Термометр сопротивления, принцип действия
Термопреобразователь сопротивления (ТС) – средство измерений температуры, состоящее из одного или нескольких термочувствительных элементов сопротивления и внутренних соединительных проводов, помещенных в герметичный защитный корпус, внешних клемм или выводов, предназначенных для подключения к измерительному прибору.
.jpg)
.jpg)
Чувствительный элемент (ЧЭ) первичного преобразователя выполнен из металлической проволоки бифилярной намотки (рис. 1) или пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку в виде меандра (рис. 2). ЧЭ имеет выводы для крепления соединительных проводов и известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Схема термометра сопротивления представлена на рисунках 1 и 2.
Принцип работы термопары сопротивления (термометра сопротивления) основан на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента от температуры.Самый популярный тип термометра – платиновый термометр сопротивления ТСП градуировки Pt100. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные термометры.
Главное преимущество термометров сопротивления – высокая стабильность, близость характеристики к линейной зависимости, высокая взаимозаменяемость. Пленочные платиновые термометры сопротивления отличаются повышенной вибропрочностью.
Недостаток термометров и чувствительных элементов сопротивления – необходимость использования для точных измерений трех- или четырехпроводной схемы включения, т.к. при подключении датчика с помощью двух проводов, их сопротивление включается измеренное сопротивление термометра.
Для измерения температуры различных типов рабочих сред — воды, газа, пара, химических соединений и сыпучих материалов используют термопреобразователь ТСП. Аналогом, производимым Производственной компанией «Тесей», является термопреобразователи сопротивления типа ТСПТ и ТСПТ Ех.Номинальная статическая характеристика термопреобразователей – Pt100, Pt500, Pt1000, 100П и 50П.
Выбор термопреобразователя ТСП зависит от рабочей среды – диапазон температур измеряемой среды должен соответствовать рабочему диапазону термопреобразователя. При выборе необходимо обратить внимание надлину погружной части термопреобразователя и длину соединительного кабеля. Глубина погружения будет зависеть от глубины активной части, которая определяется длиной чувствительного элемента.
Термопреобразователь сопротивления ТСМ. Термопреобразователь ТСМ выполнен в виде бескаркасной намотки чувствительного элемента из медного изолированного микропроводабифилярной намотки. Аналогом, производимым Производственной компанией «Тесей», является термопреобразователи сопротивления типа ТСМТ и ТСМТ Ех.Номинальная статическая характеристика термопреобразователей – 100М или 50М.
Схемы соединений и цветовая идентификация внутренних соединительных проводов термопреобразователей соротивления (подключение термопары)
Таблица 1. Схема соединения термопреобразователя сопротивления (схема термометра сопротивления и его соединений)
двухпроводная
трехпроводная
четырехпроводная
Один
ЧЭ
Два
ЧЭ
Используется 3 схемы включения датчика в измерительную цепь (подключение термопары):
- 2-проводная. В схеме подключения простейшего термометра сопротивления используется два провода. Такая схема термометра сопротивления используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление проводов включается в измеренное сопротивление и приводит к появлению дополнительной погрешности. Такая схема не применяется для термометров класса А и АА.
- 3-проводная обеспечивает значительно более точные измерения за счёт того, что появляется возможность измерить в отдельном опыте сопротивление подводящих проводов и учесть их влияние на точность измерения сопротивления датчика.
- 4-проводная — наиболее точная схема, обеспечивает полное исключение влияния подводящих проводов.
Термопара принцип действия термопреобразователя сопротивления ТСПТ (ТСМТ)
Термопреобразователи сопротивления ТСПТ (ТСМТ) с двухпроводной схемой подключения изготавливаться только с классом допуска В или С и имеют ограничения по монтажным длинам и длинам удлинительных проводов. В соответствии с требованиями ГОСТ 6651-2009, для датчиков с двух проводной схемой подключения, сопротивление внутренних проводов не должно превышать 0,1% номинального сопротивления ТС при 0°С. В связи с этим для различных НСХ присутствуют ограничения по монтажным длинам:
— для датчиков с клеммной головкой максимальная монтажная длина составляет Lmax= (500÷1250) мм в зависимости от конструктивной модификации,
— для датчиков с удлинительным проводом, максимальная длина провода составляет ℓ max= (500÷1000) мм в зависимости от конструктивной модификации.
Датчики с трех- и четырехпроводной схемой подключения, в зависимости от конструктивных модификаций, изготавливаются по классу допуска АА, А, В, С. При изготовлении ограничения по монтажным длинам и длинам удлинительных проводов отсутствуют. Следует учитывать, что у вторичных приборов, к которым подключаются датчики, могут существовать ограничения по входному сопротивлению измерительной линии, которая в свою очередь зависит от длины провода датчика.
Таблица 2. Номинальное сопротивление R0
Pt
П
М
Температурный коэффициент a, °С-1
0,00385
0,00391
0,00428
Номинальное сопротивление R0, Ом
Неопределенность измерений термометров сопротивления
Термопреобразователь сопротивления может быть признан годным изготовителем (или поверочным центром), если отклонение сопротивления ТС от НСХ с учетом расширенной неопределенности измерения в лаборатории изготовителя или поверителя, рассчитанное в эквиваленте температуры (R–Rнсх ± Uпр)/(dR/dt), находится внутри интервала допуска ±Δt (см. ТС № 1 на рис. 3).
Термопреобразователь сопротивления может быть забракован потребителем только в том случае, если отклонение сопротивления ТС от НСХ с учетом расширенной неопределенности измерения в условиях использования термометра потребителем, рассчитанное в эквиваленте температуры (R–Rнсх ± Uпотр)/(dR/dt), находится полностью вне интервала допуска ±Δt (см. ТС № 4 на рис. 3).
.jpg)
Рисунок 3. Иллюстрация к критерию приемки и отбраковки термометров сопротивления.
Из четырех термометров, данные по которым представлены на рис. 3, только термосопротивление № 1 может быть принят изготовителем и только термосопротивление № 4 может быть забракован заказчиком.
Такое правило приемки с одной стороны снижает риск потребителя, который может приобрести некачественный термометр сопротивления только по причине больших погрешностей измерений на производстве, с другой стороны, это правило стимулирует изготовителя использовать при приемке термометров высокоточное измерительное оборудование. Правило также является очень важным при установлении брака Заказчиком, т. к. Заказчик тоже обязан оценить неопределенность своих измерений и уже после этого предъявлять претензии к изготовителю.
Объем и последовательность первичной и периодической поверок ТС установлены в соответствии с ГОСТ Р 8.624 при этом перечень обязательных контролируемых параметров одинаков. Первичная поверка, осуществляемая аккредитованной метрологической службой нашего предприятия, совмещается с приемо-сдаточными испытаниями.
На неопределенность результатов измерений температуры термопарами и термометрами сопротивления влияют многие факторы, основные из них это:
– случайные эффекты при измерении;
– неопределенность измерения регистрирующего прибора;
– класс допуска термопары или термометра сопротивления;
– изменение характеристики ТП или ТС за межповерочный интервал (МПИ);
– для ТП дополнительно класс точности удлинительных проводов, соединяющей термопару с регистрирующим прибором и погрешность компенсации температуры опорных спаев;
Характеристики источников неопределенности измерения температуры термоэлектрическим преобразователем представлены в таблице 3. Бюджет неопределенности составлен в соответствии с Руководством по выражению неопределенностей и нормативными документами.
Таблица 3. Бюджет неопределенности измерений
Обозначение
Тип и вид распределения неопределенности
Вклад в суммарную неопределённость
Случайные эффекты при измерении
тип А, нормальное распределение
Предел допускаемой основной погрешности регистрирующего прибора
тип В, равномерное симметричное распределение
Разрешающая способность прибора
тип В, равномерное асимметричное распределение
Расширенная неопределенность класса допуска ТС
тип В, нормальное распределение
Расширенная неопределенность класса допуска ТП
тип B, равномерное симметричноераспределение
Погрешность компенсации температуры опорных спаев
тип В, равномерное симметричноераспределение
тип В, равномерное симметричноераспределение
Нестабильность ТП и ТС за межповерочный интервал (МПИ)
тип В, равномерное симметричноераспределение
Нестабильность измеряемой температуры
тип В, равномерное асимметричное распределение
Тепловой контакт со средой
тип В, равномерное симметричноераспределение
Расширенная неопределенность измерения температуры, °C
Расширенная неопределенность измерения uТ, при измерении термометрами сопротивления, определяется по формуле:
Вклад случайных эффектов, характеристики нестабильности измеряемой температуры и теплового контакта со средой в расчетах не учитывались, исходя из того, что эти величины зависят от условий применения.
Выбор измерительного тока также влияет на точность измерения температуры. Поскольку ЧЭ изготовлен из очень тонкой проволоки или пленки, даже малый ток может вызвать существенный нагрев ЧЭ. Во избежание значительного увеличения погрешности из-за нагрева ЧЭ измерительным током для 100-омных ТС рекомендуется использовать токи 1 мА и ниже. В этом случае погрешность не превысит 0,1 °С. Для снижения эффекта нагрева ЧЭ иногда используется импульсный измерительный ток.
Источники неопределенности измерения температуры на объекте
В новом стандарте ГОСТ Р 8.625-2006 приведены правила отбраковки термометра сопротивления потребителем. В них установлено, что забраковать термометр можно только, если отклонение сопротивления термометра от НСХ лежит полностью вне диапазона, обусловленного расширенной неопределенностью измерения температуры в рабочих условиях. Поэтому становится очень актуальной проблема оценки неопределенности, возникающей при измерении температуры на объекте. Источники неопределенности измерения температуры промышленным термометром сопротивления можно разделить на источники, связанные с физическими условиями работы ТС и электрическим преобразованием сигнала:
— теплопроводящие свойства данной конструкции термометра и монтажных элементов;
— перенос тепла излучением в окружающую среду;
— теплоемкость датчика температуры;
— скорость изменения измеряемой температуры;
— утечки тока (качество заземления);
— электрические шумы;
— точность измерителя или преобразователя сигнала.
Стабильность метрологических характеристик термометра сопротивления
В ходе эксплуатации метрологические характеристики термопреобразователей сопротивления неизбежно изменяются. Скорость изменения зависит от многих факторов таких как: температура эксплуатации, скорость и частота изменений температуры, наличие химически активных веществ в измеряемой среде и т.д. В связи с этим для датчиков ТСПТ, ТСМТ, ТСПТ Ex, ТСМТ Ex введены группы условий эксплуатации и в зависимости от этой группы нормированы допустимые значения дрейфа метрологических характеристик термометров сопротивления.
РМГ-74 «МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖПОВЕРОЧНЫХ И МЕЖКАЛИБРОВОЧНЫХ ИНТЕРВАЛОВ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ» предписывает определять интервал между поверками (ИМП) как период времени/наработки СИ за который изменение метрологических характеристик не превышает модуля класса допуска СИ, уменьшенного на систематическую погрешность измерений в ходе испытаний СИ.
Для термопреобразователя сопротивления определяющим фактором дрейфа является наработка датчика при повышенной температуре. Влияние старения на дрейф ТС практически не упоминается в научных публикациях. При этом общеизвестно что величина и скорость дрейфа ТС зависит от величины измеряемой температуры. Известно, что медные термопреобразователи сопротивления менее стабильны чем платиновые. Доминирующей причиной дрейфа, в условиях эксплуатации, не относящихся к экстремальным, является изменение физических свойств металлов под воздействием температуры, величина изменений зависит от значения максимальной температуры эксплуатации и длительности воздействия.
Предлагается при нормировании интервалов между поверками учитывать условия эксплуатации, разделив их по диапазонам измеряемых температур. Для каждого из диапазонов указывать свой интервал между поверками от одного года до пяти лет. Предлагаемая градация интервалов представлена рисунке 4.
Рисунок 4. Интервалы между поверками ТС
Кроме того, обращаем внимание на необходимость корреляции показателей надежности, устанавливаемых для датчика температуры с назначенным ИМП. Соответствие метрологических характеристик датчика температуры в течение ИМП присвоенному классу допуска при первичной поверке является принято считать одним из видов отказа. Однако, как отмечалось выше, ДТ в реальных условиях эксплуатации изменяет свои характеристики, а величина дрейфа нормируется в соответствии с РМГ-74. В связи с этим считаем целесообразным указывать в описании типа СИ и сопроводительной технической документации величину допустимого дрейфа датчика температуры за ИМП. Такой подход избавит потребителя от заблуждения о соответствии метрологических характеристик присвоенному классу допуска в течение всего ИМП и позволит рассчитать более реальный бюджет неопределенности измерений на объекте. Указание величины дрейфа за ИМП, отражает реальную картину и переводит её в разряд параметров, относящихся к видам отказа. В любом случае, наиболее корректным представляется назначение в качестве основного параметра надежности – вероятности безотказной работы датчика за ИМП. В этом случае логичным представляется и назначение срока гарантии равным ИМП.
Предельно допустимый дрейф метрологических характеристиктермопреобразователей сопротивления за интервал между поверками (ИМП) не превышает значений, приведенных в таблице 4.
Таблица 4. Дрейф метрологических характеристик термометра сопротивления
Класс допуска
Температура применения, ° С
Группа условий эксплуатации
Дрейф за ИМП, °С
Термометры сопротивления
Термометры сопротивления — датчики измерения температуры. Принцип действия основан на измерении калиброванного медного или платинового сопротивления. Самая распространённые градуировки в промышленности: 50П, 100П, 50М, 100М. Наиболее точными и стабильными являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику. Наибольшее распространение получили PT100 и PT1000. Температурный диапазон -200 +800°С.
К сведению заказчиков: по вашему требованию термометры сопротивления могут быть изготовлены по вашим эскизам, а так же в экспортном исполнение. Термопреобразователи сопротивления (ТС, термометры сопротивления) предназначены для контроля и измерения температуры жидких, твердых, газообразных и сыпучих сред.
Технологии:
Металлообработка любой сложности, лазерная сварка, пайка серебряным припоем.
Материалы:
Термоэлементы пленочные и проволочные: Pt50, Pt100, Pt500, Pt1000.
Термоэлементы проволочные: 46П, 50П, 100П, 50М, 53М, 100М.
Тонкостенные трубы из нержавеющей стали.
Металлорукав из нержавеющей стали.
Номинальные статические характеристики (НСХ)
| НСХ | Относительное сопротивление W0=R100/R0 | Измерительные токи не должны превышать |
| 50М, 53М, 100М | 1,428 | 10 мА |
| 46П, 50П, 100П | 1,391 | 5 мА |
| Pt50, Pt100 | 1,385 | 2 мА |
| Pt500, Pt1000 | 1,385 | 0,5 мА |
Классы допуска по ГОСТ 6651-94
Термометры сопротивления платиновые
| Измеряемая температура, °С | Абсолютная погрешность, °С, для класса | ||
| А | В | С | |
| -200 | ±0,55 | ±1,3 | ±2,2 |
| -100 | ±0,35 | ±0,8 | ±1,4 |
| 0 | ±0,15 | ±0,3 | ±0,6 |
| 100 | ±0,35 | ±0,8 | ±1,4 |
| 200 | ±0,55 | ±1,3 | ±2,2 |
| 300 | ±0,75 | ±1,8 | ±3,0 |
| 400 | ±0,95 | ±2,3 | ±3,8 |
| 500 | ±1,15 | ±2,8 | ±4,6 |
| 600 | ±1,45 | ±3,3 | ±5,4 |
| Расчетная формула | Ut = 0,15 + 0,002t | Ut = 0,3 + 0,005t | Ut = 0,6 + 0,008t |
Термометры сопротивления медные
| Измеряемая температура, °С | Абсолютная погрешность, °С, для класса | |
| В | C | |
| -100 | ±0,6 | ±1,15 |
| -50 | ±0,42 | ±0,88 |
| 0 | ±0,25 | ±0,5 |
| 50 | ±0,42 | ±0,83 |
| 100 | ±0,6 | ±1,15 |
| 150 | ±0,77 | ±1,47 |
| 200 | ±0,95 | ±1,8 |
| Расчетная формула | Ut = 0,25 + 0,0033t | Ut = 0,5 + 0,0065t |
НСХ термопреобразователей. Таблица сопротивлений Pt100, Pt500, Pt1000, 100П
Калькулятор зависимости сопротивления от температуры
Выберите НСХ Pt100 Pt500 Pt1000 100П
Введите температуру, °C Рассчитать
НСХ термопреобразователей
НСХ термопреобразователей – это зависимость сопротивления чувствительного элемента термопреобразователя от температуры с конкретным значением сопротивления R₀ при температуре 0°С.
Номинальная статическая характеристика термометра сопротивления задается в виде градуировочных таблиц или рассчитывается при помощи формул. Термопреобразователи сопротивления (ТС) могут изготавливаться из платины, из меди или никеля (ГОСТ 6651-2009).
ООО «ИНТЭП» при изготовлении термометров сопротивления использует платиновые чувствительные элементы (ЧЭ). Хорошо изученная и стабильная зависимость сопротивления от температуры – основная причина популярности платиновых термометров. Платиновые ЧЭ имеют высокую точность и воспроизводимость, так как не окисляются в воздушной среде.
Платина имеет положительный коэффициент зависимости сопротивления от температуры поэтому с ростом температуры растёт сопротивление.
| НСХ | Сопротивление чувствительного элемента при температуре 0 °C, Ом |
Температурный коэффициент |
|---|---|---|
| Pt100 | 100 | α = 0,00385°Cˉ¹ |
| Pt500 | 500 | α = 0,00385°Cˉ¹ |
| Pt1000 | 1000 | α = 0,00385°Cˉ¹ |
| 100П | 100 | α = 0,00391 °Cˉ¹ |
Отличие датчиков температуры Pt100, Pt500, Pt1000, 100П заключается в различном сопротивлении чувствительного элемента при температуре 0 °C и температурном коэффициенте.
Чувствительные элементы датчиков температуры Pt100, Pt500, Pt1000 изготавливаются путем напыления на подложку металлической плёнки (тонкопленочные), такие термопреобразователи имеют повышенную вибропрочность. Чувствительные элементы 100П представляют собой спирально навитую платиновую проволоку, заключенную в керамическую оболочку. Проволочные ЧЭ более дорогостоящие по сравнению с тонкопленочными.
Наиболее распространёнными и популярными являются термопреобразователи сопротивления c ЧЭ НСХ Pt100, так как они имеют хорошее соотношение цены и качества.
Формула зависимости сопротивления от температуры
НСХ термометров сопротивления рассчитывается при помощи формул. Формула зависимости сопротивления от температуры для термопреобразователей с температурным коэффициентом 0,00385°С -1 :
Формула НСХ
| Диапазон температур | Формула для расчета НСХ | Значение постоянных | Обозначения переменных |
|---|---|---|---|
| 0..+850 °С | Rнсх=R₀(1+At+Bt²) | А = 3,9083·10ˉ³ °Cˉ¹ В = -5,775·10ˉ⁷ °Cˉ² С = -4,183·10ˉ¹²°Cˉ⁴ |
Rнсх – НСХ термопреобразователя; R₀ – номинальное сопротивление термометра (100 Ом, 500 Ом, 1000 Ом, при 0°С); t – температура, для которой необходимо рассчитать сопротивление, °С |
| -200..0 °С | Rнсх=R₀(1+At+Bt²+C(t-100°С)t³) | А = 3,9083·10ˉ³ °Cˉ¹ В = -5,775·10ˉ⁷ °Cˉ² С = -4,183·10ˉ¹²°Cˉ⁴ |
Rнсх – НСХ термопреобразователя; R₀ – номинальное сопротивление термометра (100 Ом, 500 Ом, 1000 Ом, при 0°С); t – температура, для которой необходимо рассчитать сопротивление, °С |
Для ТС с температурным коэффициентом 0,00391°С -1 для расчета НСХ используют те же формулы, единственное отличие в постоянных значениях : А = 3,969·10 -3 °С -1 ; В = -5,841·10 -7 °С -2 ; С = -4,330·10 -12 °С -4 .
Градуировочная таблица Pt100
ООО «ИНТЭП» изготавливает комплекты КТСП-Н Pt100, а также платиновые термопреобразователи ТСП-Н Pt100. Номинальная статическая характеристика термометра сопротивления задается в виде градуировочных таблиц или рассчитывается при помощи формул. Для термопреобразователей с температурным коэффициентом 0,00385°С -1 сопротивление составляет 100 Ом (R₀ =100 Ом). Pt100 таблица сопротивлений (градуировка):
Pt100 таблица сопротивлений
| °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 80,306 | 0 | 100,00 | 50 | 119,397 | 100 | 138,506 | 150 | 157,325 |
| -45 | 82,290 | 5 | 101,953 | 55 | 121,321 | 105 | 140,400 | 155 | 159,191 |
| -40 | 84,271 | 10 | 103,903 | 60 | 123,242 | 110 | 142,293 | 160 | 161,054 |
| -35 | 86,248 | 15 | 105,849 | 65 | 125,160 | 115 | 144,182 | 165 | 162,915 |
| -30 | 88,221 | 20 | 107,794 | 70 | 127,075 | 120 | 146,068 | 170 | 164,772 |
| -25 | 90,192 | 25 | 109,735 | 75 | 128,987 | 125 | 147,951 | 175 | 166,627 |
| -20 | 92,160 | 30 | 111,673 | 80 | 130,897 | 130 | 149,832 | 180 | 168,478 |
| -15 | 94,124 | 35 | 113,608 | 85 | 132,803 | 135 | 151,710 | 185 | 170,327 |
| -10 | 96,086 | 40 | 115,541 | 90 | 134,707 | 140 | 153,584 | 190 | 172,173 |
| -5 | 98,044 | 45 | 117,470 | 95 | 136,608 | 145 | 155,456 | 195 | 174,016 |
Градуировочная таблица Pt500
У термометров сопротивления Pt500 и комплектов термопреобразователей КТСП-Н Pt500 сопротивление составляет 500 Ом при температуре 0 °C, температурный коэффициент 0,00385°С -1 . Зависимость сопротивления от температуры термометра 500 Ом с применением стандартных зависимостей (НСХ) по стандарту ГОСТ 6651-2009 представлен в виде градуировочной таблицы. Pt500 таблица сопротивлений:
Pt500 таблица сопротивлений
| °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 401.531 | 0 | 500 | 50 | 596.986 | 100 | 692.528 | 150 | 786.626 |
| -45 | 411.451 | 5 | 509.764 | 55 | 606.605 | 105 | 702.002 | 155 | 795.956 |
| -40 | 421.353 | 10 | 519.513 | 60 | 616.210 | 110 | 711.463 | 160 | 805.272 |
| -35 | 431.239 | 15 | 529.247 | 65 | 625.800 | 115 | 720.909 | 165 | 814.574 |
| -30 | 441.108 | 20 | 538.968 | 70 | 635.376 | 120 | 730.340 | 170 | 823.861 |
| -25 | 450.962 | 25 | 548.673 | 75 | 644.937 | 125 | 739.757 | 175 | 833.133 |
| -20 | 460.799 | 30 | 558.365 | 80 | 654.484 | 130 | 749.160 | 180 | 842.392 |
| -15 | 470.622 | 35 | 568.042 | 85 | 664.017 | 135 | 758.548 | 185 | 851.635 |
| -10 | 480.429 | 40 | 577.704 | 90 | 673.535 | 140 | 767.922 | 190 | 860.865 |
| -5 | 490.222 | 45 | 587.352 | 95 | 683.038 | 145 | 777.281 | 195 | 870.080 |
Градуировочная таблица Pt1000
Для термопреобразователей ТСП-Н Pt1000 и КТСП-Н Pt1000 сопротивление составляет 1000 Ом при температуре 0 °C, температурный коэффициент 0,00385°С -1 . НСХ для термопреобразователя сопротивления R₀ = 1000 Ом рассчитана и представлена в таблице сопротивлений Pt1000:
Pt1000 таблица сопротивлений
| °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 803.063 | 0 | 1000 | 50 | 1193.971 | 100 | 1385,055 | 150 | 1573,251 |
| -45 | 822.902 | 5 | 1019.527 | 55 | 1213.210 | 105 | 1404,005 | 155 | 1591,912 |
| -40 | 842.707 | 10 | 1039.025 | 60 | 1232.419 | 110 | 1422,925 | 160 | 1610,544 |
| -35 | 862.478 | 15 | 1058.495 | 65 | 1251.600 | 115 | 1441,817 | 165 | 1629,147 |
| -30 | 882.217 | 20 | 1077.935 | 70 | 1270.751 | 120 | 1460,680 | 170 | 1647,721 |
| -25 | 901.923 | 25 | 1097.347 | 75 | 1289.874 | 125 | 1479,514 | 175 | 1666,267 |
| -20 | 921.599 | 30 | 1116.729 | 80 | 1308.968 | 130 | 1498,319 | 180 | 1684,783 |
| -15 | 941.244 | 35 | 1136.083 | 85 | 1328.033 | 135 | 1517,096 | 185 | 1703,271 |
| -10 | 960.859 | 40 | 1155.408 | 90 | 1347.069 | 140 | 1535,843 | 190 | 1721,729 |
| -5 | 980.444 | 45 | 1174.704 | 95 | 1366.077 | 145 | 1554,562 | 195 | 1740,159 |
Градуировочная таблица 100П
Реализуемые комплекты термометров сопротивления КТСП-Н 100П, а также термопреобразователи ТСП-Н 100П имеют сопротивление 100 Ом при температуре 0 °C, температурный коэффициент 0,00391°С -1 . 100П таблица сопротивлений:
100П таблица сопротивлений
| °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω | °C | Ω |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 80,001 | 0 | 100 | 50 | 119,699 | 100 | 139,106 | 150 | 158,221 |
| -45 | 82,016 | 5 | 101,983 | 55 | 121,653 | 105 | 141,031 | 155 | 160,116 |
| -40 | 84,027 | 10 | 103,963 | 60 | 123,604 | 110 | 142,952 | 160 | 162,009 |
| -35 | 86,034 | 15 | 105,940 | 65 | 125,552 | 115 | 144,871 | 165 | 163,898 |
| -30 | 88,039 | 20 | 107,915 | 70 | 127,497 | 120 | 146,787 | 170 | 165,785 |
| -25 | 90,040 | 25 | 109,886 | 75 | 129,439 | 125 | 148,700 | 175 | 167,669 |
| -20 | 92,038 | 30 | 111,854 | 80 | 131,378 | 130 | 150,610 | 180 | 169,550 |
| -15 | 94,033 | 35 | 113,820 | 85 | 133,314 | 135 | 152,517 | 185 | 171,427 |
| -10 | 96,025 | 40 | 115,783 | 90 | 135,248 | 140 | 154,421 | 190 | 173,302 |
| -5 | 98,014 | 45 | 117,742 | 95 | 137,178 | 145 | 156,322 | 195 | 175,174 |
Какие градуировки относятся к термометрам сопротивления
Главная Информация Электрические термометры сопротивления
Электрические термометры сопротивления
Действие электрического термометра сопротивления основано на зависимости от температуры электрического сопротивления металлического проводника или полупроводникового элемента. Термометр применяется в комплекте с прибором для измерения электрического сопротивления и источником питания. Термометр сопротивления в виде металлического проводника или полупроводникового элемента, с соответствующей условиям применения монтажной и защитной арматурой, монтируется на объекте измерения и соединяется проводной линией с измерительным прибором и источником питания. Питание может осуществляться от сухой батареи, аккумулятора или сетевое через выпрямитель. Линия, соединяющая термометр с измерительным прибором, должна иметь определенное сопротивление, для подгонки сопротивления линии измерительный прибор снабжается подгоночными катушками.
По виду термометрического тела термометры сопротивления можно разделить на металлические и полупроводниковые.
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ
К материалам термоэлектрического тела термометра сопротивления предъявляются следующие требования:
1. Зависимость электрического сопротивления от температуры в диапазоне измерения должна быть устойчива, материал должен быть прочным, стойким против коррозии и против распыления при нагреве.
2. Температурный коэффициент электрического сопротивления должен быть высоким и обеспечивать высокую чувствительность термометра.
3. Температурный коэффициент сопротивления в диапазоне измерения должен быть постоянным и обеспечивать линейную зависимость сопротивления от температуры.
4. Удельное электрическое сопротивление проводника должно быть высоким и позволять построить термометр с большим сопротивлением при малых габаритных размерах.
5. Электрические свойства материала должны быть воспроизводимы и позволять осуществлять взаимозаменяемость термометров.
Наилучшим образом выше перечисленным требованиям отвечают платина и медь. Никель и железо, обладающие высокими температурными коэффициентами сопротивления, имеют ограниченное применение главным образом из-за трудности получения этих металлов достаточно свободными от примесей, чтобы обеспечить воспроизводимость их электрических свойств.
На рис.1 приведен график зависимости сопротивления этих металлов от температуры. Ординаты графика выражают отношение
где, Rt — сопротивление проводника при температуре — t, и R0 — сопротивление того же проводника при температуре 0°С.
Среди названных металлов, применяемых для изготовления датчиков термометров, платина наиболее полно, за исключением стоимости, удовлетворяет выше перечисленным требованиям. Однако из-за большой стоимости она применяется для изготовления в основном образцовых и рабочих термометров, контролирующих температуру в ответственных технологических процессах.
Применяемая в технических термометрах платиновая проволока имеет средний температурный коэффициент сопротивления в интервале температур 0 — 100°С. Удельное электрическое
Платина применяется в стандартных технических термометрах для измерений в диапазоне температур от -200 до +650°С, а в термометрах специальных конструкций — до + 750°С и даже до 1200°С. Верхний предел измерения стандартных платиновых термометров обусловлен снижением механической прочности тонкой платиновой проволоки (диаметром 0,05-0,07 мм) при более высоких температурах.
В соответствии с ГОСТ 6651-59 сопротивление выпускаемых в СССР технических платиновых термометров (сокращенно ТСП) соответствует градуировкам гр.20, гр.21 и гр.22. В зависимости от градуировки платиновые термометры имеют различное сопротивление при 0°С. Так, по градуировке гр.20 сопротивление термометра при 0°С R0 = 10 Ом, по градуировке гр.21 R0 = 41 Ом, по градуировке гр.22 R0 = 100 Ом. Допустимые отклонения величины R0 для термометров класса 1 ± 0,1%, для термометров класса 2 ± 0,1%.
В интервале температур 0 — 650°С сопротивление технических платиновых термометров выражается зависимостью
( 1 )
а в интервале от -200 до 0°С формулой
( 2 )
где, Rt — сопротивление термометра при температуре t°С;
; 
; 
Из уравнений ( 1 ) и ( 2 ) видно, что характеристики платиновых термометров сопротивления нелинейны, однако отклонение от линейной характеристики не превышает 5% в интервале 01 + 500°С, и 19% в интервале 01 — 200°С.
Применение градуировок гр.20 и гр.21 позволяет уменьшить габаритные размеры термоприемника; а применение градуировки гр.22 с более высоким сопротивлением термометра позволяет снизить относительную погрешность измерения вызванную неточностью подгонки или изменением сопротивления соединительных проводов.
Применяемая техническая медь имеет постоянный температурный коэффициент сопротивления в интервале от -50 до +180°С, равный. Сопротивление термометра в этом интервале температур выражается зависимостью
( 3 )
Медь дешева, легко получается в чистом виде, ее недостатки — низкое удельное электрическоесопротивление и легкая окисляемость, ограничивающая область измеряемых температур.
Выпускаемые в стандартные медные технические термометры имеют при градуировке гр.23 сопротивление R0 = 53 Ом и при градуировке гр.24 R0 = 100 Ом с допускаемым отклонением ±0,1%.
Конструкции термометров сопротивления могут быть разнообразными в зависимости от условий применения (измерение температуры жидкостей и газов в трубопроводах и аппаратах, измерение температуры стенок котлов, трубопроводов и т.п.) и требований к инерционности.
На рис.2 представлена конструкция термометра сопротивления.
Платиновая или медная проволока (1) наматывается бифилярно на слюдяную пластинку (2), на которой имеются мелкие зубцы. Для изоляции обмотка закрывается с обеих сторон слюдяными пластинками (3). Улучшение условий теплообмена термочувствительного элемента со средой достигается применением пластинок (4) С — образного сечения из фольги. Пластинки 2, 3 и 4 склепываются и плотно вставляются внутрь кожуха. Материал кожуха и толщину его стенок выбирают в зависимости от допустимого давления и химических свойств среды, а также пределов измеряемой температуры. Для изготовления кожухов чаще всего применяют сталь, латунь, медь и алюминий. ДлинаL активной части термометров, выпускаемых отечественной промышленностью, может быть выбрана при заказе в пределах от 160 до 1250 мм.
По инерционности технические термометры сопротивления разделяются на термометры большой инерционности (постоянная времени до 4мин.), средней инерционности (до 1мин. 20с) и малой инерционности (до 9с). Инерционность определяется главным образом конструкцией чувствительного элемента и его защитной арматурой.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Наряду с металлическими проводниками в последнее время для изготовления преобразователей электрических термометров начинают применять полупроводниковые термосопротивления — термисторы, представляющие собой смесь окислов MnO2, CuO3, Fe2O3, NiO, VO2 и др., спрессованную и запеченную при высокой температуре.
Термисторы отличаются от проводниковых металлов и сплавов весьма высоким удельным электрическим сопротивлением, а также тем, что для них характерно уменьшение сопротивления при нагревании, т.е. отрицательный температурный коэффициент сопротивления. При этом сопротивление термистора меняется очень сильно. Температурные коэффициенты сопротивления термисторов могут быть в десятки, сотни и тысячи раз больше (по абсолютной величине), чем у проводниковых металлов.
Температурная зависимость сопротивления большинства применяемых полупроводниковых материалов для не слишком широкого диапазона температур можно выразить формулой
( 4 )
где, RT и RT0 — сопротивление полупроводникового элемента при абсолютных температурах Т и Т0
В — постоянная, выражаемая в град. абсолютной шкалы, определяемая экспериментально
e — основание натуральных логарифмов.
Как следует из формулы ( 4 ) зависимость сопротивления от температуры для термисторов нелинейная, т.е. температурный коэффициент сопротивления у них непостоянен.
Благодаря высокому удельному электрическому сопротивлению оказывается возможным изготовить термосопротивления очень малых размеров, обладающие высоким сопротивлением порядка десятков и сотен тысяч Ом при комнатной температуре. При таком высоком сопротивлении чувствительного элемента практически исключается погрешность измерения температуры, связанная с изменением сопротивления соединительных проводов и других элементов электрической схемы термометра.
Высокие температурные коэффициенты сопротивления придают полупроводниковым термометрам весьма высокую чувствительность, что делает их особенно пригодными для измерения температур в сравнительно узких интервалах с высокой точностью. Небольшие размеры и малый вес чувствительного элемента способствуют уменьшению инерционности (постоянная времени до 0,1с) и в сочетании с высокой чувствительностью позволяют производить такие измерения, как измерение температуры живых тканей, температуры миниатюрных объектов и т.п.
Недостатками полупроводниковых термометров сопротивления являются пока еще недостаточная стабильность их электрических свойств во времени при высоких температурах, а также большой разброс по величине температурного коэффициента (порядка ±10%) даже в пределах партии чувствительных элементов с одинаковыми номинальными характеристиками.
В настоящее время различные типы термисторов успешно применяются для технических и лабораторных измерений температуры в диапазоне от-271 до +650°С.
На рис.3 приведены градуировочные кривые термисторов ММТ и КМТ и для сравнения — градуировочная кривая медного термометра сопротивления.
Наиболее распространенными термисторами являются ММТ-1; ММТ-4; КМТ-1; КМТ-4. Буквы ММ и КМ обозначают материал, из которого изготовлено сопротивление, а цифры– разновидности конструктивного оформления.
На рис.4а и рис.4б соответственно представлено конструктивное оформление термисторов ММТ-1 и КМТ-1 (негерметичное) и ММТ-4, КМТ-4 (герметичное).
В обоих вариантах термосопротивлением является цилиндрический стержень диаметром около 1,8 мм и длиной 12 мм из полупроводникового материала, на конце которого находятся металлические наконечники с лепестками. При герметичном исполнении термосопротивление (2) помещают внутрь металлического чехла (4). В термосопротивлении имеются выводы от наконечников (5), которые проходят в нижней части чехла, через слой олова (6), а в верхней — через отверстие в стеклянной пробке (1). Для улучшения условий теплоотдачи от стенок чехла к телу термосопротивления последнее обернуто металлической фольгой (3), поверхность которой для электроизоляции покрыта эмалевой краской. Для получения малой постоянной времени отечественная промышленность выпускает микротермосопротигления КМТ-14 в виде бусинки диаметром порядка 0,1 мм, помещенной на конец тонной стеклянной трубки.
Наряду с термосопротивлениями в качестве первичных преобразователей при измерении температуры в последнее время начали применяться полупроводниковые диоды и триоды, характеристики которых зависят от температуры. Недостатком этих преобразователей, как и термисторов является разброс параметров. Применение полупроводниковых диодов и триодов может быть оправдано в условиях повышенных вибрационных, и ударных перегрузок.
| №№ пп | Температура, °С | Сопротивление термосопротивления, Ом | Чувст., Ом/°С | Сопротивление терморезистора, Ом | Чувст., Ом/°С |
| 1 |