Термометры сопротивления: виды, типы конструкции, классы допуска

Термометры сопротивления: виды, типы конструкции, классы допуска

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. N 1120-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 6651-2009 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации 1 января 2011 г.

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Сентябрь 2019 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге “Межгосударственные стандарты”

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие технические требования к техническим термопреобразователям сопротивления (далее – ТС), чувствительные элементы (далее – ЧЭ) которых изготовлены из платины, меди и никеля, и методы их испытаний. Требования к классу допуска и стабильности распространяются также на ЧЭ ТС. Стандарт распространяется на ТС, предназначенные для измерения температуры от минус 200°С до плюс 850°С или в части данного диапазона.

Значения температуры в настоящем стандарте соответствуют Международной температурной шкале 1990 г. МТШ-90* [1]. Настоящий стандарт соответствует международному стандарту МЭК 60751* [2] в части определения зависимости сопротивления от температуры и допусков на платиновые ЧЭ и ТС с температурным коэффициентом сопротивления 0,00385°С.

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. – Примечание изготовителя базы данных.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 8.461 Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Методика поверки

ГОСТ 9.014 Единая система защиты от коррозии и старения. Временная противокоррозионная защита изделий. Общие требования

ГОСТ 356 Арматура и детали трубопроводов. Давления номинальные, пробные и рабочие. Ряды

ГОСТ 12997-84 Изделия ГСП. Общие технические условия

Утратил силу в Российской Федерации. В Российской Федерации действует ГОСТ Р 52931-2008 “Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия”.

ГОСТ 14254-96 (МЭК 529-89) Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP)

В Российской Федерации действует ГОСТ 14254-2015 (IEC 60529:2013).

ГОСТ 15150 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 27883-88 Средства измерения и управления технологическими процессами. Надежность. Общие требования и методы испытаний

Примечание – При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (www.easc.by) или по указателям национальных стандартов, издаваемым в государствах, указанных в предисловии, или на официальных сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации. Если на документ дана недатированная ссылка, то следует использовать документ, действующий на текущий момент, с учетом всех внесенных в него изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то следует использовать указанную версию этого документа. Если после принятия настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение применяется без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 термопреобразователь сопротивления; ТС: Средство измерений температуры, состоящее из одного или нескольких термочувствительных элементов сопротивления и внутренних соединительных проводов, помещенных в герметичный защитный корпус, внешних клемм или выводов, предназначенных для подключения к измерительному прибору.

Примечание – В состав ТС могут входить конструктивно связанные с ним монтажные и коммутационные средства.

3.2 чувствительный элемент термопреобразователя сопротивления; ЧЭ: Резистор, выполненный из металлической проволоки или пленки с выводами для крепления соединительных проводов, имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры и предназначенный для использования в термопреобразователях сопротивления.

3.3 защитный корпус: Конструктивный элемент термопреобразователя сопротивления, обеспечивающий его механическую прочность и устойчивость к воздействию внешней среды, как правило, представляющий собой заваренную с одной стороны металлическую трубку с приспособлениями для монтажа термопреобразователей сопротивления или без этих приспособлений.

3.4 длина монтажной части термопреобразователя сопротивления: Для термопреобразователя сопротивления с неподвижным штуцером или фланцем – расстояние от рабочего конца защитного корпуса до опорной плоскости штуцера или фланца; для термопреобразователя сопротивления с подвижным штуцером или фланцем, а также без штуцера или фланца – расстояние от рабочего конца защитной арматуры до головки, а при ее отсутствии – до мест заделки выводов проводников.

3.5 длина погружаемой части термопреобразователя сопротивления: Максимально возможная глубина погружения термопреобразователя сопротивления в среду при температуре верхнего предела рабочего диапазона без нарушения работоспособности термопреобразователя сопротивления.

Примечание – Для ТС с монтажными элементами длина погружаемой части ТС равна длине монтажной части ТС.

3.6 минимальная глубина погружения термопреобразователя сопротивления: Такая глубина погружения термопреобразователя сопротивления в среду с однородным распределением температуры, что при дальнейшем погружении показания термопреобразователя сопротивления не изменяются более чем на 1/5 допуска соответствующего класса, а сопротивление термопреобразователя сопротивления при этом остается в пределах допуска.

3.7 диапазон измерений термопреобразователя сопротивления: Диапазон температур, в котором выполняется нормированная в соответствии с настоящим стандартом зависимость сопротивления термопреобразователя сопротивления от температуры в пределах соответствующего класса допуска.

3.8 рабочий диапазон температур термопреобразователя сопротивления: Диапазон температур, находящийся внутри диапазона измерений или равный ему, в пределах которого изготовителем установлены показатели надежности термопреобразователя сопротивления.

3.9 номинальная температура применения термопреобразователя сопротивления: Температура эксплуатации термопреобразователя сопротивления, для которой нормированы показатели надежности и долговечности.

Примечание – Номинальная температура применения ТС может быть установлена равной верхнему пределу рабочего диапазона температур ТС и (или) определена как одно или несколько наиболее вероятных значений внутри рабочего диапазона.

