений.
Как правило, термометры сопротивления используются для измерения температуры окружающей среды, тогда как термопары выбираются для измерения температуры промышленных печей.

Значение сопротивления резистивного элемента термометра сопротивления изменяется в фиксированной пропорции при изменении температуры.
Температура определяется путем пропускания определенного тока через резистивный элемент, измерения напряжения на обоих его концах с помощью прибора и расчета значения сопротивления по закону Ома (E = IR).

Температура (°C)	-100	0
0	60,26	100
-10	56,19	96.09
-20	52.11	92,16
-30	48	88,22
-40	43,88	84,27
-50	39,72	80,31
-60	35,54	76,33
-70	31,34	72,33
-80	27,1	68,33
-90	22,83	64,3
-100	18,52	60,26

Температура (°C)	0	100	200
0	100	138,51	175,86
10	103,9	142,29	179,53
20	107,79	146,07	183,19
30	111,67	149,83	186,84
40	115,54	153,58	190,47
50	119,4	157,33	194,1
60	123,24	161,05	197,71
70	127,08	164,77	201,31
80	130,9	168,48	204,9
90	134,71	172,17	208,48
100	138,51	175,86	212. 05

Температура (°C)	300	400	500
0	212.05	247,09	280,98
10	215,61	250,53	284,3
20	219,15	253,96	287,62
30	222,68	257,38	290,92
40	226,21	260,78	294,21
50	229,72	264,18	297,49
60	233,21	267,56	300,75
70	236,7	270,93	304.01
80	240,18	274,29	307,25
90	243,64	277,64	310,49
100	247,09	280,98	313,71

Температура (°C)	600	700	800
0	313,71	345. 28	375,7
10	316,92	348,38	378,68
20	320,12	351,46	381,65
30	323,3	354,53	384,6
40	326,48	357,59	387,55
50	329,64	360,64	390,48
60	332,79	363,67
70	335,93	366,7
80	339,06	369,71
90	342,18	372,71
100	345,28	375,7

(единица измерения: Ом)

Скачать PDF

Термометры сопротивления обычно делятся на следующие четыре типа.

Тип	Диапазон измерения
Платиновые термометры сопротивления	от -200 до +660°C (от -328 до +1220°F)
Медные термометры сопротивления	от 0 до +180°C (от 32 до +356°F)
Никелевые термометры сопротивления	от -50 до +300°C (от -58°F до +572°F)
Платиново-кобальтовые термометры сопротивления	от -272 до +27°C (от -457,6 до +80,6°F)

Характеристики каждого типа термометра сопротивления перечислены ниже.

Эти термометры сопротивления наиболее широко используются для промышленных измерений из-за их большого изменения значений сопротивления в зависимости от температуры, а также из-за их высокой стабильности и точности.
Платиновые термометры сопротивления подразделяются на два основных типа, перечисленных ниже. Чаще всего используется Pt100.

Символ	Сопротивление при 0°C (32°F)	Коэффициент сопротивления
Pt100	100 Ом	1. 3851
Pt10	10 Ом	1.3851

Коэффициент сопротивления: сопротивление при 100°C (212°F) / сопротивление при 0°C (32°F)

Эти термометры сопротивления имеют небольшой разброс температурных характеристик и недороги. Однако их размеры не могут быть уменьшены из-за малого удельного сопротивления (удельного сопротивления).
Кроме того, поскольку они легко окисляются при высоких температурах, верхняя рабочая температура ограничена примерно +180°C (+356°F).

Эти термометры сопротивления имеют большое изменение значений сопротивления на 1°C (1,8°F) и недороги.
Однако они имеют низкий верхний предел рабочей температуры, например, из-за их точки превращения около +300°C (+572°F).

Это датчики, в которых в качестве резистивных элементов используется разбавленный сплав платины/кобальта, и которые используются для измерения очень низких температур.

Точность термометров сопротивления определяется как «допуск для измеренных температур».

Класс	Допуск (°C)
А	±(0,15 + 0,002│t│)
Б	±(0,3 + 0,005│t│)

│t│: абсолютное значение измеренной температуры

Внутренние проводники подключаются по двух-, трех- или четырехпроводной системе.

Двухпроводная система: Система электропроводки, в которой к каждому концу резистивного элемента подключен один проводник.
Хотя эта система недорогая, необходимо заранее проверить и отрегулировать сопротивление проводника, поскольку сопротивление проводника добавляется как есть как значение сопротивления. Таким образом, это не практическая система.

Трехпроводная система: Это наиболее часто используемая система проводки, в которой два проводника присоединяются к одному концу резистивного элемента, а один проводник — к другому концу.
Его особенность в том, что можно избежать влияния сопротивления проводника, если три проводника имеют одинаковую длину, материал, диаметр провода и электрическое сопротивление.

