Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Конструктивно
датчики термосопротивления представляют собой катушку, намотанную очень тонкой (0,05 или 0,063)
медной или платиновой проволокой.

Катушка помещается внутрь
завальцованной с одной стороны металлической гильзы с герметизирующей засыпкой
или заливкой, имеющей электрическое сопротивление более 10 МОм. Выводы катушки соединены с
клеммами, расположенными в головке датчика.

Совокупность катушки,
гильзы и клемм называется чувствительным элементом.
Все остальное – корпусом или головкой датчика.

По сути дела, датчик
термосопротивления является переменным резистором, сопротивление которого
меняется по определенному закону в зависимости от температуры среды. Закон
изменения сопротивления зависит от градуировки датчика. С эксплуатационной
точки зрения можно считать, что закон изменения сопротивления является линейной
функцией.

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Любая
линейная функция, как известно, описывается двумя точками. В случае датчика
термосопротивления первой точкой является точка R0 (сопротивление датчика при 0°С), второй точкой – W100 (коэффициент определяющий сопротивление датчика
при 100°С).

Основными
градуировками датчиков термосопротивления являются 50М, 50П, 100М, 100П, Pt100, 500М и 500П. Цифра в обозначении градуировки указывает на
сопротивление датчика в омах при 0°С, то есть определяет упомянутую ранее точку
R0.

Буква в обозначении указывает на материал
проволоки чувствительного элемента (М – медь, П и Pt — платина). Датчики градуировки 100П и Pt100 несмотря на одинаковое R0 и материал проволоки все же имеют разные
характеристики. Это различие определяется коэффициентом W100.

Платиновые датчики градуировки 100П отечественного производства чаще всего имеют коэффициент W100=1,3910 или W100=1,3850, медные датчики отечественного производства имеют W100=1,4280. Импортные платиновые и медные датчики термосопротивления имеют  W100=1,3850 и W100=1,4260 соответственно.

Коэффициент W100 показывает во сколько раз измениться
сопротивление R0 датчика термосопротивления при
его нагревании с 0 до 100°С.

Так
сопротивление датчика градуировки 100П с W100=1,3910 при температуре чувствительного элемента
равной 100°С составит:

R100=R0*W100=100(Ом)*1,3910=139,10(Ом)

Таким
образом, для прикидочных расчетов, можно принять что на 1 Ом сопротивления датчиков
градуировок 100П и Pt100 приходиться 2,5°С.
Так при сопротивлении датчика 108 Ом измеряемая им температура равна 20°С.

Измерение сопротивления датчика можно производить любым мультиметром,
предварительно отсоединив от датчика соединительные провода, чтобы исключить
влияние вторичного прибора. Для более точного определения температуры по сопротивлению датчика можно воспользоваться градуировочными таблицами.

Для измерения температуры природного и технических газов наиболее часто применяются датчики 50М и 100М, а для измерения температуры воды и пара — 100П и 500П.

С 1 января 2008 года вступил в силу новый ГОСТ Р 8.625—2006 на датчики термосопротивления. Этот ГОСТ отменил понятие W100, заменив его на коэффициентом «альфа». Кроме того, ГОСТ Р 8.625—2006 установил однозначное соответствие между типом чувствительного элемента (М, П или Pt) и коэффициентом «альфа».

Так для элемента 50М (100М и т.д) значение «альфа» равно 0,00428, что соответствует старому обозначению W100=1.428, для элемента Pt100 «альфа» равно 0,00385 (W100=1.385), для элемента 100П «альфа» равно 0,00391 (W100=1.391).

Поэтому значение «альфа» и W100 в заводских паспортах и на шильдиках новых датчиков термосопротивления могут не указываться.

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Подключение
датчиков термосопротивления производиться по двух, трех или четырех проводной
схеме. Двухпроводная схема подключения используется крайне редко, так как в
этом случае сопротивление соединительных проводов вносит существенную
погрешность в измерение.

Наиболее часто используется трехпроводная схема
подключения – именно по этой схеме датчики термосопротивления подключаются к
контроллерам Siemens серии S300 как впрочем и к контроллерам других серий и
других производителей.

Четырехпроводная схема в основном используется при
подключении датчиков термосопротивления к приборам технического и коммерческого
учета потребления энергоресурсов, где важно максимально точное измерение
температуры. Именно при четырехпроводной схеме осуществляется полная
компенсация сопротивления соединительных проводов и наибольшая точность
показаний.

Датчики термосопротивления чаще всего имеют четыре клеммы для
подключения соединительных проводов, широко распространены и датчики с тремя
клеммами. Датчики с двумя клеммами встречаются редко и, как правило, они имеют
соединительные провода фиксированной длины заводского изготовления, с помощью
которых датчик присоединяется к вторичному прибору.

Погрешность измерения температуры ΔТ при применении
двухпроводной линии связи датчика термосопротивления с вторичным прибором может
быть рассчитана по следующей формуле.

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивленияЗависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Увеличение длины линии связи L приводит к возрастания погрешности,
применение провода с большим сечение жилы S приводит к уменьшению погрешности. Удельное сопротивление меди
ρ равно 0,0171 Ом*мм2/м. Через множитель 2 учитывается суммарное сопротивление
обоих (двух) жил кабеля.

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Коэффициент К зависит от градуировки применяемого датчика
термосопротивления. Коэффициенты К, приведенные в таблице, были рассчитаны для W100=1,391 (платиновые
датчики) и W100=1,428 (медные
датчики).

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Как видно из таблицы при двухпроводной линии связи с
датчиком термосопротивления целесообразно применение провода с большим сечением
жилы. Расчет выполнен для одножильных и многожильных проводов и кабелей 3 класса (по ГОСТ 22483-77). Реальная погрешность вносимая в результат измерения двухпроводной линией
связи с длиной отличной от 10 метров будет отличаться от расчетной табличной величины.

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

В случае применения двухпроводной схемы подключения, предпочтительнее использовать датчики сопротивлением 100 или даже 500 Ом, так как сопротивление соединительных проводов в этом случае, вносит меньшую погрешность в результат измерения температуры, чем при применении 50-омного датчика. В некоторых случаях целесообразнее использовать встроенный в головку датчика нормирующий преобразователь.

При подключении датчика температуры к контроллеру Siemens S300 может возникнуть следующая ситуация. При ослаблении контакта от одного или нескольких выводов термометра сопротивления, например, в проходной клеммной коробке наблюдается рост показаний температуры.

Причем возрастание показаний температуры происходит медленно и так же медленно потом уменьшается в зависимости от того, как изменяется сопротивление самого термометра. То есть все указывает на то, что происходит реальный нагрев датчика.

Но при измерении сопротивления датчика цифровым мультиметром видно, что на самом деле датчик имеет температуру меньшую, чем показывает контроллер. Протяжка всех клеммных соединений устраняет данную проблему.

Платиновые
датчики термосопротивления ТСП и Pt100
теоретически имеют диапазон измеряемых температур от -200 до 1100°С. Наиболее
распространены датчики с диапазоном -50…350°С.

Работа датчиков
термосопротивления в этом диапазоне обеспечивает измерение температуры воды,
пара и всевозможных технических газов, получивших распространение в
промышленности и не требует применения специальных жаростойких марок сталей при
их изготовлении.

Медные датчики способны работать в диапазоне -200…200°С.
Выпускаемые промышленностью датчики ТСМ 
имеют температурный диапазон -50…150°С.

Для того чтобы датчик
термосопротивления можно было заменить, выкрутив из трубы, не перекрывая
трубопровод при их монтаже используют защитные гильзы (стаканы). Защитная гильза также предохраняет термометр сопротивления от высокого давления и скоростного напора в трубопроводе.

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Гильза
вкручивается в вваренную в трубопровод бобышку, а уже в нее вставляется датчик
термосопротивления и фиксируется гайкой. Для лучшего теплообмена внутрь гильзы должно быть залито масло. У некоторых датчиков стакан является
конструктивной единицей корпуса датчика, поэтому такой датчик вворачивается
напрямую в бобышку.

При выходе из строя датчика его чувствительный элемент
вынимается из корпуса и заменяется новым. Корпус при этом остается на месте и
герметичность трубопровода не нарушается. При измерении температуры агрессивных сред на поверхность защитной гильзы наносят полимерное защитное покрытие.

Для измерения температуры свыше 300°С
как правило используют термопары.

Дополнительную информацию вы можете найти в разделе «Вопрос-ответ».

Посмотреть другие статьи в том числе про измерение температуры.

Источник: http://knowkip.ucoz.ru/publ/teplotekhnicheskie_izmerenija/izmerenie_temperatury/1-1-0-1

Термометр сопротивления – датчик для измерения температуры: что это такое, описание и виды

Главная › База знаний ›

26.11.2019

Температура – один из основных физических параметров. Измерять и контролировать его важно как в бытовой жизни, так и на производстве. Для этого существует множество специальных устройств.

Термометр сопротивления – один из самых распространенных приборов, активно применяющийся в науке и промышленности.

Сегодня мы расскажем что такое термометр сопротивления, его преимущества и недостатки, а также разберемся в различных моделях.

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Область применения

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

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

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

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

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Виды датчиков и их характеристики

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

Классификация ТС происходит именно по типу чувствительного элемента.

Металлический термометр сопротивления по ГОСТ 6651-2009

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

Платиновые измерители температуры

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

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

Читайте также:  Монтаж встраиваемых и выдвижных розетки

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

Никелевые термометры сопротивления

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

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

  Что такое резистор и для чего он нужен?

Медные датчики (ТСМ)

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

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

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

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Терморезисторы

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

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

Различают два вида терморезисторов:

  • термисторы – имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть при росте температуры, сопротивление уменьшается;
  • позисторы – имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, то есть при увеличении температуры, сопротивление также возрастает.

Градуировочные таблицы термометров сопротивления

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

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

Для обозначения металла используют:

  • П или Pt – платина;
  • М – медь;
  • N – никель.

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

Ниже представлен фрагмент градуировочной таблицы термометров.

Класс допуска

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

  Как измерить ёмкость конденсатора мультиметром?

  • Класс допуска – это разница между фактической температурой тела и температурой, которую получили при измерении.
  • Существует 4 класса точности ТС (от наиболее точного к приборам с большей погрешностью):
  • Приведем фрагмент таблицы классов допуска, полную версию вы можете увидеть в ГОСТ 6651-2009.

Схема подключений

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

  • 2-проводная цепь. Содержит минимальное количество проводов, а значит, самый дешевый вариант. Однако, при выборе данной схемы достичь оптимальной точности измерений не получится – к сопротивлению термометра будет прибавляться сопротивление используемых проводов, которые и будут вносить погрешность, зависимую от длины проводов. В промышленности такая схема применяется редко. Используется лишь для измерений, где не важна особая точность, а датчик находится в непосредственной близости от вторичного преобразователя. 2-проводная схема изображена на левом рисунке.
  • 3-проводная цепь. В отличии от предыдущего варианта здесь добавляется дополнительный провод, накоротко соединённый с одним из двух других измерительных. Его основная цель – возможность получить сопротивление подключенных проводов и вычесть это значение (компенсировать) из измеренного значения от датчика. Вторичный прибор, кроме основного измерения, дополнительно измеряет сопротивление между замкнутыми проводами, получая тем самым значение сопротивления проводов подключения от датчика до барьера или вторичника. Так как провода замкнуты, то это значение должно быть равно нулю, но по факту из-за большой длины проводов, это значение может достигать нескольких Ом. Далее эта погрешность вычитается из измеренного значения, получая более точные показания, за счёт компенсации сопротивления проводов. Такое подключение применяется в большинстве случаев, поскольку является компромиссом между необходимой точностью и приемлемой ценой. 3-х проводная схема изображена на центральном рисунке.
  • 4-проводная цепь. Цель такая же, что и при использовании трехпроводной схемы, но компенсация погрешности идёт обоих измерительных проводов. В трехпроводной схеме значение сопротивления обоих измерительных проводов принимается за одинаковое значение, но по факту оно может незначительно отличаться. За счет добавления ещё одного четвёртого провода в четырехпроводной схеме (закороченного со вторым измерительным проводом), удается получить отдельно его значение сопротивления и почти полностью компенсировать всё сопротивление от проводов. Однако, данная цепь является более дорогой, так как требуется четвёртый проводник и поэтому реализуется или на предприятиях с достаточным финансированием, или при измерении параметров, где нужна большая точность. 4-х проводную схему подключений вы можете увидеть на правом рисунке.

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Обратите внимание! У датчика Pt1000 уже при нуле градусов сопротивление равно 1000 Ом.

Увидеть их можно, например, на паровой трубе, где измеряемая температура равна 100-160 °С, что соответствует примерно 1400-1600 Ом. Сопротивление же проводов в зависимости от длины равно примерно 3-4 Ом, т.е.

на погрешность они практически не влияют и смысла в использовании трёх или четырёх проводной схемы подключения особо нет.

Преимущества и недостатки термометров сопротивления

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

  Что такое степень пылевлагозащиты ip67?

Преимущества:

  • практически линейная характеристика;
  • измерения достаточно точны (погрешность не более 1°С);
  • некоторые модели дешёвые и просты в использовании;
  • взаимозаменяемость приборов;
  • стабильность работы.

Недостатки:

  • малый диапазон измерений;
  • довольно низкая предельная температура измерений;
  • необходимость использования специальных схем подключения для повышенной точности, что увеличивает стоимость внедрения.

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

Термометр сопротивления – датчик для измерения температуры: что это такое, описание и виды Ссылка на основную публикацию Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Источник: https://odinelectric.ru/knowledgebase/chto-takoe-termometr-soprotivlenija

Термосопротивление

В общепринятом смысле термосопротивление — это физическая величина, способность тела препятствовать распространению теплового движения молекул. Однако чаще всего под этим термином подразумевают специальные приборы, способные этот параметр измерять — термометры сопротивления и терморезисторы.

Принцип работы термосопротивления

При нагреве проводника изменяется его сопротивление, а следовательно, и ток, проходящий через проводник. Интенсивность изменения зависит от нескольких факторов:

  • температура и плотность окружающей среды;
  • скорость жидкой или газообразной среды;
  • размеры и материал самого проводника.

Если измерить зависимость сопротивления провода от этих неэлектрических величин, то на основе этой информации можно получать данные об изменении параметров окружающей среды. Собственно, в этом и заключается принцип, по которому работает термосопротивление.

Виды термосопротивлений

По материалу изготовления все термосопротивления можно разделить на следующие группы:

  1. Проводниковое термосопротивление. Термопреобразователи сопротивления производятся в точном соответствии с ГОСТ 6651-2009. Как правило, они изготавливаются из чистых металлов: меди, никеля и платины. В основном представляют собой каркасную или безкаркасную катушку, выполненную из однородного проводника с контактными выводами. Характеризуются прямой зависимостью сопротивления от температуры, чем выше температура, тем выше сопротивление. Имеют большой температурный коэффициент измерения, точность, характеристику близкую к линейной.

    Медь используется при измерениях от -50 до 150—180 градусов Цельсия в среде, свободной от посторонних примесей. Если температура будет выше, металл окислится, а это снижает точность.

    Никель можно применять для измерений до 250—300 градусов Цельсия. Однако стоит учитывать, что при температуре свыше 100 ºС зависимость сопротивления уже не является линейной. Она высчитывается по формулам, зависящим от марки никеля.

    Платина — это самый распространенный материал для промышленных приборов. Этот металл может использоваться при температуре до 1000—1200 градусов Цельсия, хотя на практике платиновое термосопротивление применяется до 650 ºС.

    Дело в том, что при температуре свыше 500 градусов Цельсия удобнее использовать датчики термопары. Кстати, стоит оговориться, что этот металл нельзя применять в восстановительных средах (углерод, пары кремния, калия, натрия и т. п.

    ).

  2. Полупроводниковое термосопротивление. Терморезистор (термистор), полупроводниковое сопротивление из разнородного сплава, может иметь прямую или обратную характеристику (PTC-термистор или NTС-термистор) зависимости сопротивления от температуры. Изготавливаются методом порошковой металлургии в виде дисков, шайб, бусинок, тонких пластинок. Имеют большой температурный коэффициент сопротивления, нелинейную характеристику, способны работать при значительных механических нагрузках и в сложных условия эксплуатации.

    NTC-термисторы типов ММТ-1 и КМТ-1 (рис. 1-а) состоят из полупроводникового эмалированного стержня (1), контактных колпачков (2) и выводов (3).

    NTC-термисторы типов ММТ-4 и КМТ-4 (рис. 1-б) выпускаются в герметичном металлическом корпусе (2), за счет чего могут использоваться даже во влажной среде. Герметизация осуществляется при помощи стекла (3) и олова (4), а сам полупроводниковый стержень (1) обернут фольгой (5).

    • Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления рис. 1-а              рис. 1-б

    Медно-кобальто-марганцевые терморезисторы вроде МКМТ-16 бусинкового типа (NTC-термисторы) (рис. 2) — это мини-измерители в стеклянном корпусе. В нем роль сопротивления играет шарик диаметром около 0,8 мм с платиновыми выводами диаметром 0,05 мм, к концам которых приварены проводники из нихромовой проволоки диаметром 0,1 мм.

    Все термопреобразователи сопротивления , предлагаемые нашей компанией, можно посмотреть в каталоге продукции.

Читайте также:  Импульсный источник питания (иип): принцип действия, устройство

Источник: https://www.owenkomplekt.ru/termosoprotivlenie.html

Термосопротивление

Датчики этого типа применяют для измерения температуры газа или жидкости. Использование таких изделий помогает получать данные оперативно, с высокой точностью. Серийное термосопротивление отличается доступной ценой, устойчивостью к различным внешним воздействиям. Кроме длительного сохранения функционального состояния, следует подчеркнуть простоту монтажа и технического обслуживания.

Типичное термосопротивление

Принцип работы термосопротивления

Датчик подключают в цепь со стабилизированным источником питания и подходящим по классу точности прибором (вольтметром, амперметром). С помощью этой простой схемы будет определяться измеряемый параметр по регистрации соответствующих электрических величин. Принцип работы обусловлен зависимостью сопротивления проводника от температуры проводника при нагреве или охлаждении.

Зависимость проводимости от температуры

В металлах движению свободных электронов создают препятствия примеси. На прохождение заряженных частиц оказывает влияние состояние кристаллической решетки. По мере снижения температуры амплитуда колебаний молекул уменьшается.

При достижении определенного уровня возникает сверхпроводимость, когда сопротивление становится пренебрежительно малой величиной. Нагрев провоцирует обратные реакции компонентов молекулярной решетки.

Соответствующим образом ухудшается проводимость.

Виды термодатчиков

Выше представлены типичные реакции металла при увеличении/ уменьшении температуры. Чувствительный элемент создают с определенным электрическим сопротивлением по аналогии с методикой изготовления проволочного (пленочного резистора).

Для расширения температурного диапазона и улучшения сопротивляемости реакциям окисления применяют платину. Модификации из меди (никеля) стоят дешевле, но отличаются худшими рабочими характеристиками. Изделие помещают в корпус, выполняющий защитные функции. Специальным наполнителем обеспечивают фиксацию датчика и хорошую теплопередачу.

Также применяют полупроводниковые датчики, собранные по аналогичной схеме. В этом варианте электрическое сопротивление уменьшается при увеличении температуры. Как правило, используют герметичный корпус с наполнением инертным газом. Слоем изоляции предотвращают электрический контакт компонентов конструкции. Специальные выводы предназначены для подключения устройства к внешним линиям.

Любой вид измерителя (полупроводник или металлический аналог) оценивают по следующим параметрам:

  • класс точности;
  • температурный диапазон, в котором поддерживается допустимое отклонение по установленным нормативам;
  • мощность потребления;
  • размеры, масса;
  • защищенность от электромагнитных колебаний и других внешних воздействий.

К сведению. Основные рабочие параметры определяет зависимость сопротивления от температуры. Существенное значение имеет выбор материала. Проводимость может уменьшаться или увеличиваться при нагреве.

Расшифровка аббревиатур

Сопротивление резистора – формула для рассчета

В следующем перечне приведены типичные обозначения термопар:

  • название датчика, термометр сопротивления – ТС;
  • дополнение М (П) обозначает материал рабочего элемента: медь (ТСМ), платина (ТСП), соответственно;
  • буква К в начале – комплект для измерения показаний в нескольких рабочих зонах (КТС).

К сведению. Если в аббревиатуре присутствует символ Н, значит, датчик рассчитан на выполнение измерений в низкотемпературном диапазоне.

Чем отличается термосопротивление от термопары

Коэффициент трансформации

Принцип действия ТС объясняется изменением проводимости контрольного участка цепи. Термопара, несмотря на схожее название, функционирует по-другому.

Изделия этой категории создают из двух разных материалов. Соединение (рабочую спайку) помещают в зону измерений. Колебания температуры провоцируют изменение потенциалов на выходах.

Эти показания фиксируют вольтметром или другим подходящим прибором.

Принцип действия, функциональные компоненты термопары и способы измерения

К сведению. Приведенные сведения объясняют главные практические отличия датчиков разного рода. Термопара фактически является генератором ЭДС, поэтому дополнительный источник тока не нужен.

Термопарный преобразователь можно применить для измерения вакуума. Для этого обеспечивают контакт чувствительного участка с нитью лампы накаливания. Колбу соединяют трубкой с рабочей зоной. Изменение разряжения газа сопровождается увеличением (уменьшением) ЭДС. После калибровки шкалы достаточно точно можно определять значение контролируемого параметра.

Платиновые измерители температуры

Несмотря на сравнительно высокую стоимость, достаточно часто производители применяют именно этот материал. Почему выбирают это решение, понятно из перечня следующих преимуществ:

  • использование платины позволяет получить линейный график зависимости удельного сопротивления от температуры;
  • температурный коэффициент серийных (эталонных) изделий составляет 0,00385 (0,003925) °C-1;
  • рабочий диапазон в °C – от -196 до +600.
  • Упомянутый в списке температурный коэффициент (Тк) рассчитывают по формуле:
  • Тк = (Rи – Rб)/((Ти – Тб) * 1/Rб),
  • где:
  • Rи (Rб) – измеренное (базовое) сопротивление;
  • Ти (Тб) – соответствующие значения температуры.

Из выражения понятно, что уменьшение коэффициента сопровождается увеличением точности. Базовое электрическое сопротивление определяют при T=0°C.

Никелевые термометры сопротивления

Такие датчики способны выполнять свои функции в диапазоне от -60°C до +180°C при Тк = 0,00617 °C-1. Главный плюс – увеличенный сигнал (сопротивление) на выходе.

Важно! При работе с датчиками этой категории следует учесть относительную близость точки Кюри на температурном графике (+352°C). На этом уровне возникают существенные искажения рабочих параметров проводника.

Медные датчики (ТСМ)

Применение этого материала обеспечивает ценовую доступность датчиков. Для корректного анализа специалисты рекомендуют уточнять, как зависит сопротивление проводника от температуры. Электротехническая медь содержит менее 0,1% посторонних примесей, что позволяет поддерживать линейные характеристики во всем рабочем диапазоне.

Технические параметры серийных изделий:

  • измерение температуры – от -50°C до +150°C;
  • Тк = 0,00617 °C-1.

Типовые конструкции платиновых термосопротивлений

Производители применяют различные инженерные решения при выпуске продукции этой категории. Для уточнения на стадии сравнения можно изучить официальную сопроводительную документацию либо запросить необходимые данные на сайте компании.

Типовые конструкции ТС

№НаименованиеОсновные данныеОсобенности
1 Strain-free Основной элемент освобожден от нагрузок порошковой засыпкой из оксида алюминия Разным цветом глазури, герметизирующей торцевую часть, обозначают соответствие определенному температурному диапазону
2 Hollow nnulus Рабочий проводник наматывается на полый цилиндр Материалы конструкции подбирают с учетом коэффициентов теплового расширения
3 Thin-film Из металла формируют тонкий слой на изоляторе (керамической основе) Эта модель отличается быстродействием, высокой чувствительностью
4 Проволока в стеклянной оболочке В такой конструкции обеспечиваются идеальная герметизация проводника, надежная защита от внешних воздействий Подобные решения используют для изготовления дорогих серий датчиков, которые рассчитаны на сложные условия эксплуатации

Типичные конструкции датчиков из платины

Класс допуска

Приведенные ниже данные соответствуют международным и российским стандартам. Допустимо использование уникальных температурных диапазонов, утвержденных в ТУ определенного предприятия производителя.

Допуски

Классификация по ГОСТДопустимое отклонение, °CНормированный температурный диапазон для разных видов ТС (минимум/ максимум в °C)
Платиновый проволочный (пленочный) Медный Никелевый
АА ±(0,1 + 0,0017) -50/+250 (-50/+150)
А ±(0,15 + 0,002) -100/+450(-30/+300) -50/+120
В ±(0,3 + 0,005) -196/+660 (-50/+500) -50/+200
С ±(0,6 + 0,01) -196/+660 (-50/+600) -180/+200 -60/+180

Схемы включения ТСМ/ТСП

В простейшем варианте внешние цепи подключают двумя проводами. Такой вариант отличается простотой, однако не позволяет учесть реальное электрическое сопротивление в линиях. Для повышения точности используют 3-х или 4-х проводное подключение.

К сведению. При монтаже следует учитывать рекомендованную глубину погружения щупа.

Обслуживание

Подробные описания для режима эксплуатации приведены в официальных инструкциях производителя. В ходе обычной процедуры проверки уточняют:

  • действительные условия (температуру, влажность и другие параметры);
  • целостность конструкции, пломбировки;
  • качество соединений рабочих цепей и контура заземления.

Почему ломаются датчики

Чтобы предотвратить повреждение ТС, нужно соблюдать установленный в техническом паспорте температурный режим. При повышенной влажности нарушение функциональности провоцируют процессы коррозии. Следует исключить вибрации, чрезмерные механические воздействия. Для улучшения помехозащищенности применяют экранировку.

Преимущества и недостатки термометров сопротивления

При сравнении с термопарой можно упомянуть следующие минусы ТС:

  • высокую стоимость;
  • обязательное использование внешнего источника стабилизированного электропитания;
  • ограниченный рабочий диапазон.

Плюсы:

  • линейный график измеряемых параметров;
  • точность;
  • корректная компенсация искажений от соединительных проводов.

Выбор подходящего датчика организуют на основе подготовленных критериев. Кроме базовых технических параметров, уточняют допустимые габариты, условия эксплуатации. Для продления срока службы необходимы регулярные проверки состояния термосопротивления и других компонентов измерительной схемы.

Видео

Источник: https://amperof.ru/teoriya/termosoprotivlenie.html

Термистор или терморезистор: определение, виды, как работает и как выбрать

Термистор представляет собой резистивный термометр или резистор, сопротивление которого зависит от температуры. Термин представляет собой комбинацию термо и резистор. Он изготовлен из оксидов металлов, спрессован в шарики, диски или цилиндрическую форму, а затем герметизирован непроницаемым материалом, таким как эпоксидная смола или стекло.

Читайте также:  Разница фазы и ноля в электрических цепях: как определить фазу

Существует два типа термисторов: отрицательный температурный коэффициент (NTC) и положительный температурный коэффициент (PTC). С термистором NTC, когда температура увеличивается, сопротивление уменьшается. И наоборот, когда температура снижается, сопротивление увеличивается. Этот тип термистора используется чаще всего.

Термистор PTC работает немного по-другому. Когда температура увеличивается, сопротивление увеличивается, а когда температура уменьшается, сопротивление уменьшается. Этот тип термистора обычно используется в качестве предохранителя. Огромный выбор терморезисторов вы можете посмотреть и приобрести на Алиэкспресс:

Как правило, термистор достигает высокой точности в ограниченном температурном диапазоне около 50ºC относительно целевой температуры. Этот диапазон зависит от базового сопротивления.

Термистор на схеме

Стрелка Т обозначает, что сопротивление является переменным в зависимости от температуры. Направление стрелки или полосы не имеет значения.

Термисторы просты в использовании, недороги, прочны и предсказуемо реагируют на изменения температуры. Хотя они не очень хорошо работают при чрезмерно высоких или низких температурах, они являются предпочтительным датчиком для применений, которые измеряют температуру в желаемой базовой точке. Они идеальны, когда требуются очень точные температуры.

Некоторые из наиболее распространенных применений термисторов используются в цифровых термометрах, в автомобилях для измерения температуры масла и охлаждающей жидкости, а также в бытовых приборах, таких как духовки и холодильники, но они также встречаются практически в любом приложении, где для обеспечения безопасности требуются защитные контуры отопления или охлаждения. Для более сложных приложений, таких как детекторы лазерной стабилизации, оптические блоки и устройства с зарядовой связью, встроен термистор. Например, термистор 10 кОм является стандартом, который встроен в лазерные пакеты.

История термистора

Майкл Фарадей — английский ученый впервые открыл понятие термисторов в 1833 году, сообщая о полупроводниковом поведении сульфида серебра. Благодаря своим исследованиям он заметил, что устойчивость к сульфидам серебра снижалась с повышением температуры.

 Это открытие впоследствии привело к коммерческому производству термисторов в 1930-х годах, когда Сэмюэль Рубен изобрел первый коммерческий термистор.

 С тех пор технология улучшилась; прокладывать дорогу к совершенствованию производственных процессов; наряду с доступностью более качественного материала.

Как работает термистор

Термистор на самом деле ничего не «читает», вместо этого сопротивление термистора меняется в зависимости от температуры. Степень изменения сопротивления зависит от типа материала, используемого в термисторе.

В отличие от других датчиков, термисторы являются нелинейными, то есть точки на графике, представляющие взаимосвязь между сопротивлением и температурой, не будут образовывать прямую линию. Расположение линии и степень ее изменения определяется конструкцией термистора. Типичный график термистора выглядит следующим образом:

Как изменение сопротивления преобразуется в измеримые данные, будет подробно рассмотрено ниже.

Разница между термистором и другими датчиками

В дополнение к термисторам используются несколько других типов датчиков температуры.

 Наиболее распространенными являются резистивные датчики температуры (RTD) и интегральные схемы (IC), такие как типы LM335 и AD590.

 Какой датчик лучше всего подходит для конкретного использования, зависит от многих факторов. В приведенной ниже таблице дано краткое сравнение преимуществ и недостатков каждого из них.

Параметр Термистор RTD LM335 AD592
Разница температур В пределах ~ 50° С от заданной центральной температуры От −260° C до + 850° C   От −40° C до + 100° C   От -20° C до + 105° C  
Относительная стоимость   Недорогой Самый дорогой Дорогой Дорогой
Постоянная времени От 6 до 14 секунд От 1 до 7 секунд От 1 до 3 секунд От 2 до 60 секунд
Стабильность Очень стабильный, 0,0009° C ~0.05° С ~0.01° С ~0.01° С
Чувствительность   Высоко Низкий Низкий Низкий
Преимущества   ДолговечныйДолгоиграющийВысокочувствительныйМаленький размерСамая низкаяСтоимостьЛучше всего подходит для измерения температуры в одной точке   Лучшее время откликаЛинейный выходСамый широкий диапазон рабочих температурЛучше всего для измерения диапазона температур   Умеренно дорогоЛинейный выход   Умеренно дорогоЛинейный выход  
Недостатки Нелинейный выходОграниченный температурный диапазонМедленное время отклика   ДорогоНизкая чувствительность   Ограниченный температурный диапазонНизкая чувствительностьБольшой размер   Самое медленное время откликаОграниченный температурный диапазонНизкая чувствительностьБольшой размер  

Температурный диапазон: приблизительный общий диапазон температур, в которых может использоваться тип датчика. В пределах заданного температурного диапазона некоторые датчики работают лучше, чем другие.

Относительная стоимость: относительная стоимость, поскольку эти датчики сравниваются друг с другом. Например, термисторы недороги по отношению к термометрам сопротивления, отчасти потому, что предпочтительным материалом для термопреобразователей сопротивления является платина.

Постоянная времени: приблизительное время, необходимое для перехода от одного значения температуры к другому. Это время в секундах, которое термистору требуется для достижения 63,2% разницы температур от начального показания до окончательного.

Стабильность: способность контроллера поддерживать постоянную температуру на основе обратной связи датчика температуры.

Чувствительность: степень реакции на изменение температуры.

Преимущества и недостатки NTC и PTC

Термисторы NTC прочны, надежны и стабильны, и они оборудованы для работы в экстремальных условиях окружающей среды и помехоустойчивости в большей степени, чем другие типы датчиков температуры.

  • Компактный размер: варианты упаковки позволяют им работать в небольших или ограниченных пространствах; тем самым занимая меньше места на печатных платах.
  • Быстрое время отклика: небольшие размеры позволяют быстро реагировать на изменение температуры, что важно, когда требуется немедленная обратная связь.
  • Экономичность: термисторы не только дешевле, чем другие типы датчиков температуры; Если приобретенный термистор имеет правильную кривую RT, никакая другая калибровка не требуется во время установки или в течение срока ее эксплуатации.
  • Совпадение точек: способность получить определенное сопротивление при определенной температуре.
  • Соответствие кривой: сменные термисторы с точностью от + 0,1 ° C до + 0,2 ° C.

Какие типы и формы термистора доступны на рынке

Термисторы бывают разных форм — дисковые, микросхемы, шариковые или стержневые и могут монтироваться на поверхности или встраиваться в систему. Они могут быть заключены в эпоксидную смолу, стекло, обожжены в феноле или окрашены. Наилучшая форма часто зависит от того, какой материал контролируется, например, от твердого вещества, жидкости или газа.

Например, терморезистор с бусинками идеально подходит для встраивания в устройство, а стержень, диск или цилиндрическая головка лучше всего подходят для оптических поверхностей. Термисторный чип обычно монтируется на печатной плате (PCB). Существует много, много разных форм термисторов, и некоторые примеры:

Выберите форму, которая обеспечивает максимальный контакт поверхности с устройством, температура которого контролируется. Независимо от типа термистора, соединение с контролируемым устройством должно быть выполнено с использованием теплопроводящей пасты или эпоксидного клея. Обычно важно, чтобы эта паста или клей не были электропроводящими.

Какое сопротивление термистора и ток смещения следует использовать

Термисторы классифицируются по величине сопротивления, измеренной при комнатной температуре окружающей среды, которая считается 25° C. Устройство, температуру которого необходимо поддерживать, имеет определенные технические характеристики для оптимального использования, как определено производителем. Они должны быть определены до выбора датчика. Поэтому важно знать следующее.

Каковы максимальные и минимальные температуры для устройства

Термисторы идеально подходят для измерения температуры в одной точке, которая находится в пределах 50 ° C от температуры окружающей среды. Если температура слишком высокая или низкая, термистор не будет работать. Хотя есть исключения, большинство термисторов работают лучше всего в диапазоне от -55 ° C до + 114 ° C.

Поскольку термисторы являются нелинейными, то есть
значения температуры и сопротивления изображены на графике в виде кривой, а не
прямой линии, очень высокие или очень низкие температуры регистрируются
неправильно. Например, очень небольшие изменения при очень высоких
температурах будут регистрировать незначительные изменения сопротивления,
которые не приведут к точным изменениям напряжения.

Каков оптимальный диапазон термисторов

В зависимости от тока смещения от контроллера каждый термистор имеет оптимальный полезный диапазон, то есть диапазон температур, в котором небольшие изменения температуры точно регистрируются.

В таблице ниже приведены наиболее эффективные диапазоны температур для термисторов с длиной волны при двух наиболее распространенных токах смещения.

Лучше всего выбрать термистор, где заданная температура находится в середине диапазона. Чувствительность термистора зависит от температуры.

 Например, термистор может быть более чувствительным при более низких температурах, чем при более высоких температурах, как в случае с термистором TCS10K5 10 кОм длины волны.

 В TCS10K5 чувствительность составляет 162 мВ на градус Цельсия в диапазоне от 0 до 1° C, и 43 мВ / °C в диапазоне от 25 до 26 ° C, и 14 мВ ° C в диапазоне от 49 до 50 ° C. C.

Каковы верхний и нижний пределы напряжения на входе датчика регулятора температуры

Пределы напряжения обратной связи датчика к регулятору температуры устанавливаются производителем. В идеале следует выбрать комбинацию термистора и тока смещения, которая создает напряжение в пределах диапазона, разрешенного регулятором температуры.

Напряжение связано с сопротивлением по закону Ома. Это уравнение используется для определения того, какой ток смещения необходим. Закон Ома гласит, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между двумя точками и для этого тока смещения записывается как:

  • V = I BIAS x R
  • Где: V — напряжение, в вольтах (В) 
  • I BIAS — ток, в амперах или амперах (A) 

I BIAS — постоянный ток, R — сопротивление, в Ом (Ом)

Источник: https://meanders.ru/chto-takoe-termistor-termorezistor.shtml

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector