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. Наиболее распространенными считаются следующие типы термометров сопротивления (далее ТС): Обозначения: Чтобы не возникало вопросов, что такое ТСМ, приведем расшифровку этой и других аббревиатур: 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. 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. 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). 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. 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. Обозначения: 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. Обозначения: 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. 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. Согласно действующим нормам допускается определенное отклонение от линейной характеристики «температура-сопротивление». Ниже представлена таблица соответствия класса точности. Таблица 1. Классы допуска. °C |t | Приведенная в таблице погрешность отвечает текущим нормам. Существует три варианта подключения: В измерительных приборах ТС, как правило, включен по мостовой схеме. Обратим внимание, что под rл.с. в электрической схеме подразумевается сопротивление линий связи, то есть проводов, которыми подключен датчик. 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: 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. 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. Что касается методики поверки эталонных платиновых датчиков, то она должна производиться на специальных реперных точках. www.asutpp.ru Термометры сопротивления — электрический температурный датчик, использующий изменения сопротивления, которое противодействует протеканию тока, который является основой для измерений температуры. В английском языке термометр сопротивления обозначается тремя буквами RTD. Основным электрическим компонентом термометра сопротивления является резистор, который часто представляет собой провод, обмотанный вокруг керамического изолятора в виде стержня Резистор и является температурным чувствительным элементом термометра сопротивления. Для защиты чувствительного элемента от физического воздействия и изоляции электрической цепи от технологической жидкости во избежание короткого замыкания резистор обычно заключается в корпус из нержавеющей стали. Два провода подсоединяются к электрической цепи внутри корпуса посредством герметичного уплотнения. Термометры сопротивления могут использоваться для измерения температуры электрическим путем, так как существует прямо пропорциональная зависимость между изменениями сопротивления и изменением температуры. Другими словами, при повышении температуры величина сопротивления возрастает прямо пропорционально, а при понижении температуры сопротивление пропорционально уменьшается. Подобный принцип используется в термометрах сопротивления, так как сопротивление термометра уменьшается или увеличивается пропорционально температуре процесса, который он измеряет. Любое изменение сопротивления может быть зарегистрировано и преобразовано в температурные показания с помощью таблицы, или отображено на шкале, которая откалибрована в единицах измерения температуры. Как и термопара или любой другой температурный датчик термометр сопротивления (RTD) функционален при измерении температуре только, если он подсоединен к электрической цепи. Обычно с термометрами сопротивления применяются мостовые схемы, так как такие схемы позволяют добиться высокой точности. Вместе с мостовой схемой используется батарея, которая служит в качестве источника питания. Цепи термометров сопротивления должны иметь внешний источник питания, так как они не способны генерировать напряжение сами. Мостовая схема, изображенная на рисунке выше состоит из пяти резисторов: Р1, R2, R3, R4, R5; и точек соединения: А, В, С, D. В данном случае давайте предположим, что каждый резистор в мостовой схеме обладает одинаковым сопротивлением. Так как ток протекает от минуса к плюсу в данном контуре, то протекание начинается с минусовой клеммы батареи и ток достигает точки А. В точке А ток расщепляется на равные части: одна половина протекает через сопротивление R1 в точку В, а другая половина протекает через R2 к точке С. Так как сопротивление всех резисторов одинаковое, то между точками В и С нет разницы в величине напряжения, поэтому ток через R5 не протекает. Когда ток через средний резистор не протекает, то мост, как говорится «уравновешен». В данном примере ток протекает от точки В, через R3 в точку D. Ток также протекает от точки С через R4 в точку D. Ток от точки D возвращается на положительную клемму батареи, завершая цепь. Мостовая схема, изображенная на рисунке выше похожа на предыдущую схему за исключением того, что резистор R3 заменен термометром сопротивления. В данной конфигурации ток по-прежнему протекает от минусовой клеммы батареи на точки В и С. Однако, если сопротивление термометра сопротивления (RTD) отличается по величине от сопротивления резистора R4, то между точками В и С появится напряжение. Это означает, что мост неуравновешен и ток будет протекать через резистор R5. Ток, протекающий через мост, может быть измерен, если мы заменим R5 измерительным прибором, который и будет определять температуру, измеряя ток. Так схема обеспечивает высокую точность, то она часто используется вместе с термометрами сопротивления для измерения температуры. Когда для измерения температуры используются термометры сопротивления, то они включаются в схему, подобно той, что показана на рисунке выше. Во многих случаях термометры сопротивления расположены на удалении от остальных элементов цепи, так как они подвержены воздействию температуры технологического процесса. По мере того, как температура вокруг термометра меняется, то пропорционально меняется величина сопротивления термометра. Когда сопротивление термометра меняется, то мост становится неуравновешенным и определенный ток протекает через измерительный прибор. Этот ток пропорционален изменениям температуры. Температура процесса затем может быть определена по показаниям шкалы прибора. В некоторых случаях шкалы откалиброваны на показания величины сопротивления, а не температуры. В таких случаях надо воспользоваться переводной таблицей для перевода ом в градусы. kipiavp.ru Компромиссом между двухпроводной и четырехпроводной схемой подключения датчика температуры RTD является трехпроводная схема, которая выглядит следующим образом: Вольтметр «A» измеряет сумму напряжений на RTD и на нижнем по схеме токоподводящем проводе. Вольтметр «B» измеряет падение напряжения только на верхнем по схеме проводе. Если оба провода будут иметь одинаковое сопротивление, то разница показаний вольтметра «А» и вольтметра «B» дадут падение напряжения на датчике RTD: VRTD = Vmeter(A) − Vmeter(B) Если сопротивления двух соединительных проводов точно идентичны (включая электрическое сопротивление любых соединений в контуре измерений), то рассчитанное напряжение будет точно соответствовать напряжению на датчике RTD, и ошибки за счет паразитного сопротивления соединительных проводов не будет. Но любая разница в сопротивлении проводов тут же скажется на точности измерений. Таким образом, мы видим, что схема RTD с тремя соединительными проводами уменьшает стоимость соединения (за счет экономии кабельной продукции по отношению к четырех проводной схеме соединений), однако применение данной схемы соединений, отрицательно сказывается на точности измерений. Нужно понимать, что в реальном применении RTD с трехпроводной схемой соединений показывающие вольтметры не используются. На практике, при использовании RTD применяются аналоговые или цифровые схемы, которые определяют величины напряжений и выполняют необходимые расчеты, чтобы компенсировать падение напряжения на сопротивлении соединительных проводов. Вольтметры, показанные на схемах трех- и с четырехпроводных схемах, служат только для того, чтобы иллюстрировать фундаментальные понятия, а не демонстрировать практические схемотехнические решения. Практическая электронная схема для трехпроводной схемы подключения RTD показана на следующем рисунке: Необходимо еще раз подчеркнуть фундаментальное ограничение любой трехпроводной цепи: компенсация сопротивления проводов возможна настолько, насколько точно сопротивления соединительных сигнальных проводов равны друг другу. Это накладывает ограничение на применяемый кабель. Обычно для подключения RTD используются инструментальные кабели, специально разработанные для данных целей. sibcontrols.com Датчики термосопротивления широко применяются для измерения температуры жидкостей, газов и твердых тел благодаря своей высокой точности, надежности, простоте установки и эксплуатации. Но при попытке передать сигнал с одного датчика термосопротивления одновременно на два вторичных прибора, например, программный ПИД-регулятор и безбумажный регистратор, добиться достоверных показаний не удастся. Датчик термосопротивления (RTD) не может быть подключен параллельно или последовательно к входам двух вторичных приборов одновременно. Это связано с тем, что любой вторичный прибор генерирует опорный ток "возбуждения" для датчика термосопротивления. Подключение одного термодатчика к двум входам одновременно приведет к "смешиванию" опорных токов и искажению показаний. Для подключения термодатчика к двум к двум входам одновременно есть несколько способов. Но в любом случае потребуется дополнительное оборудование для размножения сигнал RTD. Для передачи информации о значении измеренной температуры на два разных вторичных устройства можно использовать термодатчик с двумя независимыми чувствительными элементами в одном корпусе. Выход первого чувствительного элемента соединяется с входом первого вторичного прибора (например, терморегулятора), выход второго чувствительного элемента соединяется с входом второго прибора (например, самописца). Естественно реализация данного метода потребует замены установленного датчика температуры на другой имеющий два чувствительных элемента, например, Элемер ТС-1088/8. Многие вторичные приборы имеют, например, аналоговый выход 4-20 мА, который может быть настроен таким образом, чтобы "повторять" значение сигнала температуры на входе прибора. То есть первый прибор, к которому подключен непосредственно датчик термосопротивления преобразует стандартизированный сигнал RTD в унифицированный выходной сигнал 4-20 мА. На вход второго вторичного прибора приходит уже сигнал 4-20 мА, который в соответствии с заданной шкалой преобразуется в значение температуры. Необходимо помнить, что для передачи сигнала 4-20 мА входа/выхода приборов должны быть соответствующего типа: пассивные или активные. Например, работа схемы будет возможна, если выход первого прибора будет активным, а вход второго прибора пассивным. При пассивном выходе первого прибора вход второго прибора должен быть активным. Если выход первого прибора и вход второго прибора пассивные, то необходим дополнительный источник питания постоянного тока для питания этого токового контура. Подключение активного выхода к активному входу может привести к повреждению приборов. Реализация данного метода требует наличия соответствующих входов и выходов у вторичных приборов, а также правильного задания шкалы для входного и выходного сигналов 4-20 мА. Выходной сигнал датчика термосопротивления может быть сразу преобразован из RTD в аналоговый сигнал 4-20 мА с помощью нормирующего преобразователя, в том числе встроенного непосредственно в головку самого датчика температуры. В этом случае вторичные приборы подключаются последовательно с выходом нормирующего преобразователя образуя так называемую токовую петлю. Подобное подключение, как правило, без проблем работает с высококачественными аналоговыми входами с хорошей гальванической изоляцией. В некоторых случаях при подобном подключении могут возникнуть проблемы, например, при использовании низкоомных, неизолированных аналоговых входов. При объединении приборов в токовую петлю необходимо помнить, что в цепи должен быть только один источник напряжения, включая активный выход нормирующего преобразователя или активный вход одного из вторичных приборов. Для преобразования сигнала RTD в унифицированный выходной сигнал можно использовать, например, нормирующие преобразователи НПТ-1, НПТ-2, НПТ-3 или НПТ-3.Ех фирмы Овен. Сплиттер или так называемый размножителя сигнала "размножает" один сигнал RTD в два независимых изолированных сигнала напряжения или тока. Гальваническая изоляция выходов друг от друга и от входа гарантирует, что не возникнет проблем с взаимным влиянием приборов друг на друга при подключении одного датчика к двум и более различным устройствам. Получается своего рода рассмотренный выше вариант с нормирующим преобразователем, но лишенный негативного взаимного влияния приборов друг на друга. В качестве размножителя можно применить сплиттер модели APD 1393 RTD с двумя изолированными выходами. Данный способ передачи сигнала от одного датчика на несколько вторичных приборов является еще одним вариантом ретрансляции сигнала с одного прибора на другие. Устройство, такое как контроллер, панельный компьютер или PLC, к которому подключен датчик термосопротивления, преобразует значение сигнала датчика в цифровой сигнал, например, Modbus, и передает его на другое устройство в цифровом виде. Используя цифровые коммуникации возможно распространять данные о температуре на большое количество устройств - от самых простых индикаторов Овен СМИ2, до других контроллеров и PLC. Этот вариант естественно требует более высоких капитальных затрат, чем предыдущие аналоговые решения. Но данный метод обеспечивает наиболее точную передачу сигнала с меньшей погрешностью, особенно если речь идет о более чем двух вторичных приборах (точках вывода информации). azbukakip.ru Платиновые термопреобразователи сопротивления (ТСП) могут иметь следующие сопротивления при 0 °С: 1, 5, 10, 50, 100 и 500 Ом, и поэтому имеют следующее обозначение номинальных статических характеристик 1П, 5П, 10П, 50П, 100П и 500П. ТСП используются для измерения температуры в интервале (-260... 1100) °С и являются наиболее распространенным типом термопреобразователей сопротивления. При выборе ТСП следует использовать общий принцип — низкоомные ТС необходимо применять для измерения высоких температур, а высокоомные — для измерения низких температур. Кроме того, при использовании высокоомных ТСП влияние изменения сопротивления внешней линии сказывается меньше, чем при использовании низкоомных. Недостатком платиновых ТС является нелинейность статической характеристики, особенно в области высоких и отрицательных температур, возможность загрязнения платины при высоких температурах, подверженность воздействию восстановительных и агрессивных газов. В интервале температур (0...600) °С зависимость сопротивления от температуры описывается нелинейным выражением Rt = R0(1 + At + Bt2) Обычно в таблицах задаются значения Wt = Rt / R0 в зависимости от температуры. В этом случае номинальные статические характеристики преобразования рассчитываются по (2) и даны в табл. 2. предыдущей статьи. Для изготовления платиновых термопреобразователей сопротивления используется проволока диаметром от 0,05 до 0,1 мм (для использования в температурном интервале до 750 °С) и диаметром (0,2...0,5) мм для измерения температур до 1100 °С. Типовой конструкцией чувствительного элемента является конструкция, представленная на рис. 2. Рис. 2. Чувствительный элемент платинового термопреобразователя: 1 — платиновые спирали; 2 — керамический каркас; 3 - изоляционный порошок; 4— выводы; 5 — глазурь; 6 — металлическая оболочка Чувствительный элемент состоит из соединенных последовательно двух платиновых спиралей 1, расположенных в каналах керамического каркаса 2. Каналы каркаса со спиралями заполняются порошком 3 (обычно это оксид магния), который служит изолятором и улучшает тепловой контакт проволоки с каркасом. К концам спиралей припаяны короткие выводы 4 из платиновой или иридиевой проволоки, к которым затем припаиваются изолированные выводные проводники. Торцы керамического каркаса герметизируются специальной глазурью 5. Каркас помещается в тонкостенную металлическую оболочку 6, которая также заполняется порошком и закрывается пробкой, через которую пропущены выводы. Каркас может иметь четыре канала для размещения двух спиралей (двойные ТС). Такая конструкция обеспечивает хорошую герметичность чувствительного элемента, незначительное механическое напряжение платиновой проволоки, достаточную прочность и вибростойкость. Длина платиновых чувствительных элементов обычно равна 50...100 мм при диаметре 3...6 мм. Все свободное пространство заполнено изолирующим порошком. Предельные погрешности ТСП приведены в табл. 1. предыдущей статьи Медные термопреобразователи сопротивления (ТСМ) применяются для длительного измерения температуры в интервале от -200 до 200 °С. К достоинствам меди как материала для чувствительных элементов следует отнести дешевизну, возможность получения в чистом виде, хорошую технологичность, линейность зависимости сопротивления Rt от температуры t. Статическая характеристика преобразования у ТСМ описывается уравнением Rt = R0(1 + α * t), где α — температурный коэффициент, равный 0,00428 °С-1, R0 — сопротивление ТСМ при 0 °С. Линейность статической характеристики является достоинством меди, а ее недостатком — интенсивная окисляемость, что ограничивает диапазон применения ТСМ температурой 200 °С и требует покрытия изоляцией проволоки чувствительного элемента. Проволока может покрываться либо эмалью, либо кремнийорганической изоляцией. Чувствительный элемент медного термопреобразователя сопротивления состоит из медной изолированной проволоки диаметром 0,1 мм, намотанной на каркас (рис. 3, а). Рис. 3. Чувствительные элементы медных термопреобразователей: а — с каркасной намоткой: 1 — намотка; 2 — каркас; 3 — слой лака; 4 — защитная оболочка; 5 — выводы; б — с бескаркасной намоткой: 1 — намотка; 2 — фторопластовая оболочка; 3 — защитная оболочка; 4 — изолирующий порошок; 5 — выводы Намотка должна быть безындуктивной, т.е. индуктивное сопротивление чувствительного элемента (ЧЭ) термопреобразователя сопротивления должно быть минимальным. Это связано с тем, что ЧЭ содержит большое число витков медного провода и при обычной намотке будет иметь значительную индуктивность. Поскольку вторичные приборы для ТС (автоматические мосты) имеют измерительные схемы, питаемые электрическим переменным током, индуктивное сопротивление одного из плеч (в данном случае ЧЭ) будет влиять на режим уравновешивания. Для обеспечения безындуктивности обычно выполняется бифилярная намотка — намотка вдвое сложенным проводом. Поверхность намотки покрывается слоем лака. К концам проволоки припаиваются медные выводы диаметром 1... 1,5 мм. ЧЭ помещается в металлическую защитную оболочку, засыпанную изолирующим порошком и герметизированную. Чувствительные элементы могут быть бескаркасными (рис. 3, б). Они изготавливаются из медной проволоки диаметром 0,08 мм безындуктивной намоткой. Отдельные слои скреплены лаком, а затем весь ЧЭ обернут фторопластовой пленкой. ЧЭ помещается в тонкостенную металлическую оболочку, которая засыпается изолирующим порошком и герметизируется. Недостатком меди, как материала для термопреобразователя сопротивления, является также малое удельное сопротивление, так как для изготовления ЧЭ при этом требуется много проволоки, что увеличивает размеры ЧЭ и ухудшает динамические свойства ТС. По ГОСТ Р50353-92 медные термопреобразователи сопротивления (сокращенное обозначение ТСМ) должны иметь номинальное сопротивление при 0 °С, равное 10, 50, 100 Ом, при этом номинальные (т.