3.10 номинальное сопротивление термопреобразователя сопротивления; , Ом: Нормированное изготовителем сопротивление термопреобразователя сопротивления при 0°С, округленное до целых единиц, указанное в его маркировке и рекомендуемое для выбора из ряда: 10, 50, 100, 500, 1000 Ом.

3.11 номинальная статическая характеристика; НСХ: Зависимость сопротивления термопреобразователя сопротивления или чувствительного элемента от температуры, рассчитанная по формулам, приведенным в разделе 5, для термопреобразователя сопротивления или чувствительного элемента с конкретным значением .

Примечание – Условное обозначение НСХ состоит из значения номинального сопротивления ТС или ЧЭ и обозначения типа (см. таблицу 1). Русское обозначение типа приводят за значением номинального сопротивления, латинское обозначение – перед значением номинального сопротивления. Например: 100 П означает НСХ для платинового ТС (или ЧЭ) с 0,00391°С и 100 Ом; Pt 100 означает НСХ для платинового ТС (или ЧЭ) с 0,00385°С и 100 Ом.

3.12 температурный коэффициент термопреобразователя сопротивления; , °С: Коэффициент, определяемый по формуле , где , – значения сопротивления термопреобразователя сопротивления по номинальной статической характеристике соответственно при 100°С и 0°С и округляемый до пятого знака после запятой.

3.13 допуск: Максимально допустимое отклонение от номинальной статической характеристики, выраженное в градусах Цельсия.

3.14 электрическое сопротивление изоляции термопреобразователя сопротивления: Электрическое сопротивление между внешними выводами термопреобразователя сопротивления и защитным корпусом, а также между цепями термопреобразователя сопротивления с двумя или более чувствительными элементами при комнатной или другой заданной температуре, измеряемое при заданном испытательном напряжении.

3.15 электрическая прочность изоляции термопреобразователя сопротивления: Напряжение между выводами и корпусом термопреобразователя сопротивления (или, в случае если термопреобразователь имеет несколько чувствительных элементов, также и между цепями чувствительного элемента), которое термопреобразователь сопротивления может выдержать без повреждения в течение заданного времени.

3.16 самонагрев термопреобразователя сопротивления: Повышение температуры термопреобразователя сопротивления, вызванное нагревом чувствительного элемента измерительным током.

3.17 максимальный измерительный ток: Измерительный ток, вызывающий самонагрев термопреобразователя сопротивления, не превышающий 20% допуска соответствующего класса и не приводящий к выходу показаний термопреобразователя сопротивления за пределы допуска.

3.18 время термической реакции: Время, которое требуется для изменения показаний термопреобразователя сопротивления на определенный процент полного изменения при ступенчатом изменении температуры среды.

Класс допуска термометров сопротивления

Прежде, чем разобраться, что такое класс допуска термометров сопротивления, нужно затронуть понятие класса точности. Многие путают эти понятия, ставя их рядом, хотя они далеки друг от друга. Класс точности и класс допуска термометров сопротивления — не одно и то же!

“Класс точности” – это метрологическая характеристика измерительного прибора. Но задача термометра сопротивления не показать температуру, а преобразовать ее в электрическое сопротивление, представив ее в более удобный для измерения сигнал. То есть термометр сопротивления, по сути, не является измерительным прибором для температуры, а участвует в начальном этапе ее измерения — преобразовании, первичном преобразовании. Поэтому, если мы этим прибором не измеряем, то как мы можем использовать понятие класса точности?

Вместо класса точности мы оперируем понятием класс допуска термометров сопротивления. Во многих нормативных документах вы не найдете официального определения термина «класс допуска», там можно найти четкие определения терминов “единица допуска” или “поле”, но не “класса”.

В пункте 3.13 раздела “Термины и определения” международного стандарта МЭК 60751 “Термопреобразователи сопротивления” (введен в 2008 г) и в новом ГОСТ 6651-2009 (введен в России с 1 января 2011) максимум, что можно найти – это значение понятия “допуск”. Допуск – это максимально допустимое отклонение от номинальной статической характеристики (НСХ), выраженное в градусах Цельсия.

Термометр сопротивления преобразует температуру (градусы Цельсия) в сопротивление (Омы). Но нас интересуют только градусы Цельсия, поэтому мы обращаемся к таблице соответствий определённого сопротивления температуры. Разница фактической и вычисленной температур, взятая по модулю, не должна превышать определенного значения. Это значение и будет допуском.

Класс допуска имеет некую аналогию с погрешностью измерения. Точно так же, как величина погрешности определяет значение класса точности прибора, величина допуска определяет класс допуска термометров сопротивления: чем больше величина, тем ниже (“хуже”) класс!

Класс допуска термометров сопротивления

Существует четыре класса допуска (от «лучшего» к «худшему»): AA, A, B, C.

Следует знать, что класс допуска термометров сопротивления никак не зависит от его типа (платиновый, медный, никелевый), так же как и от чувствительного элемента (проволочный или пленочный). Класс допуска зависит только от величины допуска.

В стандарте МЭК 60751 и в ГОСТ 6651-2009 были приняты новые значения предельных отклонений ТС от стандартной функции сопротивление-температура. Также были изменены температурные диапазоны, для которых нормируется точность по стандарту. В классификацию допусков были включены пленочные термометры сопротивления. Рассмотрим таблицу.

  • Самые точные термометры сопротивления и комплекты термопреобразователей сопротивления являются платиновые, наименее точные – никелевые;
  • Класс допуска в какой-то мере определяется диапазоном измеряемых температур термопреобразователя: чем меньше диапазон, тем выше вероятность получить достоверный результат;
  • Класс допуска, к которому относится термометр сопротивления определяет не только максимальное отклонение температуры от номинальной статической характеристики. ГОСТ 6651-2009 показывает, что иметь максимальное отклонение должна не только температура, но и сопротивление термометра.

Что касается последнего пункта, то максимальное отклонение сопротивления можно определить умножив величину допуска температуры (берем из таблицы) на коэффициент чувствительности термометра (вычисляется не только для каждой температуры, но и для каждого типа термометра путем решения интерполяционного уравнения, указанного в ГОСТе).

Например, допуски по сопротивлению платинового термопреобразователя сопротивления приведены в таблице 2.

Допуски по сопротивлению платинового термопреобразователя сопротивления

Таблица 2. – Допуски по сопротивлению платинового термопреобразователя сопротивления (α=0,00391°С-1) номинальным сопротивлением 100 Ом

Чтобы установить класс допуска, нужно провести испытания термометра путем сличения с показаниями эталонного термометра сопротивления. В зависимости от величины отклонения, термометру присваивается класс допуска, который в дальнейшем подтверждается или наоборот опровергается в процессе периодических поверок.

Необходимо отметить, что производитель, согласно п. 5.7 ГОСТ 6651, имеет право расширить диапазон измерений и установить допуски вне диапазона измерений по своим ТУ.

Стандарт МЭК и российский стандарт допускает задание производителем специальных допусков для платиновых термометров сопротивления, на основе допуска класса В. Эти допуски гарантируются заводом и составляют обычно 1/3 В или 1/6 В. Однако необходимо иметь в виду, что эти допуски могут реально означать только приближение термометра к номинальному сопротивлению при 0 °С, при этом зависящая от температуры часть погрешности не изменяется и соответствует классу В.

Какой класс допуска выбрать?

Класс допуска – не первая характеристика, на которую обращают внимание при выборе термометра сопротивления.

Естественно, термометры сопротивления класса С имеют наименьшую стоимость, поэтому они широко используются в сферах, где допустима погрешность, превышающая 1°С.

Оптимальное сочетание класса допуска и цены имеют термометры сопротивления класса В, используемые в промышленности практически повсеместно.

Термометры класса А используют в энергетике для определения температуры теплоносителя с максимальной точностью.

Сверхточные термометры класса АА используют исключительно в исследовательских и научных изысканиях.

Отличие свойств термометров сопротивления в зависимости чувствительных материалов

Сегодня Россия — одна из наиболее солидных промышленных держав и тот редкий случай, когда государство отмечено способностью к организации конкурентноспособного производства промышленных товаров практически любого типа: российская инженерная школа является одной из сильнейших в мире. Российская промышленность объединяет в себе большое количество отраслевых компаний. Согласно данным Росстата на 2016 год доля промышленности в ВВП Российской Федерации составляла 26,2%, более половины её относится к обрабатывающим производствам.

Россия находится на четвёртом месте в мире по объёму промышленного производства, оставляя впереди лишь Китай, США и Индию, на основании чего можно сделать вывод, что сектор производства в нашей стране развивается успешно.

Эволюция экономики обусловлена, в первую очередь, достигнутым технологическим прорывом в автоматизации и замещении человеческого труда машинным: высокого качества экспортируемой продукции добиваются благодаря всестороннему контролю на всех этапах, для чего, в свою очередь, были разработаны метрические показатели и контрольно-измерительные приборы – в этой статье мы рассмотрим термические измерители, непосредственно виды термометров сопротивления. Ранее на рынке господствовали немецкие производители — термопреобразователи сопротивления брендов Jumo и Siemens, однако благодаря эффективному импортозамещению положение меняется в пользу внутренних сил. Исключением не является и НПК “Приборист”, чьи позиции в отечественной промышленности сегодня динамично разрастаются и крепнут.

Читайте также:  Треугольная ванна

модификации термопреобразователей сопротивления

Виды термометров сопротивления, способы классификации

В метрологии существуют следующие системы разделения термометров сопротивления: согласно технологии, по которой они производятся, и согласно присвоенной им классности. Классы точности (допускные) устанавливаются ГОСТ 6651-2009: AA, A, B, C для цельных агрегатов; классы W, F для термочувствительных комплектующих пленочного и проволочного типов.

Класс допуска демонстрирует допустимый диапазон погрешностей температуры, отображаемой датчиком.
Материалам изготовления термометров сопротивления обычно выбираются на основе требуемого температурного диапазона, необходимой чувствительности, химической и магнитной инертности.

Для того, чтобы не оставлять белых пятен в этом вопросе, поясним и материальную классификацию термопар, при эксплуатации технологическое предпочтение отдается следующим видам сплавов в термоизмерителях типа «термопары»:

Cплавы неблагородных металлов

    • Тип K. Хромель — алюмель

    Термоизмерители NiCr-NiAl изготавливаются под задачи в кислых или инертногазовых средах с температурой до 1200 °C и максимальной длиной коннектора. Уязвимы для сернистых сред, а в связи с устойчивостью к окислению относительно других типов, способны применяться в температурных условиях более 550 °С вплоть до предельного рабочего давления.

      • Тип J. Железо — константан

      Термоизмерители Fe-CuNi показывают наилучшие результаты в условиях вакуума, в кислых или восстановимых средах или инертных газах. Агрегаты задействуются для измерения температур до 750 °C с максимальной длиной коннектора.

      Термоизмерители NiCrSi-NiSi наиболее благоприятны для эксплуатации в кислых средах, инертных газах или сухих восстановимых средах в температурных условиях до 1200 °C. Уязвимы для сернистых сред. Данные устройства отмечены существенной точностью в процессе термоизмерения высоких температур. Термо-ЭДС и доступный диапазон схож с измерителями типа К. Характеризуются высокими продолжительностью службы и стабильностью параметров.

        • Тип E. Хромель-константановые.

        Термоизмерители NiCr-CuNi предназначены для работы в кислых или инертногазовых средах при температуре до 900 °C с максимальной длиной коннектора. Среди всех распространенных аппаратных продуктов тип Е отмечен наиболее высокой напряжением электродвижущей силой на метрологический показатель °С.

        Тип Т Cu-CuNi функционален в температурах ниже 0 °C и ограничен 350 °C. Эти приспособления эффективно работают в кислых, восстанавливающих и инертногазовых средах. Также они не столь уязвимы коррозии в высоковлажных условиях, пользуются большим доверием у широкого спектра потребителей.

        Cплавы благородных металлов

          • Термоизмерители типа S, R. Платинородий — платиновые.

          Тип S рассчитан на непрерывную работу в кислых или инертногазовых средах в температурах до 1600 °C. Эти агрегаты не предполагают установки в защитные трубы. Следует принять во внимание уязвимость к загрязнению и возникающий вследствие этого риск охрупчивания.

            • Типа B. Платинородий — платинородиевые.

            Тип В предназначен для непрекращающегося цикла в кислых или инертногазовых средах , а также для остановимого цикла в вакууме при температурах до 1600 °C, также не предполагает установку в защитные трубы и уязвим к загрязнению. Агрегаты типов R, S и B часто защищены керамической защитной трубой закрытой конструкции. Для металлических гильз или защитных трубок требуется внутренняя закрытая защитная трубка. Устройства, выполненные из благородных металлов, чувствительны к загрязнению, рекомендуем снабжать их внешней защитой.

            Термометры сопротивления: виды, типы конструкции, классы допуска

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

            Виды термодатчиков

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

            Конструкция термистора

            1. Полупроводниковые датчики. Отличительные особенности этих приборов заключается в высокой точности и стабильной чувствительности, а также в возможности измерения быстротечных процессов. Благодаря низкому измерительному току имеется возможность работы со сверхнизкими температурами (до -270°С). Пример конструкции полупроводникового ТС. Конструкция термистора

            Обозначения:

            • А – Выводы измерителя.
            • В – Стеклянная пробка, закрывающая защитную гильзу.
            • С – Защитная гильза, наполненная гелием.
            • D – Электроизоляционная пленка, покрывающая внутреннюю часть гильзы.
            • E – Полупроводниковый чувствительный элемент (далее ЧЭ), в приведенном примере это германий, легированный сурьмой.
            1. Металлические датчики. У таких измерителей в качестве ЧЭ выступает проволочный или пленочный резистор, помещенный в керамический или металлический корпус. Металл, используемый для изготовления чувствительного элемента, должен быть технологичен и устойчив к окислению, а также обладать достаточным температурным коэффициентом. Таким критериям практически идеально отвечает платина. Там, где не столь высокие требования к измерениям, может использоваться никель или медь. В качестве примера можно привести термодатчики: PT1000, PT500, ТСП 100 П, ТСП pt100, ТСП 50П, ТСМ 296, ТСМ 045, ТС 125, Jumbo, ДТС Овен и т.д.

            Расшифровка аббревиатур

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

            • ТСМ это термометр сопротивления (ТС), в чувствительном элементе (ЧЭ) которого используется медная проволока (М).
            • ТСП, в применяется платиновый (проволока из платины) ЧЭ.
            • КТС б – обозначение комплекта из нескольких платиновых ТС., позволяющих провести многозонные измерения, как правило, монтаж таких устройств производится на вход и выход системы отопления, чтобы установить разность температур.
            • ТПТ – технический (Т) платиновый термометр (ПТ).
            • КТПТР – комплект из ТПТ приборов, буква «Р» в конце указывает, что может производиться не только измерение разницы температур между различными датчиками.
            • ТСПН – «Н» в конце ТСП, обозначает, что датчик низкотемпературный.
            • НСХ – под данным сокращением подразумевается «номинальная статическая характеристика», соответствующая стандартной функции «температура-сопротивление». Достаточно посмотреть таблицу НСХ для pt100 или любого другого датчика (например, pt1000, rtd, ntc и т.д.), чтобы иметь представление о его характеристиках.
            • ЭТС – эталонные приборы, служащие для калибровки датчиков.

            Чем отличается термосопротивление от термопары?

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

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

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

            Платиновые измерители температуры

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

            В соответствии с нормами ГОСТ 6651 2009 и МЭК 60751, у рабочих приборов данного типа значение температурного коэффициента должно быть 0,00385°С -1 , эталонных – 0,03925°С -1 . Диапазон измеряемой температуры: от-196,0°С до 600,0°С. К несомненным достоинствам следует отнести высокий коэффициент точности, близкую к линей характеристику «Температура-сопротивление», стабильные параметры. Недостаток – наличие драгметаллов увеличивает стоимость конструкции. Необходимо заметить, что современные технологии позволяют минимизировать содержание этого металла, что делает возможным снижение стоимости продукции.

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

            Датчик термопреобразователь ТСП 5071

            Датчик термопреобразователь ТСП 5071 производства Элемер

            Никелевые термометры сопротивления

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

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

            Медные датчики (ТСМ)

            ТК медных измерительных приборов – 0,00428°С -1 , диапазон измеряемых температур немного уже, чем у никелевых аналогов (от -50,0°С до 150°С). К несомненным преимуществам медных измерителей следует отнести их относительно невысокую стоимость и наиболее близкую к линейной характеристику «температура-сопротивление». Но, узкий диапазон измеряемых температур и низкие параметры удельного сопротивления существенно ограничивают сферу применения термопреобразователей ТСМ.

            Внешний вид термопреобразователя ТСМ 1088 1

            Внешний вид термопреобразователя ТСМ 1088 1

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

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

            Типовые конструкции платиновых термосопротивлений

            Наиболее распространение получило исполнение ЧЭ в ПТС, называемое «свободной от напряжения спиралью», у зарубежных изготовителей оно проходит под термином «Strain free». Упрощенный вариант такой конструкции представлен ниже.

             Конструктивное исполнение «Strain free»

            Конструктивное исполнение «Strain free»

            Обозначения:

            • А – Выводы термоэлектрического элемента.
            • В – Защитный корпус.
            • С – Спираль из платиновой проволоки.
            • D – Мелкодисперсный наполнитель.
            • E – Глазурь, герметизирующая ЧЭ.

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

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

            Исполнение Hollow Annulus.

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

            Пример исполнения «Hollow Annulus»

            Пример исполнения «Hollow Annulus»

            Обозначения:

            • А – Выводы с ЧЭ.
            • В – Изоляция выводов ЧЭ.
            • С – Изолирующий мелкодисперсный наполнитель.
            • D – Защитный корпус датчика.
            • E – Проволока из платины.
            • F – Металлическая трубка.

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

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

            Пленочное исполнение (Thin film).

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

            Миниатюрный пленочный датчик

            Миниатюрный пленочный датчик

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

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

            Стеклянная изоляция спирали.

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

            Класс допуска

            Согласно действующим нормам допускается определенное отклонение от линейной характеристики «температура-сопротивление». Ниже представлена таблица соответствия класса точности.

            Таблица 1. Классы допуска.

            Приведенная в таблице погрешность отвечает текущим нормам.

            Схемы включения ТСМ/ТСП

            Существует три варианта подключения:

            Схемы включения ТС

            • 2-х проводное (см. А на рис. 7), этот наиболее простой способ используется в тех случаях, когда точность результатов не критична. Дополнительную погрешность создает номинальное сопротивление проводников, которыми подключается датчик. Обратим внимание, что для классов точности A и AA данная схема включения неприемлема. Рисунок 7. Двухпроводная, трехпроводная и четырехпроводная схема включения термометра сопротивления
            • 3-х проводное (В). Такой вариант обладает более высокой точностью, чем 2-х проводная схема вариант подключения. Это происходит за счет того, что появляется возможность измерить сопротивление монтажных проводов, чтобы учесть их воздействие.
            • 4-х проводное. Этот вариант позволяет полностью исключить воздействие сопротивления монтажных проводов на результаты измерений.

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

            Пример подключения по мостовой схеме

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

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

            Обслуживание

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

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

            • Проверка условий, в которых эксплуатируется датчик.
            • Внешний осмотр на предмет целостности конструкции и кабельных соединений, проверка хода подвижного штуцера (если таковой имеется).
            • Помимо этого проверяется наличие пломб.
            • Проверяется заземление.

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

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

            Платиновый эталонный ПТС (датчик ЭТС 100)

            Платиновый эталонный ПТС (датчик ЭТС 100)

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

            Градуировочная таблица для терморезистора pt100

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

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

            Термосопротивления: Теория

            Недавно мне повезло побывать на производстве датчиков температуры, а точнее на швейцарском предприятии IST-AG, где делают платиновые и никелевые термосопротивления (RTD).

            По этому поводу публикую две статьи, в которых читатель найдет довольно подробное описание этого типа датчиков, путеводитель по основным этапам производственного процесса и обзор возможностей, которые появляются при использовании тонкопленочных технологий.

            В первой статье разбираемся с теоретической базой. Не слишком увлекательно, но весьма полезно.

            Что такое термометры сопротивления

            (они же — термосопротивления или RTD)
            Сначала имеет смысл разобраться с терминологией. Если вы хорошо знакомы с вопросом, то смело переходите ко второй части статьи. А может быть и сразу к третьей.

            Итак, под определение «датчик температуры» попадают тысячи самых разных изделий. Под датчиком можно понимать и готовое измерительное устройство, где на дисплее отображается значение температуры в градусах, и интегральную микросхему с цифровым сигналом на выходе, и просто чувствительный элемент, на базе которого строятся все остальные решения. Сегодня мы говорим только о чувствительных элементах, которые, впрочем, тоже будем называть словом «датчик».

            Термометры сопротивления, которые также известны как термосопротивления и RTD (Resistance Temperature Detector) — это чувствительные элементы, принцип работы которого хорошо понятен из названия — электрическое сопротивление элемента растет с увеличением температуры окружающей среды и наоборот. Вероятно вы слышали о термосопротивлениях как о платиновых датчиках температуры типа Pt100, Pt500 и Pt1000 или как о датчиках 50М, 50П, 100М или 100П.

            Иногда термосопротивления путают с термисторами или термопарами. Все эти датчики используются в похожих задачах, но, даже несмотря на то что термисторы тоже являются преобразователями температура-сопротивление, нельзя путать термосопротивления, термисторы и термопары между собой. О разнице в строении и назначении этих элементов написана уже тысяча статьей, так что я, пожалуй, не буду повторяться.

            Отмечу главное: средний термометр сопротивления стоит в разы дороже, чем средний термистор и термопара, но только термосопротивления имеют линейную выходную характеристику. Линейность характеристики, а также гораздо более высокие показатели по точности и повторяемости результатов измерений, делают термосопротивления востребованными несмотря на разницу в цене.

            Основные характеристики термосопротивлений

            Если коротко, характеристики термосопротивлений можно разбить на три группы:

            1. Номинальная статическая характеристика (НСХ) и точность
            2. Диапазон температур, на котором определяется НСХ и обеспечивается заявленная точность
            3. Корпус датчика, тип и длина выводов

            Номинальная статическая характеристика (НСХ)

            НСХ — это функция (на практике чаще таблица значений), которая определяет зависимость сопротивление-температура.

            Зависимость R(T), конечно, не является абсолютно линейной — на самом деле выходная характеристика термосопротивления описывается полиномом с известными коэффициентами. В простейшем случае это полином второй степени R(T) = R0 (1 + A x T + B x T 2 ), где R0 — номинальное сопротивление датчика, то есть значение сопротивления при 0°C.

            Вид полинома и его коэффициенты описываются в различных национальных и международных стандартах. Действующий российский стандарт — ГОСТ 6651-2009. В Европе чаще используют DIN 60751 (он же IEC-751), однако одновременно с ним действует DIN 43760, в Северной Америке популярен стандарт ASTM E1137 и так далее. Несмотря на то что некоторые стандарты согласованы между собой, в целом картина довольно печальная и единого индустриального стандарта по факту не существует.

            Наиболее популярные типы термосопротивлений — это платиновые датчики (Pt 3850, Pt 3750, Pt 3911 и др.), никелевые (Ni 6180, Ni 6720 и др.) и медные термосопротивления, например Cu 4280. Каждому типу датчиков соответствует свой полином R(T).

            Приведенные наименования содержат название металла, который используется при изготовлении датчика, и коэффициент, который описывает отношение сопротивления датчика при 0 к сопротивлению при 100°C. Этот коэффициент, вместе со значением R0, определяет наклон функции R(T).

            В разношерстных стандартах и, как следствие, в спецификациях на конкретные датчики, этот коэффициент может выражаться по-разному. Например, для платинового датчика может быть указан коэффициент альфа равный 0.00385 °C -1 , или температурный коэффициент 0.385%/°C, или TCR = 3850 ppm/K, однако во всех трех случаях подразумевается одна и та же зависимость R(T).

            Используемый металл однозначно определяет степень полинома R(T), а коэффициенты полинома определяются температурным коэффициентом металла.

            Например, для всех платиновых датчиков функция R(T) имеет следующий вид:

            R(T) = R0 (1 + A x T + B x T 2 ) при T > 0
            R(T) = R0 (1 + A x T + B x T 2 + C x (T-100) x T 3 ) при T < 0
            где коэффициенты выбираются в зависимости от типа платины:

              Pt 3850 ppm/K (наиболее распространенная характеристика современных термосопротивлений)
              A = 3.9083 x 10 -3 °C -1
              B = -5.775 x 10 -7 °C -2
              C = -4.183 x 10 -12 °C -4

            Та же логика действует для меди и никеля. Например, НСХ всех никелевых датчиков описывается полиномом шестой степени:

            R(T) = R0 (1 + A x T + B x T 2 + C x T 3 + D x T 4 + E x T 5 + F x T 6 )
            где коэффициенты определяются температурным коэффициентом никеля (Ni 6180 ppm/K, Ni 6720 ppm/K и т.д.).