Четырехпроводная система: Система электропроводки, в которой к каждому концу резистивного элемента присоединены два проводника.
Принцип измерения таков, что хоть эта система и дорогая, с ее помощью можно полностью избежать влияния сопротивления проводника.

Почему на трехпроводной термометр сопротивления не влияет сопротивление проводника?

Как показано на рисунке, трехпроводной термометр сопротивления состоит из двух проводников, подключенных к одному концу резистивного элемента, и одного проводника к другому концу.
С сопротивлением резистивного элемента как R и сопротивлением трех проводников как R ₁ , R ₂ и R ₃ соответственно (R ₁ = R ₂ = R ₃ ), заданный ток течет по пути от A до B до C.
не течет к R ₂, потому что B и D имеют одинаковый потенциал)
В это время самописец, к которому подключен трехпроводной термометр сопротивления, измеряет напряжение между A и B и напряжение между B и C и записывает их разность как измеренное значение.
Поскольку значение протекающего тока является постоянным, а напряжение, проходящее через каждый резистор, равно
R： V
R ₁ , R ₃ : V1
,
(Напряжение между B и C) — (Напряжение между A и B)
= (V + V1) — (V1)
= V
таким образом можно избежать влияния сопротивления проводника.

(1) Термометры сопротивления общего назначения (оснащенные защитными трубками)
Это самая основная конструкция термометра сопротивления, в которой внутренние проводники соединены с резистивным элементом, проводники и элемент находятся в защитной трубке, а клемма крепится к конструкции, чтобы можно было использовать термометр сопротивления.
Вы можете выбрать защитную трубку с высокой устойчивостью к вибрации и коррозии. Основными преимуществами являются низкие цены и простота в обращении.
С другой стороны, недостатком этой конструкции является медленное реагирование из-за того, что она больше, чем термометры сопротивления с оболочкой, описанные ниже.

А: Резистивный элемент
Б: Внутренние проводники
С: Защитная трубка
Д: Терминал

(2) Термометры сопротивления с оболочкой
Эти термометры сопротивления сконструированы путем интеграции внутренних проводников и резистивного элемента в металлическую оболочку и заполнения оболочки высокочистым MgO (оксидом магния).
Их самым большим преимуществом является быстрое реагирование благодаря тонкой трубке без воздушной прослойки.
В качестве других преимуществ вы также можете свободно сгибать форму и уменьшать внешний диаметр.

А: Металлическая оболочка
Б: Резистивный элемент
С: Внутренние проводники
Д: MgO (оксид магния)

Что такое «двойной элемент»?

Резистивный элемент термометра сопротивления иногда называют просто «элементом».
Как правило, в термометре сопротивления существует только один резистивный элемент, структура, которая называется «одноэлементной».
«Двойной элемент» относится к типу термометра сопротивления, в котором имеется два резистивных элемента. Этот тип используется для следующих целей.

Для повышения надежности при отказе, таком как отсоединение внутренних проводников.
Для отображения и записи одних и тех же измеренных значений на нескольких приборах (таких как самописцы и регуляторы температуры).

Скачать PDF

Термометр сопротивления рассчитывает температуру путем точного измерения значения сопротивления внутреннего резистивного элемента. Таким образом, необходимо максимально минимизировать влияние сопротивления проводника. В случае трехпроводной или четырехпроводной системы убедитесь, что проводники имеют одинаковый материал, внешний диаметр, длину и электрическое сопротивление, а также отсутствие температурного градиента.

Можно ли удлинить термометр сопротивления?

Да, используя проводник для термометра сопротивления.
Если вам нужен длинный проводник, проверьте значение сопротивления на метр проводника, чтобы не выдавать ошибок. Выберите проводник в пределах диапазона сопротивления источника входного сигнала для вашего записывающего устройства.

Точное измерение температуры невозможно, если секция измерения температуры термометра сопротивления не установлена таким образом, чтобы иметь ту же температуру, что и объект измерения.
Независимо от типа термометра сопротивления (с защитной трубкой или с кожухом), убедитесь, что длина секции измерения температуры примерно в 15–20 раз больше наружного диаметра.

При измерении температуры с помощью термометра сопротивления указанный ток пропускают через термометр для получения температуры. В это время выделяется джоулево тепло, которое нагревает сам термометр сопротивления.
Это называется «самонагрев».
Самонагрев пропорционален квадрату указанного тока (он также зависит от конструкции термометра сопротивления и окружающей среды), и если этот нагрев велик, могут возникнуть ошибки в точности.

Как правило, точность термометра сопротивления гарантируется в соответствии с применимым указанным током, поэтому вам не нужно беспокоиться о самонагреве, пока вы используете указанный ток, указанный в спецификациях.

Указанный ток термометра сопротивления указан в технических условиях.
Не пропускайте ток, отличный от указанного в технических характеристиках.
Это может привести к следующим проблемам.

Изменения количества выделяемого тепла вызывают ошибки измерения.
При изменении указанного тока также изменяются измеренные значения напряжения, что приводит к отображению неверных значений температуры.

Используйте двухэлементный термометр сопротивления при параллельном подключении одного термометра сопротивления к нескольким регистраторам.
Если вы используете одноэлементный тип, обязательно подготовьте один термометр сопротивления для каждого самописца.

В чем проблема с параллельным подключением? (Одноэлементный тип)

Самописец пропускает указанный ток через термометр сопротивления и измеряет напряжение, генерируемое на обоих концах резистора.
Параллельное соединение приводит к тому, что указанный ток подается от двух регистраторов, что приводит к неточным измеренным значениям напряжения.

Правильно подключите проводники к рекордеру. Невыполнение этого требования приведет к отображению неправильных значений температуры.
На следующем рисунке показано, как подключить трехпроводной термометр сопротивления к самописцу.

№ по каталогу 1

Как подключить двухпроводной термометр сопротивления к самописцу, предназначенному для измерения трехпроводного термометра сопротивления

№ по каталогу 2

Как подключить четырехпроводной термометр сопротивления к самописцу, предназначенному для измерения трехпроводного термометра сопротивления

* Поскольку в этой схеме подключения используется термометр сопротивления трехпроводного типа, точность соответствует точности трехпроводного типа.

Скачать PDF

Измерение температуры Основы термопар
Измерение температуры Основы радиационных термометров

ИНДЕКС

Для тех, кто хочет узнать
больше о температуре!

В этом руководстве объясняются методы измерения температуры движущихся объектов и объектов с малой теплоемкостью,
, которые нельзя измерить с помощью термопар или термометров сопротивления, и это легко понять даже новичкам.

Термометр сопротивления или RTD – Конструкция, работа и преимущества

25 июня 2021 г.

Мы знаем, что изменение температуры проводника вызывает изменение его сопротивления. Следовательно, свойство изменения сопротивления из-за изменения температуры можно использовать для измерения температуры, образуя преобразователь, называемый термометром сопротивления (RTD). Это первичный электрический преобразователь, также известный как термометр сопротивления.

Термометр сопротивления или RTD создает изменение сопротивления из-за изменения температуры. Затем изменение сопротивления преобразуется в электрический сигнал вторичным преобразователем и определяется температура.

Конструкция термометра сопротивления или термометра сопротивления:

Термометры сопротивления изготавливаются в виде стеклянной или металлической трубки, которая содержит проволоку сопротивления, намотанную на керамическую оправку внутри нее, а выводы проволоки сопротивления находятся снаружи керамической оправки. Схема подключения термометра сопротивления к мостовой схеме в процессе измерения температуры показана ниже.

Резистивная проволока RTD в основном состоит из платины, никеля или меди. Изменение сопротивления провода измеряется с помощью схемы, известной как мостовая схема.

Материал, используемый для RTD:

Материал, из которого изготовлен RTD (т. е. резистивная проволока RTD), должен иметь высокое удельное сопротивление. Лучше всего для изготовления РДТ подходят такие металлы, как платина, никель, никелевые сплавы. Платина является наиболее широко используемым металлом для RTD из-за ее высокой стабильности и термостойкости.

Материал, используемый для RTD, должен соответствовать следующим требованиям:

Изменение сопротивления при изменении температуры должно быть высоким.
Чувствительный элемент RTD не должен постоянно изменять свое сопротивление в зависимости от температуры и использования в течение определенного периода времени.
Должна быть линейная реакция изменения сопротивления на изменение температуры в широком диапазоне температур.
Для измерения быстро меняющейся температуры объем материала должен быть небольшим. Так что для повышения температуры требуется меньше тепла.

Поскольку большинство металлических проводников имеют положительный температурный коэффициент, т. е. сопротивление увеличивается с повышением температуры и наоборот, они лучше всего подходят для приложений RTD. Ниже показаны почти линейные характеристики сопротивление-температура различных металлов.

Медь, никель и платина обладают хорошей чувствительностью, высоким коэффициентом сопротивления и воспроизводимостью. Резистивные датчики сопротивления, изготовленные из никеля и никелевых сплавов, менее дороги и обладают хорошей надежностью по сравнению с платиной.

Кроме того, температурный коэффициент немного выше, чем у платины, поэтому они используются в промышленных применениях с малым радиусом действия. Платиновые термометры сопротивления используются для высокоточных измерений и лучше всего подходят для многих приложений благодаря их стабильной работе и воспроизводимости.

Металл	Температурный коэффициент сопротивления	Температурный диапазон
Платина	0,39	-260°C0841
Copper	0. 39	0°C to 180°C
Nickel	0.62	-220°C to 300°C
Tungsten	0.45	-200°C to 1000°C

Работа RTD или термометра сопротивления:

Принцип работы RTD заключается в том, что изменение температуры проводника вызывает изменение его сопротивления. Когда термометр сопротивления помещается в место, где должна быть измерена температура, и подвергается температурным колебаниям. Произойдет изменение сопротивления проводника термометра сопротивления. Величину изменения сопротивления можно определить,

R = R _o (1 + α ₁ T + α ₂ T ² + α ₃ T ³ +…+ α _n T ⁿ )

, где,

R _O = сопротивление при нулевой температуре
α ₁, α ₂, α ₃, … α _N = температура. СОЕДИНЕНИЕ779292 9043, … α _n = температура. СОЕДИНЯТ77779292 9043, … α _N = температура. СОЕДИНЕНИЕ7779292 9043, … α _n = температура. СОЕДИНЯТ777779292 9043, … α _N = температура. Уравнение изменения величины сопротивления измеряется по мостовой схеме (мост Уитстона) и определяется температура.
Определение температуры с помощью моста Уитстона:
Первоначально предположим, что мост находится в состоянии баланса, т. е. четыре резистора, подключенные к четырем плечам моста Уитстона, имеют одинаковое значение, а генерируемый выходной сигнал равен нулю.
Поместите термометр сопротивления в процесс или среду, температура которой должна быть определена, и подсоедините два провода термометра сопротивления к любому из плеч моста Уитстона (после снятия сопротивления с этого плеча). Здесь термометр сопротивления действует как четвертый элемент сопротивления моста.
При изменении температуры процесса сопротивление провода сопротивления также изменяется, что, в свою очередь, нарушает состояние балансировки моста.

Как работают термометры сопротивления. Статьи. Поддержка. ТД Эталон

что это и где они применяются? — статьи компании «НПО РИЗУР»

Термометры сопротивления: от теории к практике

Введение

Термометры сопротивления

Локальные и международные стандарты на ТС

Основные параметры ТС

Температурный коэффициент термометра сопротивления

Номинальное сопротивление ТС

Максимальный диапазон измерений ТС

Номинальная статическая характеристика

Схемы включения термометров сопротивления

Заключение

Конструкция и принцип работы термометров сопротивления — Студопедия

Энергетическое образование

5. Термометры сопротивления

Термопреобразователи / термометры сопротивления WIKA

Измерительная вставка для термометра сопротивления

Термометр сопротивления

Датчик RTD

Резьбовой термометр сопротивления

Термометр сопротивления с фланцевым соединением

Резьбовой термометр сопротивления

Термометр сопротивления

Малогабаритный термометр сопротивления

Термометр сопротивления проточный

Термопреобразователь

Вкручиваемый термометр

OEM термометр сопротивления

Термометр сопротивления байонетного присоединения

Термометр сопротивления для монтажа на трубе

Термометр сопротивления с цифровым индикатором

Погружной датчик температуры

Что такое термометр сопротивления? Принцип работы, конструкция, характеристическая кривая и принципиальная схема термометра сопротивления

Принцип работы термометра сопротивления

Конструкция термометра сопротивления

Основное уравнение для термометра сопротивления

Характеристики материалов, используемых в термометре сопротивления

Цепь термометра сопротивления

Рекомендации по проектированию схемы в термометре сопротивления

3-проводной термометр сопротивления

Преимущества термометра сопротивления

Недостатки термометра сопротивления

Цепь, работа и ее применение

Цепь термометра сопротивления

Принцип работы

Конструкция термометра сопротивления

Преимущества и недостатки

Применение термометров сопротивления

Термометр сопротивления Принцип работы — температура

Что такое RTD?

Инструменты для измерения сопротивления и температуры | Контрольно-измерительные приборы

Основы термометров сопротивления | Измерение температуры | Основы сбора данных

Термометр сопротивления или RTD – Конструкция, работа и преимущества

Конструкция термометра сопротивления или термометра сопротивления:

Материал, используемый для RTD:

Материал, используемый для RTD, должен соответствовать следующим требованиям:

Работа RTD или термометра сопротивления:

, где,

Определение температуры с помощью моста Уитстона:

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики