Меню

Pt 1000 термопреобразователь градуировочная таблица



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):

    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.

  • 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.

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.

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.

  • 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 (Al 2O 3). 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.

  • 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 (Al 2O 3) 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.

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:

    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.

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

Обратим внимание, что под r л.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.

Читайте также:  План описания географического положения материка Евразия вс по плану срочно 1 Определите как

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.

Источник

Измерение температуры. Датчики термосопротивления

Конструктивно датчики термосопротивления представляют собой катушку, намотанную очень тонкой (0,05 или 0,063) медной или платиновой проволокой. Катушка помещается внутрь завальцованной с одной стороны металлической гильзы с герметизирующей засыпкой или заливкой, имеющей электрическое сопротивление более 10 МОм. Выводы катушки соединены с клеммами, расположенными в головке датчика. Совокупность катушки, гильзы и клемм называется чувствительным элементом. Все остальное – корпусом или головкой датчика. По сути дела, датчик термосопротивления является переменным резистором, сопротивление которого меняется по определенному закону в зависимости от температуры среды. Закон изменения сопротивления зависит от градуировки датчика. С эксплуатационной точки зрения можно считать, что закон изменения сопротивления является линейной функцией.

Датчик температуры

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

Основными градуировками датчиков термосопротивления являются 50М, 50П, 100М, 100П, Pt100, 500М и 500П. Цифра в обозначении градуировки указывает на сопротивление датчика в омах при 0°С, то есть определяет упомянутую ранее точку R0. Буква в обозначении указывает на материал проволоки чувствительного элемента (М – медь, П и Pt — платина). Датчики градуировки 100П и Pt100 несмотря на одинаковое R0 и материал проволоки все же имеют разные характеристики. Это различие определяется коэффициентом W100. Платиновые датчики градуировки 100П отечественного производства чаще всего имеют коэффициент W100=1,3910 или W100=1,3850, медные датчики отечественного производства имеют W100=1,4280. Импортные платиновые и медные датчики термосопротивления имеют W100=1,3850 и W100=1,4260 соответственно. Коэффициент W100 показывает во сколько раз измениться сопротивление R0 датчика термосопротивления при его нагревании с 0 до 100°С.

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

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

Таким образом, для прикидочных расчетов, можно принять что на 1 Ом сопротивления датчиков градуировок 100П и Pt100 приходиться 2,5°С. Так при сопротивлении датчика 108 Ом измеряемая им температура равна 20°С. Измерение сопротивления датчика можно производить любым мультиметром, предварительно отсоединив от датчика соединительные провода, чтобы исключить влияние вторичного прибора. Для более точного определения температуры по сопротивлению датчика можно воспользоваться градуировочными таблицами. Для измерения температуры природного и технических газов наиболее часто применяются датчики 50М и 100М, а для измерения температуры воды и пара — 100П и 500П.

С 1 января 2008 года вступил в силу новый ГОСТ Р 8.625—2006 на датчики термосопротивления. Этот ГОСТ отменил понятие W100, заменив его на коэффициентом «альфа». Кроме того, ГОСТ Р 8.625—2006 установил однозначное соответствие между типом чувствительного элемента (М, П или Pt) и коэффициентом «альфа». Так для элемента 50М (100М и т.д) значение «альфа» равно 0,00428, что соответствует старому обозначению W100=1.428, для элемента Pt100 «альфа» равно 0,00385 (W100=1.385), для элемента 100П «альфа» равно 0,00391 (W100=1.391). Поэтому значение «альфа» и W100 в заводских паспортах и на шильдиках новых датчиков термосопротивления могут не указываться.

Схемы подключения

Подключение датчиков термосопротивления производиться по двух, трех или четырех проводной схеме. Двухпроводная схема подключения используется крайне редко, так как в этом случае сопротивление соединительных проводов вносит существенную погрешность в измерение. Наиболее часто используется трехпроводная схема подключения – именно по этой схеме датчики термосопротивления подключаются к контроллерам Siemens серии S300 как впрочем и к контроллерам других серий и других производителей. Четырехпроводная схема в основном используется при подключении датчиков термосопротивления к приборам технического и коммерческого учета потребления энергоресурсов, где важно максимально точное измерение температуры. Именно при четырехпроводной схеме осуществляется полная компенсация сопротивления соединительных проводов и наибольшая точность показаний. Датчики термосопротивления чаще всего имеют четыре клеммы для подключения соединительных проводов, широко распространены и датчики с тремя клеммами. Датчики с двумя клеммами встречаются редко и, как правило, они имеют соединительные провода фиксированной длины заводского изготовления, с помощью которых датчик присоединяется к вторичному прибору.

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

Рассчетная формула

Упрощенная рассчетная формула

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

Расчет коэффициента

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

Влияние сопротивления линии связи

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

Пересчет на реальную длину кабеля

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

При подключении датчика температуры к контроллеру Siemens S300 может возникнуть следующая ситуация. При ослаблении контакта от одного или нескольких выводов термометра сопротивления, например, в проходной клеммной коробке наблюдается рост показаний температуры. Причем возрастание показаний температуры происходит медленно и так же медленно потом уменьшается в зависимости от того, как изменяется сопротивление самого термометра. То есть все указывает на то, что происходит реальный нагрев датчика. Но при измерении сопротивления датчика цифровым мультиметром видно, что на самом деле датчик имеет температуру меньшую, чем показывает контроллер. Протяжка всех клеммных соединений устраняет данную проблему.

Платиновые датчики термосопротивления ТСП и Pt100 теоретически имеют диапазон измеряемых температур от -200 до 1100°С. Наиболее распространены датчики с диапазоном -50…350°С. Работа датчиков термосопротивления в этом диапазоне обеспечивает измерение температуры воды, пара и всевозможных технических газов, получивших распространение в промышленности и не требует применения специальных жаростойких марок сталей при их изготовлении. Медные датчики способны работать в диапазоне -200…200°С. Выпускаемые промышленностью датчики ТСМ имеют температурный диапазон -50…150°С. Для того чтобы датчик термосопротивления можно было заменить, выкрутив из трубы, не перекрывая трубопровод при их монтаже используют защитные гильзы (стаканы). Защитная гильза также предохраняет термометр сопротивления от высокого давления и скоростного напора в трубопроводе.

Защитные гильзы

Гильза вкручивается в вваренную в трубопровод бобышку, а уже в нее вставляется датчик термосопротивления и фиксируется гайкой. Для лучшего теплообмена внутрь гильзы должно быть залито масло. У некоторых датчиков стакан является конструктивной единицей корпуса датчика, поэтому такой датчик вворачивается напрямую в бобышку. При выходе из строя датчика его чувствительный элемент вынимается из корпуса и заменяется новым. Корпус при этом остается на месте и герметичность трубопровода не нарушается. При измерении температуры агрессивных сред на поверхность защитной гильзы наносят полимерное защитное покрытие. Для измерения температуры свыше 300°С как правило используют термопары.

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

Посмотреть другие статьи в том числе про измерение температуры.

Источник

Pt 1000 термопреобразователь градуировочная таблица

Конструктивно датчики термосопротивления представляют собой катушку, намотанную очень тонкой (0,05 или 0,063) медной или платиновой проволокой. Катушка помещается внутрь завальцованной с одной стороны металлической гильзы с герметизирующей засыпкой или заливкой, имеющей электрическое сопротивление более 10 МОм. Выводы катушки соединены с клеммами, расположенными в головке датчика. Совокупность катушки, гильзы и клемм называется чувствительным элементом. Все остальное – корпусом или головкой датчика. По сути дела, датчик термосопротивления является переменным резистором, сопротивление которого меняется по определенному закону в зависимости от температуры среды. Закон изменения сопротивления зависит от градуировки датчика. С эксплуатационной точки зрения можно считать, что закон изменения сопротивления является линейной функцией.

Датчик температуры

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

Основными градуировками датчиков термосопротивления являются 50М, 50П, 100М, 100П, Pt100, 500М и 500П. Цифра в обозначении градуировки указывает на сопротивление датчика в омах при 0°С, то есть определяет упомянутую ранее точку R0. Буква в обозначении указывает на материал проволоки чувствительного элемента (М – медь, П и Pt — платина). Датчики градуировки 100П и Pt100 несмотря на одинаковое R0 и материал проволоки все же имеют разные характеристики. Это различие определяется коэффициентом W100. Платиновые датчики градуировки 100П отечественного производства чаще всего имеют коэффициент W100=1,3910 или W100=1,3850, медные датчики отечественного производства имеют W100=1,4280. Импортные платиновые и медные датчики термосопротивления имеют W100=1,3850 и W100=1,4260 соответственно. Коэффициент W100 показывает во сколько раз измениться сопротивление R0 датчика термосопротивления при его нагревании с 0 до 100°С.

Читайте также:  Растущий стул инструкция материалы и инструменты

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

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

Таким образом, для прикидочных расчетов, можно принять что на 1 Ом сопротивления датчиков градуировок 100П и Pt100 приходиться 2,5°С. Так при сопротивлении датчика 108 Ом измеряемая им температура равна 20°С. Измерение сопротивления датчика можно производить любым мультиметром, предварительно отсоединив от датчика соединительные провода, чтобы исключить влияние вторичного прибора. Для более точного определения температуры по сопротивлению датчика можно воспользоваться градуировочными таблицами. Для измерения температуры природного и технических газов наиболее часто применяются датчики 50М и 100М, а для измерения температуры воды и пара — 100П и 500П.

С 1 января 2008 года вступил в силу новый ГОСТ Р 8.625—2006 на датчики термосопротивления. Этот ГОСТ отменил понятие W100, заменив его на коэффициентом «альфа». Кроме того, ГОСТ Р 8.625—2006 установил однозначное соответствие между типом чувствительного элемента (М, П или Pt) и коэффициентом «альфа». Так для элемента 50М (100М и т.д) значение «альфа» равно 0,00428, что соответствует старому обозначению W100=1.428, для элемента Pt100 «альфа» равно 0,00385 (W100=1.385), для элемента 100П «альфа» равно 0,00391 (W100=1.391). Поэтому значение «альфа» и W100 в заводских паспортах и на шильдиках новых датчиков термосопротивления могут не указываться.

Схемы подключения

Подключение датчиков термосопротивления производиться по двух, трех или четырех проводной схеме. Двухпроводная схема подключения используется крайне редко, так как в этом случае сопротивление соединительных проводов вносит существенную погрешность в измерение. Наиболее часто используется трехпроводная схема подключения – именно по этой схеме датчики термосопротивления подключаются к контроллерам Siemens серии S300 как впрочем и к контроллерам других серий и других производителей. Четырехпроводная схема в основном используется при подключении датчиков термосопротивления к приборам технического и коммерческого учета потребления энергоресурсов, где важно максимально точное измерение температуры. Именно при четырехпроводной схеме осуществляется полная компенсация сопротивления соединительных проводов и наибольшая точность показаний. Датчики термосопротивления чаще всего имеют четыре клеммы для подключения соединительных проводов, широко распространены и датчики с тремя клеммами. Датчики с двумя клеммами встречаются редко и, как правило, они имеют соединительные провода фиксированной длины заводского изготовления, с помощью которых датчик присоединяется к вторичному прибору.

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

Рассчетная формула

Упрощенная рассчетная формула

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

Расчет коэффициента

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

Влияние сопротивления линии связи

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

Пересчет на реальную длину кабеля

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

При подключении датчика температуры к контроллеру Siemens S300 может возникнуть следующая ситуация. При ослаблении контакта от одного или нескольких выводов термометра сопротивления, например, в проходной клеммной коробке наблюдается рост показаний температуры. Причем возрастание показаний температуры происходит медленно и так же медленно потом уменьшается в зависимости от того, как изменяется сопротивление самого термометра. То есть все указывает на то, что происходит реальный нагрев датчика. Но при измерении сопротивления датчика цифровым мультиметром видно, что на самом деле датчик имеет температуру меньшую, чем показывает контроллер. Протяжка всех клеммных соединений устраняет данную проблему.

Платиновые датчики термосопротивления ТСП и Pt100 теоретически имеют диапазон измеряемых температур от -200 до 1100°С. Наиболее распространены датчики с диапазоном -50…350°С. Работа датчиков термосопротивления в этом диапазоне обеспечивает измерение температуры воды, пара и всевозможных технических газов, получивших распространение в промышленности и не требует применения специальных жаростойких марок сталей при их изготовлении. Медные датчики способны работать в диапазоне -200…200°С. Выпускаемые промышленностью датчики ТСМ имеют температурный диапазон -50…150°С. Для того чтобы датчик термосопротивления можно было заменить, выкрутив из трубы, не перекрывая трубопровод при их монтаже используют защитные гильзы (стаканы). Защитная гильза также предохраняет термометр сопротивления от высокого давления и скоростного напора в трубопроводе.

Защитные гильзы

Гильза вкручивается в вваренную в трубопровод бобышку, а уже в нее вставляется датчик термосопротивления и фиксируется гайкой. Для лучшего теплообмена внутрь гильзы должно быть залито масло. У некоторых датчиков стакан является конструктивной единицей корпуса датчика, поэтому такой датчик вворачивается напрямую в бобышку. При выходе из строя датчика его чувствительный элемент вынимается из корпуса и заменяется новым. Корпус при этом остается на месте и герметичность трубопровода не нарушается. При измерении температуры агрессивных сред на поверхность защитной гильзы наносят полимерное защитное покрытие. Для измерения температуры свыше 300°С как правило используют термопары.

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

Посмотреть другие статьи в том числе про измерение температуры.

Источник

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

На мой взгляд, пояснений требует только первый пункт.

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.

Читайте также:  Главные особенности стиральных машин Candy

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 -3 °C -1
B = -5.775 x 10 -7 °C -2
C = -4.183 x 10 -12 °C -4

  • Pt 3911 ppm/K (характеристика остается востребованной в РФ, т.к. в прошлом только она была внесена в ГОСТ)
    A = 3.9692 x 10 -3 °C -1
    B = -5.829 x 10 -7 °C -2
    C = -4.3303 x 10 -12 °C -4
  • Автомобильному стандарту Pt 3770 ppm/K, американскому Pt 3750 ppm/K или японскому Pt 3916 ppm/K будут соответствовать другие наборы коэффициентов.

    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 названия Допуск, °С
    Класс АA Class 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 A 1/2 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 B DIN
    F 0.3 (если речь о тонкопленочном датчике)
    W 0.3 (если речь о намоточном датчике)
    ±(0.3 + 0.005 |T|)
    Класс C Class 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/K Намоточный датчик Pt 3850 ppm/K
    Класс допуска Диапазон температур Класс допуска Диапазон температур
    DIN 60751 (IEC-751) / ГОСТ DIN 60751 (IEC-751) ГОСТ
    Класс АА
    (F 0.1)
    0… +150°С Класс АА
    (W 0.1)
    -100… +350°С -50… +250°С
    Класс А
    (F 0.15)
    -30… +300°С Класс А
    (W 0.15)
    -100… +450°С
    Класс B
    (F 0.3)
    -50… +500°С Класс B
    (W 0.3)
    -196… +600°С -196… +660°С
    Класс С
    (F 0.6)
    -50… +600°С Класс 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.

    Малый размер. Тонкопленочный датчик можно сделать гораздо более миниатюрным по сравнению с намоточным. Стандартный датчик Pt1000, например, может иметь габариты всего 1.6 x 1.2 мм.

  • Прямоугольная форма и миниатюрный размер пленочных датчиков позволяют выпускать не только выводные термосопротивления, но и SMD-компоненты стандартных размеров — 1206, 0805 и так далее.
  • У тонкопленочной технологии есть и другие интересные свойства, позволяющие, например, сократить время отклика датчика температуры или изготовить на базе термосопротивлений датчики скорости потока. Об этом будем говорить в следующей статье, которая полностью посвящена процессу изготовления тонкопленочных датчиков.

    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.

    Источник