Термометры сопротивления: виды, типы конструкции, классы допуска

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.

Спирали

Подобные элементы в значительной степени заменили проволочные в промышленности. Это особенно заметно в случае с 50 М термопреобразователями сопротивления. Эта конструкция имеет проволочную катушку, которая может свободно расширяться, в зависимости от температуры, и удерживаться на месте некоторой механической опорой, которая позволяет катушке сохранять свою форму.

Такая конструкция без натяжения позволяет чувствительному проводу расширяться и сжиматься без воздействия других материалов: в этом отношении он аналогичен SPRT, первичному стандарту, на котором основан ITS-90, обеспечивая при этом долговечность, необходимую для промышленного использования.

Основой чувствительного элемента является небольшая катушка из платиновой проволоки. Эта катушка напоминает нить в лампе накаливания. Корпус или оправка представляет собой твердо обожженную керамическую оксидную трубку с одинаково расположенными отверстиями, проходящими поперек осей. Катушка вставляется в отверстия оправки и затем упаковывается очень тонко измельченным керамическим порошком. Это позволяет сенсорному проводу двигаться, оставаясь при этом в хорошем тепловом контакте с процессом. Эти элементы работают при температуре до 850 °С.

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

Что такое петля фаза-ноль простым языком — методика проведения измерения

Виды и их характеристика

Основное различие между термометрами – устройство датчика. Они сделаны из разных материалов, отличаются толщиной чувствительного элемента и имеют различную стоимость.

Металлические

Они бывают платиновые, никелевые и медные. Рассмотрим подробнее элементы их этих металлов.

Платина. Самый дорогой материал, из нее изготавливаются самые точные лабораторные и эталонные приборы. Достоинства – очень высокая точность и широкий диапазон измерений, стабильность работы, практически линейная зависимость электропроводности от температуры (номинальная статическая характеристика, НСХ). Недостаток – высокая стоимость, хотя сейчас развитие технологий уменьшает количество платины, а значит, и цену. Все плюсы при этом сохраняются. Приборы с датчиком из платины обозначаются как ТСП (Термометр Сопротивления с платиновым датчиком).

Также существуют различные конструкции чувствительного элемента.

Проволочный. Чувствительный элемент – проволока, намотанная на каркас из металла, керамики, кварца, слюды или пластмассы. Во избежание потерь на индукцию намотка бифилярная (это когда провод складывается вдвое и только затем наматывается). Между витками есть мелкодисперсный наполнитель из Al2O3, который нужен для дополнительной изоляции витков и амортизации при колебаниях. Катушка заключена в металлический корпус и загерметизирована.

Полупроводниковые

Обычно они изготавливаются из германия и кремния. В качестве легирующей добавки выступает сурьма. Также есть кобальто-марганцевые (КМТ) и медно-марганцевые (ММТ) приборы, работающие в пределах от -90 до +180 градусов. Благодаря большому внутреннему сопротивлению датчика проводимостью соединителей можно пренебречь. Чувствительный элемент расположен в защитном корпусе.

Преимущества – высокое быстродействие, возможность работы в сверхнизких температурах – от -270 градусов по Цельсию. Точность и стабильность измерений большие. Недостатки – нелинейная характеристика НСХ и невоспроизводимость градуировочной характеристики.

Благодаря нелинейной зависимости «температура-сопротивление» такие устройства скачкообразно меняют проводимость при определенной температуре. Это называется релейным эффектом и позволяет использовать данные приборы в системах сигнализации. Датчики по-разному крепятся на поверхность. Варианты креплений делятся на:

• ввинчивающиеся;
• поверхностные;
• вставные;
• с присоединительными проводами;
• с байонетными соединениями (это осевое перемещение и поворот, как в боксах для дисков).

Расшифровка обозначений термометров сопротивления не составит труда. Обычно латиницей или кириллицей указывается его тип, далее цифрами – сопротивление в Ом при температуре 0 градусов Цельсия. Например, Pt100 – термометр платиновый, сопротивление термопреобразователя – 100 Ом при 0 градусов. Также есть несколько общепринятых сокращений:

• ТПТ – технический платиновый термометр;
• ТСПН – термометр, предназначенный для регистрации низких температур;
• ЭТС – эталонные термометры сопротивления, которые используются для калибровки других датчиков.

Чем отличается платиновый термометр сопротивления (ТСП) от аналогов

Чтобы понять чем обусловлена высокая популярность такого вида приборов, стоит пару слов сказать о принципе действия всех вариантов. Термометры сопротивления предназначены для подключения к измерительному оборудованию и для непосредственного замера уровня тепловой энергии. Считывание показаний осуществляется за счет изменений чувствительного элемента. Им является проволока или пленка из металла с известной зависимостью уровня электрического сопротивления от количества тепла.

Согласно действующим стандартам для изготовления чувствительного элемента может использоваться никель, медь и платина. Последний материал наилучшим образом подходит для решения производственных задач. Так, платиновый термометр сопротивления (ТСП) проявляет высокие показания стабильности и надежности при температуре до 600 градусов Цельсия.

Почему термопреобразователи сопротивления (ТС) стоит покупать именно у нас

Рассматриваемые приборы заслужили высокую востребованность неслучайно. Их популярность объясняется тем, что термопреобразователь сопротивления (ТС) обладает отличной взаимозаменяемостью, а также высокой линейностью. Это значит, что при необходимости установки нового прибора, повторная калибровка оборудования не потребуется.

Обратившись к нашим специалистам, вы можете с легкостью купить комплект термопреобразователей, каждый из которых будет отвечать высоким требованиям качества, стабильности и надежности работы. НПП «Прома» обладает широкой географией поставок термопреобразователей и на протяжении последних 20 лет с успехом обслуживает ведущие отечественные заводы. Заказывая продукцию у нас, вы получите лучшее предложение по соотношению качества и стоимости. Мы уверены в надежности предлагаемых изделий, так как работаем с ними в собственном конструкторском бюро, а также производим их на новейшем технологичном оборудовании.

Разновидности датчиков температуры ТСМ

Компания выпускает модификации термопреобразователей с медным ЧЭ от ТСМ035 до ТСМ165. Изделия применяются для постоянного замера температуры:

• твердых;
• газообразных;
• жидких;
• агрессивных;
• неагрессивных сред.

Датчики имеют простую конструкцию, невысокую стоимость изготовления. При этом изделия качественные и надежные. Обладают приемлемой эксплуатационной долговечностью.

Основные техпараметры датчика температуры ТСМ

Термопреобразователи характеризуются следующими техническими параметрами:

• диапазон T°С, от -50°С до +180°С.
• класс допуска, A, B, C;
• показатель тепловой инерции, от 1 до 180;
• защитная арматура: латунь, сталь, медь М1.

Компания также выпускает датчики температуры ТСМУ имеющие унифицированный выходной сигнал. Цена на них выше, чем стандартных ТСМ.

Сферы применения

Одноканальные медные термопреобразователи используются для измерения температур в пищевой промышленности при производстве, стерилизации продукции. По взрывозащите такие датчики имеют обычное и специальное исполнение.

В системах вентиляции, электрощитовых, хранилищах, для контроля и регулировки температуры при технологических процессах используются ТСМ 302. Средний срок службы термопреобразователей сопротивления свыше 5 лет.

Также предлагаем Вам ознакомиться:

Компания НПП «Прома» является одним из ведущих производителей продукции для автоматизации промышленных производств в города России: Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Екатеринбург, Нижний Новгород, Казань, Челябинск, Омск, Самара, Ростов-на-Дону, Уфа, Красноярск, Пермь, Воронеж, Волгоград, Краснодар, Рязань.

Схемы включения ТСМ/ТСП

Существует три варианта подключения:

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 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

Отличия от датчика температуры

В автоматических газовых котлах, помимо термопары, может устанавливаться ещё и датчик температуры — он позволяет снизить интенсивность пламени при достижении заданной пользователем температуры.

Визуально они похожи, поэтому их можно перепутать. Основные отличия:

• у датчика температуры основа — это массивный цилиндрический сифон в форме запаянной медной колбы;
• у термодатчика — более тонкая капиллярная трубка;
• термодатчик устанавливается возле водяного радиатора (так как замеряет температуру теплоносителя, а не пламени в камере горения);
• термодатчик соединяется с клапаном автоматики.

Термопара Датчик температуры Принцип работы температурного датчика также отличается. Внутри колбы — специальная жидкость, которая при нагревании расширяется, передает давление в автоматику, а та, в свою очередь, регулирует положение клапана.

Параметры выбора

Чтобы осуществить корректный выбор подходящего термометра, необходимо определить несколько условий, которые должны соответствовать для комфортной работы прибором.

Диапазон рабочей температуры

Необходимо знать, в каких температурах будет задействован термометр. Также нужно определить, какая погрешность будет приемлемой при получении результатов. Если диапазон температур небольшой, то подойдут термисторы. В самых суровых условиях работоспособны преимущественно шумовые приборы.

Условия проведения замеров

Возможно ли поместить термометр в среду или материал, который нужно заменить. Если нет, то получить данные можно при помощи радиационных термометров, которые замеряют температуру сквозь препятствия.

Время работы до калибровки или замены

Установить условия работы датчика. Окружающая обстановка может быть стандартной, с высокой влажность, окислительной, пожароопасной и так далее.

Величина сигнала выхода

Сигнал выхода должен соответствовать возможностям электроизмерительных приборов для дальнейшей обработки получаемых данных. Зависит это от полученных показателей температуры, преобразуемых в энергию.

Другие технические данные

Также при определении подходящего типа датчика температуры необходимо обращать внимание на второстепенные факторы. Эти нюансы позволяют выбрать самый подходящий аппарат для получения необходимых данных

Погрешность

Для получения самых точных результатов потребуется большое количество времени. Лучший показатель выдает биметаллический термометр, построенный по принципу ЯКР и цифровые. Первые – быстрее, а вторые – точнее.

Разрешение

Этот показатель позволяет получить от датчика более точные приращениям дискретности измерения температуры. Ярким представителем является DS18B20, который может работать в разрешении 9,10,11 и 12 бит. Самый малый режим даст 0.5°C, а максимальный — 0.0625°C.

Напряжение

На величину выходного напряжения будет влиять сопротивление резистора. В зависимости от этого напряжение может быть линейным (изменяться в зависимости от температуры) и нелинейным. Для каждого датчика существуют свои эталонные величины на выводах термометра, который зависит от температуры измеряемого объекта.

Время сработки

Показатель отвечает за скорость получения результатов замера. Как правило, быстрые замеры можно получить, имея крупную погрешность. Для устранения этого недостатка потребуется пренебречь временем сработки и увеличить его до необходимого показателя точности.

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.

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»

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»

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

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.

Примение

Сфера применения датчиков температуры охватывает как бытовые приборы, так и оборудование общепромышленного назначения, сельскохозяйственную отрасль, военную промышленность, аэрокосмический сектор. Каждый из вас может встретить их у себя дома в нагревательных приборах – бойлерах, духовках, мультиварках или хлебопечках.

В тяжелой промышленности тепловые сенсоры позволяют контролировать степень нагрева печей, воздуха в рабочей области, состояние трущихся поверхностей. В медицине их используют для контроля температуры в труднодоступных местах или для упрощения различных процедур.

Многие автолюбители часто сталкиваются с анализаторами температуры, контролирующими состояние масла или другой охлаждающей жидкости. На сети железных дорог они позволяют отслеживать нагрев букс и колесных пар. В энергетике с их помощью обследуются контактные соединения и качество прилегания поверхностей.

Таблица сравнения термопар

Выше мы рассмотрели типы термоэлектрических преобразователей. У читателя, скорее всего, резонно возник вопрос: Почему так много типов термопар существует?

Дело в том, что заявленная производителем точность измерений возможна только в определённом интервале температур. Именно в этом диапазоне производитель гарантирует линейную характеристику своего изделия. В других диапазонах зависимость напряжения от температуры может быть нелинейной, а это обязательно отобразится на точности. Следует учитывать, что материалы обладают разной степенью плавкости, поэтому для них существует предельное значение рабочих температур.

Для сравнения термопар составлены таблицы, в которых отображены основные параметры измерительных преобразователей. В качестве примера приводим один из вариантов таблицы для сравнения распространённых термопар.

Таблица 1.

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.

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.

Что это такое?

Термометры сопротивления – это устройства для определения температуры в диапазоне от -263 до +1000 градусов Цельсия. Они состоят из датчика, усилителя сигнала, регистрирующего и вспомогательных устройств, а также их соединителей. Эти устройства обладают неоспоримыми достоинствами:

• широкий диапазон измерения температуры (у дорогих моделей);
• высокая точность;
• стабильность работы;
• стойкость в вибрации;
• компактные размеры;
• возможность работать в агрессивных средах;
• некоторые модели имеют небольшую стоимость.

Но вместе с тем им присущи и некоторые недостатки:

• высокая стоимость точных устройств;
• необходимость соблюдать четкие требования при подключении;
• наличие источника питания;
• невозможность ремонта самостоятельно.

Конструкция

Обычные чувствительные элементы RTD, изготовленные из платины, меди или никеля, имеют повторяемое соотношение сопротивления к температуре (R против T) и диапазон рабочих температур. Отношение Rs к T определяется как величина изменения сопротивления датчика на градус преобразования температуры. Относительное изменение сопротивления (температурный коэффициент сопротивления) изменяется незначительно в пределах полезного диапазона датчика.

Платина была предложена сэром Уильямом Сименсом в качестве элемента для резистивного температурного детектора на лекции Бейкера в 1871 году: это благородный металл и имеет наиболее стабильное соотношение сопротивление-температура в наибольшем диапазоне температур.

Никелевые элементы имеют ограниченный температурный диапазон, потому что величина изменения сопротивления на градус преобразования температуры становится очень нелинейной при температурах выше 300 ° C (572 ° F). Медь имеет очень линейное отношение сопротивления к температуре, однако она окисляется при умеренных температурах и не может использоваться при нагреве выше 150 ° C (302 ° F).

Вывод

По мнению ведущих отечественных и иностранных специалистов, точность работы и надежность термометров сопротивления с каждым годом растет. Если необходим температурный датчик высокой надежности и долгой работоспособности для температур диапазоном от 200 0С до 600 0С, то лучше, чем платиновый термометр, найти что-либо тяжело. Эти устройства могут служить многие годы без замены чувствительного элемента.

И пускай такой термометр стоит недешево, зато качество его работы, точность показаний и надежность находятся на высоком уровне, что положительно оценили не только наши промышленники, но и специалисты ведущих зарубежных компаний.

Большинство случаев выхода из строя современных датчиков сопротивления связано не со сборкой устройства, а с их неправильным креплением на измерительном объекте и ошибочным подключением к электрической сети. Также следует при эксплуатации прибора придерживаться рекомендованных рабочих температур, иначе с каждым «перебором» точность показаний начнет идти все с большей погрешностью.

Похожие записи:

Принцип работы сервопривода, что такое сервопривод Применение тиристора и симистора: принцип работы и способы управления Как лучше всего соединить медный и алюминиевый провод: все способы надежного соединения проводов из алюминия и меди Разновидности и особенности применения металлических труб для электрических проводов Стандарты напряжения в россии Какой кабель выбрать для проводки: nym или ввгнг?