е. идеальные) статические характеристики преобразования (НСХ) условно обозначаются ЮМ, 50М, 100М (таким образом, в обозначении НСХ цифра — это сопротивление термопреобразователя сопротивления при 0 °С в омах, буква — обозначение материала — медь). Для всех разновидностей ТСМ аналитическое выражение НСХ одинаково: Rt = R0 (1 + α * t) причем коэффициент α = 0,00428 (1/°С) одинаков для всех ТСМ (по стандартам МЭК он может быть равным 0,00426 1/°С). Различие НСХ только в значении R0. Медные ТС обычно выпускаются с классами допуска В и С. Предельные значения отклонений приведены в табл. 1. предыдущей статьи В общем виде чувствительность для термопреобразователя сопротивления определяется выражением S = ΔRt / At, (5) при Δt стремящемся к нулю S = dRt / dt, (6) где d — символ производной. По табл. 1 погрешность термопреобразователя сопротивления выражается в градусах (Δt). Она может быть выражена в единицах сопротивления ΔR, связанных с Δt (в градусах) через коэффициент преобразования: ΔR = Δt * S. (7) Арматура ТС бывает двух исполнений: с головкой и без нее. В головке ТС имеются контакты, к которым подсоединяются выводные проводники от ЧЭ и сальниковый ввод для линии связи со вторичным устройством. Внутреннее устройство ТС с головкой представлено на рис. 4. Чувствительные элементы помещаются в защитную арматуру, подобную изображенной на рис. 4. Рис. 4. Устройство термопреобразователя сопротивления с головкой и без крепежных деталей: 1 — чувствительный элемент; 2 — защитная арматура; 3 — выводы; 4 — изоляция; 5 — герметик; 6 — головка; 7 — клеммная сборка; 8 — зажимы; 9 — жилы кабеля; 10 — кабель; 11 — гайка Выводные (от ЧЭ) проводники пропускаются через каналы керамического изолятора, все свободное пространство внутри арматуры засыпается керамическим порошком. В верхней части арматура герметизируется. В головке располагается сборка зажимов, к которой подсоединяются выводные проводники чувствительного элемента и провода внешней линии. На внешней стороне арматуры может располагаться подвижный или неподвижный штуцер. На контролируемом объекте закрепляется защитная гильза, внутри которой закрепляется арматура термопреобразователя сопротивления. От чувствительного элемента к контактной головке могут подходить два, три или четыре выводных проводника. Это связано с различными схемами подключения ЧЭ к вторичным устройствам (двух-, трех- или четырехпроводные схемы). Часть применяемых схем выводов приведена на рис. 5. Схема термопреобразователя сопротивления без головки и крепежных устройств с четырьмя выводами от ТС изображена на рис. 6. У таких ТС выводы от чувствительного элемента после пробки, герметизирующей свободный конец защитной арматуры, выпускаются в виде отдельных изолированных проводов большой протяженности. На рис. 6 изображен пример, когда от чувствительного элемента отходят четыре вывода. Рис 5. Применяемые схемы выводов от чувствительного элемента термопреобразователя: а,6 — четырехпроводная; в, д — двухпроводная; г — трехпроводная (схемы б,д — двойной ТС) Рис. 6. Схема термопреобразователя сопротивления без головки с четырьмя выводами: а — внешний вид; б — схема видов Рис. 7. Структурная схема измерительного преобразователя температуры SITRANS TK-L Проволочные термопреобразователи сопротивления имеют стабильную НСХ, однако обладают сравнительно большими размерами и достаточно большой тепловой инерцией. Этих недостатков лишены тонкопленочные ТС, которые работают в интервале (-50...300) °С, классов А, В, С и имеют НСХ 50М(П), 100М(П), 500М(П), 1000М(П). Структурная схема измерительного преобразователя температуры SITRANS TK-L, размещаемого в головке термопреобразователя сопротивления ТС (Pt100) представлена на рис. 7. Последний к преобразователю подключен по четырехпроводной схеме, возможны варианты двухпроводного и трехпроводного подключения. Сигнал от термопреобразователя сопротивления, усиленный в усилителе У, поступает на аналого- цифровой преобразователь АЦП, а затем на микропроцессор МП и цифроаналоговый преобразователь ЦАП. В микропроцессоре производится усреднение измеряемого сигнала, линеаризация, пересчет в соответствии с заданным диапазоном и пр. По двухпроводной линии передается выходной сигнал 4...20 мА и питание от внешнего источника. Диапазон измерения преобразователя составляет -200...850 °С при погрешности ±0,1 % диапазона измерения. Фирма Siemens помимо этих преобразователей выпускает SITRANS ТЗК-РА, SITRANS ТК/ТК-Н, SITRANS TF. Первый тип преобразователей имеет цифровой интерфейс PROFIBUS-PA, два других при выходном сигнале 4...20 мА работают с HART модемами, последний имеет, кроме того, встроенный цифровой индикатор. Комплекты термопреобразователей. Платиновые термопреобразователи сопротивления являются основными средствами измерения температур в системах контроля теплоснабжения, где малые разности температур (3...4) °С должны измеряться с погрешность (1...2) %. Обычно для учета теплоты подбирается комплект из двух платиновых термопреобразователей сопротивления (например, комплект КТПТР), обладающих близкими погрешностями одного знака, это позволяет обеспечить высокую точность измерения разности температур. В табл. 1 приведены пределы допускаемых погрешностей измерения разности температур комплектами платиновых термопреобразователей классов 1 и 2, которые образованы соответственно термопреобразователями классов А и В. Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления обычно называются термисторами и используются для измерения температур в интервале (-100...300) °С. Их достоинства — высокое значение ТКС (на порядок больше, чем у металлов), малая тепловая инерция и высокое номинальное сопротивление. Недостатками являются нелинейность номинальной статической характеристики, невзаимозаменяемость из-за большого разброса номинального сопротивления и ТКС, нестабильность статической характеристики. В связи с этими недостатками полупроводниковые термопреобразователи обычно используются в цепях температурной компенсации и сигнализации, где не предъявляются высокие требования к точности измерения температуры. Таким образом, термопреобразователи сопротивления могут применяться для измерения температуры только в сочетании с другими средствами измерений. Так, измерительный комплект может состоять из ТС, вторичного прибора (например, РП160-12) и соединительной линии между ними. Погрешность измерения температуры в этом случае определяется погрешностью всех этих средств с учетом возможной методической погрешности. www.eti.su Терморезисторы относятся к категории полупроводниковых приборов и широко используются в электротехнике. Для их изготовления применяются специальные полупроводниковые материалы, имеющие значительный отрицательный температурный коэффициент. Если в целом рассматривать терморезисторы, принцип работы этих устройств заключается в том, что электрическое сопротивление данных проводников, полностью зависит от температуры. В данном случае, учитываются формы и размеры терморезистора, а также, физические свойства полупроводника. Отрицательный температурный коэффициент в несколько раз превышает такой же показатель для металлов. Наиболее распространенные терморезисторы изготавливаются в виде полупроводникового стержня, покрытого эмалевой краской. К нему подводятся выводы и контактные колпачки, использующиеся только в сухой среде. Отдельные конструкции терморезисторов помещаются в герметичном металлическом корпусе. Они могут свободно применяться в помещениях с любой влажностью и легко переносят влияние агрессивной среды. Герметичность конструкции обеспечивается с помощью стекла и олова. Стержни в таких терморезисторах оборачиваются металлической фольгой, а для токоотвода используется никелевая проволока. Номинальные значения терморезисторов находятся в диапазоне от 1 до 200 кОм, а их температурный диапазон находится в пределах от -100 до +129 градусов. В работе терморезисторов применено свойство проводников, изменять значение сопротивления в зависимости от температуры. Для этих приборов применяются металлы в чистом виде, чаще всего, платина и медь. Многие конструкции терморезисторов применяются в приборах, контролирующих и регулирующих температуру. У них имеется источник тока, чувствительный элемент и измерительный уравновешенный мост. В уравновешенное состояние мост приводится путем перемещения движка реостата. В результате, реостатная величина находится в пропорции с измеряемым сопротивлением, которое полностью зависит от температуры. Кроме уравновешенных измерительных мостов, применяется неуравновешенный вариант, у который обладает повышенной надежностью. Однако, у такого прибора, точность измерений значительно ниже, поскольку на него влияют колебания напряжения в источнике тока. Например, термометр сопротивления на основе платины, позволяет измерять температуру в пределах от -10 до +120 градусов. Относительная влажность может доходить до 98%. Принцип действия такого прибора основан на изменении сопротивления платины в зависимости от изменений температуры. Непосредственная фиксация результатов измерения сопротивления осуществляется с помощью вторичного прибора, оборудованного шкалой. electric-220.ru Терморезистором называется измерительный преобразователь, активное сопротивление которого изменяется при изменении температуры. В качестве терморезистора может использоваться металлический или полупроводниковый резистор. Датчики температуры с терморезисторами называются термометрами сопротивления. Имеются два вида терморезисторов: металлические и полупроводниковые. Принцип действия и конструкция металлических терморезисторов. Как известно, сопротивление металлов увеличивается с увеличением температуры. Для изготовления металлических терморезисторов обычно применяются медь или платина. Функция преобразования медного терморезистора линейна: (4.145) где R0– сопротивление при 0С;= 4,2810-3K-1– температурный коэффициент. Функция преобразования платинового терморезистора нелинейна и обычно аппроксимируется квадратичным трехчленом. Температурный коэффициент платины примерно равен = 3,9110-3K-1. Чувствительный элемент медного термсрезистора (рис. 4.41, а) представляет собой пластмассовый цилиндр 1, на который бифилярно в несколько слоев намотана медная проволока2диаметром 0,1 мм. Сверху катушка покрыта глифталевым лаком. К концам обмотки припаиваются медные выводные провода3диаметром 1,0 – 1,5мм. Провода изолированы между собой асбестовым шнуром или фарфоровыми трубочками. Чувствительный элемент вставляется в тонкостенную металлическую гильзу4. Гильза с выводными проводами помещается в защитный чехол (рис. 4.41,б), который представляет собой закрытую с одного конца трубку 1. На открытом ее конце помещается клеммная головка2. Для удобства монтажа защитный чехол может иметь фланец3. При изготовлении платиновых терморезисторов используются более теплостойкие материалы. Основные параметры наиболее распространенных терморезисторов и обозначения их градуировок по ГОСТ 6651-8 4 приведены в табл. 4.2. Номинальные функции преобразования (статические характеристики) медных и платиновых терморезисторов и их погрешность определяются ГОСТ 6651-84. Схемы включения металлических терморезисторов. Термометр сопротивления и провода, соединяющие его со вторичным прибором, включены последовательно. Таблица 4.2. Термометры сопротивления платиновые Термометры сопротивления медные Сопротивление при С (R0) Градуировка Диапазон измерения, С Сопротивление при С (R0) Градуировка Диапазон измерения, С 10 10П От -200 до +750 10 10М От -50 до 200 50 50П От –260 до + 1000 50 50М От -50 до 200 100 100П От 260 до +1000 100 100М От -200 до 200 Обычно используются медные провода, сопротивление которых зависит от их температуры. Температурные изменения сопротивления проводов приводят к погрешности измерения температуры. Вторичные преобразователи термометров сопротивления выполняются такими, чтобы максимально уменьшить эту погрешность. Если требуется наибольшая точность измерения температуры, например при метрологических работах, используется компенсационная схема, приведенная на рис. 4.42. По этой схеме применяют четырехзажимные платиновые терморезисторы. Провода 1 – 1 используются для подвода тока, а два других2 – 2служат для измерения падения напряженияUt на термочувствительной обмотке. Падение напряжения Ut измеряется с помощью потенциометра. Измеряется также падение напряженияU0 на образцовой катушкеR0. Сопротивление терморезистора при этом равно (4.146) Благодаря компенсационному методу измерения отсутствует падение напряжения на проводах, соединяющих термометр с потенциометром, и их сопротивление не влияет на результат измерения. В менее ответственных случаях для измерения сопротивлений терморезисторов используются мосты: в лабораторной практике – с ручным уравновешиванием, в производственных условиях – автоматические. Упрощенная схема автоматического моста показана на рис. 4.43. Измерительная цепь представляет собой мост, состоящий из манганиновых резисторов R1 – R3и терморезистораRt. Напряжение питания мостаЕ. Перемещением движка реохордаRpдобиваются уравновешивания моста. Если мост не уравновешен, напряжение измерительной диагонали усиливается и подается на реверсивный двигательРД. Вал двигателя через редуктор соединен с движком реохорда и перемещает его так, чтобы напряжение разбаланса уменьшалось. Перемещение продолжается до тех пор, пока мост не будет уравновешен. В автоматических мостах движок реохорда связан с отсчетным устройством, с записывающим устройством, регистрирующим текущие значения температуры на диаграммной бумаге, с устройством регулирования температуры а также с устройством дистанционной передачи показаний. Погрешность автоматических мостов аналогична погрешности автоматических потенциометров. Термометр сопротивления может подключиться к мосту с помощью двух– или трехпроводного кабеля. Двухпроводный кабель дешевле, однако при его использовании сопротивления обоих проводов включаются последовательно с термометром в одно плечо. Токоведущие жилы кабеля выполнены из медного провода: при изменении температуры их сопротивление изменяется, что вносит погрешность в измерение. Двухпроводный кабель используется в тех случаях, когда его температура постоянна и погрешность, обусловленная ее изменением, незначительна. При включении термометра по трехпроводной схеме (рис. 4.43) по одной жиле кабеля к термометру подводится напряжение питания. К плечам моста термометр подсоединяется с помощью двух других жил, включенных в смежные плечи моста. Одинаковые изменения их сопротивлений практически не разбалансируют мост. Таким образом, исключается погрешность, которая могла бы быть при изменении температуры кабеля. В качестве вторичных приборов для термометров сопротивления в промышленности применяются также логометрические приборы. Сопротивление терморезистора определяется его температурой. Последняя зависит не только от температуры окружающей среды, но и от проходящего по нему тока. Перегрев медного термометра током не должен превышать 0,4 С, а платинового – 0,2С. Для этого ток не должен превосходить 10 – 15мА. Полупроводниковые терморезисторы. Чувствительный элемент полупроводникового терморезистора –термистора – изготавливается из окислов различных металлов: меди, кобальта, магния, марганца и др. Размолотые в мелкий порошок компоненты прессуются и спекаются в виде столбика, шарика или шайбы. В надлежащих местах напыляются электроды и подпаиваются выводы из медной проволоки. Для предохранения от атмосферных воздействий чувствительный элемент термистора покрывают защитной краской, помещают в герметизирующий металлический корпус или запаивают в стекло. С увеличением температуры сопротивление термисторов уменьшается. Их функцию преобразования (рис. 4.44) обычно аппроксимируют выражением (4.147) где Rt– сопротивление термистора при температуреТ в кельвинах;АиВ – постоянные, зависящие от материала и технологии, причемАзависит, кроме того, от размеров термистора и его формы. Термисторы изготавливаются с номинальным сопротивлением (при 20 С) от 1 до 200кОм. В зависимости от типа они могут применяться для измерения температур от -1 00 до 120 – 600С. Их чувствительность в 6 – 10 раз больше, чем чувствительность металлического терморезистора. Кроме того, термисторы имеют значительно меньшие массы и размеры. Имеются термисторы, выполненные в виде шариков диаметром от 0,006 до 2,5мм. Теплоемкость таких термисторов на несколько порядков меньше, чем у металлических терморезисторов. Малая теплоемкость обусловливает малую инерционность термисторов. Имеются термисторы с постоянной тепловой инерцией несколько миллисекунд. Недостатком термисторов является нелинейность функции преобразования, большой разброс их параметров, а также старение и некоторая нестабильность характеристик.В течение первой недели их сопротивление может измениться на1 – 1,5%, а за несколько месяцев еще на 1%. В дальнейшем изменение сопротивления термистора происходит медленнее, не превышая 0,2% в год. Термисторы обычно включаются в схему неравновесного или автоматического моста. Приборы имеют индивидуальную градуировку, что обусловлено большим разбросом параметров и характеристик преобразователей. Ко вторичному прибору термисторы подсоединяются с помощью двухпроводного кабеля. Погрешность, вызванная изменением параметров кабеля, ничтожна, поскольку сопротивление и чувствительность термистора много больше сопротивления линии связи и ее чувствительности к изменению температуры. Термисторы применяются для измерения температуры в тех случаях, когда не требуется высокая точность, но нужно измерить температуру малых объектов, обладающих малой теплоемкостью. Они широко используются, например, в биологии. С помощью термистора, смонтированного на острие иглы, можно измерить температуру внутренних органов живого организма. Широкое применение термисторы находят в различных приборах для температурной коррекции характеристик приборов. studfiles.netПодключение одного термометра сопротивления к двум различным вторичным приборам одновременно. Схема включения термосопротивления
виды, типы конструкции, классы допуска
Виды термодатчиков
Конструкция термистораРасшифровка аббревиатур
Чем отличается термосопротивление от термопары?
Платиновые измерители температуры
Датчик термопреобразователь ТСП 5071 производства ЭлемерНикелевые термометры сопротивления
Медные датчики (ТСМ)
Внешний вид термопреобразователя ТСМ 1088 1Типовые конструкции платиновых термосопротивлений
Конструктивное исполнение «Strain free»
Пример исполнения «Hollow Annulus»
Миниатюрный пленочный датчикКласс допуска
Класс точности Нормы допуска Диапазон измерения температуры Платиновые датчики Медные Никелевые Проволочные Пленочные AA ±0,10+0,0017 -50°C …250°C -50°C …150°C x x A ±0,15+0,002 -100°C …450°C -30°C …300°C -50°C …120°C x B ±0,30+0,005 -196°C …660°C -50°C …500°C -50°C …200°C х С ±0,60+0,01 -196°C …660°C -50°C …600°C -180°C …200°C -60°C …180°C Схемы включения ТСМ/ТСП
Рисунок 7. Двухпроводная, трехпроводная и четырехпроводная схема включения термометра сопротивления
Пример подключения по мостовой схеме вторичного прибора (pt100) для измерения температуры воздухаОбслуживание
Платиновый эталонный ПТС (датчик ЭТС 100)
Градуировочная таблица для терморезистора pt100 (фрагмент, без указания пределов градуировки измерений)принцип действия, схемы и т.д.
Стандартный термометр сопротивленияРекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры. 
Схема термометра сопротивленияПринцип действия термометра сопротивления
Мостовая схема термометра сопротивления с батареей
Протекание тока через уравновешенный мост
Мостовая схема с термометром сопротивления
Мостовая схема с термометром сопротивления и измерительным приборомТрехпроводная схема подключения термосопротивления | Сиб Контролс
Трехпроводное подключение RTD
Подключение одного термометра сопротивления к двум различным вторичным приборам одновременно - Готовые решения - Каталог статей
Датчик термосопротивления с двойным чувствительным элементом.
Ретрансляция сигнала.
Датчик температуры с нормирующим преобразователем 4-20 мА.
Сплиттер или размножитель сигнала.
Цифровой обмен данными.
Термопреобразователи сопротивления. Устройство, характеристики, виды и типы, схемы термопреобразователей сопротивления ТСП, ТСМ, ТСПУ, ТСМУ.
Разновидности и конструкция термопреобразователей сопротивления
Терморезисторы: принцип работы
Устройство и действие терморезисторов
Использование терморезисторов
4.2.10. Терморезисторы
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: