Термометр сопротивления, термометр сопротивления - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Платиновые термопары характеризуются высокой стабильностью и точностью показаний. Это устройство обладает высоким удельным сопротивлением и способно проводить измерения в широком диапазоне температур. Платиновый термопреобразователь приобрел наибольшую популярность в промышленных районах различных стран мира.

Содержание

Термометр сопротивления (термопреобразователь): типы, конструкция, принцип действия

Термометр сопротивления – это измерительный прибор, работающий в широком диапазоне температур в различных промышленных условиях. Дополнительные названия этого устройства – термометр сопротивления и термистор.

Основными преимуществами термометров сопротивления являются повышенная стабильность, приближение характеристик к линейной зависимости и высокая взаимозаменяемость.

Его недостатками является необходимость использования трех- или четырехпроводных цепей для обеспечения точности измеряемых значений.

Кстати, если в документации на терморезистор указан диапазон температур, который шире, чем диапазон указанного класса допуска, то указанный класс допуска не будет действителен во всем рабочем диапазоне. Например, если датчик Pt1000 класса А предназначен для измерения температуры от -200 до +600°C, он будет точен только до ±(0,15+0,002|T|) при температуре до +300°C и, вероятно, обеспечит класс В выше этого значения.

Что такое термометры сопротивления

(они же термисторы или ТДС)
Для начала стоит разобраться в терминологии. Если вы знакомы с этой темой, можете перейти ко второй части статьи. Или сразу переходите к третьей части.

Таким образом, существуют тысячи различных продуктов, которые подпадают под термин “датчик температуры”. Датчик может быть определен как коммерчески доступное измерительное устройство, отображающее значение температуры в градусах, интегральная схема с цифровым выходом сигнала или просто измерительный элемент, на котором основаны все остальные решения. Сегодня мы говорим только о сенсорных элементах, которые мы, однако, будем называть “датчик”.

Термометры сопротивления, также называемые терморезисторами или RTD (Resistance Temperature Detectors), представляют собой измерительные элементы, принцип работы которых следует из их названия – при повышении температуры окружающей среды электрическое сопротивление элемента увеличивается и наоборот. Вы, вероятно, слышали о термометрах сопротивления в виде датчиков Pt100, Pt500 и Pt1000 или в виде датчиков 50M, 50P, 100M или 100P.

Иногда терморезисторы путают с термисторами или термопарами. Все эти датчики используются в схожих приложениях, но хотя термисторы также являются датчиками температуры сопротивления, термисторы, термопары и термоэлементы не следует путать друг с другом. О различиях в конструкции и назначении этих элементов уже написана тысяча статей, поэтому я не буду повторяться.

Самое главное, что средний термометр сопротивления стоит в несколько раз дороже среднего термистора или термопары, но только термисторы имеют линейные выходные характеристики. Линейность характеристик и гораздо более высокая точность и повторяемость результатов измерений делают терморезисторы популярными, несмотря на разницу в цене.

Следующие типы термометров сопротивления (далее RTD) считаются наиболее распространенными:

Градационные таблицы термометров сопротивления

Градационные таблицы – это сводная таблица, по которой легко определить, при какой температуре термометр будет иметь определенное сопротивление. Такие таблицы помогают приборам оценить измеренное значение температуры по конкретному значению сопротивления.

В этой таблице есть специальные обозначения RTD. Их можно увидеть в верхней строке. Цифра указывает на значение сопротивления датчика при 0°C, а буква – на металл, из которого он изготовлен.

Для обозначения использования металла:

P или Pt – платина;
М – медь;
N – никель.

Например, 50M – это медный ТК, сопротивление которого составляет 50 Ом при 0 °C.

Ниже приведена выдержка из таблицы шкалы термометра.

50M (Ом)	100M (Ом)	50P (Ом)	100P (Ом)	500P (Ом)
-50 °С	39.3	78.6	40.01	80.01	401.57
0 °С	50	100	50	100	500
50 °С	60.7	121.4	59.7	119.4	1193.95
100 °С	71.4	142.8	69.25	138.5	1385
150 °С	82.1	164.2	78.66	157.31	1573.15

0,00385

Метрологическая стабильность термометра сопротивления

Метрологические характеристики ТДС неизбежно изменяются в процессе эксплуатации. Скорость изменения зависит от многих факторов, таких как рабочая температура, скорость и частота изменения температуры, наличие химически активных веществ в измеряемой среде и т.д. Поэтому для датчиков TSPT, TSMT, TSPT Ex, TSMT Ex введены группы условий эксплуатации, в зависимости от которых стандартизованы допустимые значения дрейфа метрологических характеристик термометров сопротивления.

РМГ-74 “МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕРВАЛА И ИНТЕРВАЛА ИЗМЕРЕНИЙ” предписывает определять интервал между поверками (ИВИ) как период времени/время работы СИ, в течение которого изменение метрологических характеристик не превышает модуль класса допуска СИ минус систематическая погрешность измерения при испытании СИ.

Для ТДС определяющим фактором дрейфа является время работы датчика при повышенной температуре. Влияние старения на дрейф ТДС практически не рассматривается в научных публикациях. Однако известно, что величина и скорость дрейфа ТДС зависит от значения измеряемой температуры. Известно, что медные ТДС менее стабильны, чем платиновые ТДС. Доминирующей причиной дрейфа в неэкстремальных условиях эксплуатации является изменение физических свойств металлов под воздействием температуры, причем величина изменения зависит от значения максимальной рабочей температуры и времени воздействия.

Предлагается учитывать условия эксплуатации при определении интервалов поверки, разделив их на диапазоны измеряемых температур. Для каждого диапазона следует указать интервал проверки от одного до пяти лет. Предлагаемая градация диапазонов показана на рисунке 4.

Свойства платины сохраняются: линейная зависимость сопротивления от температуры, устойчивость к высоким температурам, термическая стабильность. По этой причине наиболее популярными платиновыми датчиками сопротивления являются Pt100 и Pt1000. Медные элементы 50M и 100M изготавливаются путем ручной намотки тонкой медной проволоки, а платиновые элементы 50P и 100P – путем намотки платиновой проволоки.

Термометры сопротивления – принцип действия, типы и конструкция, характеристики

Одним из наиболее распространенных типов термометров в промышленности является термометр сопротивления, который представляет собой первичный преобразователь, используемый для получения точного значения температуры, для которого требуется дополнительный нормализующий преобразователь или промышленный ПЛК – программируемый логический контроллер.

Термометр сопротивления представляет собой конструкцию, в которой платиновая или медная проволока намотана на специальную диэлектрическую основу, помещенную внутрь герметичного защитного корпуса удобной для установки формы.

Работа термометра сопротивления основана на явлении изменения электрического сопротивления проводника в зависимости от его температуры (температуры объекта, исследуемого термометром). Температурная зависимость сопротивления провода в общем случае выглядит следующим образом: Rt=R0(1+at), где R0 – сопротивление провода при 0°C, Rt – сопротивление провода при t°C, и – температурный коэффициент сопротивления термочувствительного элемента.

При изменении температуры тепловые колебания кристаллической решетки металла изменяют свою амплитуду, и соответственно изменяется электрическое сопротивление датчика. Чем выше температура – тем больше колебания кристаллической решетки – тем выше сопротивление току. В таблице выше приведены типичные характеристики двух распространенных термометров сопротивления.

Термостойкий корпус датчика предназначен для защиты его от механических повреждений при измерении температуры объекта.

На рис: 1 – измерительный элемент из платиновой или медной проволоки, спиралевидный, расположенный на керамическом стержне; 2 – пористый керамический цилиндр; 3 – керамический порошок; 4 – внешняя защитная трубка из нержавеющей стали; 5 – токовые провода; 6 – внешняя защитная трубка из нержавеющей стали; 7 – головка термометра со съемной крышкой; 8 – клеммы для подключения токоподводящего провода; 9 – кабель для крепления устройства; 10 – резьбовая гильза для установки в трубопровод с патрубками с внутренней резьбой.

Если пользователь точно определил цель, для которой необходим датчик температуры, и выбрал термометр сопротивления, то наиболее важными критериями для поставленной задачи являются: высокая точность (около 0,1°C), стабильность параметров, почти линейная зависимость сопротивления от температуры объекта, взаимозаменяемость термометров.

Типы и конструкции

Таким образом, в зависимости от материала измерительного элемента термометра сопротивления, эти приборы можно строго разделить на две группы: медные термопары и платиновые термопары. Датчики, используемые на территории России и ее ближайших соседей, обозначены следующим образом. Медь – 50M и 100M, платина – 50P, 100P, Pt100, Pt500, Pt1000.

Наиболее чувствительные термометры Pt1000 и Pt100 изготавливаются путем напыления очень тонкого слоя платины на керамическую подложку. Технологически на чувствительный элемент осаждается небольшое количество платины (около 1 мг), что придает ему малый размер.

Перед установкой термометра убедитесь, что тип термометра правильный, градуировочные характеристики соответствуют применению, монтажная длина рабочего элемента подходящая, а другие конструктивные особенности позволяют установить термометр в данном месте при данных условиях окружающей среды.

Проверьте датчик на наличие внешних повреждений, осмотрите корпус датчика, проверьте целостность обмотки датчика и сопротивление изоляции.

Некоторые факторы могут повлиять на точность измерения. Если датчик установлен в неподходящем месте, монтажная длина не соответствует условиям эксплуатации, плохое уплотнение, повреждение изоляции трубопроводов или другого оборудования приводит к неточным измерениям температуры.

Необходимо проверить все контакты, так как при плохом электрическом контакте между прибором и датчиком существует риск неточности. Нет ли на обмотке термометра влаги или конденсата, не закорочена ли обмотка, правильно ли подключена проводка (нет ли компенсационного кабеля, нет ли регулировки сопротивления линии), совпадает ли калибровка измерительного прибора с калибровкой датчика? Это важные моменты, на которые вы всегда должны обращать особое внимание.

Ниже приведены типичные ошибки, которые могут возникнуть при установке датчика температуры:

Если трубопровод не теплоизолирован, это неизбежно приводит к потерям тепла, поэтому место измерения температуры должно быть выбрано так, чтобы все внешние факторы были учтены заранее.

Короткая или слишком большая длина датчика может способствовать возникновению ошибки, вызванной неправильной установкой датчика в рабочем потоке тестируемой среды (датчик установлен не по направлению потока и не по оси потока, как это должно быть по правилам).

Калибровка датчика не соответствует предписанной схеме установки в месте установки.

Нарушено условие паразитного влияния изменения температуры окружающей среды (не установлены компенсационные заглушки и компенсационный кабель, датчик подключен к регистратору температуры по двухпроводной схеме).

Не учитывается характер окружающей среды: высокая вибрация, химически агрессивная среда, высокая влажность или высокое давление. Датчик должен быть адаптирован к условиям окружающей среды, чтобы выдерживать их.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Однако в последнее время все более популярными становятся датчики Pt1000 и Pt100. Их главное отличие – керамическая подложка, на которую напыляется минимальный слой платины. Этого вполне достаточно, чтобы устройство выполняло свою функцию.

Причины, которые могут негативно повлиять на работу датчика температуры

Как упоминалось ранее, основные проблемы связаны с уплотнительным и изоляционным слоем. Однако существуют и менее типичные проблемы. Если длина датчика недостаточна, он устанавливается под средой.

Это строго запрещено. Согласно правилам монтажа, датчик температуры должен располагаться в направлении потока среды.

Возможно, шаг датчика не соответствует регулируемой схеме.

Паразитарное влияние окружающей среды часто не принимается во внимание. Они должны быть компенсированы. Для этого устанавливается дополнительный компенсационный кабель и компенсационные штекеры.

Важно учитывать характер окружающей среды и действующие факторы (химическая агрессивность, вибрация и т.д.).

Читайте далее: