Виды, типы конструкции, классы допуска — Электрик

Термопары

Термопары относятся к классу термоэлектрические преобразователи, принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру, то в цепи протекает электрический ток. Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока. Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термо ЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов и сплавов.

Соединенные между собой концы термопары, погружаемые в среду, температура которой измеряется, называют рабочим концом термопары. Концы, которые находятся в окружающей среде, и которые обычно присоединяют проводами к измерительной схеме, называют свободными концами. Температуру этих концов необходимо поддерживать постоянной. При этом условии термо–ЭДС Еt будет зависеть только от температуры t1 рабочего конца.

где С – коэффициент, зависящий от материала проводников термопары.

Создаваемая термопарами ЭДС сравнительно невелика: она не превышает 8 мВ на каждые 100 °C и обычно не превышает по абсолютной величине 70 мВ. Термопары позволяют измерять температуру в диапазоне от –200 до 2200 °C.

Наибольшее распространение для изготовления термоэлектрических преобразователей получили платина, платинородий, хромель, алюмель.

Термопара типа ТХА, ТХК, ТПП и пр. состоит из двух спаянных на одном из концов проводников, изготовленных из металлов, обладающих разными термоэлектрическими свойствами. Спаянный конец, называемый «рабочим спаем», погружается в измеряемую среду, а свободные концы («холодный спай») подключаются к входу измерителей, регуляторов. Если температуры «рабочего» и «холодного спаев» различны, то вырабатывается термоЭДС которая, и подается на прибор. Поскольку термоЭДС зависит от разности температуры двух спаев датчика, то для получения корректных показаний необходимо знать температуру «холодного спая», чтобы скомпенсировать эту разницу в дальнейших вычислениях.

В модификациях входов, предназначенных для работы с термопарами ТХА, ТХК (термопреобразователями сопротивления ДТС типа ТСП и ТСМ, термоэлектрическими преобразователями, датчиками температуры, термосопротивлениями) предусмотрена схема автоматической компенсации температуры свободных концов. Датчиком температуры «холодного спая» служит полупроводниковый диод, установленный рядом с присоединительным клеммником.

Подключение термопар ТХА, ТХК (термопреобразователей сопротивления ДТС типа ТСП и ТСМ, термоэлектрических преобразователей) к датчику температуры (термопреобразователю) должно производиться с помощью специальных компенсационных (термоэлектродных) проводов, изготовленных из тех же материалов. Допускается использовать провода из металлов с термоэлектрическими характеристиками, аналогичными характеристикам материалов электродов термопары в диапазоне температур от 0. 100 °С. При соединении компенсационных проводов с термопарами (термоэлектрическими преобразователями, термопреобразователями сопротивления) и прибором необходимо соблюдать полярность.

Во избежание влияния помех на измерительную часть прибора рекомендуется экранировать линию связи прибора с датчиком. При нарушении указанных условий могут иметь место значительные погрешности при измерении.

• простота изготовления;
• надёжность в эксплуатации;
• дешевизна;
• отсутствие источников питания;
• возможность измерений в большом диапазоне температур;
• возможность измерения малых разностей температур;
• возможность работы в агрессивных средах.

• меньшая, чем у терморезисторов, точность измерения;
• наличие значительной тепловой инерционности;
• необходимость введения поправки на температуру свободных концов;
• необходимость в применении специальных соединительных проводов.

Датчики температуры

Интегральные датчики температуры отличаются от других типов термодатчиков тем, что работают в диапазоне, обычно ограниченном температурой от –55 до 150 °С. Часть интегральных датчиков температуры имеет указанный диапазон измерения, часть имеет более узкий диапазон, что обусловлено либо используемым типом корпуса, либо сделано для снижения стоимости. Самой главной отличительной особенностью интегральных датчиков по сравнению с другими типами датчиков температуры является их богатая функциональность. Интегральный кремниевый датчик температуры включает в себя термочувствительный элемент – первичный преобразователь температуры и схему обработки сигнала, выполненные на одном кристалле и заключенные в единый корпус. В отличие от использования термопар, в данном случае отсутствует необходимость разрабатывать схему компенсации холодного спая и схему линеаризации выходного сигнала. Также нет необходимости разрабатывать и применять внешние схемы компараторов или АЦП для преобразования аналоговых сигналов в логические уровни или цифровой код на выходе – все эти функции уже встроены в некоторые серии интегральных датчиков температуры.

