Зависимость температуры от сопротивления pt100: Таблица зависимости сопротивления датчиков от температуры

alexxlab
13.07.2020
Комментарии: 0

Содержание

Как работает датчик Pt100? | EPIC® SENSORS

Датчик температуры EPIC® SENSORS Pt100

Основан на принципе измерения сопротивления
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 (линейный к-т): 0,39 Ом/1 °C
Основным отличием является долговременная стабильность по сравнению с другими методами измерения температуры, за год не хуже, чем 0,2 Ом/0 °C.

Конструкции датчиков Pt100
В одном датчике может быть несколько термосопротивлений Pt100: 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- or 4-проводное подключение (наиболее точным является 4-проводное).
Даже в стандартном варианте наши промышленные датчики Pt100 являются виброустойчивыми, для экстремальных применений возможна усиленная виброустойчивость.
Классы точности Pt100
Стандарт МЭК 60751 определяет классы точности термометров сопротивления Pt100 и соответствующие допуски. Кратко, классы допуска для проволочных резисторов, используемых в датчиках EPIC® SENSORS, следующие:
Класс A
применим в температурном диапазоне -100 … +450 °C
0 °C = ± 0,15 °C, 100 °C = ± 0,35 °C
стандартный датчик EPIC® SENSORS, рекомендуется 4-проводное подключение
Класс B
применим в температурном диапазоне -196 … +600 °C
0 °C = ± 0,3 °C, 100 °C = ± 0,8 °C
Класс B 1/3 DIN
дробное значение, основанное на классе B, неприменимо на всём диапазоне измерений
0 °C = ± 0,3 / 3 °C
Класс B 1/10 DIN
дробное значение, основанное на классе B, неприменимо на всём диапазоне измерений

0 °C = ± 0,3 / 10 °C
Цвета проводов Pt100
Цвета проводов, присоединяемых к термосопротивлению Pt100, определены стандартом EN 60751. Цвета проводов для 2-, 3- and 4-проводного подключения указаны в каждом типе датчиков, также можно кликнуть по изображению ниже.
Термосопротивления Pt100, Pt500, Pt1000 и другие
Термосопротивления Pt100, Pt500, Pt1000 и другие
Термосопротивления – это элементы, сопротивление которых практически линейно зависит от температуры окружающей среды. Наряду с термином “Термосопротивление” для обозначения этих элементов используют название “Термометр Сопротивления”, аббривеатуры ТС и RTD, а также обозначения Pt100, Pt500, Pt1000, 50П, 100П, 500П, 1000П, 50М, 100М и другие наименования, в зависимости от НСХ датчика. Не следует путать термосопротивления с термопарами и терморезисторами (термисторами).

Зависимость сопротивления чувствительного элемента от температуры окружающей среды R(T) называется номинальной статической характеристикой термосопротивления.
НСХ любого термосопротивления близка к линейной функции и описывается либо полиномом с известными коэффициентами, либо соответствующей таблицей.
Существует несколько типов термосопротивлений — платиновые Pt 3850, Pt 3750, Pt 3911, никелевые Ni 6180, Ni 6720, а также медные термосопротивления, например Cu 4280, и другие. Каждому типу термосопротивлений соответствует свой полином R(T).

Большая часть используемых в индустрии термосопротивлений имеют тип Pt 3850, его НСХ описывается полиномом
R(T) = R0 (1 + A x T + B x T²) при T > 0 и
R(T) = R0 (1 + A x T + B x T² + C x (T-100) x T³) при T
где
A = 3.9083 x 10^-3 °C^-1, B = -5.775 x 10^-7 °C^-2, C = -4.183 x 10^-12 °C^-4, а R0 – номинальное сопротивлене (сопротивление при температуре 0°C).

Другим платиновым, никелевым и медным термосопротивлениям соответствуют другие полиномы и другие наборы коэффициентов.

Степень полинома и значения коэффициентов зафиксированы в различных национальных и международных стандартах. Действующий российский стандарт — ГОСТ 6651-2009. Европейские производители, в том числе компания IST, используют стандарт DIN 60751 (он же IEC-751), однако в мире действуют и другие нормативные документы.
Подробнее о существующих типах сопротивлений и действующих спецификациях – в статье “Термосопротивления: теория”.

Термосопротивления типа Pt 3850 описаны и в российском ГОСТе, и в международных стандартах. Для датчиков Pt 3850 приняты условные обозначения Pt100, Pt500, Pt1000 и т.д. Они соответствуют датчикам с номинальным сопротивлением R0, равным 100, 500 и 1000 Ом соответственно.

Точность термосопротивлений
Для обозначения точности термосопротивлений используют понятие класса допуска. Класс допуска термосопротивления определяет максимально допустимое отклонение реальной характеристики R(T) от расчетной.
Допуск задается как функция температуры – при нуле градусов допустимо наименьшее отклонение, а при уменьшении или увеличении температуры допустимое отклонение увеличивается.

Каждому классу допуска также соответствует диапазон температур, на котором этот класс определен. Для платиновых термосопротивлений с температурным коэффициентом 3850 ppm/K действуют следующие определения классов допуска:

Другие названия Допуск, °С Диапазон температур
Класс АА Class Y
Class 1/3 DIN
Class 1/3 IEC
Class 1/3 B
Class F 0.1 ±(0.1 + 0.0017 |T|) 0 .. +150°С
Класс А (F 0.15) Class 1/2 DIN
Class 1/2 IEC
Class 1/2 B
Class F 0. 15 ±(0.15 + 0.002 |T|) -30 .. +300°С
Класс B (F 0.3) Class DIN
Class IEC
Class F 0.3 ±(0.3 + 0.005 |T|) -30 .. +500°С
Класс С (F 0.6) Class 2B
Class BB
Class F 0.6 ±(0.6 + 0.01 |T|) -50 .. +600°С

Данные определения соответствуют и российскому ГОСТу, и нормам DIN 60751 (IEC-751) для тонкопленочных датчиков с температурным коэффициентом 3850 ppm/K (альфа-коэффициентом 0.00385°C-1 ).

Подробнее об определении классов точности для различных типов термосопротивлений – в статье “Термосопротивления: теория”.

Структура термосопротивлений
Термосопротивления общего назначения производятся либо по намоточной (проволочной), либо по тонкопленочной технологии. Датчики компании IST являются тонкопленочными, они состоят из керамической подложки площадью несколько квадратных миллиметров, токопроводящей дорожки (как правило, из платины), пассивационного слоя из стекла, и выводов.

Подробнее об определении классов точности для намоточных и тонкопленочных датчиков – в статье “Термосопротивления: теория”.
Подробнее о структуре тонкопленочных датчиков – в статье “Термосопротивления: производственный процесс”.

Компания IST (Inovative Sensor Technology) более 25 лет занимается производством тонкопленочных термосопротивлений. Производственные мощности IST находятся на территории Швейцарии. Среди датчиков IST есть как стандартные выводные и SMD датчики, так и сотни специальных решений – датчики для работы с повышенной точностью (до 1/10 DIN), для работы с температурами до +1000°C, элементы в различных корпусах с выводами различного типа и длины.

СТАНДАРТНЫЕ ВЫВОДНЫЕ ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ
Самыми востребованными и самыми бюджетными выводными термосопротивлениями являются платиновые элементы с характеристикой Pt100, Pt500 или Pt1000, габаритными размерами 2 x 2 мм и выводами длиной около 10 мм.
Такие датчики предназначены для работы с температурами от -200 до +300°C и различаются по классу допуска (по точности). Выводы датчиков данной группы подходят для пайки (в том числе твердым припоем), обжима или сварки.

Стоимость
Цены, действующие на датчики в наличии, указаны в таблице. Вы можете рассчитывать на значительные скидки при заказе от 300 шт.
Отметим, что цена термосопротивления не имеет прямой зависимости от рабочего температурного диапазона – датчики, предназначенные для температур до +150 °C или до +200°C, отпускаются по более высокой цене.

Наименование Характеристика (тип НСХ) Класс допуска
P1K0. 202.3K.A.010* Pt1000 (температурный (альфа) коэффициент – 3850 ppm/°C,
Номинальное сопротивление R0 = 1000 Ом) Класс А (F0.15) Наличие на складе
P1K0.202.3K.B.010* Класс B (F0.3) Наличие на складе
P0K5.202.3K.A.015* Pt500 (температурный (альфа) коэффициент – 3850 ppm/°C,
Номинальное сопротивление R0 = 500 Ом) Класс А (F0.15) Наличие на складе
P0K5.202.3K.B.015* Класс B (F0.3) Наличие на складе
P0K1.202.3K.A.010* Pt100 (температурный (альфа) коэффициент – 3850 ppm/°C,
Номинальное сопротивление R0 = 100 Ом) Класс А (F0.15) Наличие на складе
P0K1. 202.3K.B.010* Класс B (F0.3) Наличие на складе
* Последние три символа кодируют длину выводов датчика в миллиметрах. Термосопротивления с выводами 7, 10 и 15 мм отпускаются по одной и той же цене.

Документация
На сайте производителя доступен Application Note, содержащий общие сведения о НСХ платиновых датчиков, определения классов допуска и данные о времени отклика, самонагреве, рекомендуемом токе измерения и проч. Характеристики эементов конкретной серии доступны в Datasheet.

СТАНДАРТНЫЕ SMD-ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ

Тонкопленочная технология производства позволяет выпускать дешевые термосопротивления для поверхностного монтажа. Между собой эти компоненты различаются типом корпуса, металлом, из которого выполнены контакты, а также диапазоном рабочих температур и классом допуска (точностью).

Популярные платиновые SMD-термосопротивления имеют характеристику Pt100, Pt500 или Pt1000 и выпускаются в корпусах 0603, 0805 и 1206. Компания IST также выпускает термосопротивления в корпусе Flip-Chip. Документация на датчики для поверхностного монтжа представлена на сайте производителя.

SMD-термосопротивления Pt1000 со склада ЭФО.
Корпус 0805, класс допуска B, диапазон рабочих температур – от 50 до +150 °C

Наличие на складе

SMD-термосопротивления Pt100 со склада ЭФО.
Корпус 0805, класс допуска А, диапазон рабочих температур – от 50 до +250 °C

Наличие на складе

P1K0 – Pt1000 (температурный (альфа) коэффициент – 3850 ppm/°C, Номинальное сопротивление R0 = 1000 Ом) P0K5 – Pt500 (температурный (альфа) коэффициент – 3850 ppm/°C, Номинальное сопротивление R0 = 500 Ом) P0K1 – Pt100 (температурный (альфа) коэффициент – 3850 ppm/°C, Номинальное сопротивление R0 = 100 Ом)
	Размер (0603 / 0805 / 1206)
		2P – SMD, рабочие температуры -50 . . +150°C, контакты 96.5Sn/3Ag/0.5Cu 3P – SMD, рабочие температуры -50 .. +250°C, контакты 5Sn/93.5Pb/1.5Ag 4P – SMD, рабочие температуры -50 .. +250°C, контакты Au 1FC – Flip-Chip, рабочие температуры -50 .. +150°C, контакты 96.5Sn/3Ag/0.5Cu 2FC – Flip-Chip, рабочие температуры -50 .. +250°C, контакты 5Sn/93.5Pb/1.5Ag 3FC – Flip-Chip, рабочие температуры -50 .. +250°C, контакты Au 5FC – Flip-Chip, рабочие температуры -50 .. +400 °C, контакты Pt 6FC – Flip-Chip, рабочие температуры -50 .. +600 °C, контакты Pt
			A – класс допуска А (F0.15) B – класс допуска B (F0.3)
				S – упаковка в ленту
P0K1.	0805.	2FC.	A.	S

ТЕРОМОСОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ РАСШИРЕННЫХ ДИАПАЗОНОВ ТЕМПЕРАТУР

Для измерения температур, превышающих +300°C, предлагаются специальные серии термосопротивленй:

Для работы в диапазоне от -200 до +400 °C предлагаются датчики различных размеров с неизолированными серебряными выводами различной длины.

В данную группу входит множество датчиков, которые различаются по

номинальному сопротивлению – доступны как стандартные датчики Pt100, Pt500 и Pt1000, так и датчики с R0 = 150 Ом и R0 = 350 Ом.
классу допуска – кроме популярных датчиков с классом допуска A (F0.15) и B (F0.3), выпускаются датчики класса допуска AA (F0. 1), а также высокоточные 1/5 DIN и 1/10 DIN.
размеру – доступно около десяти вариантов габаритных размеров датчика, среди которых миниатюрные элементы 1.6 x 1.2 мм, вытянутые датчики размером 10 x 2 мм и другие.
длине и диаметру выводов.

Для монтажа датчиков данной группы используют пайку, обжим и сварку.

С ассортиментом термосопротивлений серии +400 °C можно ознакомиться в документации.

По запросу могут быть изготовлены специальные решения – датчики для 3- и 4-проводной схемы включения, датчики в составе пар и групп, датчики с изолированными выводами, датчики с перпендикулярными или инвертированными выводами, датчики с измененной толщиной подложки, датчики в керамическом циллиндрическом корпусе и т.д.

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

P0K1.161.4W.Y.010 – датчик типа Pt100 размером 1.6 x 1.2 мм. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

P0K1. 232.4W.Y.010 – датчик типа Pt100 размером 2 x 2.3 мм. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

P1K0.161.4W.Y.010 – датчик типа Pt1000 размером 1.6 x 1.2 мм. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

P1K0.232.4W.Y.010 – датчик типа Pt1000 размером 2 x 2.3 мм. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

PG0K1.216.4K.A.010 – датчик типа 100П размером 2.5 x 1.5 мм. Класс допуска А, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

Для работы в диапазоне от -200 до +600 °C предлагаются датчики различных размеров с неизолированными выводами из платины или никеля с платиновым покрытием.

В данную группу входит большое количество датчиков, которые различаются по

номинальному сопротивлению – доступны термосопротивления типа Pt100, Pt500 и Pt1000.
классу допуска – кроме популярных датчиков с классом допуска A (F0. 15) и B (F0.3), выпускаются датчики класса допуска AA (F0.1), а также высокоточные 1/5 DIN и 1/10 DIN.
размеру – доступно около десяти вариантов габаритных размеров датчика, среди которых миниатюрные элементы 1.6 x 1.2 мм, крупные датчики 5 x 3.8 мм, вытянутые датчики размером 10 x 2 мм и другие.

С ассортиментом термосопротивлений серии +600 °C можно ознакомиться в документации.

По запросу могут быть изготовлены специальные решения – датчики в составе пар и групп, датчики с перпендикулярными или инвертированными выводами, датчики с измененной толщиной подложки, датчики в керамическом циллиндрическом корпусе и т.д.

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

P0K1.161.6W.Y.010 – датчик типа Pt100 размером 1.6 x 1.2 мм. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

P0K1.232.6W.Y.007 – датчик типа Pt100 размером 2 x 2.3 мм. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 7 мм

Наличие на складе

P0K1. 520.6W.Y.010 – датчик типа Pt100 размером 5 x 2 мм. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

P1K0.161.6W.Y.010 – датчик типа Pt1000 размером 1.6 x 1.2 мм. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

P1K0.232.6W.Y.008 – датчик типа Pt1000 размером 2 x 2.3 мм. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 8 мм

Наличие на складе

P1K0.281.6W.A.007.R – датчик типа Pt1000 в циллиндрическом керамическом корпусе длиной 13 мм и диаметром 2.8 мм. Класс допуска A, неизолированные выводы длиной 7 мм

Наличие на складе

P1K0.520.6W.Y.010 – датчик типа Pt1000 размером 5 x 2 мм. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

Для работы в диапазоне от -200 до +750 °C предлагаются датчики различных размеров с неизолированными выводами из платины.

В данную группу входят датчики, которые различаются по

номинальному сопротивлению – доступны термосопроиивления типа Pt100, Pt500 и Pt1000.
классу допуска – кроме популярных датчиков с классом допуска A (F0.15) и B (F0.3), выпускаются датчики класса допуска AA (F0.1).
размеру – доступны датчики размером 5 x 1.6 мм, 10 x 2 мм, 2.5 x 1.6 мм и 5 x 2 мм.

С ассортиментом термосопротивлений серии +750 °C можно ознакомиться в документации.

По запросу могут быть изготовлены специальные решения – датчики в составе пар и групп, датчики с измененной толщиной подложки и др.

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

PG1K0.216.7W.A.007 – датчик типа 1000П размером 2.5 x 1.6 мм. Класс допуска A, неизолированные выводы длиной 7 мм

Наличие на складе

PW1K0.216.7W.A.007 – датчик типа Pt1000 размером 2.5 x 1.6 мм. Класс допуска A обеспечивается на диапазоне температур от -200 до +600 °C, неизолированные выводы длиной 7 мм

Наличие на складе

Для работы с температурами от от -200 до +850 °C предлагаются датчики Pt100, Pt200 и Pt1000 c платиновыми выводами. С ассортиментом термосопротивлений серии +850 °C можно ознакомиться в документации. Стандартные позиции имеют класс допуска В.

Производство датчиков более высокой точности и других специальных решений под требования клиента обсуждается по запросу.

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

P0K1.281.8W.A.005.R – датчик типа Pt100 в циллиндрическом керамическом корпусе длиной 13 мм и диаметром 2.8 мм. Класс допуска A, неизолированные выводы длиной 5 мм

Наличие на складе

Для работы с температурами от от -70 до +1000 °C предлагается датчик с температурным коэффициентом 3770 ppm/K и номинальным сопротивлением 200 Ом и короткими платиновыми выводами.

Характеристики элемента указаны в документации, датчик данного типа поставляется под заказ.

ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ ВЫВОДАМИ

Компания IST выпускает различные модели термосопротивлений с длинными изолированными выводами. Длинные провода не наращиваются, а крепятся к телу датчика при производстве (используется точечная сварка).

Для заказа доступны датчики типа Pt100, Pt500, Pt1000, а также менее популярные модели.

Эмалированные (обмоточные) медные выводы

Серия датчиков 1E – это термосопротивления с медными эмалированными выводами, предназначенные для работы с температурами до +150°C (допустимо кратковременное воздействие температур до +180 °C). Для удобства пайки таких датчиков изоляция удалена на концах проводов. Выводы датчиков серии 1E имеют диаметр 0.15 или 0.2 мм, сами термосопротивления предлагаются в том числе в миниатюрных корпусах 0.8 x 3 мм, 1.2 x 1.6 мм и др. Документация на данную серию представлена на сайте производителя.

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

P1K0.161.1E.A.040 – датчик типа Pt1000 размером 1.6 x 1.2 мм для температур от -50 до +150°C. Класс допуска A, эмалированные медные выводы длиной 40 мм

Наличие на складе

P0K1. 308.1E.B.100 – датчик типа Pt100 размером 3 x 0.8 мм для температур от -50 до +150°C. Класс допуска В, эмалированные медные выводы длиной 100 мм

Наличие на складе

Стандартные и многожильные выводы с изоляцией PTFE (тефлон)

Термосопротивления, оснащенные изолированными выводами, предназначены для измерения температур до +200°C.

Датчики со стандартными изолированными выводами обозначаются 2I и имеют медные выводы с золотым покрытием размером AWG30. Датчики с многожильными изолированными выводами обозначаются 2L и имеют выводы размером AWG28/7. Термосопротивления с изолированными выводами подходят для пайки, сварки и опрессовки. Документация на данную серию представлена на сайте производителя.

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

P0K1.520.2I.B.100 – датчик типа Pt100 размером 5 x 2 мм для температур от -50 до +200°C. Класс допуска В, изолированные выводы длиной 100 мм

Наличие на складе

P0K1. 232.2I.A.030 – датчик типа Pt100 размером 2 x 2.3 мм для температур от -50 до +200°C. Класс допуска А, изолированные выводы длиной 30 мм

Наличие на складе

P1K0.232.2I.A.025.S – датчик типа Pt1000 размером 2 x 2.3 мм для температур от -50 до +200°C. Класс допуска А, частично изолированные выводы длиной 25 мм

Наличие на складе

P1K0.232.2I.B.050 – датчик типа Pt1000 размером 2 x 2.3 мм для температур от -50 до +200°C. Класс допуска В, изолированные выводы длиной 50 мм

Наличие на складе

P1K0.520.2I.A.050 – датчик типа Pt1000 размером 5 x 2 мм для температур от -50 до +200°C. Класс допуска А, изолированные выводы длиной 50 мм

Наличие на складе

P1K0.520.2L.A.070.M – датчик типа Pt1000 размером 5 x 2 мм для температур от -50 до +200°C. Класс допуска А, многожильные изолированные выводы длиной 70 мм, металлизированная тыльная сторона

Наличие на складе

По запросу доступны датчики с изолированными (PTFE) выводами, предназанеченные для измерения температур до +400°C.

МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫЕ ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ, НАИЛУЧШИЙ КОНТАКТ С ПОВЕРХНОСТЬЮ

Для задач, где критичны точность и время отклика термосопротивления, предлагаются датчики с металлизированной тыльной стороной. Главная особенность контрукции такого датчика – дополнительный слой металла на нижней (тыльной) стороне чувствительного элемента.

P1K0.520.2L.A.070.M – датчик типа Pt1000 размером 5 x 2 мм для температур от -50 до +200°C. Класс допуска А, изолированные многожильные выводы длиной 70 мм

Наличие на складе

P1K0.520.2L.B.070.M – датчик типа Pt1000 размером 5 x 2 мм для температур от -50 до +200°C. Класс допуска В, изолированные многожильные выводы длиной 70 мм

Наличие на складе

P1K0.232.3K.B.007.M.U – датчик типа Pt1000 размером 2 x 2.3 мм для температур от -200 до +300°C. Класс допуска В, неизолированные выводы длиной 7 мм, расположенные перпендикулярно к поверхности элемента

Наличие на складе

P050. 232.3K.B.007.M.U – датчик типа Pt50 размером 2 x 2.3 мм для температур от -200 до +300°C. Класс допуска В, неизолированные выводы длиной 7 мм, расположенные перпендикулярно к поверхности элемента

Наличие на складе

Металлизированные датчики припаиваются, привариваются или иным образом кремятся к поверхности объекта. Это позволяет обеспечить наилучший тепловой контакт, а значит и минимальное время отклика. Более подробная информация о металлизированных термосопротивлениях доступна в статье “Применение тонкопленочных термосопротивлений (Thin Film RTD) для измерения температуры и скорости потока”.

На базе металлизированных термоспротивлений также изготавливают решения для измерения скорости потока наподобие датчика Out Of Liquid. Более подробную информацию об этих решениях можно найти в статье “Запускаем датчик скорости потока жидкости”

Для измерения температуры выпускается готовое решение на базе металлизированного датчика – RealProbe^Temp, металлизированное термосопротивление, установленное в металлическую гильзу.

В отличие от других термосопротивлений в аналогичном корпусе, в датчике RealProbe^Temp чувствительный элемент установлен на дно корпуса, а не по центру наполненной термопроводящей пастой гильзы. Таким образом обеспечиваются минимальное время отклика (около 1.5 сек) и отсутствие необходимости полностью погружать датчик в измеряемую среду – достоверные результаты измерений могут быть получены при погружении менее чем на 10 мм.

Гильза выполнена из нержавеющей стали и имеет длину 25 мм и диаметр 6 мм, RealProbe^Tempпозволяет измерять температуру в диапазоне от -50 до +200°C. Более подробная информация доступна в документации от производителя.

Наличие на складе

САМЫЕ МИНИАТЮРНЫЕ ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ

Платиновые термосопротивления IST доступны в версиях с различными габаритными размерами, однако особенно востребованными являются самые миниатюрные элементы – элементы серии MiniSens размером 1. 2 x 1.6 мм и серии SlimSens размером 0.8 x 3 мм. Такие датчики доступны в различных исполнениях, в том числе с выводами увеличенной длины, с повышенной точностью (класс допуска вплоть до AA), модели для расширенного диапазона температур (от -200 до +600°C) и т.д.

Главным преимуществом датчиков малой площади является минимальные показатели по времени отклика и самонагреву.

В таблице приведены значения времени отклика для датчиков MiniSens и SlimSens. Время отклика выражено в секундах и описывает время, за которое датчик реагирует на изменение температуры окружающей среды. Например t_0.63 соответствует времени, которое требуется термосопротивлению для детектирования 63% от величины, на которую изменилось значение температуры среды. Помимо размеров термосопротивления, время отклика зависит от параметров измеряемой среды и качества теплового контакта датчика и среды.

	Время отклика, сек						Самонагрев
Среда	вода, v=0. 4 м/с			воздух, v=1 м/с			вода, v=0.4 м/с		воздух, v=1 м/с
	t _0.5	t _0.63	t _0.9	t _0.5	t _0.63	t _0.9	E, мВт/К	∆T, мК *	E, мВт/К	∆T, мК *
Размер датчиков: 1.2 x 1.6 мм	0.05	0.08	0.18	1	1.2	2.5	12	8.3	1.8	56
Размер датчиков: 0.8 x 3.0 мм	0.08	0.1	0.25	1.2	1.5	3.5	15	6. 7	2.2	46

* Самонагрев ∆T, выраженный в миликельвинах, измерен для датчика типа Pt100 при токе 1 мА и температуре окружающей среды 0 ºC

Помимо приложений, где важно минимизировать время отклика и самонагрев, датчики MiniSens и SlimSens находят применение в задачах где важны непосредственно габариты элемента. Например, датчики SlimSens размером 0.8 x 3 мм идеально подходит для монтажа в трубу диаметром 1 мм.

Образцы некоторых моделей миниатюрных датчиков доступны со склада компании ЭФО.

Термосопротивления MiniSens

P0K1.161.6W.A.007 – датчик типа Pt100 размером 1.2 x 1.6 мм для температур от -200 до +600°C. Класс допуска A, неизолированные выводы длиной 7 мм

Наличие на складе

P0K1.161.6W.B.007 – датчик типа Pt100 размером 1.2 x 1.6 мм для температур от -200 до +600°C. Класс допуска B, неизолированные выводы длиной 7 мм

Наличие на складе

P1K0. 161.1E.A.040 – датчик типа Pt1000 размером 1.2 x 1.6 мм для температур от -50 до +150°C. Класс допуска А, изолированные (эмалированные) выводы длиной 40 мм

Наличие на складе

P1K0.161.3K.A.020 – датчик типа Pt1000 размером 1.2 x 1.6 мм для температур от -200 до +300°C. Класс допуска А, неизолированные выводы длиной 20 мм

Наличие на складе

P1K0.161.3K.B.020 – датчик типа Pt1000 размером 1.2 x 1.6 мм для температур от -200 до +300°C. Класс допуска B, неизолированные выводы длиной 20 мм

Наличие на складе

P1K0.161.4W.Y.010 – датчик типа Pt1000 размером 1.2 x 1.6 мм для температур от -200 до +400°C. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

P1K0.161.6W.Y.010 – датчик типа Pt1000 размером 1.2 x 1.6 мм для температур от -200 до +600°C. Класс допуска 1/3 DIN, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

Термосопротивления SlimSens

P1K0.308.1E. A.025 – датчик типа Pt1000 размером 0.8 x 3 мм для температур от -50 до +150°C. Класс допуска А, изолированные (эмалированные) выводы длиной 25 мм

Наличие на складе

P0K1.308.1E.B.100 – датчик типа Pt100 размером 0.8 x 3 мм для температур от -50 до +150°C. Класс допуска В, изолированные (эмалированные) выводы длиной 100 мм

Наличие на складе

ЭЛЕМЕНТЫ С ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫМИ ВЫВОДАМИ

Для приложений, где пространство для установки датчика сильно ограничено, также предлагаются элементы с выводами нестандартной ориентации. Такие элементы хорошо подхолят для установки в трубки небольшого диаметра, а также для установки на поверхность объекта.

Термосопротивления с перпендикулярными выводами выпускаются в том числе с металлизированной тыльной стороной, что позволяет крепить элемент к контактной площадке или к поверхности объекта измерений.

P1K0. 232.3K.B.007.M.U – датчик типа Pt1000 размером 2 x 2.3 мм для температур от -200 до +300°C. Класс допуска В, неизолированные выводы длиной 7 мм, расположенные перпендикулярно к поверхности элемента

Наличие на складе

P050.232.3K.B.007.M.U – датчик типа Pt50 размером 2 x 2.3 мм для температур от -200 до +300°C. Класс допуска В, неизолированные выводы длиной 7 мм, расположенные перпендикулярно к поверхности элемента

Наличие на складе

ПОВЫШЕННАЯ ТОЧНОСТЬ

Термосопротивления с классом допуска выше 1/3 DIN

Помимо термосопротивлений класса допуска AA, A и B, производятся датчики класса допуска 1/5 DIN и 1/10 DIN. Датчики с нестандартным классом точности доступны под заказ.

Класс допуска	Допуск, °С
1/5 DIN (1/5 IEC)	±(0. 06 + 0.001 \|T\|)
1/10 DIN (1/10 IEC)	±(0.03 + 0.0005 \|T\|)

Пары и группы

Для приложений, где главным требованием является не абсолютная точность измерений, а минимальное отклонение между показаниями двух или более датчиков, предлагаются пары и группы термосопротивлений. Такие датчики отбираются и группируются производителем в соответствии с требованиями клиента. Для групп датчиков может быть обеспечено взаимное отклонение от 0.05 до 0.1 °C, пары датчиков могут быть подобраны с практически идентичной НСХ.

Парные датчики используются как для приложений, подразумевающий одновременный контроль двух точек измерений, так и для уменьшения затрат на калибровку датчиков.

Класс допуска A на расширенном диапазоне температур

В соответствии с международным стандартом IEC 60751 и действующим ГОСТом 6651-2009, термометры сопротивления класса А обеспечивают допуск ±(0. 15 + 0.002 |T|)°C на диапазоне от -30 до +300°С. Для задач, где точность класса А необходима на более широком диапазоне, предлагаются термосопротивления серии PW, которые обеспечивают допуск ±(0.15 + 0.002 |T|)°C на диапазоне температур от -200 до +600 °C.

Наличие на складе

НЕСТАНДАРТНЫЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ, НИКЕЛЕВЫЕ И МЕДНЫЕ ДАТЧИКИ

Помимо наиболее популярных на сегодняшний день термосопротивлений из платины с температурным коэффициентом 0.00385°C^-1(другое обозначение – Pt 3850 ppm/K), выпускаются термосопротивления с другими типами НСХ.

До середины 1990-х годов российским ГОСТом были определены только термосопротивления с коэффициентом 0.00391°C^-1, в действующих российских стандартах определены и датчики с коэффициентом 0.00391°C^-1, и датчики с коэффициентом 0.00385°C^-1.
Датчики с НСХ, соответствующей коэффициенту 0. 00385°C^-1,являются общемировым стандартном, и используются подавляющим большинством российских предприятий, однако в некоторых случаях продолжают использовать датчики с коэффициентом 0.00391°C^-1. В зависимости от величины номинального сопротивления они обозначаются как 50П (R0 = 50 Ом), 100П (R0 = 100 Ом), 500П (R0 = 500 Ом) и 1000П (R0 = 1000 Ом).

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

PG0K1.216.4K.A.010 – датчик типа 100П размером 2.5 x 1.5 мм для температур от -200 до +400 °C. Класс допуска А, неизолированные выводы длиной 10 мм

Наличие на складе

PG1K0.216.7W.A.007 – датчик типа 1000П размером 2.5 x 1.5 мм для температур от -200 до +750 °C. Класс допуска А, неизолированные выводы длиной 7 мм

Наличие на складе

Документация доступна на сайте производителя.

Помимо платиновых датчиков, производятся медные и никелевые элементы.

Медь обладает наиболее линейной характеристикой, но из-за сравнительно узкого диапазона рабочих температур и низкого удельного сопротивления используется относительно редко. Тонкопленочные медные термосопротивления от IST используются в качестве замены устаревающим намоточным (проволочным) датчикам с аналогичной НСХ. Такая замена позволяет повысить надежность чувствительного элемента и его устойчивость к вибрациям и перепадам температур, сократить время отклика, уменьшить габаритные размеры. Медные датчики IST имеют коэффициент 4280 ppm/K и номинальное сопротивление 50 или 100 Ом.

Никелевые термосопротивления используются гораздо реже платиновых, т.к. их рабочий температурный диапазон ограничен значением +300 °C. Однако в ряде случаев оптимальными являются именно никелевые датчики: никелевые элементы имеют относительно высокие температурный коэффициент и выходное сопротивление, поэтому никелевые термосопротивления обеспечивают наиболее высокое разрешение.

С номенклатурой никелевых термосопротивлений IST можно ознакомиться в документации производителя. Медные и никелевые датчики доступны под заказ.

НЕСТАНДАРТНОЕ НОМИНАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ R0

Как правило, термосопротивления имеют номинальное сопротивление (R0) величиной 100, 500 или 1000 Ом. Компания IST также выпускает компоненты с увеличенным номинальным сопротивлением, например 2000, 5000 и даже 10000 Ом, а также термосопротивления с номинальным сопротивлением, “сдвинутым” относительно стандартного значения, например 150 или 350 Ом.

Датчики с нестандартным номинальным сопротивлением доступны под заказ.

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ КОРПУС

До появления на рынке тонкопленочных термосопротивлений, эти элементы изготавливались с использованием намоточных (проволочных) технологий и имели форму циллиндра. Для быстрой замены таких циллиндрических датчиков компания IST AG выпускает тонкопленочные сенсоры, заключенные в дополнительный керамический корпус стандартного размера.

Керамический корпус не имеет дополнительной защитной функции и предназначен исключительно для упрощения монтажа элемента.

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

P1K0. 281.6W.A.007.R – датчик типа Pt1000 для температур от -200 до +600°C в циллиндрическом керамическом корпусе длиной 13 мм и диаметром 2.8 мм. Класс допуска A, неизолированные выводы длиной 7 мм

Наличие на складе

P1K0.281.6W.B.020.R – датчик типа Pt1000 для температур от -200 до +600°C в циллиндрическом керамическом корпусе длиной 13 мм и диаметром 2.8 мм. Класс допуска B, неизолированные выводы длиной 20 мм

Наличие на складе

P0K1.281.8W.A.005.R – датчик типа Pt100 для температур от -200 до +800°C в циллиндрическом керамическом корпусе длиной 13 мм и диаметром 2.8 мм. Класс допуска A, неизолированные выводы длиной 5 мм

Наличие на складе

СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКТИВЫ

Компания IST выпускает десятки датчиков в специальных конструктивах, отвечающих требованиям заказчика. Среди специальных решений

3- и 4-выводные термосопротивления,
датчики, выполненные в термоусадочных трубках,
датчики, выводы которых оснащены коннекторами,
датчики с металлизорованной стороной, установленные на металлические диски, пластины или другие контактные площадки,
датчики в керамическом циллиндрическом корпусе,
датчики в нестандартных корпусах.

виды, типы конструкции, классы допуска

Термометрия относится к наиболее простым и эффективным методам измерений. Она основана на том, что физические свойства материала меняются в зависимости от температуры. В частности, измеряя сопротивление металла, сплава или полупроводникового элемента, можно определить его температуру с высокой степенью точности. Датчики такого типа называются термоэлектрическими или термосопротивлениями. Предлагаем рассмотреть различные виды этих устройств, их принцип работы, конструкции и особенности.

Виды термодатчиков

Наиболее распространенными считаются следующие типы термометров сопротивления (далее ТС):

Полупроводниковые датчики. Отличительные особенности этих приборов заключается в высокой точности и стабильной чувствительности, а также в возможности измерения быстротечных процессов. Благодаря низкому измерительному току имеется возможность работы со сверхнизкими температурами (до -270°С). Пример конструкции полупроводникового ТС. Конструкция термистора

Обозначения:

А – Выводы измерителя.
В – Стеклянная пробка, закрывающая защитную гильзу.
С – Защитная гильза, наполненная гелием.
D – Электроизоляционная пленка, покрывающая внутреннюю часть гильзы.
E – Полупроводниковый чувствительный элемент (далее ЧЭ), в приведенном примере это германий, легированный сурьмой.

Металлические датчики. У таких измерителей в качестве ЧЭ выступает проволочный или пленочный резистор, помещенный в керамический или металлический корпус. Металл, используемый для изготовления чувствительного элемента, должен быть технологичен и устойчив к окислению, а также обладать достаточным температурным коэффициентом. Таким критериям практически идеально отвечает платина. Там, где не столь высокие требования к измерениям, может использоваться никель или медь. В качестве примера можно привести термодатчики: PT1000, PT500, ТСП 100 П, ТСП pt100, ТСП 50П, ТСМ 296, ТСМ 045, ТС 125, Jumbo, ДТС Овен и т. д.

Расшифровка аббревиатур

Чтобы не возникало вопросов, что такое ТСМ, приведем расшифровку этой и других аббревиатур:

ТСМ это термометр сопротивления (ТС), в чувствительном элементе (ЧЭ) которого используется медная проволока (М).
ТСП, в применяется платиновый (проволока из платины) ЧЭ.
КТС б – обозначение комплекта из нескольких платиновых ТС., позволяющих провести многозонные измерения, как правило, монтаж таких устройств производится на вход и выход системы отопления, чтобы установить разность температур.
ТПТ – технический (Т) платиновый термометр (ПТ).
КТПТР – комплект из ТПТ приборов, буква «Р» в конце указывает, что может производиться не только измерение разницы температур между различными датчиками.
ТСПН – «Н» в конце ТСП, обозначает, что датчик низкотемпературный.
НСХ – под данным сокращением подразумевается «номинальная статическая характеристика», соответствующая стандартной функции «температура-сопротивление». Достаточно посмотреть таблицу НСХ для pt100 или любого другого датчика (например, pt1000, rtd, ntc и т.д.), чтобы иметь представление о его характеристиках.
ЭТС – эталонные приборы, служащие для калибровки датчиков.

Чем отличается термосопротивление от термопары?

Схема термопары, ее конструкция, а также принцип работы существенно отличается от термометра сопротивления, расскажем об этом простыми словами. У устройства pt100, а также других датчиков, принцип действия основан на сопоставимости между изменением температуры металла и его сопротивлением.

Принцип термопары построен на различных свойствах двух металлов собранных в единую биметаллическую конструкцию. Устройство, подключение, назначение термопары, а также описание погрешности этих приборов будет рассмотрено в отдельной статье.

Сейчас достаточно понимать, что термопара и ТСП, например pt100, это совершенно разные приборы, отличающиеся принципом работы.

Платиновые измерители температуры

Учитывая распространенность металлических датчиков, имеет смысл привести краткое описание этих устройств, чтобы наглядно показать сравнительные характеристики различных видов, особенности, а также описать сферу применения.

В соответствии с нормами ГОСТ 6651 2009 и МЭК 60751, у рабочих приборов данного типа значение температурного коэффициента должно быть 0,00385°С^-1, эталонных – 0,03925°С^-1. Диапазон измеряемой температуры: от-196,0°С до 600,0°С. К несомненным достоинствам следует отнести высокий коэффициент точности, близкую к линей характеристику «Температура-сопротивление», стабильные параметры. Недостаток – наличие драгметаллов увеличивает стоимость конструкции. Необходимо заметить, что современные технологии позволяют минимизировать содержание этого металла, что делает возможным снижение стоимости продукции.

Основная область применения – контроль температуры различных технологических процессов. Например, такой прибор может быть установлен в трубопроводе, в котором плотность рабочей среды сильно зависит от температуры. В этом случае показания вихревой расходометра корректируются информацией о температуре рабочей среды.

Датчик термопреобразователь ТСП 5071 производства Элемер

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.

Внешний вид термопреобразователя ТСМ 1088 1

Но, тем не менее, медные датчики рано списывать, есть немало примеров удачных реализаций, например, ТХА Метран 2700, который предназначен как для различных видов промышленности, но также удачно используется в ЖКХ.

Учитывая, что платиновые терморезисторы наиболее востребованы, рассмотрим варианты их конструктивного исполнения.

Типовые конструкции платиновых термосопротивлений

Наиболее распространение получило исполнение ЧЭ в ПТС, называемое «свободной от напряжения спиралью», у зарубежных изготовителей оно проходит под термином «Strain free». Упрощенный вариант такой конструкции представлен ниже.

Конструктивное исполнение «Strain free»

Обозначения:

А – Выводы термоэлектрического элемента.
В – Защитный корпус.
С – Спираль из платиновой проволоки.
D – Мелкодисперсный наполнитель.
E – Глазурь, герметизирующая ЧЭ.

Как видно из рисунка, четыре спирали из платиновой проволоки, размещают в специальных каналах, которые потом заполняются мелкодисперсным наполнителем. В роли последнего выступает очищенный от примесей оксид алюминия (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.

Пример исполнения «Hollow Annulus»

Обозначения:

А – Выводы с ЧЭ.
В – Изоляция выводов ЧЭ.
С – Изолирующий мелкодисперсный наполнитель.
D – Защитный корпус датчика.
E – Проволока из платины.
F – Металлическая трубка.

ЧЭ данной конструкции представляет собой металлическую трубку (полый цилиндр), покрытый слоем изоляции, сверху которой наматывается платиновая проволока. В качестве материала цилиндра используется сплав с температурным коэффициентом близким к платине. Изоляционное покрытие (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.

Миниатюрный пленочный датчик

Это наиболее распространенный тип конструкции, основные достоинства которой заключаются в невысокой стоимости и небольших габаритах. Помимо этого пленочные датчики обладают низкой инерционностью и относительно высоким внутренним сопротивлением. Последнее практически полностью нивелирует воздействие сопротивления выводов на показания прибора (таблицы термосопротивлений можно найти в сети).

Что касается стабильности, то она уступает проволочным датчикам, но следует учитывать, что пленочная технология усовершенствуется год от года, и прогресс довольно ощутим.

Стеклянная изоляция спирали.

В некоторых дорогих ТС платиновую проволоку покрывают стеклянной изоляцией. Такое исполнение обеспечивает полную герметизацию ЧЭ и увеличивает влагостойкость, но сужает диапазон измеряемой температуры.

Класс допуска

Согласно действующим нормам допускается определенное отклонение от линейной характеристики «температура-сопротивление». Ниже представлена таблица соответствия класса точности.

Таблица 1. Классы допуска.

Класс точности	Нормы допуска °C \|t \|	Диапазон измерения температуры
		Платиновые датчики		Медные	Никелевые
		Проволочные	Пленочные	Медные	Никелевые
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

Приведенная в таблице погрешность отвечает текущим нормам.

Схемы включения ТСМ/ТСП

Существует три варианта подключения:

2-х проводное (см. А на рис. 7), этот наиболее простой способ используется в тех случаях, когда точность результатов не критична. Дополнительную погрешность создает номинальное сопротивление проводников, которыми подключается датчик. Обратим внимание, что для классов точности A и AA данная схема включения неприемлема. 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 r_{л. с.} в электрической схеме подразумевается сопротивление линий связи, то есть проводов, которыми подключен датчик.

Обслуживание

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

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

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

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

Помимо этого должна проводиться поверка приборов, с использованием эталонного датчика, например, ЭТС 100.

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.

Теория / Блог компании ЭФО / Хабр

Недавно мне повезло побывать на производстве датчиков температуры, а точнее на швейцарском предприятии IST-AG, где делают платиновые и никелевые термосопротивления (RTD).

По этому поводу публикую две статьи, в которых читатель найдет довольно подробное описание этого типа датчиков, путеводитель по основным этапам производственного процесса и обзор возможностей, которые появляются при использовании тонкопленочных технологий.

В первой статье разбираемся с теоретической базой. Не слишком увлекательно, но весьма полезно.

(они же — термосопротивления или RTD)

Сначала имеет смысл разобраться с терминологией.

Если вы хорошо знакомы с вопросом, то смело переходите ко второй части статьи. А может быть и сразу к третьей.

Итак, под определение «датчик температуры» попадают тысячи самых разных изделий. Под датчиком можно понимать и готовое измерительное устройство, где на дисплее отображается значение температуры в градусах, и интегральную микросхему с цифровым сигналом на выходе, и просто чувствительный элемент, на базе которого строятся все остальные решения. Сегодня мы говорим только о чувствительных элементах, которые, впрочем, тоже будем называть словом «датчик».

Термометры сопротивления, которые также известны как термосопротивления и RTD (Resistance Temperature Detector) — это чувствительные элементы, принцип работы которого хорошо понятен из названия — электрическое сопротивление элемента растет с увеличением температуры окружающей среды и наоборот. Вероятно вы слышали о термосопротивлениях как о платиновых датчиках температуры типа Pt100, Pt500 и Pt1000 или как о датчиках 50М, 50П, 100М или 100П.

Иногда термосопротивления путают с термисторами или термопарами. Все эти датчики используются в похожих задачах, но, даже несмотря на то что термисторы тоже являются преобразователями температура-сопротивление, нельзя путать термосопротивления, термисторы и термопары между собой. О разнице в строении и назначении этих элементов написана уже тысяча статьей, так что я, пожалуй, не буду повторяться.

Отмечу главное: средний термометр сопротивления стоит в разы дороже, чем средний термистор и термопара, но только термосопротивления имеют линейную выходную характеристику. Линейность характеристики, а также гораздо более высокие показатели по точности и повторяемости результатов измерений, делают термосопротивления востребованными несмотря на разницу в цене.

Если коротко, характеристики термосопротивлений можно разбить на три группы:

Номинальная статическая характеристика (НСХ) и точность
Диапазон температур, на котором определяется НСХ и обеспечивается заявленная точность
Корпус датчика, тип и длина выводов

На мой взгляд, пояснений требует только первый пункт.

Номинальная статическая характеристика (НСХ)

НСХ — это функция (на практике чаще таблица значений), которая определяет зависимость сопротивление-температура.

Зависимость R(T), конечно, не является абсолютно линейной — на самом деле выходная характеристика термосопротивления описывается полиномом с известными коэффициентами. В простейшем случае это полином второй степени R(T) = R0 (1 + A x T + B x T²), где R0 — номинальное сопротивление датчика, то есть значение сопротивления при 0°C.

Вид полинома и его коэффициенты описываются в различных национальных и международных стандартах. Действующий российский стандарт — ГОСТ 6651-2009. В Европе чаще используют DIN 60751 (он же IEC-751), однако одновременно с ним действует DIN 43760, в Северной Америке популярен стандарт ASTM E1137 и так далее. Несмотря на то что некоторые стандарты согласованы между собой, в целом картина довольно печальная и единого индустриального стандарта по факту не существует.

Наиболее популярные типы термосопротивлений — это платиновые датчики (Pt 3850, Pt 3750, Pt 3911 и др.), никелевые (Ni 6180, Ni 6720 и др.) и медные термосопротивления, например Cu 4280. Каждому типу датчиков соответствует свой полином R(T).

Приведенные наименования содержат название металла, который используется при изготовлении датчика, и коэффициент, который описывает отношение сопротивления датчика при 0 к сопротивлению при 100°C. Этот коэффициент, вместе со значением R0, определяет наклон функции R(T).

В разношерстных стандартах и, как следствие, в спецификациях на конкретные датчики, этот коэффициент может выражаться по-разному. Например, для платинового датчика может быть указан коэффициент альфа равный 0.00385 °C^-1, или температурный коэффициент 0.385%/°C, или TCR = 3850 ppm/K, однако во всех трех случаях подразумевается одна и та же зависимость R(T).

Используемый металл однозначно определяет степень полинома R(T), а коэффициенты полинома определяются температурным коэффициентом металла.

Например, для всех платиновых датчиков функция R(T) имеет следующий вид:

R(T) = R0 (1 + A x T + B x T²) при T > 0
R(T) = R0 (1 + A x T + B x T² + C x (T-100) x T³) при T < 0
где коэффициенты выбираются в зависимости от типа платины:

Pt 3850 ppm/K (наиболее распространенная характеристика современных термосопротивлений)
A = 3.9083 x 10^-3 °C^-1
B = -5.775 x 10^-7 °C^-2
C = -4.183 x 10^-12°C^-4
Pt 3911 ppm/K (характеристика остается востребованной в РФ, т.к. в прошлом только она была внесена в ГОСТ)
A = 3.9692 x 10^-3 °C^-1
B = -5.829 x 10^-7 °C^-2
C = -4.3303 x 10^-12°C^-4

Автомобильному стандарту Pt 3770 ppm/K, американскому Pt 3750 ppm/K или японскому Pt 3916 ppm/K будут соответствовать другие наборы коэффициентов.

Та же логика действует для меди и никеля. Например, НСХ всех никелевых датчиков описывается полиномом шестой степени:

R(T) = R0 (1 + A x T + B x T² + C x T³ + D x T⁴ + E x T⁵ + F x T⁶)
где коэффициенты определяются температурным коэффициентом никеля (Ni 6180 ppm/K, Ni 6720 ppm/K и т.д.).

Осталось сказать о последнем параметре НСХ термометров сопротивления — о номинальном сопротивлении R0. Чаще всего используются датчики со стандартным R0 — 50, 100, 500 или 1000 Ом, однако иногда требуются тремосопротивления с R0 = 2000 и даже 10000 Ом, а также датчики с «не кратным» номинальным сопротивлением.

То есть каждому типу термосопротивления может соответствовать несколько НСХ с разными номинальными сопротивлениями R0. Для наиболее распространенных в РФ характеристик используют стандартные обозначения: Pt100 и Pt1000 соответствуют платине с температурным коэффициентом 3850 ppm/K и R0 = 100 и 1000 Ом соответственно. Унаследованные из советских справочников обозначения 50П и 100П — это датчики из платины с коэффициентом 3911 ppm/K и R0 = 50 и 100 Ом, а датчики известные как 50М и 100М — это медь 4280 ppm/K с номинальным сопротивлением 50 и 100 Ом.

Точность датчика
Точность термосопротивления — это то, насколько зависимость R(T) реального датчика может отклониться от идеальной НСХ. Для обозначения точности термосопротивлений используют понятие класса допуска (от же класс точности).

Класс допуска определяет максимальное допустимое отклонение от номинальной характеристики, причем задается это отклонение как функция температуры — при нуле градусов фиксируется наименьшее допустимое отклонение, а при уменьшении или увеличении температуры диапазон допустимых значений линейно увеличивается.

Когда дело касается классов допуска, бардак в действующих стандартах только усугубляется — даже названия классов в разных источниках могут отличаться.

	Другие названия	Допуск, °С
Класс АA	Class Y 1/3 DIN 1/3 B F 0. 1 (если речь о тонкопленочном датчике) W 0.1 (если речь о намоточном датчике)	±(0.1 + 0.0017 \|T\|)
Класс A	1/2 DIN 1/2 B F 0.15 (если речь о тонкопленочном датчике) W 0.15 (если речь о намоточном датчике)	±(0.15 + 0.002 \|T\|)
Класс B	DIN F 0.3 (если речь о тонкопленочном датчике) W 0.3 (если речь о намоточном датчике)	±(0.3 + 0.005 \|T\|)
Класс C	Class 2B Class BB F 0.6 (если речь о тонкопленочном датчике) W 0.6 (если речь о намоточном датчике)	±(0.6 + 0.01 \|T\|)
–	Class K 1/10 DIN	±(0.03 + 0.0005 \|T\|)
–	Class K 1/5 DIN	±(0.06 + 0.001 \|T\|)

Приведенные в таблице допуски соответствуют большинству действующих стандартов для платиновых датчиков 3850 ppm/K, включая ГОСТ и европейский DIN 60751 (IEC-751), который с большой натяжкой можно назвать общепринятым.

Однако и здесь есть исключенияНапример, в американском стандарте ASTM E1137 классы допуска платиновых датчиков именуются Grade и определяются иначе:

Grade A	±(0.25 + 0.0042 \|T\|)
Grade B	±(0.13 + 0.0017 \|T\|)

Если же говорить о платине с другими температурными коэффициентами или о никелевых и медных датчиках, то можно обнаружить и другие определения допусков.

Класс допуска описывает не только максимальную величину допуска, но и диапазон температур, на котором этот допуск гарантируется. Вы, наверное, уже догадались, что в разных стандартах эти диапазоны могут существенно отличаться. Это действительно так, причем диапазон температур зависит не только от класса допуска и типа датчика, но и от технологии, по которой выполнен датчик — у намоточных датчиков диапазон всегда шире.

О том, что такое намоточные и тонкопленочные датчики — чуть ниже.

На картинке — кассы допуска для платиновых датчиков с температурным коэффициентом 3850 по стандарту DIN 60751 (IEC-751).

Определения классов допуска для тонкопленочных и намоточных платиновых датчиков Pt 3850 ppm/K

Тонкопленочный датчик Pt 3850 ppm/K		Намоточный датчик Pt 3850 ppm/K
Класс допуска	Диапазон температур	Класс допуска	Диапазон температур
	DIN 60751 (IEC-751) / ГОСТ		DIN 60751 (IEC-751)	ГОСТ
Класс АА (F 0.1)	0… +150°С	Класс АА (W 0.1)	-100… +350°С	-50… +250°С
Класс А (F 0. 15)	-30… +300°С	Класс А (W 0.15)	-100… +450°С
Класс B (F 0.3)	-50… +500°С	Класс B (W 0.3)	-196… +600°С	-196… +660°С
Класс С (F 0.6)	-50… +600°С	Класс С (W 0.6)	-196… +600°С	-196… +660°С

К слову, если в документации на термосопротивление указан диапазон измеряемых температур, который шире диапазона, предусмотренного указанным классом допуска, то заявленный класс допуска не будет действовать на всём рабочем диапазоне. Например, если датчик Pt1000 класса A предназначен для измерения температур от -200 до +600°C, то он будет иметь точность ±(0.15+0.002|T|) только при температурах до +300°C, а дальше скорее всего будет обеспечиваться класс В.

Я привожу все эти подробности о терминологии и разночтениях в стандартах чтобы донести одну простую мысль: выбирая термосопротивление легко запутаться и неверно истолковать характеристики элемента. Важно понимать какие именно требования вы предъявляете к элементу (в абсолютных цифрах, а не в классах) и сравнивать их с абсолютными цифрами из документации на конкретный датчик.

Итак, термосопротивления представляют собой резисторы, выполненные из платины или, реже, из никеля или меди. Выше уже упоминались две технологии — намоточная (проволочная) и тонкопленочная.

Намоточные датчики — это термосопротивления, выполненные на основе спиралей из металлической проволоки. Существует два основных способа изготовления намоточных датчиков. В первом случае проволока наматывается на стеклянный или керамический цилиндр, после чего конструкция покрывается изолирующим слоем из стекла. Второй способ — это помещение металлических спиралей в каналы внутри керамического цилиндра.

При изготовлении тонкопленочных датчиков на керамическую подложку напыляется тонкий слой металла, который образует токопроводящую дорожку, так называемый меандр. После этого датчик покрывается изолирующим слоем из стекла.

Большинство современных термосопротивлений выполняется по одной из этих трёх технологий. В источниках встречаются противоречивые мнения о том, какая конструкция более устойчива к вибрациям или перепадам температур. Оценки стоимости датчиков разных конструкций тоже сильно разнятся.

На деле принципиальных отличий между характеристиками датчиков разной конструкции нет, цены на тонкопленочные и намоточные датчики также находятся в одном диапазоне.

В большинстве случаев совершенно не важно как именно устроен датчик — при выборе компонента имеет значение только соотношение цены и характеристик конкретного элемента (нужно только не забывать что классы допуска для тонкопленочных датчиков определены на более узком диапазоне температур). Однако в некоторых задачах тонкопленочные датчики осознанно предпочитают намоточным. На это есть три главных причины:

Высокие номинальные сопротивления. Тонкопленочная технология позволяет производить датчики с R0=1000 Ом той же ценой, что и датчики с номинальным сопротивлением 50, 100 или 500 Ом. К тому же, изготавливаются датчики и с более высоким номинальным сопротивлением, например 2000 и 10000 Ом.
Малый размер. Тонкопленочный датчик можно сделать гораздо более миниатюрным по сравнению с намоточным. Стандартный датчик Pt1000, например, может иметь габариты всего 1.6 x 1.2 мм.
Прямоугольная форма и миниатюрный размер пленочных датчиков позволяют выпускать не только выводные термосопротивления, но и SMD-компоненты стандартных размеров — 1206, 0805 и так далее.

У тонкопленочной технологии есть и другие интересные свойства, позволяющие, например, сократить время отклика датчика температуры или изготовить на базе термосопротивлений датчики скорости потока. Об этом будем говорить в следующей статье, которая полностью посвящена процессу изготовления тонкопленочных датчиков.

В заключении традиционно благодарю читателя за внимание и напоминаю, что вопросы по применению продукции, о которой мы пишем на хабре, можно также задавать на email, указанный в моем профиле.

upd #1: Статья «Термосопротивления: производственный процесс» опубликована.

upd #2: все упомянутые датчики и модули доступны со склада. Больше информации на efo-sensor.ru

Термометры сопротивления: от теории к практике – Компоненты и технологии

Введение

Температура — одна из наиболее часто измеряемых физических величин. Задачи измерения и контроля температуры встречаются практически во всех областях человеческой деятельности. Системы контроля температуры используются для поддержания микроклимата и в различной бытовой технике, где базовым требованием является их доступность. Прецизионное термостатирование в сельском хозяйстве необходимо для выращивания тепличных сельскохозяйственных культур. В химической промышленности и в металлургии часто требуется контроль температуры высоко агрессивных сред в диапазонах в несколько тысяч градусов. На производстве нарушения технологического процесса, связанные с выходом контролируемой температуры за допустимые пределы, могут привести к выпуску партии бракованного товара. В медицине ошибка в измерении температуры может стоить здоровья пациента и даже человеческой жизни. От качества контроля температуры в атомной промышленности, в частности при отливке корпусов реакторов, зависит жизнь всего населения нашей планеты.

Очевидно, что столь разнообразные требования, как по диапазону и точности, так и по типу исполнения и надежности измерительных систем, породили за многие годы большое разнообразие методов и средств, используемых для измерения и контроля температуры.

Ключевым элементом любой системы измерения и контроля температуры является первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент). От его точности и других основных параметров во многом зависят показатели всей системы в целом. Существуют различные типы датчиков температуры, наибольшее распространение среди них получили термопары, полупроводниковые термисторы и термометры сопротивления [5].

Термометры сопротивления

Термометр сопротивления (ТС) состоит из одного или нескольких термочувствительных элементов и внутренних соединительных проводов, помещенных в герметичный защитный корпус, а также внешних клемм и выводов, предназначенных для подключения к измерительному прибору. Чувствительный элемент (ЧЭ) термометра сопротивления представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или пленки, с выводами для крепления соединительных проводов, имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры [1].

На практике под термином «термометр сопротивления» понимают как герметичный датчик в металлическом или керамическом корпусе с внешним разъемом для подключения к измерительным приборам, так и сам чувствительный элемент, который может быть изготовлен в корпусе с проволочными выводами или в SMD-конструктиве для поверхностного монтажа.

Основные преимущества ТС по сравнению с другими типами датчиков температуры — это их высокая точность, широкий диапазон рабочих температур, малые размеры, устойчивость к вибрациям, линейность номинальной статической характеристики и относительно высокое значение температурного коэффициента сопротивления (ТКС). Основными материалами для изготовления ЧЭ ТС являются платина, медь, никель и их сплавы. На практике чаще применяются платиновые термометры сопротивления (ПТС) с различной чистотой платины, которые обладают наивысшей стабильностью характеристик, устойчивостью к воздействию агрессивных сред и широким диапазоном рабочих температур (табл. 1).

Таблица 1. Сравнительные характеристики распространенных типов датчиков температуры

Тип датчика температуры	Основные преимущества	Основные недостатки	Основные области применения
Термометры сопротивления	Высокая линейность номинальной статической характеристики Широкий диапазон рабочих температур Высокая стабильность основных параметров Устойчивость к воздействию агрессивных сред (ПТС) Относительно невысокая стоимость	Необходимость во внешней схеме для возбуждения	Широко используются как в относительно недорогих, так и в прецизионных системах измерения и контроля температуры
Полупровод- никовые термисторы	Дешевизна и доступность Высокий температурный коэффициент сопротивления	Необходимость во внешней схеме для возбуждения Высокая нелинейность номинальной статической характеристики Низкая стабильность основных параметров	Предназначены для применения в недорогих устройствах с низкими требованиями к точности измерений, в простых системах одно- и двухпорогового контроля температуры или для организации контроля температуры во второстепенных узлах сложной радиоэлектронной аппаратуры
Термопары	Самый широкий диапазон рабочих температур Высокая повторяемость характеристик Высокое быстродействие	Необходимость компенсации опорного спая Низкое выходное напряжение Необходимость использования крупногабаритных конструкций для компенсации опорного спая для достижения высокой точности измерений	Широко используются в бюджетных устройствах с «электронной» компенсацией опорного спая с невысокой точностью измерений Используются в сверхпрецизионных измерительных системах 0,01…0,25 °С с компенсацией опорного спая с помощью сосуда Дьюара или специализированных термостатов

По конструкции чувствительного элемента различают пленочные и проволочные термометры сопротивления. Как правило, медные и никелевые ТС изготавливают из проволоки (рис. 1), а платиновые могут быть как проволочными, так и пленочными. Последние имеют меньшую чувствительность к вибрациям, однако предназначены для функционирования в более узком температурном диапазоне (рис. 2). По предназначению различают рабочие и эталонные термометры сопротивления, параметры обеих групп ТС регламентированы соответствующими стандартами.

Рис. 1. Проволочная конструкция термометра сопротивления

Рис. 2. Пленочный термометр сопротивления

Локальные и международные стандарты на ТС

Существует множество стандартов на рабочие индустриальные ТС, которые имеют локальный или межгосударственный статус. Среди наиболее распространенных — «европейский» МЭК 60751 (DIN/IEC EN 60 751) и «североамериканский» ASTM 1137. Многие другие, такие как DIN 43760, BS 1904 (1984) и SAMA RC-4 (1966), несмотря на периодическое их упоминание в литературе, считаются устаревшими. Стандарт МЭК 60751 — один из наиболее распространенных и регламентирует характеристики ПТС c номинальным сопротивлением 100 Ом при температуре 0 °С и температурным коэффициентом сопротивления α = 0,00385 °C^–1 [2]. Стандарт ASTM E1137/E1137M-08 охватывает требования к ПТС для промышленных областей применения с коэффициентом α = 0,00385 °C^–1 в диапазоне температур от 0 до +100 °С и номинальным сопротивлением 100 Ом при температуре 0 °С [3].

В России до 01.01.2011 действовал стандарт ГОСТ Р 8.625-2006 «Термометры сопротивления из платины, меди и никеля», который соответствует международному стандарту МЭК 60751 (2008) в части определения зависимости величины сопротивления от температуры и допусков на платиновые ЧЭ и ТС с температурным коэффициентом сопротивления α = 0,00385 °C^–1.

Стандарт устанавливает общие технические требования и методы испытаний для технических термометров сопротивления, чувствительные элементы которых изготовлены из платины, меди и никеля. Эти ТС предназначены для измерения температуры от –200 до +850 °C или в части данного диапазона [1]. С 2011 года в России появился новый, межгосударственный стандарт ГОСТ 6651-2009 «Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний», который создан на основе ГОСТ Р 8.625-2006. К сожалению, на момент сдачи материала в редакцию текст нового стандарта все еще не был доступен. Тем не менее, проект данного стандарта имеется в Интернете и не содержит существенных различий по сравнению с ГОСТ Р 8.625-2006 [4]. Поэтому далее в статье за основу выбраны основные положения стандарта ГОСТ Р 8.625-2006.

Отличие стандартов в разных регионах мира привело к расхождениям в некоторых базовых параметрах ТС у производителей. Например, в различных стандартах используются разные значения ТКС: α = 0,003923 °C^–1 (SAMA), α = 0,00385 °C^–1 (DIN/IEC EN 60 751), α = 0,003902 °C^–1 (US IS), α = 0,003916 °C^–1 (JIS) и т. д. Поэтому во избежание ошибок в расчетах при проектировании важно учитывать положения того стандарта, относительно которого нормировались характеристики выбранного термометра сопротивления.

Основные параметры ТС

Основные параметры, определяющие области применения и схемы включения термометров сопротивления, — это температурный коэффициент термометра сопротивления, номинальное сопротивление, диапазон измеряемых температур и номинальная статическая характеристика ТС.

Температурный коэффициент термометра сопротивления

Температурный коэффициент термометра сопротивления характеризует изменение величины сопротивления от температуры:

α = (R₁₀₀–R₀)/(R₁₀₀×100),

где R₁₀₀, R₀ — значения сопротивления ТС из номинальной статической характеристики (НСХ) при 100 и 0 °С соответственно, округленные до пятого знака после запятой. Как было отмечено ранее, в разных стандартах установлено различное значение ТКС. Для повышения совместимости в ГОСТ Р 8.625-2006 рассматриваются два значения: α = 0,00391 °С^–1 и α = 0,00385 °С^–1 (соответствует МЭК 60751).

Номинальное сопротивление ТС

Номинальное сопротивление ТС представляет собой нормированное изготовителем сопротивление при 0 °С, округленное до целых единиц, выбираемое из ряда: 10; 50; 100; 500; 1000 Ом [1]. Существуют ТС и с другими значениями номинального сопротивления, однако в настоящее время наибольшее распространение получили ПТС с номинальным сопротивлением 100 Ом при 0 °C. Вместе с тем имеет место тенденция к использованию ТС с величиной номинального сопротивления до 1 кОм и даже 10 кОм. Измерительные системы, в которых используются ТС с высоким значением номинального сопротивления, обладают дополнительными преимуществами, важным из которых является снижение влияния длины соединительных проводов ТС на точность измерений.

Максимальный диапазон измерений ТС

Максимальный диапазон измерений ТС зависит не только от свойств материала, из которого изготовлен чувствительный элемент, но и от конструктивных особенностей, таких как способ и материал изоляции, соединительных элементов и др. Несмотря на то, что действие отечественного стандарта распространяется на диапазон от –200 до +850 °C [1], существуют термометры сопротивления с предельными рабочими температурами, выходящими за его рамки. Для большинства индустриальных рабочих ТС диапазон измерений составляет от –196 до +660 °С (платина), от –50 до +200 °С (медь) и от –60 до +180 °С (никель).

В таблице 2 представлены классы допуска термометров сопротивления, соответствующие ГОСТ Р 8.625-2006 [1].

Таблица 2. Классы допуска и диапазоны измерений для термометров сопротивления и чувствительных элементов

Класс допуска	Допуск, °С	Диапазон измерений, °С
		Платиновый ТС, ЧЭ		Медный ТС, ЧЭ	Никелевый ТС, ЧЭ
		проволочный	пленочный	Медный ТС, ЧЭ	Никелевый ТС, ЧЭ
AA W 0. 1 F 0.1	±(0,1+0,0017 \|t\|*)	–50…+250	–50…+250	–	–
A W 0.15 F 0.15	±(0,15+0,002 \|t\|)	–100…+450	–50…+450	–50…+120	–
B W 0.3 F 0.3	±(0,3+0,005 \|t\|)	–196…+660	–50…+600	–50…+200	–
C W 0.6 F 0.6	±(0,6+0,01 \|t\|)	–196…+660	–50…+600	–180…+200	–60…+180

Примечание. * |t| — абсолютное значение температуры, °С, без учета знака.

На практике иногда используют ТС, нормированные по двум дополнительным классам точности, их обычно называют “1/10 DIN” и “1/3 DIN”, что означает, соответственно, 1/10 (±0,03 °C) и 1/3 (±0,1 °C) от класса B при 0 °C.

Номинальная статическая характеристика

Номинальная статическая характеристика (НСХ) представляет собой зависимость сопротивления ТС от температуры. Для ПТС эта зависимость имеет вид (уравнение Каллендара ван Дьюзена):

в диапазоне от –200 до 0 °С:
R_t = R₀[1+A×t+B×t²+С(t–100)t³];
в диапазоне от 0 до +850 °С:
R_t = R₀(1+A×t+B×t²),
где R_t — сопротивление ТС, Ом, при температуре t °С; R₀ — сопротивление ТС, Ом, при температуре 0 °С; A, B и C — коэффициенты, полученные опытным путем.

Значения коэффициентов A, B и С отличны при разных температурных коэффициентах сопротивления:

α = 0,00385 °С^–1:
А = 3,9083×10^–3 °С^–1,
В = –5,775×10^–7 °С^–2,
С = –4,183×10^–12 °С^–4;
α = 0,00391 °С^–1:
А = 3,969×10^–3 °С^–1,
В = –5,841×10^–7 °С^–2,
С = –4,33×10^–12 °С^–4.

Для медных и никелевых термометров сопротивления существуют похожие расчетные зависимости, которые можно найти в справочной литературе [1].

Номинальная статическая характеристика для термометра сопротивления может быть представлена в виде таблицы, в которой указаны значения температуры и соответствующие им величины сопротивления ТС, либо в графической форме. На рис. 3 приведена зависимость величины сопротивления платинового термометра Pt100 (НСХ) от температуры, построенная по уравнению Каллендара ван Дьюзена. Синей линией обозначена зависимость, полученная с использованием коэффициентов A, B и C. Красная линия — характеристика, полученная в результате линейной аппроксимации при B = C = 0 [6].

Рис. 3. Зависимость сопротивления ПТС (Pt100) от температуры

Величину погрешности, возникающей при линейной аппроксимации характеристики ТС (B = C = 0), можно оценить на основе графика, приведенного на рис. 4.

Рис. 4. Погрешность линейной аппроксимации характеристики ПТС (Pt100)

Информация на рис. 4 помогает принять верное решение о целесообразности прецизионной линеаризации характеристики ПТС, которая может потребовать использования дополнительных компонентов, вычислительных ресурсов системного процессора или ограничиться линейной аппроксимацией.

Схемы включения термометров сопротивления

Простейшей схемой включения термометра сопротивления является делитель напряжения (рис. 5). Здесь ТС R_t — его плечо, а источник с напряжением U_пит обеспечивает протекание электрического тока в цепи делителя. Падение напряжения на ТС U_t зависит от величины его сопротивления, а следовательно, от температуры окружающей среды t_окр.

Рис. 5. Схема измерения температуры с использованием ТС на базе делителя напряжения

Точность измерений в схеме (рис. 5) будет зависеть от точности и стабильности характеристик ТС R_t, опорного резистора R_оп и источника напряжения U_пит. Для того чтобы снизить погрешность измерений, следует использовать прецизионный высокостабильный резистор R_оп и стабилизированный источник опорного напряжения.

Другим негативным фактором является эффект самонагрева термометра сопротивления: протекание в электрической цепи относительно высокого тока (единицы-десятки миллиампер) может привести к дополнительным тепловыделениям на ТС, его нагреву и, как следствие, к резкому снижению точности измерений.

В качестве примера оценим отклонение температуры в результате самонагрева для высокостабильного прецизионного платинового термометра сопротивления R_t серии PTS 0603 (Vishay) с номинальным сопротивлением R₀ = 100 Ом [7]. Выберем, для наглядности, опорный резистор с номиналом R_оп = 1000 Ом. Пусть величина на выходе стабилизированного источника напряжения составляет V_DD = +5 В. Суммарное сопротивление цепочки делителя напряжения: R_общ = R₀+R_оп = 100+1000 = 1100 Ом. Тогда величина тока, протекающего через делитель, будет равна: I_DD = V_DD/R_общ = 5/1100 = 0,0045 А. Мощность, рассеиваемая на ПТС, приближенно составит: P = I_DD²×R₀ = 0,0021 Вт (2,1 мВт). Согласно технической документации на ПТС серии PTS 0603, величина его самонагрева составляет 0,9 К/мВт при отсутствии принудительной вентиляции. Таким образом, повышение температуры данного ПТС в нашем примере может достичь величины T_нагр = 0,9×2,1 = 1,9 K. Очевидно, что для задач измерения температуры с точностью порядка десятых долей градуса это более чем допустимая погрешность!

Величина измерительного тока должна быть такой, чтобы самонагрев не приводил к выходу параметров ТС за пределы допуска. Повышение его сопротивления, обусловленное самонагревом, не должно превышать 20% допуска. Цепи постоянного тока для ТС с номинальным сопротивлением 100 Ом рекомендуется возбуждать измерительным током 1 мА или менее [1]. Для того чтобы минимизировать влияние этого эффекта, необходимо выбирать опорный резистор с высоким значением номинального сопротивления и/или источник с меньшей величиной напряжения питания. Несмотря на то, что это приведет к падению чувствительности схемы, применение ТС с относительно высоким ТКС и современной элементной базы для нормирования сигналов позволяет скомпенсировать этот недостаток.

На рис. 6 приведен пример практической реализации схемы на основе делителя напряжения с использованием стабилизированного источника опорного напряжения.

Рис. 6. Простейшая схема подключения термометра сопротивления Pt100

Источник опорного напряжения MAX6126A41 с прецизионным резистором R1 обеспечивает возбуждение ТС током около 200 мкА при 0 °С [9]. Коэффициент усиления операционного усилителя с нулевым дрейфом MAX9617 задается прецизионным делителем MAX5491WA30000 и равен К_у = 31 [10, 11]. Напряжение на выходе схемы составляет 616 мВ при температуре 0 °С. Изменение напряжения на выходе равно 2,37 мВ/°С. В качестве Pt100 можно использовать прецизионные платиновые термометры сопротивления серий PTS и PTL [7, 8], а в качестве высокостабильного резистора R1, здесь и в других схемотехнических решениях в этой статье, могут быть применены резисторы серий PHR0805 или P0805 производства Vishay [12, 13].

Основные недостатки схемы включения (рис. 6) — высокая зависимость тока возбуждения от температуры, что вызывает дополнительную нелинейность, увеличивающую погрешность измерений и сложность организации удаленного подключения ТС, так как сопротивление соединительных проводов в двухпроводной схеме будет оказывать заметное влияние на результаты измерений. Учитывая относительно невысокие номиналы используемых ТС, очевидно, что даже паразитные сопротивления в сотни мОм вызовут недопустимые погрешности в измерениях температуры. Согласно ГОСТ Р 8.625-2006, использование двухпроводной схемы не допускается для ТС классов АА и А (табл. 2).

Несмотря на имеющиеся недостатки, схема может быть использована для организации простых систем измерения температуры, преимущества которых — в низкой себестоимости реализации, малых габаритных размерах и главное — в небольшой удаленности термометра сопротивления от схемы нормирования сигналов.

В случае удаленного подключения ТС длина соединительных проводов будет оказывать влияние на точность измерений, так как измерительный ток будет вызывать дополнительное падение напряжения, прямо пропорциональное, по закону Ома, величине сопротивления. Поскольку сопротивление проводников зависит от их протяженности, то увеличение расстояния до датчика потребует использования более дорогих соединительных проводников или корректировки подхода к построению измерительной системы.

При необходимости подключения удаленно расположенного термометра сопротивления целесообразней использовать 4-проводную «кельвиновскую» схему, в которой измерительный ток протекает через одну пару, а сами измерения производятся с помощью второй пары соединительных проводов. Для достижения высокой точности измерений необходимо использовать усилители с высоким входным сопротивлением и низкой величиной входного тока.

Указанный принцип реализован в примере на рис. 7. Платиновый термометр сопротивления Pt100 включен по 4-проводной схеме. Повышение линейности достигается возбуждением ТС стабилизированным источником тока (198 мкА), схема которого реализована на источнике опорного напряжения MAX6126A25 и резисторе R2. Операционный усилитель MAX9617 устраняет влияние собственного тока потребления источника опорного напряжения. Инструментальный усилитель MAX4208 имеет входной ток 1 пА и коэффициент подавления синфазной помехи 135 дБ [14]. Резистор R1 предназначен для смещения уровня сигнала относительно общей шины для более эффективного подавления мощных синфазных помех. Коэффициент усиления инструментального усилителя MAX4208, равный К_у = 31, задается с помощью прецизионного делителя MAX5491WA30000. Несколько нестандартный способ задания коэффициента усиления инструментального усилителя обусловлен уникальностью его архитектуры [10]. Напряжение на выходе схемы составит 15,5 мВ при температуре –250 °С, 615 мВ при 0 °С и +2,4 В при 850 °С.

Рис. 7. Схема подключения удаленного термометра сопротивления Pt100 с использованием источника тока

Использование современных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) с дифференциальным подключением источника входного сигнала и источника опорного напряжения позволяет не только получить на выходе цифровой сигнал, готовый для ввода в микроконтроллер, но и упростить подключение термометров сопротивления. На рис. 8 представлена схема прецизионного измерителя температуры на основе АЦП.

Рис. 8. Прецизионный измеритель температуры

Применение малошумящего 24-разрядного сигма-дельта АЦП MAX11201B позволяет подключить термометр сопротивления без необходимости использования прецизионных источников тока или напряжения, ограничившись применением недорогого малошумящего стабилизатора с малым падением напряжения (LDO) MAX8510 [15, 16]. Падение напряжения на прецизионном резисторе R5 обеспечивает опорное напряжение на АЦП. Поскольку измерительный ток, протекающий через резистор R5, возбуждает и термометр сопротивления, то любые флуктуации величины тока будут полностью скомпенсированы. Резисторы R1 и R6 обеспечивают нормальную работу встроенных в АЦП буферных усилителей. Они ограничивают абсолютную величину входного и опорного напряжений относительно «земли» в пределах от +150 мВ до (AVdd–150) мВ.

Для того чтобы сократить количество соединительных проводов для подключения термосопротивления до трех, в схему можно ввести прецизионное токовое зеркало на операционном усилителе MAX9617 и транзисторе MMBTA14 (рис. 9). Согласованная пара резисторов PRAHR182I2-750RFW обеспечит равенство токов I1 и I2 с точностью 0,05%, тем самым компенсируя падение напряжения на соединительных проводах [17]. Последние обязательно должны быть однотипными, одинаковой длины и сечения. В настоящее время производятся различные специализированные экранированные кабели, предназначенные для подключения термометров сопротивления по 2-, 3- и 4-проводным схемам.

Рис. 9. Прецизионный измеритель температуры с 3-проводным подключением термометра сопротивления

Для индустриальных применений более предпочтителен биполярный составной транзистор MMBTA14 по сравнению с полевым, особенно при работе в условиях высоких температур. У транзисторов с изолированным затвором (MOSFET) ток утечки затвора удваивается с увеличением температуры на каждые 8 °С и может достигать несколько десятков нА. Таким образом, ошибка токового зеркала, вызванная управляющим током биполярного транзистора, может быть меньше, чем полевого транзистора с изолированным затвором.

Заключение

Один из способов повышения точности измерений с использованием ТС — их градуировка для получения индивидуальных коэффициентов зависимости величины сопротивления от температуры. Полученные коэффициенты можно, например, хранить в памяти цифровой измерительной системы и вносить в результат измерений соответствующую поправку. Однако этот метод может быть приемлем в мелкосерийном и практически не реализуем при массовом производстве в связи с высокой трудоемкостью самой процедуры градуировки. В данном случае более эффективным решением может быть использование прецизионных термометров сопротивления.

Однако сам факт использования прецизионных ТС не может гарантировать высокую точность системы в целом. При этом большую роль играет адекватность выбранной схемы включения ТС решаемой задаче. Кроме того, необходимо учитывать влияние таких факторов, как длина и качество соединительных проводов и разъемов, обеспечение электромагнитной совместимости за счет эффективного экранирования, фильтрации, грамотной компоновки элементов и разводки печатной платы. Существует и весьма специфический, но ощутимый источник ошибок, такой как эффект влияния температуры кристалла на результаты преобразования АЦП, воздействие которого может быть учтено за счет введения в состав системы дополнительного датчика для измерения температуры кристалла.

Как показывает практика, только подобный, комплексный подход, учитывающий разнообразные аспекты проектирования, позволяет создавать сбалансированные по точности и стоимости системы, имеющие конкурентные преимущества на рынке современной электронной техники.

Литература

ГОСТ Р 8.625-2006 «Термометры сопротивления из платины, меди и никеля». М.: Стандартинформ, 2006.
IEC EN 60 751. Industrial Platinum Resistance Thermometers and Platinum temperature sensors. Edition 2.0. International Electrotechnical Commission.
ASTM E1137/E1137M-08. Standard Specification for Industrial Platinum Resistance Thermometers.
ГОСТ 6651-2009 «Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний». Проект стандарта. Информационный портал http://www.temperatures.ru
Промышленная электроника. Руководство разработчика. 2010. Вып. 1. Maxim Integrated Products. http://www.symmetron.ru
Thermal Management Handbook. Maxim Integrated Products. http://www.maxim-ic.com
Platinum SMD Flat Chip Temperature Sensor. PTS Series. Technical Datasheet, Rev. 11.03.2011. http://www.vishay.com
Leaded Platinum Temperature Sensor. PTL Series. Technical Datasheet, Rev. 11.03.2011. http://www.vishay.com
MAX6126: Ultra High Precision, Ultra Low Noise, Series Voltage Reference. Technical Datasheet, Rev.5, 12.2010. http://www.maxim-ic.com
MAX9617: Single/Dual SC70, Zero-Drift, High-Efficiency, 1.5MHz Op Amps with RRIO. Technical Datasheet, Rev.4, 02.2011. http://www.maxim-ic.com
MAX5491: Precision-Matched Resistor-Divider in SOT23. Technical Datasheet, Rev.3, 12.2004. http://www.maxim-ic.com
PHR Series. ESCC 4001/023 Qualified High Precision (5 ppm, 0.01%), Thin Film Chip Resistors. Technical Datasheet, Rev. 29.11.2010. http://www.vishay.com
P Series. High Precision Wraparound — Wide Ohmic Value Range Thin Film Chip Resistors. Technical Datasheet, Rev. 14.02.2011. http://www.vishay.com
MAX4208: Ultra-Low Offset/Drift, Precision Instrumentation Amplifiers with REF Buffer. Technical Datasheet, Rev.1, 04.2009. http://www.maxim-ic.com
MAX11201:24-bit, Single-Channel, Ultra-Low-Power, Delta Sigma ADC with 2-Wire Serial Interface. Technical Datasheet, Rev.0, 06.2010. http://www.maxim-ic.com
MAX8510: Ultra-Low-Noise, High PSRR, Low-Dropout, 120 mA Linear Regulators. Technical Datasheet, Rev.3, 05.2006. http://www.maxim-ic.com
PRAHR PRA HR (CNW HR) Series. ESA Qualified High Precision Thin Film Chip Resistor Arrays. Technical Datasheet, Rev. 04.10.2010. http://www.vishay.com

расчет температуры по показаниям термометра сопротивления

Расчет температуры по показаниям платинового термометра сопротивления

Примечание: В данной статье приводится методика расчета температуры по показаниям рабочих термометров сопротивления, которые используют интерполяционную зависимость НСХ по ГОСТ 6651 (скачать ГОСТ 6651-2009). Расчет температуры по показаниям эталонного платинового термометра сопротивления в другом разделе >>>

Для R_t/R₀ < 1 (t < 0 °C) приближенная обратная функция для НСХ, позволяющая проводить расчет температуры по показаниям термометра сопротивления с точностью 0,002 °С, следующая:

Для R_t/R₀ ≥ 1 (t ≥ 0 °C), обратная функция для НСХ следующая:

где t – температура по МТШ-90, °С;

R_t – сопротивление при температуре t, Ом;

R₀ – номинальное сопротивление при температуре 0 °С, Ом;

Значения постоянных для ТС с различным a следующие:

Постоянная	α =0,00385 °С^-1	α =0,00391 °С^-1
А	3,9083 · 10^-3 °С^-1	3,9690 · 10^-3 °С^-1
В	-5,775 · 10^-7 °С^-2	-5,841 · 10^-7 °С^-2
D₁	255,819 °C	251,903 °С
D₂	9,14550 °C	8,80035 °С
D₃	-2,92363 °C	-2,91506 °С
D₄	1,79090 °C	1,67611 °С

Расчет температуры по показаниям медного термометра сопротивления

Для медных термометров сопротивления в диапазоне температур от 0 °С до 200 °С функция следующая:

где t – температура по МТШ-90, °С;

R_t – сопротивление при температуре t, Ом;

R₀ – номинальное сопротивление при температуре 0 °С, Ом;

A = 4,28 · 10^-3 °C^-1 .

В диапазоне от минус 180 °С до 0 °С приближенная обратная функция, позволяющая производить расчет температуры по сопротивлению термометра с точностью ± 0,002 °С, следующая:

где t – температура (МТШ-90), °С;

R_t – сопротивление при температуре t, Ом;

R₀ – номинальное сопротивление при температуре 0 °С, Ом;

значения постоянных:

D₁ = 233,87 °С;
D₃ = -2,0062 °С;
D₂ = 7,9370 °С;
D₄ = -0,3953 °С.

Расчет температуры по показаниям никелевого термометра сопротивления

В диапазоне от минус 60 °С до плюс 100 °С функция для никелевого термометра следующая:

В диапазоне от 100 °С до 180 °С приближенная функция, позволяющая производить расчет температуры по сопротивлению термометра сопротивления с точностью ± 0,002 °С, следующая:

где t – температура по МТШ-90, °С;

R_t – сопротивление при температуре t, Ом;

R₀ – номинальное сопротивление при температуре 0 °С, Ом;

значения постоянных следующие:

А	5,4963 · 10^-3 °С^-1;
В	6,7556 · 10^-6 °С^-2;
D1	144,096 °C;
D2	-25,502 °C;
D3	4,4876 °C.

Расчет температуры по показаниям эталонного платинового термометра сопротивления в другом разделе >>>

Термометр сопротивления

Что такое резистивный датчик температуры?

Термометры сопротивления, также называемые резистивными датчиками температуры (RTD), являются датчиками, используемыми для измерения температуры. Многие RTD-элементы разработаны с использованием тонкой проволоки, обернутой вокруг керамического или стеклянного сердечника, но также используются и другие конструкции. RTD проволока – это чистый материал, обычно платина, никель или медь. Материал имеет точную зависимость сопротивления от температуры, которая используется для индикации температуры. Поскольку RTD-элементы являются хрупкими, их часто помещают в пластиковый или металлический предмет для их защиты.

RTD, которые имеют более высокую точность и повторяемость, заменяют термопары в промышленных применениях при температуре ниже 600 ° C.

Сопротивление / Температурное соотношение металлов

Обычные чувствительные к RTD элементы, изготовленные из платины, меди или никеля, имеют отношение сопротивления как функцию повторяемой температуры (R / T) и диапазона рабочих температур. Отношение R / T определяется как величина изменения сопротивления датчика на градус изменения температуры. Относительное изменение сопротивления (коэффициент теплового сопротивления) изменяется очень мало в пределах полезного диапазона датчика.

Платина была предложена на конференции Bakerian в 1871 году: это благородный металл с наиболее стабильным соотношением сопротивления и температуры в самом широком температурном диапазоне. Никелевые элементы имеют ограниченный температурный диапазон, потому что R / T становится нелинейным при температурах выше 300 ° C. Медь имеет очень линейную зависимость сопротивления от температуры; однако медь окисляется при умеренных температурах и не может использоваться при температуре выше 150 ° C.

Важной характеристикой металлов, используемых в качестве резистивных элементов, является линейное приближение отношения сопротивления к температуре между 0 и 100 ° C. Этот температурный коэффициент сопротивления отмечается как α и обычно дается в единицах Ω / (Ω · ° C). ):

α = (R100-R0) / (100°C .R0)

где

R0 – сопротивление датчика при 0 ° С,

R100 – сопротивление датчика при 100 ° С.

Чистая платина α = 0,003925 Ом / (Ом · ° C) в диапазоне от 0 до 100 ° C используется в конструкции лабораторных зондов сопротивления. И наоборот, два стандарта, признанных для промышленных термометров сопротивления МЭК 60751 и ASTM E-1137, определяют α = 0,00385 Ом / (Ом · ° C). До широкого принятия этих стандартов использовалось несколько различных значений. Еще можно найти более старые зонды в платине, имеющие α = 0.003916 Ом / (Ом · ° C) и 0.003902 Ом / (Ом · ° C).

Эти различные значения α для платины получают путем легирования путем осторожного введения примесей в платину. Примеси, введенные во время легирования, попадают в решетчатую структуру платины и вызывают другую кривую R vs T и, следовательно, значение α.

калибровка

Калибровка с фиксированной точкой Чтобы охарактеризовать отношение R к T любого RTD в диапазоне температур, представляющем предполагаемый диапазон использования, калибровку следует проводить при температурах, отличных от 0 ° C и 100 ° C. Это необходимо для реагирования калибровочные требования. Хотя считается, что RTD работают линейно, необходимо доказать, что они точны в отношении температур, с которыми они будут фактически использоваться. Общие методы калибровки – это метод с фиксированной точкой и метод сравнения.

Используется для метрологических лабораторий с высокой точностью калибровки. Он использует тройную точку, точку замерзания или температуру плавления чистых веществ, таких как вода, цинк, олово и аргон, для создания известной и воспроизводимой температуры. Эти ячейки позволяют пользователю воспроизводить фактические условия температурной шкалы ITS-90. Калибровка с фиксированной точкой обеспечивает чрезвычайно точную калибровку (в пределах ± 0,001 ° C). Ледяная баня является обычным методом калибровки с фиксированной точкой для промышленных пробников. Оборудование недорогое, простое в использовании и может вместить несколько датчиков одновременно. Точка льда обозначена как вторичный стандарт, поскольку ее точность составляет ± 0,005 ° C по сравнению с ± 0,001 ° C для основных фиксированных точек.

Сравнительные калибровки

Обычно используется со вторичными SPRT и промышленными RTD. Калибруемые термометры сравниваются с калиброванными термометрами с помощью ванны, температура которой является равномерно стабильной. В отличие от калибровки с фиксированной точкой, сравнение может быть выполнено при любой температуре от -100 ° C до 500 ° C. Этот метод может быть более экономичным, так как несколько датчиков могут быть откалиброваны одновременно с помощью автоматического оборудования. В этих ваннах с электрическим нагревом и хорошей перемешиванием в качестве среды для различных температур калибровки используются силиконовые масла и расплавленные соли.

Какие бывают типы резистивных элементов?

Датчики RTD делятся на три основные категории: тонкопленочные и катушечные элементы. Хотя эти типы наиболее широко используются в промышленности, используются и другие, более экзотические формы; например, углеродные резисторы используются при экстремально низких температурах (от -173 ° C до -273 ° C). Больше информации.

Элементы сопротивления углерода

Недорогие и широко используются. Они имеют воспроизводимые результаты при низких температурах. Они являются наиболее надежной формой при экстремально низких температурах. Они не подвержены значительному гистерезису или эффекту тензодатчика.

Неограниченные предметы

Используйте катушку с проволокой, которая минимально поддерживается в герметичном корпусе, заполненном инертным газом. Эти датчики работают до 961,78 ° C и используются в SPRT, которые определяют ITS-90. Они сделаны из платиновой проволоки, слегка намотанной на опорную конструкцию, так что элемент может свободно расширяться и сжиматься при температуре. Они очень чувствительны к ударам и вибрации, так как платиновые петли могут качаться и деформироваться.

Тонкопленочные элементы

Наличие чувствительного элемента, который формируется путем нанесения очень тонкого слоя резистивного материала, обычно платины, на керамическую подложку (покрытие). Этот слой обычно имеет толщину от 10 до 100 фунтов (от 1 до 10 нанометров). Затем эта пленка покрывается эпоксидной смолой или стеклом, которое помогает защитить осажденную пленку, а также служит в качестве средства разгрузки от натяжения для внешних проводящих проводов. Недостатки этого типа заключаются в том, что они не так стабильны, как их свернутые аналоги. Они также могут использоваться только в ограниченном температурном диапазоне из-за разных скоростей расширения подложки и резистивного отложения, что дает видимый эффект «тензометрического датчика» на коэффициент резистивной температуры. Эти элементы работают при температуре до 300 ° C без какой-либо другой упаковки, но могут работать до 600 ° C при условии надлежащей герметизации в стекле или керамике. Специальные высокотемпературные термометры сопротивления могут использоваться при температуре до 900 ° C с правильной герметизацией.

Проволочные элементы

может иметь большую точность, особенно для широких температурных диапазонов. Диаметр катушки обеспечивает компромисс между механической стабильностью и расширением проволоки, чтобы минимизировать напряжение и результирующий дрейф. Провод обнаружения наматывается на оправку или изолирующий сердечник. Сердечник обмотки может быть круглым или плоским, но должен быть электрическим изолятором. Коэффициент теплового расширения материала сердечника обмотки адаптирован к проводу обнаружения, чтобы минимизировать любое механическое напряжение. Это напряжение на элементе провода приведет к погрешности измерения температуры. Смысловой провод соединен с более крупным проводом, обычно называемым проводом или элементом элемента. Этот провод выбирается так, чтобы он был совместим с проводом обнаружения, чтобы комбинация не генерировала электродвижущую силу, которая исказила бы тепловые измерения.

Спиральные элементы

В значительной степени заменили элементы раны в промышленности. Эта конструкция имеет катушку из проволоки, которая может свободно расширяться при превышении температуры и удерживается на месте механической опорой, которая позволяет катушке сохранять свою форму. Такая конструкция без напряжения позволяет чувствительному проводу расширяться и сжиматься без воздействия других материалов; в этом отношении он похож на SPRT, основной стандарт, на котором основан ITS-90, обеспечивая при этом долговечность, необходимую для промышленного использования. Основой чувствительного элемента является небольшая катушка из платиновой чувствительной проволоки. Эта катушка выглядит как нить в лампе накаливания. Корпус или оправка представляет собой прочную керамическую оксидную трубку с равноотстоящими отверстиями, которые проходят поперек осей. Катушка вставляется в отверстия оправки, а затем упаковывается очень тонко измельченным керамическим порошком. Это позволяет чувствительному проводу перемещаться, оставаясь хорошо в тепловом контакте с процессом. Эти элементы работают при температуре до 850 ° С.

В настоящее время международным стандартом, который устанавливает допуск и соотношение между сопротивлением и электрическим сопротивлением платиновых термометров сопротивления, является IEC 60751: 2008; ASTM E1137 также используется в США. Наиболее часто используемые в промышленности устройства имеют номинальное сопротивление 100 Ом при 0 ° C и называются датчиками Pt100 («Pt» – символ для платины, «100» – сопротивление в Ом при 0 ° C). Также возможно получить датчики Pt1000, где 1000 соответствует сопротивлению в Ом при 0 ° C. Чувствительность стандартного датчика 100 Ом составляет 0,385 Ом / ° C. RTD с чувствительностью 0,375 и 0,392 Ом / ° C, а также многие другие, также доступны.

Как работает термометр сопротивления?

Термометры сопротивления конструируются в нескольких формах и в некоторых случаях обеспечивают большую стабильность, точность и повторяемость, чем термопары. В то время как термопары используют эффект Зеебека для генерации напряжения, термометры сопротивления используют электрическое сопротивление и требуют источника питания для работы. Сопротивление в идеале изменяется почти линейно с температурой в соответствии с уравнением Каллендара – Ван Дюзена.

Платиновый чувствительный провод должен оставаться свободным от загрязнений, чтобы оставаться стабильным. Платиновую проволоку или пленку поддерживают на зажиме, чтобы обеспечить минимальное дифференциальное расширение или другую деформацию зажима, в то же время разумно сопротивляясь вибрации. RTD-узлы из железа или меди также используются в некоторых случаях. Товарные сорта платины имеют коэффициент термостойкости 0,00385 / ° C (0,385% / ° C) (европейский фундаментальный диапазон). Датчик обычно рассчитан на сопротивление 100 Ом при 0 ° C. Это определено в стандарте BS EN 60751: 1996 (взято из IEC 60751: 1995). Фундаментальный американский интервал составляет 0,00392 / ° C, основываясь на использовании качества платины, более чистого, чем европейский стандарт. Американский стандарт исходит от SAMA (Ассоциации производителей научных приборов), которая больше не относится к этой области стандартов.

Сопротивление подводящего провода также может быть фактором; приняв трех- и четырехпроводные соединения вместо двух проводов, сопротивление соединений можно вычесть. Трехпроводное соединение достаточно в большинстве случаев и является практически универсальной промышленной практикой. Четырехпроводные соединения используются для самых точных применений.

Преимущества и ограничения

Преимущества платиновых термометров сопротивления:

– Высокая точность

– низкий дрейф

– Широкий рабочий диапазон

– Подходит для точных применений

Ограничения:

RDT в промышленных применениях редко используются при температуре выше 660 ° C. При температурах выше 660 ° C становится все труднее предотвратить загрязнение платины примесями из металлической оболочки. термометра. Вот почему стандартные лабораторные термометры заменяют металлическую оболочку стеклянной конструкцией. При очень низких температурах, например ниже -270 ° C (3 К), из-за нехватки фононов, сопротивление RTD в основном определяется примесями и предельной диффузией, и поэтому принципиально не зависит от температура. В результате чувствительность RTD практически равна нулю и, следовательно, не требуется.

По сравнению с термисторами, платиновые RTD менее чувствительны к небольшим изменениям температуры и имеют более медленное время отклика. Однако термисторы имеют меньший температурный диапазон и стабильность.

RTD против термопар

Двумя наиболее распространенными методами измерения температуры для промышленного применения являются резистивные датчики температуры (RTD) и термопары. Выбор между ними обычно определяется четырьмя факторами.

Температура

Если температура процесса составляет от -200 до 600 ° C (мы можем предложить платиновые зонды до 1000 ° C для особых нужд), RTD является наиболее подходящим вариантом. Термопары имеют диапазон от -270 до 2 ° С.

Время отклика

Если процесс требует очень быстрого реагирования на изменения температуры, термопара является лучшим выбором. Время отклика измеряется погружением датчика в воду, движущуюся со скоростью 1 м / с. Время, необходимое для достижения 63,2% от установленного значения, соответствует времени отклика.

размер

Стандартная оболочка RTD имеет диаметр от 1,5 мм до + 6 мм; диаметры оболочки термопары могут быть менее 1,5 мм.

Требования к точности и стабильности

Если допустимый допуск 2 ° C является приемлемым, а наивысший уровень повторяемости не требуется, будет использоваться термопара. Термометры сопротивления обладают большей точностью и могут сохранять свою стабильность в течение многих лет, в то время как термопары могут дрейфовать в первые часы использования.

Строительство

Эти элементы почти всегда требуют изолированных проводников. Изоляция из ПВХ, силиконовой резины или ПТФЭ используется при температуре ниже примерно 250 ° C. Выше используется стекловолокно или керамика. Для точки измерения и, как правило, для большинства проводников требуется защитный кожух или гильза, часто изготовленная из металлического сплава, химически инертного по отношению к контролируемому процессу. Выбор и конструкция защитных оболочек могут потребовать большего ухода, чем сам датчик, поскольку они должны противостоять химическому или физическому воздействию и представлять собой практические точки крепления.

Конфигурации проводки

Двухпроводная конфигурация

Самая простая конфигурация термометра сопротивления использует два провода. Он используется только тогда, когда высокая точность не требуется, поскольку сопротивление соединительных проводов добавляется к сопротивлению датчика, что приводит к ошибкам измерения. Эта конфигурация позволяет использовать 100 метров кабеля. Это также относится к сбалансированному мосту и системе фиксированных мостов.

Для сбалансированного моста обычная настройка: R2 = R1 и R3 в середине диапазона RTD. Так, например, если мы измеряем между 0 и 100 ° C, сопротивление RTD будет между 100 Ом и 138,5 Ом. Мы бы выбрали R1 = 120 Ом. Таким образом, мы получаем небольшое напряжение, измеренное в мосту.

Трехпроводная конфигурация

Чтобы свести к минимуму влияние сопротивления проводников, можно использовать трехпроводную конфигурацию. Предлагаемая настройка для показанной конфигурации – R1 = R2 и R3 в середине диапазона RTD. Глядя на показанную схему моста Уитстона, падение напряжения в нижнем левом углу составляет V_rtd + V_lead, а величина в правом нижнем углу – на V_R3 + V_lead, поэтому напряжение моста (V_b) является разницей, V_rtd – V_R3. Падение напряжения из-за сопротивления кабеля было отменено. Это все еще применяется, если R1 = R2 и R1, R2 >> RTD, R3. R1 и R2 могут использоваться для ограничения тока через RTD. Например, для PT100, ограниченного 1 мА и 5 В, приблизительное предельное сопротивление R1 = R2 = 5 / 0,001 = 5 Ом.

Четырехпроводная конфигурация

Четырехпроводная конфигурация сопротивления повышает точность измерения сопротивления. Обнаружение с четырьмя контактами устраняет падение напряжения на измерительных проводах как вклад в ошибку. Для дальнейшего повышения точности все остаточные термоэлектрические напряжения, генерируемые различными типами проводов или винтовых соединений, устраняются путем изменения направления тока 1 мА и выводов к цифровому вольтметру DVM. Термоэлектрические напряжения будут создаваться только в одном направлении. Усредняя инвертированные измерения, термоэлектрические ошибки устраняются.

RTD классификации

Стандартные платиновые термометры сопротивления (SPRT) – это высочайшая точность любого инструмента PRT. Эта точность достигается за счет долговечности и стоимости. SPRT элементы намотаны из эталонной платиновой проволоки. Внутренние соединительные провода обычно изготавливаются из платины, а внутренние опоры – из кварца или плавленого кварца. Оболочки обычно сделаны из кварца. Используется платиновый провод большего диаметра, что увеличивает стоимость и снижает сопротивление зонда (обычно 25,5 Ом). SPRT имеют широкий температурный диапазон (от -200 ° C до 1000 ° C) и точность около ± 0,001 ° C во всем диапазоне температур. SPRT подходят только для лабораторного использования.

Еще одна классификация лабораторных PRT – это вторичные стандартные платиновые термометры сопротивления (SPRT). Они построены как SPRT, но материалы более выгодны. В SPRT обычно используются платиновая проволока, металлические оболочки и керамические изоляторы более высокого качества с более низкой чистотой. Внутренние проводники обычно изготовлены из сплава на основе никеля. Вторичные SPRT более ограничены в диапазоне температур (от -200 до 500 ° C) и имеют приблизительную точность ± 0,03 ° C для диапазона температур.

Промышленные PRT разработаны, чтобы противостоять промышленной среде. Они могут быть почти такими же долговечными, как термопара. В зависимости от применения, промышленные PRT могут использовать тонкопленочные или намотанные элементы. Внутренние соединительные провода могут варьироваться от скрученной никелированной меди с изоляцией из ПТФЭ до серебряной проволоки, в зависимости от размера датчика и области применения. Материал оболочки – обычно нержавеющая сталь. Другие материалы используются для специализированных применений.

Вам нужна информация о датчиках Pt100 и Pt1000? Перейти прямо на специальную страницу!

Датчик температуры Pt100 – полезные сведения

Датчики температуры Pt100 – очень распространенные датчики в обрабатывающей промышленности. В этом сообщении блога обсуждается много полезных и практических вещей, которые нужно знать о датчиках Pt100. Здесь есть информация о датчиках RTD и PRT, различных механических конструкциях Pt100, соотношении температуры и сопротивления, температурных коэффициентах, классах точности и многом другом.

Некоторое время назад я писал о термопарах, поэтому я подумал, что пора написать о датчиках температуры RTD, особенно о датчике Pt100, который является очень распространенным датчиком температуры в обрабатывающей промышленности.Этот блог оказался довольно длинным, поскольку в нем есть много полезной информации о датчиках Pt100. Я надеюсь, что он вам понравится и вы чему-то научитесь. Так что давай займемся этим!
Оглавление
Поскольку этот пост стал довольно длинным, вот содержание, которое поможет вам увидеть, что включено:
Для терминологии : и «датчик» и «зонд» слов обычно используются, в этой статье я в основном использую «сенсор».
Также люди пишут «Pt100» и «Pt-100», я буду в основном использовать формат Pt100. (Да, я знаю, что IEC / DIN 60751 использует формат Pt-100, но я так привык к формату Pt100).
Просто дайте мне эту статью в формате pdf! Щелкните ссылку ниже, чтобы загрузить pdf:
Вернуться к началу ⇑
Датчики RTD
Поскольку Pt100 является датчиком RTD, давайте сначала посмотрим, что такое датчик RTD.
Аббревиатура RTD происходит от « Resistance Temperature Detector». ”Это датчик температуры, в котором сопротивление зависит от температуры; при изменении температуры изменяется сопротивление датчика. Таким образом, измеряя сопротивление датчика, можно использовать датчик RTD для измерения температуры.
Датчики RTD чаще всего изготавливаются из сплавов платины, меди, никеля или различных оксидов металлов.
Вернуться к началу ⇑
Датчики PRT
Платина является наиболее распространенным материалом для датчиков RTD.Платина имеет надежную, повторяемую и линейную зависимость термостойкости. Датчики RTD, изготовленные из платины, называются PRT , «Платиновый термометр сопротивления ». ”Наиболее распространенным платиновым датчиком PRT, используемым в обрабатывающей промышленности, является датчик Pt100 . Число «100» в названии означает, что он имеет сопротивление 100 Ом при температуре 0 ° C (32 ° F). Подробнее об этом позже.
В начало ⇑
PRT против термопары
В предыдущем сообщении в блоге мы обсуждали термопары.Термопары также используются в качестве датчиков температуры во многих промышленных приложениях. Итак, в чем разница между термопарой и датчиком PRT? Вот краткое сравнение термопар и датчиков PRT:
Термопары :
Можно использовать для измерения гораздо более высоких температур
Очень надежный
Недорогой
Автономный, не требует внешнего возбуждения
Не очень точный
Требуется компенсация холодного спая
Удлинительные провода должны быть из материала, подходящего для данного типа термопары, и следует обращать внимание на однородность температуры на всех стыках в измерительной цепи
Неоднородности в проводах могут вызвать непредвиденные ошибки
ПТС :
Более точны, линейны и стабильны, чем термопары
Не требует компенсации холодного спая, как это делают термопары
Удлинительные провода могут быть медными
Дороже, чем термопары
Нужны известный отлично ток нагрузки подходит для типа датчика
Более хрупкий
Вкратце, можно сказать, что термопары более подходят для высокотемпературных приложений и PRT для приложений, требующих большей точности .
Дополнительную информацию о термопарах и компенсации холодного спая можно найти в этом более раннем сообщении в блоге:
Компенсация холодного (эталонного) спая термопары
В начало ⇑
Измерение датчика RTD / PRT
Поскольку сопротивление датчика RTD изменяется при изменении температуры, совершенно очевидно, что при измерении датчика RTD вам необходимо измерить сопротивление. Вы можете измерить сопротивление в Ом, а затем преобразовать его вручную в измерение температуры в соответствии с таблицей преобразования (или формулой) используемого типа RTD.
В настоящее время чаще всего используется устройство для измерения температуры или калибратор, который автоматически преобразует измеренное сопротивление в показания температуры, когда в устройстве выбран правильный тип RTD (при условии, что он поддерживает используемый тип RTD). Конечно, если в устройстве будет выбран неправильный тип датчика RTD, это приведет к неверным результатам измерения температуры.
Есть разные способы измерения сопротивления. Вы можете использовать 2, 3 или 4-проводное соединение .Двухпроводное соединение подходит только для измерения с очень низкой точностью (в основном для поиска неисправностей), потому что любое сопротивление провода или сопротивление соединения приведет к ошибке измерения. Любое обычное измерение процесса должно выполняться с использованием 3-х или 4-х проводных измерений.
Например, стандарт IEC 60751 определяет, что любой датчик с точностью выше класса B должен измеряться с помощью 3- или 4-проводного измерения. Подробнее о классах точности позже в этой статье.
Просто не забудьте использовать 3-х или 4-х проводное измерение, и все готово.
Конечно, для некоторых высокоомных термисторов, датчиков Pt1000 или других датчиков с высоким импедансом дополнительная ошибка, вызванная 2-проводным измерением, может быть не слишком значительной.
Дополнительную информацию об измерении сопротивления 2, 3 и 4 проводов можно найти по ссылке ниже в блоге:
Измерение сопротивления; 2-х, 3-х или 4-х проводное соединение – как оно работает и что использовать?

Измерительный ток
Как более подробно объяснено в указанной выше публикации блога, когда устройство измеряет сопротивление, оно посылает небольшой точный ток через резистор, а затем измеряет падение напряжения генерируется над ним.Затем можно рассчитать сопротивление, разделив падение напряжения на ток в соответствии с законом Ома (R = U / I).
Если вас интересует более подробная информация о законе Ома, ознакомьтесь с этим сообщением в блоге:
Закон Ома – что это такое и что о нем должны знать технические специалисты
Самонагревание
Когда измерительный ток проходит через датчик RTD, это также вызывает небольшой нагрев датчика RTD.Это явление называется самонагреванием . Чем выше ток измерения и чем дольше он включен, тем сильнее нагревается датчик. Кроме того, на самонагревание сильно влияет структура датчика и его тепловое сопротивление окружающей среде. Совершенно очевидно, что такой вид самонагрева датчика температуры вызовет небольшую погрешность измерения.
Максимальный измерительный ток обычно составляет 1 мА при измерении датчика Pt100, но может быть и 100 мкА или даже ниже.В соответствии со стандартами (такими как IEC 60751) самонагрев не должен превышать 25% допуска датчика.
Вернуться к началу ⇑
Различные механические конструкции датчиков PRT
Датчики PRT, как правило, очень хрупкие инструменты, и, к сожалению, точность почти без исключения обратно пропорциональна механической прочности . Чтобы быть точным термометром, платиновая проволока внутри элемента должна иметь возможность сжиматься и расширяться при изменении температуры как можно более свободно, чтобы избежать деформации и деформации.Недостатком является то, что такой датчик очень чувствителен к механическим ударам и вибрации.
Стандартный платиновый термометр сопротивления
(SPRT)
Более точные датчики стандартного платинового термометра сопротивления (SPRT) представляют собой инструменты для реализации температурной шкалы ITS-90 между фиксированными точками. Они сделаны из очень чистой (α = 3,926 x 10 ^-3 ° C ^-1) платины, а опора для проволоки сконструирована таким образом, чтобы обеспечить максимально возможное отсутствие деформации проволоки.«Руководство по реализации ITS-90», опубликованное BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), определяет критерии, которым должен соответствовать датчик SPRT. Другие датчики не являются и не должны называться SPRT. Существуют датчики в стеклянной, кварцевой и металлической оболочке для различных применений. SPRT чрезвычайно чувствительны к любому виду ускорения, например к минимальным ударам и вибрации, что ограничивает их использование в лабораториях для проведения измерений с высочайшей точностью.

PRT с частичной опорой
PRT с частичной опорой – это компромисс между характеристиками термометра и механической надежностью.Наиболее точные из них часто называют датчиками Secondary Standard или Secondary Reference . Эти датчики могут принимать некоторые конструкции из SPRT, и класс провода может быть таким же или очень близким. Благодаря некоторой проволочной опоре они менее хрупкие, чем SPRT. При осторожном обращении их можно использовать даже в полевых условиях, при этом обеспечивая превосходную стабильность и низкий гистерезис.
Промышленные платиновые термометры сопротивления, IPRT
При увеличении опоры для проволоки увеличивается механическая прочность, но вместе с тем увеличивается и напряжение, связанное с дрейфом и проблемами гистерезиса.Эти датчики называются промышленными платиновыми термометрами сопротивления , IPRT . Полностью поддерживаемые IPRT имеют еще большую поддержку проводов и механически очень надежны. Проволока полностью залита керамикой или стеклом, что делает ее очень невосприимчивой к вибрации и механическим ударам. Недостатком является гораздо более низкая долговременная стабильность и большой гистерезис, поскольку чувствительная платина связана с подложкой, которая имеет разные характеристики теплового расширения.
Пленка
Пленка PRT за последние годы претерпели значительные изменения, и теперь доступны лучшие.Они бывают разных форм для разных приложений. Платиновая фольга напыляется на выбранную подложку, сопротивление элемента часто подгоняется лазером до желаемого значения сопротивления и, в конечном итоге, герметизируется для защиты. В отличие от проволочных элементов, тонкопленочные элементы гораздо удобнее автоматизировать производственный процесс, что часто делает их дешевле, чем проволочные элементы. Преимущества и недостатки обычно те же, что и у полностью опертых проволочных элементов, за исключением того, что пленочные элементы часто имеют очень низкую постоянную времени, что означает, что они очень быстро реагируют на изменения температуры.Как упоминалось ранее, некоторые производители разработали методы, которые лучше сочетают в себе производительность и надежность.
Вернуться к началу ⇑
Другие датчики RTD
Другие платиновые датчики
Хотя Pt100 является наиболее распространенным платиновым датчиком RTD / PRT, существует несколько других, таких как Pt25, Pt50, Pt200, Pt500 и Pt1000. Основное различие между этими датчиками довольно легко догадаться, это сопротивление при 0 ° C, которое упоминается в названии датчика.Например, датчик Pt1000 имеет сопротивление 1000 Ом при 0 ° C. Температурный коэффициент также важен, поскольку он влияет на сопротивление при других температурах. Если это Pt1000 (385), это означает, что он имеет температурный коэффициент 0,00385 ° C.
Другие датчики RTD
Хотя платиновые датчики являются наиболее распространенными датчиками RTD, существуют также датчики, изготовленные из других материалов, включая никель, никель-железо и медные датчики. Обычные никелевые датчики включают Ni100 и Ni120, никель-железный датчик Ni-Fe 604 Ом и медный датчик Cu10.Каждый из этих материалов имеет свои преимущества в определенных областях применения. Их общие недостатки – довольно узкие температурные диапазоны и подверженность коррозии по сравнению с платиной из благородных металлов.
Датчики RTD также могут быть изготовлены из других материалов, таких как золото, серебро, вольфрам, родий-железо или германий. Они превосходны в некоторых приложениях, но очень редко встречаются в обычных промышленных операциях.
Поскольку сопротивление датчика RTD зависит от температуры, мы также можем включить в эту категорию все стандартные датчики PTC (положительный температурный коэффициент) и NTC (отрицательный температурный коэффициент).Примерами являются термисторы и полупроводники, которые используются для измерения температуры. Типы NTC особенно часто используются для измерения температуры.
Слишком длинная статья? Хотите скачать эту статью в формате pdf, чтобы прочитать ее, когда у вас будет больше времени? Щелкните изображение ниже, чтобы загрузить pdf:
Вернуться к началу ⇑
Датчики Pt100
Температурный коэффициент
Самым распространенным датчиком RTD в обрабатывающей промышленности является датчик Pt100, сопротивление которого составляет 100 Ом при 0 ° C (32 ° F).
При том же логическом соглашении о присвоении имен датчик Pt200 имеет сопротивление 200 Ом, а Pt1000 – 1000 Ом при 0 ° C (32 ° F).
Сопротивление датчика Pt100 (и других датчиков Pt) при более высоких температурах зависит от версии датчика Pt100, поскольку существует несколько различных версий датчика Pt100, которые имеют немного разные температурные коэффициенты. В мировом масштабе наиболее распространена версия «385». Если коэффициент не указан, обычно это 385.
Температурный коэффициент (обозначенный греческим символом Alpha => α) датчика Pt100 указывается как разница сопротивлений при 100 ° C и 0 ° C, разделенная на сопротивление при 0 ° C, умноженное на 100 ° C.
Формула довольно проста, но в написании она звучит немного сложно, поэтому давайте рассмотрим ее как формулу:
Где:
α = температурный коэффициент
R100 = сопротивление при 100 ° C
R0 = сопротивление при 0 ° C
Давайте посмотрим на пример, чтобы убедиться в этом:
Pt100 имеет сопротивление 100,00 Ом при 0 ° C и 138,51 Ом при 100 ° C. . Температурный коэффициент можно рассчитать следующим образом:
Получаем результат 0.003851 / ° С.
Или, как это часто пишут: 3,851 x 10 ^-3 ° C ^-1
Часто его называют датчиком Pt100 «385».
Это также температурный коэффициент, указанный в стандарте IEC 60751: 2008.
Температурный коэффициент чувствительного элемента в основном зависит от чистоты платины, используемой для изготовления проволоки. Чем чище платина, тем выше значение альфа. В настоящее время получить очень чистый платиновый материал не проблема.Для того чтобы производимые датчики соответствовали кривой температуры / сопротивления IEC 60751, чистая платина должна быть легирована подходящими примесями, чтобы снизить значение альфа до 3,851 x 10 ^-3 ° C ^-1.
Значение альфа снижается с тех времен, когда точка плавления (≈0 ° C) и точка кипения (≈100 ° C) воды использовались в качестве контрольных температурных точек, но все еще используется для определения сорта платины. провод. Поскольку точка кипения воды на самом деле является лучшим высотомером, чем эталонная температура, другим способом определения чистоты проволоки является отношение сопротивлений в точке галлия (29.7646 ° C), что является фиксированной точкой на шкале температур ITS-90. Этот коэффициент сопротивления обозначается строчной греческой буквой ρ (ро).
Типичное значение ρ для датчика «385» составляет 1,115817, а для SPRT – 1,11814. На практике старая добрая альфа во многих случаях оказывается наиболее удобной, но можно также объявить о rho.
Зависимость сопротивления Pt100 (385) от температуры
На графике ниже вы можете увидеть, как сопротивление датчика Pt100 (385) зависит от температуры:
При взгляде на из них вы можете видеть, что зависимость сопротивления от температуры датчика Pt100 не является абсолютно линейной, но зависимость несколько «изогнута».”
В таблице ниже показаны числовые значения температуры Pt100 (385) в зависимости от сопротивления в нескольких точках:
Другие датчики Pt100 с другими температурными коэффициентами
Большинство датчиков были стандартизированы, но во всем мире действуют разные стандарты. То же самое и с датчиками Pt100. Со временем было определено несколько различных стандартов. В большинстве случаев разница в температурном коэффициенте сравнительно небольшая.
В качестве практического примера, стандарты, которые мы внедрили в калибраторы температуры Beamex, взяты из следующих стандартов:
IEC 60751
DIN 43760
ASTM E 1137
JIS C1604-1989 alpha 3916, JIS C 1604 -1997
SAMA RC21-4-1966
GOCT 6651-84, ГОСТ 6651-94
Minco Таблица 16-9
Кривая Эдисона № 7
Убедитесь, что ваше измерительное устройство поддерживает датчик Pt100
Стандартные зонды Pt100 хороши тем, что каждый датчик должен соответствовать спецификациям, и вы можете просто подключить его к своему измерительному устройству (или калибратору), и он будет измерять собственную температуру так же точно, как и спецификации (сенсор + измерительное устройство). определять.Кроме того, используемые в процессе датчики должны быть взаимозаменяемыми без калибровки, по крайней мере, для менее важных измерений. Тем не менее, рекомендуется проверять датчик при известной температуре перед использованием.
В любом случае, поскольку разные стандарты имеют немного разные спецификации для датчика Pt100, важно, чтобы устройство, которое вы используете для измерения вашего датчика Pt100, поддерживало правильный датчик (температурный коэффициент). Например, если ваше измерительное устройство поддерживает только Alpha 385 и вы используете датчик с Alpha 391, в измерениях будет некоторая ошибка.Эта ошибка значительна? В этом случае (385 против 391) ошибка будет примерно 1,5 ° C при 100 ° C. Так что я считаю это важным. Конечно, чем меньше разница температурных коэффициентов, тем меньше будет ошибка.
Итак, убедитесь, что ваше измерительное устройство RTD поддерживает используемый вами датчик Pt100. Чаще всего, если у Pt100 нет индикации температурного коэффициента, это датчик 385.
В качестве практического примера калибратор и коммуникатор Beamex MC6 поддерживает следующие датчики Pt100 (температурный коэффициент в скобках) на основе различных стандартов:
Pt100 (375)
Pt100 (385)
Pt100 (389)
Pt100 (391)
Pt100 (3926)
Pt100 (3923)
Наверх ⇑
Классы точности (допуска) Pt100
Датчики Pt100 доступны с различными классами точности.Наиболее распространенными классами точности являются AA, A, B и C , которые определены в стандарте IEC 60751. Стандарты определяют своего рода идеальный датчик Pt100, к которому должны стремиться производители. Если бы можно было построить идеальный датчик, классы допуска не имели бы значения.
Поскольку датчики Pt100 не могут быть отрегулированы для компенсации ошибок, вам следует купить датчик с подходящей точностью для конкретного применения. В некоторых измерительных приборах погрешности датчика можно исправить с помощью определенных коэффициентов, но об этом позже.
Точность различных классов точности (согласно IEC 60751: 2008):
Существуют также так называемые классы точности 1/3 DIN и 1/10 DIN Pt100 для разговорной речи. Они были стандартизированными классами, например, в стандарте DIN 43760: 1980-10, который был отменен в 1987 году, но не определены в более позднем стандарте IEC 60751 или его немецком родственнике DIN EN 60751. Допуски этих датчиков основаны на точности. датчик класса B, но исправленная часть ошибки (0.3 ° C) делится на заданное число (3 или 10). Тем не менее, эти термины – это устоявшаяся фраза, когда мы говорим о Pt100, и мы также будем свободно использовать их здесь. Классы точности этих датчиков следующие:
И, конечно же, производитель датчиков может производить датчики со своими собственными пользовательскими классами точности. Раздел 5.1.4 стандарта IEC 60751 определяет, как должны быть выражены эти специальные классы допусков.
Формулы могут быть трудными для сравнения, в приведенной ниже таблице классы точности рассчитаны при температуре (° C):
Примечательно то, что даже если «1/10 DIN» звучит привлекательно с низким значением 0.Допуск на 03 ° C при 0 ° C, что на самом деле лучше, чем у класса A, только в узком диапазоне -40… + 40 ° C.
На приведенном ниже графике показана разница между этими классами точности:
Наверх ⇑
Коэффициенты
Классы точности обычно используются в промышленных датчиках RTD, но в большинстве случаев точные эталонные датчики PRT (SPRT, вторичные эталоны…), эти классы точности больше не действительны.Эти датчики были сделаны настолько хорошими, насколько это возможно, для этой цели, а не для соответствия какой-либо стандартизированной кривой. Это очень точные датчики с очень хорошей долговременной стабильностью и очень низким гистерезисом, но эти датчики индивидуальны, поэтому у каждого датчика есть несколько разное соотношение температуры / сопротивления. Эти датчики не следует использовать без использования индивидуальных коэффициентов для каждого датчика. Вы даже можете найти общие коэффициенты CvD для SPRT, но это испортит производительность, за которую вы заплатили.Если вы просто подключите вторичный датчик PRT на 100 Ом, такой как Beamex RPRT, к устройству, измеряющему стандартный датчик Pt100, вы можете получить результат, который будет на несколько градусов или, возможно, даже на десять градусов неверен. В некоторых случаях это не обязательно имеет значение, но в других случаях это может быть разница между лекарством и токсином.
Таким образом, эти датчики всегда должны использоваться с правильными коэффициентами.
Как упоминалось ранее, датчики RTD не могут быть «настроены» для правильного измерения.Таким образом, необходимо внести поправку в устройство (например, калибратор температуры), которое используется для измерения датчика RTD.
Для определения коэффициентов датчик необходимо сначала очень точно откалибровать. Затем, исходя из результатов калибровки, коэффициенты для желаемого уравнения могут быть адаптированы для представления зависимости характеристического сопротивления датчика от температуры. Использование коэффициентов исправит измерение датчика и сделает его очень точным.Существует несколько различных уравнений и коэффициентов для расчета сопротивления датчика температуре. Это, вероятно, самые распространенные:
Callendar-van Dusen
В конце 19 ^{-х годов} века Каллендар ввел простое квадратное уравнение, которое описывает поведение платины в зависимости от температуры и сопротивления. Позже ван Дузен выяснил, что нужен дополнительный коэффициент ниже нуля. Оно известно как уравнение Каллендара-ван Дюзена, CvD.Для датчиков alpha 385 он часто примерно такой же, как ITS-90, особенно когда диапазон температур не очень широк. Если в вашем сертификате указаны коэффициенты R ₀, A, B, C, они являются коэффициентами для уравнения CvD стандартной формы IEC 60751. Коэффициент C используется только при температуре ниже 0 ° C, поэтому он может отсутствовать, если датчик не был откалиброван ниже 0 ° C. Коэффициенты также могут быть R ₀, α, δ и β. Они соответствуют исторически используемой форме уравнения CvD, которая используется до сих пор. Несмотря на то, что уравнение по сути является одним и тем же, их письменная форма и коэффициенты различаются.
ITS-90
ITS-90 – это температурная шкала, а не стандарт. Уравнение Каллендара-ван Дюзена было основой предыдущих шкал 1927, 1948 и 1968 годов, но ITS-90 принес значительно иную математику. Функции ITS-90 должны использоваться при реализации температурной шкалы с использованием SRPT, но также многие PRT с более низким альфа выигрывают от этого по сравнению с CvD, особенно при широком диапазоне температур (сотни градусов). Если в вашем сертификате указаны такие коэффициенты, как RTPW или R (0,01), a4, b4, a7, b7, c7, они являются коэффициентами для функций отклонения ITS-90.В документе ITS-90 не указываются числовые обозначения для коэффициентов или поддиапазонов. Они представлены в Техническом примечании 1265 NIST «Рекомендации по реализации международной температурной шкалы 1990 г.» и широко используются для использования. Количество коэффициентов может меняться, поддиапазоны пронумерованы от 1 до 11.
RTPW, R (0,01 ° C) или R (273,16 K) – сопротивление датчика в тройной точке воды 0,01 ° C
a4 и b4 – коэффициенты ниже нуля, также может быть _bz и b _bz, что означает «ниже нуля», или просто a и b
a7, b7, c7 являются коэффициентами выше нуля, также могут быть _az, b _az и c _az, что означает «выше» ноль »или a, b и c
Steinhart-Hart
Если ваш датчик является термистором, в сертификате могут быть коэффициенты для уравнения Стейнхарта-Харта.Термисторы очень нелинейны, а уравнение логарифмическое. Уравнение Стейнхарта-Харта широко заменило более раннее бета-уравнение. Обычно это коэффициенты A, B и C, но также может быть коэффициент D или другие, в зависимости от варианта уравнения. Коэффициенты обычно публикуются производителями, но они также могут быть установлены.
Определение коэффициентов датчика
Когда датчик Pt100 отправляется в лабораторию для калибровки и настройки, точки калибровки должны быть выбраны правильно.Всегда требуется точка 0 ° C или 0,01 ° C. Само значение необходимо для подгонки, но обычно точка обледенения (0 ° C) или тройная точка водяной ячейки (0,01 ° C) также используется для контроля стабильности датчика и измеряется несколько раз во время калибровки. Минимальное количество точек калибровки совпадает с количеством коэффициентов, которые должны быть установлены. Например, для подгонки коэффициентов a4 и b4 ITS-90 ниже нуля необходимы по крайней мере две известные отрицательные калибровочные точки для решения двух неизвестных коэффициентов.Если поведение датчика хорошо известно лаборатории, в этом случае может быть достаточно двух точек. Тем не менее рекомендуется измерять больше точек, чем абсолютно необходимо, потому что сертификат не может определить, как датчик ведет себя между точками калибровки. Например, фитинг CvD для широкого диапазона температур может выглядеть довольно хорошо, если у вас есть только две или три точки калибровки выше нуля, но может существовать систематическая остаточная ошибка в несколько сотых долей градуса между точками калибровки, которую вы не увидите в все.Это также объясняет, почему вы можете обнаружить разные погрешности калибровки для фитингов CvD и ITS-90 для одного и того же датчика и точно таких же точек калибровки. Погрешности измеренных точек ничем не отличаются, но к общей погрешности обычно добавляются остаточные ошибки различных фитингов.
Загрузите бесплатный информационный документ
Загрузите бесплатный информационный документ по датчикам температуры Pt100, щелкнув изображение ниже:
Наверх ⇑
Другие сообщения в блоге, связанные с температурой
Если вы заинтересованы в калибровка температуры и температуры, вы можете также заинтересовать другие сообщения в блоге:
Наверх ⇑
Приборы для калибровки температуры Beamex
Пожалуйста, ознакомьтесь с новым калибратором температуры Beamex MC6-T.Идеальный инструмент, например, для калибровки датчика Pt100 и многого другого. Щелкните изображение ниже, чтобы узнать больше:
Пожалуйста, проверьте, какие другие продукты для калибровки температуры предлагает Beamex, нажав кнопку ниже:
И, наконец, спасибо, Тони!
И, наконец, особая благодарность г-ну Тони Алатало , который является руководителем нашей аккредитованной лаборатории калибровки температуры на заводе Beamex. Тони предоставил большую помощь и подробную информацию для этого сообщения в блоге.
И наконец, подписывайтесь!
Если вам нравятся эти статьи, пожалуйста, подпишитесь на на этот блог, указав свой адрес электронной почты в поле «Подписаться» в правом верхнем углу. Вы будете уведомлены по электронной почте, когда появятся новые статьи.
Знакомство с датчиками температуры Pt100 RTD
Что такое датчики температуры RTD?
RTD – или датчики температуры сопротивления – это датчики температуры, которые содержат резистор, который изменяет значение сопротивления при изменении его температуры.Самый популярный RTD – Pt100. Они используются в течение многих лет для измерения температуры в лабораторных и промышленных процессах и заслужили репутацию благодаря точности, воспроизводимости и стабильности.
Большинство элементов RTD состоят из отрезка тонкой спиральной проволоки, намотанной на керамический или стеклянный сердечник. Элемент обычно довольно хрупкий, поэтому для защиты его часто помещают внутрь зонда в оболочке. Элемент RTD изготовлен из чистого материала, стойкость которого при различных температурах подтверждена документально.Материал имеет предсказуемое изменение сопротивления при изменении температуры; именно это предсказуемое изменение используется для определения температуры.
Pt100 – один из самых точных датчиков температуры. Он не только обеспечивает хорошую точность, но также обеспечивает отличную стабильность и повторяемость. Большинство pt100 стандарта OMEGA соответствуют DIN-IEC Class B. Pt100 также относительно невосприимчивы к электрическим помехам и поэтому хорошо подходят для измерения температуры в промышленных средах, особенно вокруг двигателей, генераторов и другого высоковольтного оборудования.
Стандарты RTD
Существует два стандарта для RTD Pt100: европейский стандарт, также известный как стандарт DIN или IEC (таблица зависимости температуры RTD от сопротивления) и американский стандарт (таблица зависимости температуры RTD от сопротивления). Европейский стандарт считается всемирным стандартом для платиновых термометров сопротивления. Этот стандарт, DIN / IEC 60751 (или просто IEC751), требует, чтобы RTD имел электрическое сопротивление 100,00 Ом при 0 ° C и температурный коэффициент сопротивления (TCR) 0.00385 O / O / ° C от 0 до 100 ° C.
В стандарте DIN / IEC751 указаны два допуска сопротивления:
Класс A = ± (0,15 + 0,002 * t) ° C или 100,00 ± 0,06 O при 0 ° C
Класс B = ± (0,3 + 0,005 * t) ° C или 100,00 ± 0,12 O при 0 ° C
В промышленности используются два допуска сопротивления:
1/3 DIN = ± 1/3 * (0,3 + 0,005 * t) ° C или 100,00 ± 0,10 O при 0 ° C
1/10 DIN = ± 1/10 * (0,3 + 0,005 * t) ° C или 100,00 ± 0,03 O при 0 ° C
Подробнее об этой формуле можно узнать здесь. Чем больше допуск элемента, тем больше датчик будет отклоняться от обобщенной кривой и тем больше будет отклонений от датчика к датчику (взаимозаменяемость).
Какие типы RTD доступны?
Доступные сегодня резистивные датчики температуры (RTD) обычно можно разделить на один из двух основных типов RTD, в зависимости от того, как сконструирован их термочувствительный элемент. Один тип RTD содержит тонкопленочные элементы, а другой тип RTD содержит элементы с проволочной обмоткой. Каждый тип лучше всего подходит для использования в определенных средах и приложениях. Изобретение термометра сопротивления стало возможным благодаря открытию того факта, что проводимость металлов предсказуемо снижается с повышением их температуры.Первый в мире термометр сопротивления был собран из изолированного медного провода, батареи и гальванометра в 1860 году. Однако его изобретатель К.В. Сименс вскоре обнаружил, что платиновый элемент дает более точные показания в гораздо более широком диапазоне температур. Платина остается наиболее часто используемым материалом для измерения температуры с помощью чувствительных элементов RTD.
Узнать больше
продуктов OMEGA, используемых в этом приложении
Разница между 2, 3 и 4 проводами
Потому что каждый элемент Pt100 в цепи, содержащей чувствительный элемент, включая подводящие провода, соединители и сам измерительный прибор, будет вносить в схему дополнительное сопротивление.
От того, как сконфигурирована схема, зависит, насколько точно можно рассчитать сопротивление датчика и насколько показания температуры могут быть искажены из-за постороннего сопротивления в цепи. Поскольку подводящий провод, используемый между резистивным элементом и измерительным прибором, сам имеет сопротивление, мы также должны предоставить средства компенсации этой неточности.
Существует три типа конфигураций проводов: 2-проводная, 3-проводная и 4-проводная, которые обычно используются в цепях датчиков RTD.Также возможна двухпроводная конфигурация с компенсационным контуром.
Узнать больше
Pt100 против Pt1000
RTD PT100, который является наиболее часто используемым датчиком RTD, изготовлен из платины (PT), и его значение сопротивления при 0 ° C составляет 100 Ом. Напротив, датчик PT1000, также сделанный из платины, имеет значение сопротивления 1000 O при 0 ° C.
RTD Pt100 и Pt1000 доступны с одинаковым диапазоном допусков, и оба могут иметь одинаковые температурные коэффициенты, в зависимости от чистоты платины, используемой в датчике.При сравнении Pt100 и Pt1000 с точки зрения сопротивления имейте в виду, что значения сопротивления для Pt1000 будут в десять раз выше, чем показания значений сопротивления для Pt100 при той же температуре. Для большинства приложений Pt100 и Pt1000 могут использоваться взаимозаменяемо в зависимости от используемого инструмента. В некоторых случаях Pt1000 будет работать лучше и точнее.
Узнать больше
История происхождения RTD
В том же году, когда Зеебек сделал свое открытие термоэлектричества, сэр Хамфри Дэви объявил, что удельное сопротивление металлов имеет заметную температурную зависимость.Пятьдесят лет спустя сэр Уильям Сименс предложил использовать платину в качестве элемента термометра сопротивления. Его выбор оказался наиболее удачным, поскольку платина до сих пор используется в качестве основного элемента во всех высокоточных термометрах сопротивления. Фактически, датчик температуры платинового сопротивления, или RTD Pt100, сегодня используется в качестве эталона интерполяции от точки кислорода (-182,96 ° C) до точки сурьмы (630,74 ° C).
Platinum особенно подходит для этой цели, так как она может выдерживать высокие температуры, сохраняя при этом отличную стабильность.Как благородный металл, он показывает ограниченную подверженность загрязнению.
Конструкция классического резистивного датчика температуры (RTD) с использованием платины была предложена C.H. Мейерс в 1932 году. Он намотал спиральную катушку из платины на перекрещенную слюдяную сетку и установил сборку внутри стеклянной трубки. Эта конструкция минимизировала нагрузку на провод при максимальном сопротивлении.
Meyers RTD Construction Хотя эта конструкция обеспечивает очень стабильный элемент, тепловой контакт между платиной и измеряемой точкой довольно плохой.Это приводит к медленному тепловому отклику. Хрупкость конструкции ограничивает ее использование сегодня, прежде всего, в качестве лабораторного стандарта.
Изменения сопротивления, вызванные деформацией, с течением времени и температуры, таким образом, сводятся к минимуму, и клетка для птиц становится окончательным лабораторным стандартом. Из-за неподдерживаемой конструкции и последующей подверженности вибрации эта конфигурация все еще слишком хрупка для промышленных сред.
Более прочная конструкция – это бифилярная намотка на стеклянную или керамическую шпульку.Бифилярная обмотка уменьшает эффективную закрытую площадь катушки, чтобы минимизировать магнитные наводки и связанные с ними помехи. Как только проволока наматывается на бобину, узел герметизируется покрытием из расплавленного стекла. Процесс герметизации гарантирует, что RTD сохранит свою целостность при экстремальной вибрации, но также ограничивает расширение металлической платины при высоких температурах. Если коэффициенты расширения платины и бобины не совпадают идеально, при изменении температуры на проволоку будет оказываться напряжение, что приведет к изменению сопротивления, вызванного деформацией.Это может привести к необратимому изменению сопротивления провода.
Существуют частично поддерживаемые версии RTD, которые предлагают компромисс между подходом к птичьей клетке и герметичной спиралью. Один из таких подходов использует платиновую спираль, продетую через керамический цилиндр и прикрепленную через стеклянную фритту. Эти устройства сохранят отличную стабильность в умеренно жестких вибрационных приложениях.
RTD против термопар
RTD против термопары или термистора У каждого типа датчика температуры есть определенный набор условий, для которых он лучше всего подходит.У RTD есть несколько преимуществ:
Широкий диапазон температур (приблизительно от -200 до 850 ° C) / li>
Хорошая точность (лучше, чем у термопар) / li>
Хорошая взаимозаменяемость / li>
Долгосрочная стабильность
В диапазоне температур до 850 ° C термометры сопротивления могут использоваться во всех промышленных процессах, кроме самых высокотемпературных. Изготовленные с использованием металлов, таких как платина, они очень стабильны и не подвержены коррозии или окислению. Другие материалы, такие как никель, медь и никель-железный сплав, также используются для RTD.Однако эти материалы обычно не используются, поскольку они обладают более низкими температурами и не так стабильны или воспроизводимы, как платина.
Узнать больше
RTD против термисторов
И термисторы, и резистивные датчики температуры (RTD) представляют собой типы резисторов, значения сопротивления которых предсказуемо изменяются при изменении их температуры. Большинство RTD состоят из элемента, изготовленного из чистого металла (чаще всего используется платина) и защищенного внутри зонда или оболочки или встроенного в керамическую подложку.
Термисторы состоят из композиционных материалов, обычно оксидов металлов, таких как марганец, никель или медь, а также связующих веществ и стабилизаторов.
В последние годы термисторы становятся все более популярными благодаря усовершенствованию счетчиков и контроллеров. Современные измерители достаточно гибкие, чтобы позволить пользователям устанавливать широкий спектр термисторов и легко менять зонды.
Узнать больше
Статьи по теме
Что такое датчик RTD или элемент Pt100?
RTD расшифровывается как резистивный датчик температуры.Это форма измерения температуры с помощью сопротивления. RTD содержит (платиновый) резистор, значение сопротивления которого изменяется при изменении температуры. После расчета сопротивления можно было определить температуру.
По своей сути, RTD используют определенный тип металла (в большинстве случаев используются платина, но также используются никель и медь), который, в зависимости от сопротивления, измеренного в этом металле, может определять температуру. Фактическое измерение происходит на элементе. RTD работает на основе корреляции между температурой металла и сопротивлением.
Когда температура металла увеличивается, сопротивление металла потоку электричества также увеличивается. Это происходит потому, что когда атомы и молекулы металла начинают двигаться, свободным электронам становится труднее перемещаться через материал без столкновения. Таким образом, исходя из сопротивления, которое измеряется в металле определенного типа, можно определить его температуру.
Связь между сопротивлением и температурой относительно линейна, в результате чего датчики Pt100 имеют очень высокую точность для определенной заданной температуры.Диапазон температур от -200 до + 850 ° C в зависимости от датчика и класса.
Устройство RTD, используемое для измерения температуры, представляет собой датчик Pt100, также называемый RTD или тонкопленочным датчиком. Датчики Pt100 имеют сопротивление 100 Ом при 0 ° C. Платиновый датчик меняет значение сопротивления при изменении температуры.
Тип элементов RTD
Существует несколько типов элементов RTD. Наиболее распространены два из них – тонкопленочные платиновые элементы и платиновые элементы с проволочной намоткой.Эти элементы чаще всего используются нашими клиентами. Датчики RTD чаще всего содержат платину, сопротивление которой практически линейно зависит от температурного градиента.
Тонкопленочный элемент RTD создается путем размещения чувствительного слоя платины на керамической подложке, покрытой слоями пассивирующего стекла. Это защищает чувствительный элемент Pt от воздействия окружающей среды.
Элемент с обмоткой из керамической проволоки – это датчик, в котором платиновая проволока намотана на небольшую катушку, которая вставляется в отверстия трубки из оксида алюминия высокой чистоты.
Еще одним широко используемым датчиком RTD является датчик SMD. Этот датчик специально разработан для установки на печатные платы.
Тонкая пленка Намотка из керамической проволоки Платина SMD
Kamet предлагает три типа элементов Pt100: тонкопленочные, намотанные керамической проволокой и датчики SMD. Также используются датчики RTD Pt500 или Pt1000. Эти датчики RTD имеют значения сопротивления 500 и 1000 Ом соответственно при 0 ° C.
Узнать больше о преимуществах и ограничениях RTD?
датчиков PT100 (платиновые термометры сопротивления или датчики RTD)
Платиновые термометры сопротивления (PRT) обеспечивают превосходную точность в широком диапазоне температур (от –200 до +850 ° C).Стандартные датчики доступны от многих производителей с различными характеристиками точности и многочисленными вариантами упаковки, подходящими для большинства приложений. В отличие от термопар, нет необходимости использовать специальные кабели для подключения к датчику.
Датчики PT100
Принцип действия заключается в измерении сопротивления платинового элемента. Самый распространенный тип (PT100) имеет сопротивление 100 Ом при 0 ° C и 138,4 Ом при 100 ° C. Также существуют датчики PT1000 с сопротивлением 1000 Ом при 0 ° C.
Связь между температурой и сопротивлением приблизительно линейна в небольшом диапазоне температур: например, если вы предположите, что она линейна в диапазоне от 0 до 100 ° C, ошибка при 50 ° C составит 0,4 ° C. Для точного измерения необходимо линеаризовать сопротивление, чтобы получить точную температуру. Самым последним определением взаимосвязи между сопротивлением и температурой является Международный температурный стандарт 90 (ITS-90).
Уравнение линеаризации:
Rt = R0 * (1 + A * t + B * t2 + C * (t-100) * t3)
Где:
Rt – сопротивление при температуре t , R0 – сопротивление при 0 ° C, а
A = 3.9083 E – 3
B = –5,775 E – 7
C = –4,183 E – 12 (ниже 0 ° C) или
C = 0 (выше 0 ° C)
Для датчика PT100 изменение температуры на 1 ° C вызовет изменение сопротивления на 0,384 Ом, поэтому даже небольшая ошибка в измерении сопротивления (например, сопротивления проводов, ведущих к датчику) может вызвать большую ошибку. при измерении температуры. Для точной работы датчики имеют четыре провода: два для измерения тока и два для измерения напряжения на чувствительном элементе.Также возможно получить трехпроводные датчики, хотя они работают на (не обязательно действительном) предположении, что сопротивление каждого из трех проводов одинаково.
Датчики RTD
и Pt100 – часто задаваемые вопросы
Ответы на вопросы, помогающие объяснить работу датчиков RTD, а также плюсы и минусы датчиков с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) и датчиков с положительным температурным коэффициентом (PTC) на основе платины, таких как Pt100 и Pt1000. Измерительные датчики температуры (RTD), датчики RTD являются одними из наиболее часто используемых промышленных приборов для измерения температуры сегодня благодаря их универсальности, точности, воспроизводимости, простоте установки и относительно широкому диапазону измерения.Несмотря на все свои достоинства, РДТ дороже промышленных термометров или термопар, и их можно использовать только для измерения температуры примерно до 1000 ° F (538 ° C).
Как работает датчик RTD?
Функциональный блок в RTD – это чувствительный элемент, который использует изменение электрического сопротивления металлических проводов – обычно платины, меди или никеля – для определения изменений температуры. Электрическое сопротивление провода при определенной температуре уже известно, поэтому известное сопротивление можно использовать в качестве константы для сравнения с сопротивлением в данный момент для расчета изменений температуры в целевом объекте.Датчики RTD могут быть изготовлены в следующем виде:
Элементы RTD с проволочной обмоткой, изготовленные из металлической проволоки, намотанной на стеклянную или керамическую катушку, которая затем покрывается и герметизируется стеклом.
Элементы RTD с частично опертой обмоткой, образованные катушкой из проволоки, вставленной в открытое дно полого керамического изолятора.
Тонкопленочные элементы RTD , в которых тонкий слой платины или другого металлического стекла нанесен на керамическую подложку. Хотя тонкопленочные датчики более точны и служат дольше, они стоят больше, чем датчики других типов для термометров сопротивления.
Почему платина – самый популярный металл для датчиков RTD?
Платина (Pt) обладает рядом свойств, которые делают ее идеальной для использования в чувствительном элементе RTD или датчике RTD. Во-первых, он чрезвычайно химически инертен. Этот востребованный благородный металл имеет почти линейную зависимость между температурой и сопротивлением и достаточно значительный температурный коэффициент сопротивления, чтобы создавать измеримые изменения сопротивления при повышении и понижении температуры. Платина также позволяет датчикам выдавать стабильные показания температуры, поскольку электрическое сопротивление платины не ухудшается со временем.Единственный серьезный недостаток платины – ее высокая стоимость.
В чем разница между датчиками Pt100, Pt1000 и NTC?
Датчики на основе платины Pt100 и Pt1000 представляют собой датчики с положительным температурным коэффициентом (PTC), которые могут обеспечивать точные измерения температуры до 500 ° C. Эти два типа идентичны, за исключением того, что Pt100 обеспечивает сопротивление 100 Ом при 0 ° C, а Pt1000 обеспечивает сопротивление 1000 Ом при 0 ° C. Датчики с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) недороги и распространены во многих низкотемпературных приложениях, но могут использоваться только для температур до 150 ° C.Обратите внимание, что сопротивление датчиков NTC уменьшается при повышении температуры, в то время как сопротивление чувствительных элементов PTC увеличивается при повышении температуры. Датчики Pt100 и Pt1000 соответствуют международным стандартам (IEC 751 / DIN EN 60 751), а датчики на основе NTC – нет. Сопротивление выводов в линии питания в датчике RTD отрицательно влияет на точность измерения температуры. Pt1000 более эффективно компенсирует сопротивление проводов, чем Pt100, и может снизить влияние линии питания в 10 раз.
Как мне узнать, какой датчик RTD лучше всего подходит для моего применения?
Выбор идеального датчика для вашего конкретного приложения зависит от ряда факторов, в том числе:
Температура ваших процессов
Требования к точности
Физическая схема вашей технологической инфраструктуры
Как только вы получите эту информацию в Используя Краткое руководство WIKA, легко выбрать термометр сопротивления, тип датчика и другие необходимые аксессуары.Если вам нужно индивидуальное решение или у вас есть вопросы о термометрах сопротивления с датчиками Pt100 или Pt1000, обратитесь в квалифицированную группу технической поддержки WIKA для получения помощи и ответов.
Датчики Pt100 и Pt1000: в чем разница?
Многие отрасли промышленности используют термометры сопротивления для измерения температуры, и в большинстве этих устройств используются датчики Pt100 или Pt1000. Эти два датчика температуры имеют схожие характеристики, но их разница в номинальном сопротивлении может определить, какой из них вы выберете для своей области применения.
Термометры сопротивления (RTD), также называемые термометрами сопротивления, являются популярными устройствами для измерения температуры благодаря своей надежности, точности, универсальности, повторяемости и простоте установки.
Основной принцип RTD заключается в том, что его проволочный датчик, сделанный из металла с известным электрическим сопротивлением, изменяет свое значение сопротивления при повышении или понижении температуры. Хотя термометры сопротивления имеют определенные ограничения, включая максимальную температуру измерения около 1100 ° F (600 ° C), в целом они являются идеальным решением для измерения температуры для множества процессов.
Зачем использовать платиновый датчик
Измерительные провода в RTD могут быть сделаны из никеля, меди или вольфрама, но платина (Pt), безусловно, является самым популярным металлом, используемым сегодня. Он дороже других материалов, но у платины есть несколько характеристик, которые делают ее особенно подходящей для измерения температуры, в том числе:
Практически линейное соотношение температуры и сопротивления
Высокое удельное сопротивление (59 Ом / смс по сравнению с 36 Ом / см для никеля. )
Неразлагаемое электрическое сопротивление с течением времени
Превосходная стабильность
Очень хорошая химическая пассивность
Высокая устойчивость к загрязнению
Разница между датчиками Pt100 и Pt1000
Среди платиновых датчиков RTD наиболее распространены Pt100 и Pt1000 .Датчики Pt100 имеют номинальное сопротивление 100 Ом в точке обледенения (0 ° C). Номинальное сопротивление датчиков Pt1000 при 0 ° C составляет 1000 Ом. Линейность характеристической кривой, диапазон рабочих температур и время отклика одинаковы для обоих. Температурный коэффициент сопротивления тоже такой же.
Однако из-за разного номинального сопротивления показания и для датчиков Pt1000 в 10 раз выше, чем для датчиков Pt100. Эта разница становится очевидной при сравнении двухпроводных конфигураций, где возможна погрешность измерения отведения.Например, погрешность измерения в Pt100 может составлять + 1,0 ° C, а в той же конструкции Pt1000 может составлять + 0,1 ° C.
Как правильно выбрать платиновый датчик
Оба типа датчиков хорошо работают в 3- и 4-проводных конфигурациях, где дополнительные провода и разъемы компенсируют влияние сопротивления подводящих проводов на измерение температуры. Оба типа имеют одинаковую цену. Однако датчики Pt100 более популярны, чем Pt1000, по нескольким причинам:
Датчик Pt100 поставляется как с проволочной обмоткой , , так и с тонкопленочной конструкцией , предлагая пользователям выбор и гибкость.РДТ Pt1000 почти всегда только тонкопленочные.
Поскольку они широко используются в различных отраслях, RTD Pt100 совместимы с широким спектром инструментов и процессов.
Итак, почему кто-то должен выбрать датчик Pt1000 вместо этого? Вот ситуации, в которых более высокое номинальное сопротивление имеет явное преимущество:
Датчик Pt1000 лучше в 2-проводной конфигурации и при использовании с большей длиной подводящего провода. Чем меньше количество проводов и чем они длиннее, тем большее сопротивление добавляется к показаниям, что приводит к неточности.Более высокое номинальное сопротивление датчика Pt1000 компенсирует эти дополнительные ошибки.
Датчик Pt1000 лучше подходит для приложений с батарейным питанием. Датчик с более высоким номинальным сопротивлением потребляет меньше электрического тока и, следовательно, требует меньше энергии для работы. Более низкое энергопотребление продлевает срок службы батареи и интервал между техобслуживанием, сокращая время простоя и затраты.
Поскольку датчик Pt1000 потребляет меньше энергии, происходит меньший самонагрев. Это означает меньшее количество ошибок в считывании из-за превышения температуры окружающей среды.
Как правило, датчики температуры Pt100 чаще используются в технологических процессах, тогда как датчики Pt1000 используются в системах охлаждения, отопления, вентиляции, автомобилестроения и машиностроения.
Замена RTD: примечание о промышленных стандартах
RTD легко заменить, но это не вопрос простой замены одного на другой. Проблема, которую пользователи должны учитывать при замене существующих датчиков Pt100 и Pt1000, – это региональный или международный стандарт.
Согласно старому стандарту США температурный коэффициент платины составляет 0,00392 Ом / Ом / ° C (Ом на Ом на градус Цельсия). В новом европейском стандарте DIN / IEC 60751, который также используется в Северной Америке, он составляет 0,00385 Ом / Ом / ° C. Разница незначительна при более низких температурах, но становится заметной при температуре кипения (100 ° C), когда старый стандарт будет иметь значение 139,2 Ом, а новый стандарт – 138,5 Ом.
Для получения помощи или совета при покупке или замене RTD свяжитесь со специалистами по измерению температуры в WIKA USA относительно сравнительных преимуществ датчиков Pt1000 и Pt100.
В чем разница между RTD и PT100?
В чем разница между RTD и PT100?
Нет никакой разницы, что PT100 является версией RTD (резистивного датчика температуры).
Что такое RTD?
Датчик температуры сопротивления, также известный как RTD или термометр сопротивления, представляет собой тип датчика температуры. RTD состоит из чувствительного элемента, проводов для подключения чувствительного элемента к измерительному прибору и опоры для позиционирования чувствительного элемента в процессе.
Датчик PT100 – это наиболее распространенный тип термометров сопротивления (RTD). Эти датчики широко используются во многих отраслях промышленности, в основном в лабораториях и на промышленных предприятиях. Основная причина их использования – их стабильность и точность. Это превосходные измерительные приборы, обеспечивающие надежность с точки зрения повторяемости. Будьте уверены, что вы получите одинаковые результаты для каждого показания температуры. > RTD делятся на промышленные и общего назначения. Каждый тип доступен как PT100, PT250, PT500 и PT1000.(« Pt » – это символ платины, «100» – сопротивление в омах при 0 ° C). определяется как электрическое сопротивление между двумя точками проводника, когда постоянная разность потенциалов в один вольт, приложенная к этим точкам, создает в проводнике ток в один ампер, причем проводник не является источником какой-либо электродвижущей силы. … Это так называемые линейные резисторы.
Как работают RTD?

RTD разработаны для обеспечения точных и воспроизводимых характеристик зависимости температуры от сопротивления.Тип материала, используемого в конструкции RTD, будет определять пределы температуры, которой может подвергаться RTD. Чувствительный элемент в RTD представляет собой электрический резистор, который изменяет значение сопротивления при изменении температуры. Изменение сопротивления с температурой происходит с предсказуемой скоростью и может быть измерено для определения температуры обрабатываемого материала.
Чувствительный элемент в RTD обычно содержит катушку с проволокой или подложку с протравленной пленкой платины.Использование удлинительных проводов, прикрепленных к передающему элементу, позволяет измерять электрическое сопротивление на расстоянии от измеряемого процесса или материала. В защитной оболочке (обычно из нержавеющей стали) находится чувствительный элемент. Платина обычно является предпочтительным материалом для термометров сопротивления, поскольку это позволяет использовать более широкий диапазон температур и является более стабильным материалом. Никель и медь также могут использоваться в конструкции RTD, если требуется более низкий температурный диапазон. Таблица 1. Обозначьте допустимые диапазоны температур для каждого материала.
Таблица 1: Материалы чувствительного элемента и d Температурные пределы
Материал Допустимый диапазон температур
Платина от -200 ° C до
Никель от -100 ° C до 315 ° C
Медь от -75 ° C до 150 ° C
Тип изоляции проводов, используемый в RTD, также влияет на температуру RTD может подвергаться воздействию.Таблица 2А. относится к наиболее часто используемым проводам и изоляционным материалам и их температурным пределам. Таблица 2B. относится к проводам, соединяющим чувствительный элемент с контрольным прибором или показаниями и пределами температуры. Типичные варианты изоляции проводов включают никель, никелевые сплавы, луженую медь, посеребренную медь или никелированную медь.
Таблица 2A: Пределы температуры соединительного провода – конструкция
Проволока / изоляционные материалы Максимальная температура использования
Никелированная медь / TFE с тефлоновой изоляцией 250
Сплошная никелевая проволока 650 ^o C
Сплошная медная проволока 300 ^o C
Таблица 2B: Пределы температуры соединительного провода – удлинитель 909 Материалы Максимальная температура использования
Луженая медь / изоляция из ПВХ 105 ° C
Медь с серебряным покрытием / FEP с тефлоновой изоляцией 205 ° C
Посеребренная медь с тефлоновой изоляцией 250 ° C
Медь с никелевым покрытием / тефл. TFE с изоляцией 250 ° C
Никелированная медь / изоляция из стекловолокна 480 ° C
Для конструкции RTD наиболее часто используются два метода.Чаще всего помещают элемент RTD и присоединенные провода в металлическую трубку с закрытым концом. Трубка набита демпфирующим вибрацию и / или теплопередающим материалом, в большинстве случаев порошком оксида алюминия, а открытый конец герметизируется силиконом, эпоксидной смолой или керамическим цементом.
Альтернативным методом строительства является использование кабеля с металлической оболочкой с минеральной изоляцией (MIMS). Элемент RTD вставляется в просверленное отверстие и прикрепляется к никелевым или медным проводам, изолированным оксидом магния (MgO). Конец также изолирован MgO и приварен.Другой конец имеет удлинительные провода, прикрепленные до герметизации.
После определения температурного диапазона и области применения Pyrosales выберет наиболее подходящие материалы и метод изготовления термометра сопротивления.
2-, 3- или 4-проводная конфигурация
Двухпроводная конструкция является наименее точной. 2-проводные RTD обычно используются с короткими проводами или там, где не требуется высокая точность.
3-проводная конструкция является наиболее популярным выбором для промышленных приложений, в то время как 4-проводная конструкция используется в лабораториях, где необходима высокая точность.
Есть много вариантов, которые следует учитывать при выборе правильного элемента RTD для ваших требований:
Диапазон температур
Допуск, точность и взаимозаменяемость
Время реакции
Расстояние от контрольного или измерительного оборудования
RTD подходит для многих приложений в широком спектре отраслей, включая кондиционирование воздуха и охлаждение, печи и грили, текстильное производство, пищевую промышленность, производство пластмасс, нефтехимию, а также измерение температуры воздуха, газов и жидкостей.