            Осталось сказать о последнем параметре НСХ термометров сопротивления — о номинальном сопротивлении R0. Чаще всего используются датчики со стандартным R0 — 50, 100, 500 или 1000 Ом, однако иногда требуются тремосопротивления с R0 = 2000 и даже 10000 Ом, а также датчики с «не кратным» номинальным сопротивлением.

            То есть каждому типу термосопротивления может соответствовать несколько НСХ с разными номинальными сопротивлениями R0. Для наиболее распространенных в РФ характеристик используют стандартные обозначения: Pt100 и Pt1000 соответствуют платине с температурным коэффициентом 3850 ppm/K и R0 = 100 и 1000 Ом соответственно. Унаследованные из советских справочников обозначения 50П и 100П — это датчики из платины с коэффициентом 3911 ppm/K и R0 = 50 и 100 Ом, а датчики известные как 50М и 100М — это медь 4280 ppm/K с номинальным сопротивлением 50 и 100 Ом.

            Точность датчика
            Точность термосопротивления — это то, насколько зависимость R(T) реального датчика может отклониться от идеальной НСХ. Для обозначения точности термосопротивлений используют понятие класса допуска (от же класс точности).

            Класс допуска определяет максимальное допустимое отклонение от номинальной характеристики, причем задается это отклонение как функция температуры — при нуле градусов фиксируется наименьшее допустимое отклонение, а при уменьшении или увеличении температуры диапазон допустимых значений линейно увеличивается.


            Когда дело касается классов допуска, бардак в действующих стандартах только усугубляется — даже названия классов в разных источниках могут отличаться.

            Другие названияДопуск, °С
            Класс АAClass Y
            1/3 DIN
            1/3 B
            F 0.1 (если речь о тонкопленочном датчике)
            W 0.1 (если речь о намоточном датчике)
            ±(0.1 + 0.0017 |T|)
            Класс A1/2 DIN
            1/2 B
            F 0.15 (если речь о тонкопленочном датчике)
            W 0.15 (если речь о намоточном датчике)
            ±(0.15 + 0.002 |T|)
            Класс BDIN
            F 0.3 (если речь о тонкопленочном датчике)
            W 0.3 (если речь о намоточном датчике)
            ±(0.3 + 0.005 |T|)
            Класс CClass 2B
            Class BB
            F 0.6 (если речь о тонкопленочном датчике)
            W 0.6 (если речь о намоточном датчике)
            ±(0.6 + 0.01 |T|)
            Class K
            1/10 DIN
            ±(0.03 + 0.0005 |T|)
            Class K
            1/5 DIN
            ±(0.06 + 0.001 |T|)

            Приведенные в таблице допуски соответствуют большинству действующих стандартов для платиновых датчиков 3850 ppm/K, включая ГОСТ и европейский DIN 60751 (IEC-751), который с большой натяжкой можно назвать общепринятым.

            Например, в американском стандарте ASTM E1137 классы допуска платиновых датчиков именуются Grade и определяются иначе:

            Grade A±(0.25 + 0.0042 |T|)
            Grade B±(0.13 + 0.0017 |T|)

            Если же говорить о платине с другими температурными коэффициентами или о никелевых и медных датчиках, то можно обнаружить и другие определения допусков.

            Класс допуска описывает не только максимальную величину допуска, но и диапазон температур, на котором этот допуск гарантируется. Вы, наверное, уже догадались, что в разных стандартах эти диапазоны могут существенно отличаться. Это действительно так, причем диапазон температур зависит не только от класса допуска и типа датчика, но и от технологии, по которой выполнен датчик — у намоточных датчиков диапазон всегда шире.

            На картинке — кассы допуска для платиновых датчиков с температурным коэффициентом 3850 по стандарту DIN 60751 (IEC-751).

            Тонкопленочный датчик Pt 3850 ppm/KНамоточный датчик Pt 3850 ppm/K
            Класс допускаДиапазон температурКласс допускаДиапазон температур
            DIN 60751 (IEC-751) / ГОСТDIN 60751 (IEC-751)ГОСТ
            Класс АА
            (F 0.1)
            0… +150°СКласс АА
            (W 0.1)
            -100… +350°С-50… +250°С
            Класс А
            (F 0.15)
            -30… +300°СКласс А
            (W 0.15)
            -100… +450°С
            Класс B
            (F 0.3)
            -50… +500°СКласс B
            (W 0.3)
            -196… +600°С-196… +660°С
            Класс С
            (F 0.6)
            -50… +600°СКласс С
            (W 0.6)
            -196… +600°С-196… +660°С

            К слову, если в документации на термосопротивление указан диапазон измеряемых температур, который шире диапазона, предусмотренного указанным классом допуска, то заявленный класс допуска не будет действовать на всём рабочем диапазоне. Например, если датчик Pt1000 класса A предназначен для измерения температур от -200 до +600°C, то он будет иметь точность ±(0.15+0.002|T|) только при температурах до +300°C, а дальше скорее всего будет обеспечиваться класс В.

            Я привожу все эти подробности о терминологии и разночтениях в стандартах чтобы донести одну простую мысль: выбирая термосопротивление легко запутаться и неверно истолковать характеристики элемента. Важно понимать какие именно требования вы предъявляете к элементу (в абсолютных цифрах, а не в классах) и сравнивать их с абсолютными цифрами из документации на конкретный датчик.

            Структура термометров сопротивления

            Итак, термосопротивления представляют собой резисторы, выполненные из платины или, реже, из никеля или меди. Выше уже упоминались две технологии — намоточная (проволочная) и тонкопленочная.

            Намоточные датчики — это термосопротивления, выполненные на основе спиралей из металлической проволоки. Существует два основных способа изготовления намоточных датчиков. В первом случае проволока наматывается на стеклянный или керамический цилиндр, после чего конструкция покрывается изолирующим слоем из стекла. Второй способ — это помещение металлических спиралей в каналы внутри керамического цилиндра.

            При изготовлении тонкопленочных датчиков на керамическую подложку напыляется тонкий слой металла, который образует токопроводящую дорожку, так называемый меандр. После этого датчик покрывается изолирующим слоем из стекла.

            Большинство современных термосопротивлений выполняется по одной из этих трёх технологий. В источниках встречаются противоречивые мнения о том, какая конструкция более устойчива к вибрациям или перепадам температур. Оценки стоимости датчиков разных конструкций тоже сильно разнятся.

            На деле принципиальных отличий между характеристиками датчиков разной конструкции нет, цены на тонкопленочные и намоточные датчики также находятся в одном диапазоне.

            В большинстве случаев совершенно не важно как именно устроен датчик — при выборе компонента имеет значение только соотношение цены и характеристик конкретного элемента (нужно только не забывать что классы допуска для тонкопленочных датчиков определены на более узком диапазоне температур). Однако в некоторых задачах тонкопленочные датчики осознанно предпочитают намоточным. На это есть три главных причины:

              Высокие номинальные сопротивления. Тонкопленочная технология позволяет производить датчики с R0=1000 Ом той же ценой, что и датчики с номинальным сопротивлением 50, 100 или 500 Ом. К тому же, изготавливаются датчики и с более высоким номинальным сопротивлением, например 2000 и 10000 Ом.

            Заключение

            В заключении традиционно благодарю читателя за внимание и напоминаю, что вопросы по применению продукции, о которой мы пишем на хабре, можно также задавать на email, указанный в моем профиле.

            upd #1: Статья «Термосопротивления: производственный процесс» опубликована.

            upd #2: все упомянутые датчики и модули доступны со склада. Больше информации на efo-sensor.ru

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

            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.

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

            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.

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

            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

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

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

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

            Никелевые термометры сопротивления

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

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

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

            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).

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

            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:

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

            Ниже представлен фрагмент градуировочной таблицы термометров.

            50М (Ом)100М (Ом)50П (Ом)100П (Ом)500П (Ом)
            -50 °С39.378.640.0180.01401.57
            0 °С5010050100500
            50 °С60.7121.459.7119.41193.95
            100 °С71.4142.869.25138.51385
            150 °С82.1164.278.66157.311573.15

            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.

            Читайте также: Что такое электроконтактный манометр, назначение, принцип работы, схема подключения и обзор популярных моделей

            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.

            Класс точностиДопуск, °СТемпературный диапазон, °С
            Медный ТСПлатиновый ТСНикелевый ТС
            АА±(0,1 + 0,0017 |t|)от -50 °С до +250 °С
            А±(0,15+0,002 |t|)от -50 °С до +120 °Сот -100 °С до +450 °С
            В± (0,3 + 0,005 |t|)от -50 °С до +200 °Сот -195 °С до +650 °С
            С±(0,6 + 0,01 |t|)от -180 °С до +200 °Сот -195 °С до +650 °С-60 °С до +180 °С

            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 .

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

            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.

            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.

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

            Для чего нужен пирометр и как измерять температуру бесконтактным методом

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

            Что такое термопара, принцип действия, основные виды и типы

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

            Термометры сопротивления: от теории к практике

            В статье рассматривается теория и практика создания систем измерения температуры на основе термометров сопротивления. Проанализированы современные требования и существующие стандарты в данной области, их особенности и отличия. Приведены проверенные примеры практической реализации систем измерения температуры для различных областей применения. Даны практические рекомендации по выбору элементной базы и схемотехнических решений.

            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 температурыОсновные преимуществаОсновные недостаткиОсновные области применения
            Термометры сопротивленияВысокая 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 возбужденияШироко используются как в относительно недорогих, так и в прецизионных системах измерения и контроля температуры
            Полупровод- никовые термисторыДешевизна 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
            ТермопарыСамый 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. 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.

Ссылка на основную публикацию