Датчики температуры NSC можно разделить на пять групп:

• датчики температуры с аналоговым выходом;
• датчики температуры с цифровым выходом;
• термостаты;
• датчики температуры с выносным диодом;
• датчики температуры с функциями управления.

Датчики температуры с выходом по напряжению могут иметь различную градуировку – по шкале Кельвина либо по шкале Цельсия. Датчики LM135, LM235, LM335 имеют выходное напряжение пропорциональное абсолютной температуре с номинальным значением температурного коэффициента составляющим 10 мВ/°К. При этом номинальное выходное напряжение при 0°С
составляет 2,73 В, и 3,73 В при 100 °С. Обычно эти датчики включаются по схеме, представленной на рисунке 36 а. Третий вывод позволяет осуществлять
подстройку точности, для этого используется подстроечный резистор. Температурная погрешность датчика LM135 без использования подстроечного резистора в диапазоне температур измерения –55. 150 °С составляет ±2,7 °С, а с внешним подстроечным резистором уменьшается до ±1 °С в рамках всего рабочего диапазона.

Датчики LM35 и LM45 имеют выходное напряжение, пропорциональное шкале Цельсия (Кт = 10 мВ/°С). При температуре 25 °C эти датчики имеют на выходе напряжение 250 мВ, а при 100 °С на выходе – 1,0 В. Эти датчики могут применяться и для измерения отрицательных температур. Для этого используется согласующий резистор, который включается между выходным
выводом и напряжением «ниже земли». Датчик LM50 является «однополярным», потому что он, в отличие от LM35 и LM45, может измерять отрицательные температуры без использования смещения. Этот датчик имеет чувствительность 10 мВ/°С и смещение на выходе 500 мВ (рисунок 36 б). Таким образом, на выходе будет 500 мВ при 0 °С, 100 мВ при –40 °С и 1,5 В при 100 °С.

Рассмотрим функциональный состав датчика этой группы на примере LM75. В состав входит непосредственно сам термочувствительный элемент, дельта-сигма АЦП, двухпроводной цифровой последовательный интерфейс I2C и регистры управления работой (рисунок 2. 37). Температура измеряется постоянно, и может быть считана в любой момент времени. Существует
возможность использования LM75 в качестве монитора температуры, который следит за ее изменениями и при выходе значения температуры за установленный
предел, выдает логический сигнал на выходе – высокий или низкий уровень (знак можно задать). Таким образом, LM75 может являться ядром при построении системы управления температурой. Данные представляются 9-ти битным словом, из них один бит отводится на знак. Таким образом, разрешающая способность составляет 0,5 °С. Погрешность данного датчика в диапазоне
температур –25…100 °С составляет ±2 °С, а в диапазоне –55…125 °С составляет ±3 °С.

• компактность, потому они легко встраиваются в усилители, регуляторы, микроконтроллеры и др. электронные приборы;
• недороги в производстве;
• линейная выходная характеристика;
• широкий диапазон напряжений – от 4 до 30 В;
• нечувствительность к падению напряжения на длинных линиях передачи сигнала.

• повышенная температурная чувствительность;
• невысокая точность по сравнению с другими датчиками;
• сравнительно низкая рабочая температура – не более 150 °С.

Термометр сопротивления

Термометр сопротивления – датчик, предназначенный для измерения температуры, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводниковых материалов от температуры. При применении в качестве резистивного элемента полупроводниковых материалов его обычно называют термосопротивлением,
терморезистором или термистором.

Терморезистор (термистор) – полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры.

Следует заметить, что не все устройства, изменяющие сопротивление с температурой, называются терморезисторами. Например, резистивные термометры, которые изготавливаются из маленьких катушек витой проволоки или из напыленных металлических плёнок, хотя их параметры и зависят от температуры, однако, работают не так, как терморезисторы. Обычно термин
«терморезистор» применяется по отношению к чувствительным к температуре полупроводниковым устройствам. Терморезисторы с отрицательным ТКС изготавливаются из полупроводникового материала – спеченной керамики, изготовленной из смеси оксидов металлов. Терморезисторы широко применяются везде, и мы встречаемся с ними каждый день: на них основаны
системы противопожарной безопасности, системы измерения и регулирования температуры, теплового контроля, схемы температурной компенсации,
измерения мощности ВЧ. Обычно терморезисторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, в отличие от большинства металлов и металлических сплавов.

Предполагая в качестве приближения первого порядка, что зависимость между сопротивлением и температурой линейна, тогда:

где ΔR – изменение сопротивления; ΔT – изменение температуры; k – температурный коэффициент сопротивления.

Термисторы можно разделить на два типа, в зависимости от классификации k. Если k положительно, сопротивление увеличивается с повышением температуры, и устройство называется термистором с положительным температурным коэффициентом (PTC) или позистором. Если k отрицательно, сопротивление уменьшается с повышением температуры, а устройство называется термистором с отрицательным температурным
коэффициентом (NTC). Резисторы, которые не являются термисторами, рассчитаны на максимально возможное значение k как можно ближе к 0, так что их сопротивление остается почти постоянным в широком температурном диапазоне.

Вместо температурного коэффициента k иногда используется температурный коэффициент сопротивления. Он определяется как:

Когда ток проходит через терморезистор, он будет генерировать тепло, в результате которого температура терморезистора выше своего окружения. Если термистор используется для измерения температуры окружающей среды, это электрическое отопление может привести к существенной ошибке, если не будет производиться коррекция.

Металлический термометр сопротивления представляет собой резистор, изготовленный из металлической проволоки или металлической плёнки на диэлектрической подложке и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры.

Наиболее точный и распространённый тип термометров сопротивления – платиновые термометры. Это обусловлено тем, что платина имеет стабильную и хорошо изученную зависимость сопротивления от температуры и не окисляется в воздушной среде, что обеспечивает их высокую точность и воспроизводимость. Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным коэффициентом 0,003 925 1/К при 0 °C.

В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры сопротивления. Начальное сопротивление изготовленного термосопротивления может быть произвольным с некоторым допуском.

Термометры сопротивления, изготовленные в виде напыленной на подложку металлической плёнки, отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном рабочих температур. Максимальный диапазон, в котором установлены классы допуска платиновых термометров для проволочных чувствительных элементов, составляет 660 °C (класс С), для плёночных – 600 °C (класс С).

• высокая точность измерений (обычно лучше ±1 °C), может доходить до 13-ти тысячных °C (0,013);
• возможность исключения влияния изменения сопротивления линий связи на результат измерения при использовании 3– или 4–проводной схемы измерений;
• практически линейная характеристика;
• простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Они могут иметь весьма малые размеры, что существенно для измерений температуры малых объектов и снижения инерционности измерения.

• относительно малый диапазон измерений (по сравнению с термопарами);
• дороговизна (в сравнении с термопарами из неблагородных металлов);
• требуется дополнительный источник питания для задания тока через датчик.

Акустические термодатчики используются преимущественно для измерения средних и высоких температур и применяются в экстремальных условиях (в диапазоне криогенных температур, при высоких уровнях радиации в ядерных реакторах и т. ), а также при проведении измерений в замкнутом герметичном объеме, где невозможно разместить контактные датчики или использовать пирометры. Состоят из пространственно-разнесенных излучателя и приемника акустических волн. Излучатель испускает сигнал, который
проходит через исследуемую среду. Измеряя время прохождения сигнала известного расстояния между излучателем и приемником, и зная базовую
скорость распространения ультразвука в данной среде при известной температуре, вычислитель считает скорость распространения при данной температуре, по которой затем вычисляется температура. Например, для газов зависимость скорости ультразвука от температуры выражается формулой:

где α – коэффициент, зависящий от давления, плотности, молекулярной массы газа.

Датчик состоит из трех компонентов: ультразвуковых передатчика и приемника, а также герметичной трубки, заполненной газом. Передатчик и приемник представляют собой керамические пьезоэлектрические пластины, акустически несвязанные с трубкой, что обеспечивает распространение звука преимущественно через газ внутри трубки. В качестве газа чаще всего
используется сухой воздух. Тактовое устройство запускает передатчик, который посылает в трубку короткий ультразвуковой импульс, который пройдя через
тестируемую среду трубки, принимается приемником. Время прохождения сигнала подается в контроллер, который вычисляет скорость распространения ультразвука, а затем определяет температуру тестируемой среды.

Миниатюрные акустические датчики температуры используют принцип модуляции (зависимости) частоты электронных генераторов, построенных на основе времязадающих элементов поверхностных акустических волн (ПАВ). Фактически, такие интегральные акустические датчики являются прямыми преобразователями температуры в частоту. Такие датчики имеют чувствительность в пределах нескольких кГц на градус.

Пирометры (тепловизоры)

Пирометр – прибор для бесконтактного измерения температуры тел, принцип действия которого основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.

Бесконтактный тип термодатчиков, считывающих излучение, которое исходит от нагретых тел. Этот тип устройств позволяет измерять температуру дистанционно, без приближения к среде, в которой производятся замеры. Это позволяет работать с большими температурами и сильно разогретыми объектами без опасного сближения.

Пирометры можно разделить по нескольким основным признакам:

Оптические. Позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретого тела, путём сравнения его цвета с цветом эталонной нити.

Радиационные. Оценивают температуру посредством пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой полосе спектрального излучения, то такой пирометр называют пирометром полного излучения.

Цветовые (другие названия: мультиспектральные, спектрального отношения) – позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.

Пьезоэлектрические датчики температуры

Пьезоэлектрические датчики температуры – это прибор для бесконтактного измерения температуры тел, принцип действия которого основан при помощи кварцевого пьезорезонатора. При пьезоэлектрическом эффекте наблюдается зависимость частоты вибраций кварцевого кристалла от температуры. Именно на основе этого явления и реализуются пьезоэлектрические датчики температуры. Поскольку кварц является анизотропным материалом, резонансная частота пластины сильно зависит от угла среза кристалла (его кристаллографической ориентации).

В пьезоэлектрических датчиках температуры всегда очень сложно организовать хорошую тепловую связь кристалла с объектом измерения, поэтому они обладают худшим быстродействием по сравнению с термисторами и термоэлектрическими детекторами.

Pt 100

Наиболее используемый датчик температуры на судах является Pt 100, принцип работы которого основан на принципе изменения электрического сопротивления при повышении температуры. Изменение сопротивления преобразуется регулятором в температурное значение, которое показывается прибором.

Материалом является платина с сопротивлением 100 Ом при температуре 0 °C. Платина имеет положительный коэффициент зависимости сопротивления от температуры; с ростом температуры растёт сопротивление. Изменение сопротивления от температуры составляет 0,39 Ом/1 °C.

В одном датчике может быть несколько термосопротивлений Pt 100: 1, 2 или 3×Pt–100 (наиболее часто используется 1×Pt×100). Для разных измерительных цепей датчик может быть произведён в разных вариантах: 2-, 3- или 4-проводное подключение (наиболее точным является 4-проводное).

Конструкция Pt×100 представлена на рисунке 2. Термометр сопротивления расположен в специальной, заполненной окисью магния трубке толщиной 3 мм и различной длины. Гибкая часть термометра сопротивления начинается с 50 мм. Через вводную часть осуществляется соединение с гибким питающим проводом.

Классы точности Pt100

Стандарт МЭК 60751 определяет классы точности термометров сопротивления Pt100 и соответствующие допуски. Классы допуска и диапазоны измерений для термопреобразователей сопротивления и чувствительных элементов представлены в таблице 2.

Цвета проводов, присоединяемых к термосопротивлению Pt 100, определены стандартом EN 60751. Цвета проводов для 2-, 3- и 4-проводного подключения, указаны в каждом типе датчиков на рисунке 2.

Схемы включения термосопротивления в измерительную цепь:

• 2-х проводная схема используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление присоединительных проводов суммируется с измеренным сопротивлением, что приводит к появлению дополнительной погрешности;
• 3-х проводная схема обеспечивает значительно более точные измерения, т.к. появляется возможность измерить сопротивление подводящих проводов и вычесть его из суммарного измеренного сопротивления;
• 4-х проводная схема – наиболее точная схема, обеспечивает полное исключение влияния подводящих проводов.

• быстрое время срабатывания;
• небольшие размеры, компактная конструкция;
• большой температурный диапазон;
• гибкий питающий провод;
• виброустойчивость.

Литература

ДТСхх5 с коммутационной головкой позволяют измерять температуру до 500 °С (ДТС с платиновым ЧЭ) и до 180 °С (ДТС с медным ЧЭ). Подключение к измерительной линии производится медным кабелем (кабель в комплекте не идет, заказывается отдельно).

Номинальные статические характеристики (НСХ) по ГОСТ 6651-2009:

• 50М и 100М (W100 = 1,428, α = 0,00428 °С-1)
• 50П и 100П (W100 = 1,391, α = 0,00391 °С-1)
• РТ100, РТ500, РТ1000 (W100 = 1,385, α = 0,00385 °С-1)

Среда измерения

Твердые, жидкие и газообразные среды (неагрессивных к защитной арматуре и материалу чувствительного элемента ЧЭ датчика).

Отличительные особенности:

• Бюджетная цена датчиков.
• Имеют сертификат средств измерений и проходят первичную поверку на заводе-изготовителе.

Устойчивость к внешним механическим воздействиям по ГОСТ Р 52931-2008: без монтажных элементов (в металлической гладкой защитной арматуре) соответствуют группе V2, остальные группе N2.

Характеристики

Вероятность безотказной работы при соблюдении условий эксплуатации:

ДТС с платиновым ЧЭ

• от -50 до +250 °С – не менее 0,95 за 40 000 ч;
• от -196 (-60 °С – для РТ100, РТ500, РТ1000) до -50 °С – не менее 0,95 за 15 000 ч.

ДТС с медным ЧЭ

Для монтажа датчиков ДТСхх5 на объекты рекомендуется применять гильзы ГЗ. 16 и ГЗ. 25, бобышки Б. 1, Б. 2 и Б. 1, а также съемные подвижные штуцеры ШП.

При изменении температуры выше 120 ⁰С рекомендуем использовать датчики с металлической головкой.

Стандартный срок производства – от 5 рабочих дней

Принцип работы термосопротивления

При нагреве проводника изменяется его сопротивление, а следовательно, и ток, проходящий через проводник. Интенсивность изменения зависит от нескольких факторов:

• температура и плотность окружающей среды;
• скорость жидкой или газообразной среды;
• размеры и материал самого проводника.

Если измерить зависимость сопротивления провода от этих неэлектрических величин, то на основе этой информации можно получать данные об изменении параметров окружающей среды. Собственно, в этом и заключается принцип, по которому работает термосопротивление.

Чем отличается термосопротивление от термопары

Сопротивление резистора — формула для рассчета

Принцип действия ТС объясняется изменением проводимости контрольного участка цепи. Термопара, несмотря на схожее название, функционирует по-другому. Изделия этой категории создают из двух разных материалов. Соединение (рабочую спайку) помещают в зону измерений. Колебания температуры провоцируют изменение потенциалов на выходах. Эти показания фиксируют вольтметром или другим подходящим прибором.

Принцип действия, функциональные компоненты термопары и способы измерения

К сведению. Приведенные сведения объясняют главные практические отличия датчиков разного рода. Термопара фактически является генератором ЭДС, поэтому дополнительный источник тока не нужен.

Термопарный преобразователь можно применить для измерения вакуума. Для этого обеспечивают контакт чувствительного участка с нитью лампы накаливания. Колбу соединяют трубкой с рабочей зоной. Изменение разряжения газа сопровождается увеличением (уменьшением) ЭДС. После калибровки шкалы достаточно точно можно определять значение контролируемого параметра.

Какие бывают термосопротивления?

По типу чувствительного элемента термосопротивления бывают :

– ТСМ с чувствительным элементом из меди; – ТСП с чувствительным элементом из платины. Датчики ТСМ, в своем большинстве, имеют с градуировкой 50М и 100М. Датчики ТСП , в основном, встречаются с градуировками 50П, 100П, Pt100, Pt500, Pt1000 Бывают и другие варианты градуировок, для понимания сути вопроса это не критично. Итак, данные сокращения расшифровываются следующим образом : – 50М означает медный датчик с сопротивлением 50 Ом при температуре 0 градусов ; – 100М означает медный датчик с сопротивлением 100 Ом при температуре 0 градусов ; – 50П, Pt50 означает платиновый датчик с сопротивлением 50 Ом при температуре 0 градусов ; – 100П,Pt100 означает платиновый датчик с сопротивлением 100 Ом при температуре 0 градусов ; – Pt500 означает платиновый датчик с сопротивлением 500 Ом при температуре 0 градусов ; – Pt1000 означает платиновый датчик с сопротивлением 1000 Ом при температуре 0 градусов ; то есть в этом коде указывается материал чувствительного элемента и сопротивление при 0 градусов Цельсия.

По конструкции термометры сопротивления бывают :

с кабельным выводом ; – с коммутационной головкой.

По количеству чувствительных элементов термосопротивления бывают :

–  с одним элементом (стандартное исполнение); –  с двумя чувствительными элементами.

По схеме внутреннего соединения проводников термосопротивления бывают :

двухпроводные (стандартное исполнение) ; – трехпроводные ; – четырехпроводные.

Электрические схемы двух-, трех- и четырехпроводных  датчиков температуры :

Количество чувствительных элементовСхема внутреннего соединенияЭлектрическая схема датчика Одиндвухпроводнаятрехпроводная Двадвухпроводнаятрехпроводнаячетырехпроводная

По типу класса допуска термосопротивления бывают :

– класса А (+-0,15С+0,002Т) ; – класса В (+-0,3С+0,005Т) ; – класса С (+-0,5С+0,0065Т). Класс допуска показывает допустимое отклонение температуры для датчика.

По исполнению коммутационной головки термосопротивления бывают :

с пластмассовой головкой (исполнение по умолчанию) ; – с металлической головкой (при заказе в конце марки датчика добавляется код  МГ) ; – с увеличенной пластмассовой головкой (при заказе в марке к модели добавляется код Л ) ; – с увеличенной металлической головкой (при заказе в марке к модели добавляется код Л и в конце марки датчика добавляется код МГ). Увеличенная головка применяется для встраивания в датчик нормирующего преобразователя тока НПТ, что превращает обычное термосопротивление в преобразователь температуры с токовым выходом 0. 20 или 4. 20 мА.

По типу защиты термометры сопротивления бывают :

– обычные – взрывозащищенные. По цене обычно взрывобезопасные датчики дороже в 2 раза обычных.

Виды термосопротивлений

По материалу изготовления все термосопротивления можно разделить на следующие группы:

• Проводниковое термосопротивление. Термопреобразователи сопротивления производятся в точном соответствии с ГОСТ 6651-2009. Как правило, они изготавливаются из чистых металлов: меди, никеля и платины. В основном представляют собой каркасную или безкаркасную катушку, выполненную из однородного проводника с контактными выводами. Характеризуются прямой зависимостью сопротивления от температуры, чем выше температура, тем выше сопротивление. Имеют большой температурный коэффициент измерения, точность, характеристику близкую к линейной.Медь используется при измерениях от -50 до 150—180 градусов Цельсия в среде, свободной от посторонних примесей. Если температура будет выше, металл окислится, а это снижает точность.Никель можно применять для измерений до 250—300 градусов Цельсия. Однако стоит учитывать, что при температуре свыше 100 ºС зависимость сопротивления уже не является линейной. Она высчитывается по формулам, зависящим от марки никеля.Платина — это самый распространенный материал для промышленных приборов. Этот металл может использоваться при температуре до 1000—1200 градусов Цельсия, хотя на практике платиновое термосопротивление применяется до 650 ºС. Дело в том, что при температуре свыше 500 градусов Цельсия удобнее использовать датчики термопары. Кстати, стоит оговориться, что этот металл нельзя применять в восстановительных средах (углерод, пары кремния, калия, натрия и т. п.).
• Полупроводниковое термосопротивление. Терморезистор (термистор), полупроводниковое сопротивление из разнородного сплава, может иметь прямую или обратную характеристику (PTC-термистор или NTС-термистор) зависимости сопротивления от температуры. Изготавливаются методом порошковой металлургии в виде дисков, шайб, бусинок, тонких пластинок. Имеют большой температурный коэффициент сопротивления, нелинейную характеристику, способны работать при значительных механических нагрузках и в сложных условия эксплуатации.NTC-термисторы типов ММТ-1 и КМТ-1 (рис. 1-а) состоят из полупроводникового эмалированного стержня (1), контактных колпачков (2) и выводов (3).NTC-термисторы типов ММТ-4 и КМТ-4 (рис. 1-б) выпускаются в герметичном металлическом корпусе (2), за счет чего могут использоваться даже во влажной среде. Герметизация осуществляется при помощи стекла (3) и олова (4), а сам полупроводниковый стержень (1) обернут фольгой (5). рис. 1-а              рис. 1-бМедно-кобальто-марганцевые терморезисторы вроде МКМТ-16 бусинкового типа (NTC-термисторы) (рис. 2) — это мини-измерители в стеклянном корпусе. В нем роль сопротивления играет шарик диаметром около 0,8 мм с платиновыми выводами диаметром 0,05 мм, к концам которых приварены проводники из нихромовой проволоки диаметром 0,1 мм.Все термопреобразователи сопротивления , предлагаемые нашей компанией, можно посмотреть в каталоге продукции.
• рис. 1-а              рис. 1-б

Цены, наличие и другие данные, указанные на сайте, не являются публичной офертой. Для уточнения информации свяжитесь с нашими специалистами любым удобным для Вас способом

Типовые конструкции платиновых термосопротивлений

Производители применяют различные инженерные решения при выпуске продукции этой категории. Для уточнения на стадии сравнения можно изучить официальную сопроводительную документацию либо запросить необходимые данные на сайте компании.

Типовые конструкции ТС

1Strain-freeОсновной элемент освобожден от нагрузок порошковой засыпкой из оксида алюминияРазным цветом глазури, герметизирующей торцевую часть, обозначают соответствие определенному температурному диапазону2Hollow nnulusРабочий проводник наматывается на полый цилиндрМатериалы конструкции подбирают с учетом коэффициентов теплового расширения3Thin-filmИз металла формируют тонкий слой на изоляторе (керамической основе)Эта модель отличается быстродействием, высокой чувствительностью4Проволока в стеклянной оболочкеВ такой конструкции обеспечиваются идеальная герметизация проводника, надежная защита от внешних воздействийПодобные решения используют для изготовления дорогих серий датчиков, которые рассчитаны на сложные условия эксплуатации

Типичные конструкции датчиков из платины

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.

Преимущества и недостатки термометров сопротивления

При сравнении с термопарой можно упомянуть следующие минусы ТС:

• высокую стоимость;
• обязательное использование внешнего источника стабилизированного электропитания;
• ограниченный рабочий диапазон.

• линейный график измеряемых параметров;
• точность;
• корректная компенсация искажений от соединительных проводов.

Выбор подходящего датчика организуют на основе подготовленных критериев. Кроме базовых технических параметров, уточняют допустимые габариты, условия эксплуатации. Для продления срока службы необходимы регулярные проверки состояния термосопротивления и других компонентов измерительной схемы.

Схемы включения ТСМ/ТСП

Существует три варианта подключения:

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

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

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

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

Советы при выборе и монтаже термометров сопротивления

Есть банальные истины, которыми нужно руководствоваться при выборе подходящего датчика температуры. Конечно же, нужно в первую очередь обратить внимание на диапазон измерения и точность. Во-вторых, нужно решить вопрос с основным конструктивным исполнением: в клеммной головке, или с кабельным выводом. Датчики с кабельным выводом более миниатюрны и менее инерционны. Они уже полностью готовы к подключению к вторичному прибору. Но вышеперечисленные преимущества одновременно являются и их недостатками. Миниатюрный корпус – следовательно, небольшой размер чувствительного элемента и малый измерительный ток. Жёстко присоединённый кабель несёт за собой худшую, чем для датчиков в клеммной головке степень защиты от воды. Эти датчики заведомо дороже из-за высокой стоимости применяемого высокотемпературного кабеля. Они менее надёжны при механических воздействиях опять-таки из-за наличия кабеля. С термосопротивлением в клеммной головке не обязательно использовать высокотемпературный кабель. Минус этих датчиков в одном – габаритных размерах, что бывает важно в ряде случаем. При монтаже датчика температуры нужно максимально увеличить его тепловой контакт с контролируемой средой и одновременно уменьшить отток тепла от места подключения. Необходимо помнить, что чувствительный элемент имеет конечную длину, поэтому глубина погружения датчика должна быть как минимум на несколько диаметров зонда больше, чем длина ЧЭ. При монтаже датчиков контроля поверхности очень важно место соединения предварительно смазать каким-либо вязким веществом. Также важно обеспечить тепловой контакт кабеля с контролируемым объектом, чтобы минимизировать отвод тепла от ЧЭ датчика по кабелю. Ещё лучше, если и датчик и подводящий кабель будут закрыты хорошим теплоизолятором, например пенополиуретаном, или пенополиэтиленом. Датчики температуры воздуха лучше устанавливать в тех местах помещения, которые наиболее важны для контроля. При плохой конвекции воздуха в помещении градиент температуры может составить до 5-ти и более градусов. При экспресс контроле температуры поверхности теплоёмкость датчика должна быть минимальной. Дело в том, что самое большое зло при контактном способе измерения температуры поверхности состоит в том, что датчик уменьшает температуру поверхности в месте установки. Процесс восстановления начальной температуры может идти очень долго, что зачастую приводит к неправильным результатам и выводам. Примером может служить ситуация с «занижением» показаний медицинских электронных термометров.

Обслуживание

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

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

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

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

Платиновый эталонный ПТС (датчик ЭТС 100)

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

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

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

Область применения

Термометр сопротивления — это устройство, предназначенное для измерения температуры твердых, жидких и газообразных сред. Также его используют и при измерении температуры сыпучих веществ.

Свое место термометр сопротивления нашел в газо- и нефтедобыче, металлургии, энергетике, сфере ЖКХ и многих других отраслях.

ВАЖНО! Термометры сопротивления можно использовать как в нейтральных средах, так и в агрессивных. Это способствует распространению прибора в химической промышленности. Обратите внимание! Для измерения температур в промышленности также используют термопары, про них подробнее узнаете из нашей статьи про термопары.

Градуировочные таблицы термометров сопротивления

Градуировочные таблицы — это сводная сетка, по которой можно легко определить при какой температуре термометр будет иметь определенное сопротивление. Такие таблицы помогают работникам КИПиА оценить значение измеряемой температуры по определённому значению сопротивления.

В рамках этой таблицы существуют специальные обозначения ТС. Их вы можете увидеть в верхней строчке. Цифра означает значение сопротивления датчика при 0°С, а буква металл, из которого оно создано.

Для обозначения металла используют:

• П или Pt — платина;
• М — медь;
• N — никель.

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

Ниже представлен фрагмент градуировочной таблицы термометров.

50М (Ом)100М (Ом)50П (Ом)100П (Ом)500П (Ом)

-50 °С39. 378. 640. 0180. 01401. 570 °С501005010050050 °С60. 7121. 459. 7119. 41193. 95100 °С71. 4142. 869. 25138. 51385150 °С82. 1164. 278. 66157. 311573

Класс допуска

Класс допуска не стоит путать с понятием класса точности. С помощью термометра мы не напрямую измеряем и видим результат измерения, а передаем на барьеры или вторичные приборы значение сопротивления соответствующее фактической температуры. Именно поэтому введено новое понятие.

Класс допуска — это разница между фактической температурой тела и температурой, которую получили при измерении.

Существует 4 класса точности ТС (от наиболее точного к приборам с большей погрешностью):

Приведем фрагмент таблицы классов допуска, полную версию вы можете увидеть в ГОСТ 6651-2009.

Класс точностиДопуск, °СТемпературный диапазон, °С

Как выбрать термосопротивление ?

Для выбора корректного подбора термосопротивления используются таблицы, с помощью которых можно сначала визуально выбрать вид датчика, а по нему выбрать модель.

Термосопротивления с клеммной головкой

Чертеж  МодельПараметрыМатериал Длина монтажной части, мм015D=8 мм сталь12Х18Н10Т60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250,1600, 2000025D=10 мм035D=8 мм М=20х1,5 мм S=22 мм сталь12Х18Н10Т60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250,1600, 2000045D=10 мм М=20х1,5 мм S=22 мм145D=6 мм М=20х1,5 мм S=22 мм055D=10 мм М=20х1,5 мм S=22 ммсталь12Х18Н10Т80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250,1600, 2000065D=8 мм М=20х1,5 мм S=27 ммсталь12Х18Н1060, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250,1600, 2000075D=10 мм М=20х1,5 мм S=27 мм085D=10 мм М=27х2 мм S=32 мм095D=10 мм М=20х1,5 мм S=22 ммсталь12Х18Н10Т60, 80, 100, 120, 160,180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250,1600, 2000105D=8 мм М=20х1,5 мм S=27 мм 60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250,1600, 2000125D=6 мм (-50…+100 град)60, 80, 100125ЛD=6 мм сталь12Х18Н10Т80, 100, 120

Термосопротивления для систем HVAC

ЧертежМодельЧувствительный элементДлина монтажной части, ммСтепень защиты3014Pt 1000 Pt 500 Pt 10050 мм   IP673194250 ммIP67310570 мм 120 мм 220 ммIP543015200 ммIP543005Pt 1000 Pt 500 Pt 100 50M–IP543225Pt 1000 Pt 500 Pt 100 50M–

Условно-графическое обозначение

На схемах УГО термистора могут незначительно отличаться, но главный признак термосопротивления – символ t рядом с прямоугольником, символизирующим резистор. Без этого символа не определить, от чего зависит сопротивление – схожее УГО имеют, например, варисторы (сопротивление определяется приложенным напряжением) и другие элементы.

Иногда на УГО наносят дополнительное обозначение, определяющее категорию терморезистора:

• NTC для элементов с отрицательным ТКС;
• PTC для позисторов.

Эту характеристику иногда обозначают стрелками:

• однонаправленными для PTC;
• разнонаправленными для NTC.

Литерное обозначение может быть различным – R, RK, TH и т.