Резистивный датчик температуры: PT100 резистивный датчик температуры (RTD) поддерживает диапазон экстремальных температур

Содержание

PT100 резистивный датчик температуры (RTD) поддерживает диапазон экстремальных температур


Мы опробовали измерение температуры на нескольких аппаратных платформах, таких как Texas Instruments eZ430-Chronos Watch, монитор окружающей среды Sonoff SC , плата Wemos D1 с датчиком температуры aDHT21 и, совсем недавно, термометр ANAVI с тремя последними платформами на основе ESP8266 WiSoC.

Все четыре устройства/платы, упомянутые выше, имеют датчики температуры, предназначенные для измерения температуры окружающей среды, например, с DHT22, имеет диапазон от -40 до +125 °C. Мы также сталкивались с водонепроницаемым датчиком температуры DS18B20, которым несколько раз измеряли температуру жидкости в диапазоне от -55 до 125 °C. Подходит для большинства случаев использования, и, например, вы можете проверить им кипящую воду.

Но, мы никогда не задумывались об измерении данных для гораздо более низких или намного более высоких температур, и этим утром мы наткнулись на IC Station на два температурных датчика «PT100», а именно WZP-187 (4,89 долларов США) и датчик без имени (3,42 долларов США). Эти датчики могут работать в диапазонах от -200 до + 400° С и от 0 до 800° С.

Технические характеристики температурных датчиков PT100

WZP-187 

Как обычно, на сайте IC Station очень мало деталей. WZP-187 технические характеристики/описание:

  • Тип датчика: тип K
  • Диапазон измерения — -200°C — 400°C
  • Размеры — датчик длиной 5 см, кабель длиной 1,5 м с тремя контактами
  • Водонепроницаемый

Датчик без названия

Спецификация:

  • Тип датчика — Тип К
  • Температура измерения — 0 ℃ ~ 800 ℃
  • Хост соединение — 2 контакта
  • Платиновый резистор
  • Размеры — Внутреннее отверстие: 5 мм; Длина датчика: 5 метров

Что такое датчики PT100 RTD?

Веб-сайт IC Station не дает ответа на вопрос «что это за датчики». К счастью, сайт Omega объясняет, что такое датчики PT100:

RTD или резистивные датчики температуры — это датчики температуры, которые содержат резистор, который изменяет значение сопротивления при изменении его температуры.

 Они использовались в течение многих лет для измерения температуры в лабораторных и промышленных процессах и зарекомендовали себя как  точные и стабильные.

Большинство элементов RTD состоят из тонкой спиральной проволоки, обернутой вокруг керамического или стеклянного сердечника. Элемент, как правило, довольно хрупкий, поэтому его часто помещают внутрь датчика, защищающего его. Элемент RTD сделан из простого материала, сопротивление которого при различных температурах было зафиксировано. Материал имеет прогнозируемое изменение сопротивления при изменении температуры; именно это прогнозируемое изменение используется для определения температуры.

Как вы уже могли заметить, наш первый датчик имеет 3 провода, а второй — только два. Это также объясняется:

Для измерения температуры элемент RTD должен быть подключен к какому-либо контролируемому или регулируемому оборудованию. Поскольку измерение температуры основано на сопротивлении элемента, любое другое сопротивление (сопротивление подводящего провода, соединения и т. д.), добавленное в цепь, приведет к ошибке измерения.

За исключением двухпроводной конфигурации, все другие схемы электропроводки позволяют контролируемому или регулируемому оборудованию вычленять нежелательные сопротивления проводов и другие сопротивления, которые возникают в цепи. Датчики, использующие 3-х проводную конструкцию, являются наиболее распространенной конструкцией, используемой в промышленных процессах и системах контроля.

Наконец, есть несколько материалов, которые можно использовать для датчика, и платиновый резистор, найденный в последнем датчике, считается наиболее распространенным и точным. Другими распространенными материалами являются никель и медь, а вольфрам и алюминиевый композит встречаются реже. В датчике ICS должно быть очень небольшое количество платины (драгоценного металла), поскольку он продается всего за 4 доллара, иначе описание просто неверное. PT100 означает, что платиновый зонд имеет сопротивление 100 Ом при 0 °C.

Поддержка Arduino и схемы подключения

Теперь мы лучше понимаем что такое датчики PT100 RTD, но как мы можем их точно использовать? В поисках поддержки Arduino мы обнаружили библиотеку PT100RTD на Github, в которой добавлена ​​поддержка точного преобразования значений из Ом в Цельсия в RTD PT100 в Arduino IDE.

Разработчик предоставляет некоторые дополнительные сведения и размер библиотеки 3 КБ, поэтому, вместо этого, рекомендуется использовать «уравнение Каллендара-Ван Дюсена» для «обычных» измерений температуры в диапазоне от -60 °C до 650 °C. 

Датчики являются аналоговыми датчиками, но вы не можете просто подключить их напрямую к одному из ваших аналоговых входов Arduino. Сигнал должен быть усилен, и быстрый веб-поиск показал два варианта, хотя их может быть больше:

  1. Мост Уитстона плюс операционный усилитель, как описано в Instructables.

Этот пост также подробно описывает математические расчеты, лежащие в основе  конструкции схемы и должен быть хорошо прочитан. Схема Arduino не использует библиотеку PT100RTD, упомянутую выше, и намного проще, но учтите, что используемая схема поддерживает только от -51,85 до 129,87 градусов Цельсия .

2. Усилитель датчика температуры Adafruit PT100 RTD на основе MAX31865 продается за 14,95 $. 

Как вы можете видеть выше, схема подключения намного проще с этой платой. Плата работает с датчиками PT100 с использованием 2-, 3- или 4-проводных кабелей, и компания также предлагает дополнительный датчик PT100 с диапазоном температур от 0 до 550 ° C.  Adafruit также опубликовал очень подробное руководство для своего усилителя, и код Arduino опирается на библиотеку Arduino для датчика Adafruit MAX31865 RTD , но все же рекомендуем самую первую библиотеку PT100RTD, о которой мы упоминали в этом посте, если требуется максимально возможная точность. Если Arduino вам не подходит, руководство также предоставляет пример кода для MicroPython/CircuitPython.

Выражаем свою благодарность источнику из которого взята и переведена статья, сайту cnx-software.com.

Оригинал статьи вы можете прочитать здесь.

Резистивные датчики температуры (RTD) | Analog Devices

AD7124-4 – это обладающий низким шумом и малым энергопотреблением, полностью интегрированный аналоговый входной интерфейс для задач прецизионного измерения. Компонент содержит 24-разрядный Σ-Δ аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с низким шумом и может быть сконфигурирован для работы с 4 дифференциальными или 7 несииметричными/псевдодифференциальными входными сигналами. Интегрированный усилительный каскад с малым коэффициентом усиления позволяет подавать слабые сигналы непосредственно на АЦП.

Одно из основных преимуществ AD7124-4 заключается в том, что компонент дает пользователю возможность выбрать один из трех интегрированных режимов энергопотребления. Выбранный режим определяет потребляемый ток, диапазон скоростей обновления выходных данных и среднеквадратическое значение шума. Компонент также имеет несколько вариантов фильтрации, что позволяет пользователю получить максимальную степень свободы проектирования.

AD7124-4 способен поддерживать одновременное подавление помех на частотах 50 Гц и 60 Гц при работе с частотой обновления выходных данных 25 SPS (установление сигнала за один цикл). При понижении частоты обновления можно достичь подавления более 80 дБ.

AD7124-4 обеспечивает наивысшую степень интеграции сигнальной цепочки. Компонент содержит прецизионный, малощумящий источник опорного напряжения с малым дрейфом, а также поддерживает работу с внешним дифференциальным опорным напряжением, которое может быть буферизировано внутреннем буфером. К другим ключевым интегрированным блокам компонента относятся программируемые источники тока возбуждения с малым дрейфом, источники диагностических токов, а также генератор напряжения смещения, который устанавливает синфазное напряжение канала равным AVDD/2.

Ключ цепи низкого напряжения питания позволяет пользователям отключать питание мостовых датчиков в интервалах между преобразованиями, гарантируя минимальную потребляемую системой мощность. Компонент также даёт пользователю возможность выбора между внутренним и внешним источником тактового сигнала.

Интегрированный блок управления последовательностью преобразования позволяет пользователю выбирать несколько каналов AD7124-4 для автоматического последовательного преобразования, упрощая обмен данными с компонентом. Одновременно может быть активно до 16 каналов, включая как каналы аналоговых входных сигналов, так и диагностические каналы, например, каналы контроля уровней напряжения питания или опорного напряжения. Эта уникальная особенность позволяет чередовать диагностику с преобразованиями сигналов внешних источников.

AD7124-4 поддерживает независимое конфигурирование каждого отдельного канала. Компонент позволяет реализовать до восьми конфигурационных настроек. Каждая конфигурация включает в себя опции коэффициента усиления, типа фильтра, частоты обновления выходных данных, буферизации и источника опорного напряжения. Пользователь может назначать любую из этих конфигураций любому из каналов в произвольном порядке.

AD7124-4 также обладает обширными возможностями функциональной диагностики, позволяющими повысить устойчивость решения. Они включают в себя проверку данных с использованием контрольной суммы (CRC), проверки сигнальной цепочки и проверки работоспособности последовательного интерфейса. Эти диагностические функции уменьшают число внешних компонентов, необходимых для реализации диагностики, сокращая требуемое пространство на печатной плате, время проектирования и стоимость. Значение доли безопасных отказов (SFF), показанное в тесте FMEDA (анализ видов, эффектов и диагностики отказов) типичного приложения, превышает 90% в соответствии с IEC 61508.

Компонент работает с однополярным напряжением питания аналоговой части в диапазоне от 2.7 В до 3. 6 В или биполярным напряжением 1.8 В. Напряжение питания цифровой части имеет допустимый диапазон от 1.65 В до 3.6 В. Гарантированный рабочий температурный диапазон составляет от −40°C до +105°C. AD7124-4 выпускается в 32-выводном корпусе LFCSP и 24-выводном корпусе TSSOP.

Обратите внимание, что при ссылке на многофункциональные выводы, например, DOUT/RDY в техническом описании может указываться как полное имя вывода, так и только имя отдельной обсуждаемой функции, например, RDY.

Области применения

  • Измерение температуры
  • Измерение давления
  • Управление промышленными процессами
  • Измерительные приборы
  • Интеллектуальные передатчики 

Резистивные датчики температуры — Control Engineering Russia

Известно, что независимо от схемы включения — двух-, трех- или четырехпроводной — резистивные датчики температуры (RTDs) являются стабильными и точными устройствами измерения температуры. Вместе с тем, они имеют и большую стоимость. Понимание достоинств и недостатков RTDs может помочь в выборе средств измерения температуры.

Среди множества устройств измерения температуры одним из наиболее точных является резистивный датчик температуры, обычно обозначаемый как RTD. Сопротивление RTD пропорционально температуре. Чаще всего в качестве ре-зистивного материала таких датчиков используется платина, хотя некоторые датчики сделаны из никеля или меди. В зависимости от конструкции RTD могут измерять температуру в диапазоне от -270 до 850°C.

Для работы RTD необходим внешний источник стимулирующего воздействия, обычно это источник тока. Однако при этом ток нагревает резистивный элемент и вызывает ошибку измерения температуры. Эта ошибка рассчитывается по формуле:

где T — температура, P = I2R — генерируемая мощность и S — °C/мВт.

Методы измерения

Существуют различные методы измерения температуры с помощью RTD. Первый из них — это двухпроводной метод, при котором измеряется падение напряжения на RTD при пропускании через него тока. Достоинство этого метода заключается в его простоте, поскольку используется всего два провода. Это облегчает подключение и реализацию. Главный недостаток заключается в том, что в измерительную схему входит сопротивление подводящих проводов, которое может внести некоторую ошибку.

Трехпроводной способ является усовершенствованием двухпроводного. Здесь снова ток пропускается через устройство и измеряется результирующее напряжение. Использование в схеме третьего провода обеспечивает компенсацию сопротивления подводящего провода. Для этого необходимо либо трехпроводное компенсирующее измерительное устройство, либо действительное измерение вклада третьего провода и его вычитание из общего результата измерения.

Третий метод — четырехпроводной. Как и в двух предыдущих методах, в нем производится пропускание тока и измерение напряжения. Однако ток протекает через один набор подводящих проводов, в то время как напряжение воспринимается другим набором проводников. Напряжение измеряется непосредственно на резистивном элементе (RTD), а не в той точке, где подключен источник тока. Это означает, что сопротивление подводящих проводов полностью исключается из измерительной схемы.

Так, например, если сопротивление подводящих проводов равно 0,1 Ом, а сопротивление RTD — 100 Ом, то вклад этих проводов в погрешность будет около 0,1%. В четырехпроводном методе сопротивление подводящих проводов не входит в схему измерения, поэтому данный метод наиболее точный.

Двухпроводное измерение сопротивления

Схема показывает соединения для типового двухпроводного измерения температуры

Четырехпроводное измерение сопротивления

Типовая четырехпроводная схема измерения сопротивления помогает исключить большую часть случайных и систематических погрешностей измерения температуры

За и против

У RTD есть ряд очевидных преимуществ по отношению к другим устройствам измерения температуры. Например, они наиболее стабильны и наиболее точны среди всех других устройств. По сравнению с термопарами они также более линейны.

Конечно, у них есть и некоторые недостатки. По сравнению с термисторами и термопарами RTD имеют большую стоимость. Кроме того, им необходим источник тока. У них низкий температурный коэффициент сопротивления. Например, при изменении температуры на один градус Цельсия сопротивление RTD может измениться на 0,1 Ом. Низкое абсолютное сопротивление может привести к ошибкам измерения при использовании двухпроводной схемы.

При использовании RTD подчас не учитываются некоторые явления, в первую очередь — это саморазогрев. Если RTD нагревается тестовым током, то может появиться погрешность измерения. Если производится измерение низкой температуры (например, ниже 0°C), то тепло от RTD может поднять ожидаемую температуру. Кроме того, в измерение может быть внесена еще большая погрешность при отсутствии компенсации сопротивления подводящих проводов. Использование четы-рехпроводного метода помогает устранить этот вид погрешности. Другая ошибка — выбор RTD, не соответствующего диапазону температур. Попытки измерить за пределами температурного диапазона RTD может привести к большому уровню погрешностей или даже повреждению датчика. Всегда выбирайте подходящий RTD для предполагаемого измерения.

Дэйл Сигой — ведущий инженер в компании Keithley Instruments Inc.; www.keithley.com

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Основы измерения температуры | Система точных измерений AHLBORN ALMEMO®

Основы измерения температуры

Правильный выбор датчика температуры для различных измерительных задач

Выбор подходящего датчика температуры зависит от Вашей измерительной задачи. На выбор представлены термопары, резистивные датчики (Pt100 и NTC) и пирометры (инфракрасные датчики).

Эмпирические правила:

  • Термопары работают очень быстро и имеют широкий диапазон измерений.
  • Резистивные датчики более точные, но работают медленнее.
  • NTC датчики работают быстро и точно, но имеют ограниченный диапазон измерений.
  • Инфракрасные датчики не соприкасаются с измеряемым объектом и имеют очень небольшие постоянные времени, однако зависят от коэффициента излучения.
  • Чем шире диапазон измерений датчика, тем более универсальным он является.

Критерии выбора датчика:

  • Диапазон измерений
  • Точность
  • Время отклика
  • Стабильность
  • Тип конструкции
Термопары

Термопара состоит из двух спаянных в одной точке проводников, изготовленных из разнородных металлов или сплавов. Термоэлектрический эффект в точке спая проводников используется для измерения температуры. В точке спая возникает относительно небольшое термоэлектрическое напряжение, которое зависит от разницы температуры между измерительной точкой и соединительными клеммами.

Точность, Рабочая температура:

Базисные значения для термоэлектрических напряжений и для допустимых отклонений термопар указаны в стандарте DIN/IEC 584. Термопары Ahlborn® доступны с двумя классами точности, согласно DIN/IEC 584-2. Для типа К действуют следующие ограничения (наивысшие значения):

Class 1: ±1.5 °C или (type K / N) ±0.004 x l t l (-40…1000°C)

Class 2: ±2.5 °C или(type K / N) ±0.0075 x l t l (-40…1200°C)

Наши термопары соответствуют, как правило, Классу 2 согласно DIN/IEC 584-2. Указанные значения Tmax относятся к наконечнику термопары (горячий спай). Указанное время T90 относится к измерениям в движущейся жидкости. Рукоятки датчиков и соединительные кабели стандартно устойчивы к температурам до +80 °C. По запросу, доступны кабели для высоких температур. В ассортименте термопары различных типов: в зависимости от температурного диапазона, чувствительности и с измеряемой средой. Наиболее распространены термопары NiCr-Ni (тип K).

Новинка: Соединительные кабели с термопроводкой (витой провод).
Отсутствие нежелательного влияния температуры в месте соединения измерительного элемента с кабелем.

Для повышения точности измерений, соединительные кабели для большинства типов датчиков Almemo® имеют новую термопроводку (многожильный витой провод, класс 2), вместо традиционного компенсационного кабеля. Место соединения измерительного элемента (наконечника) с кабелем (в кабельной муфте или рукоятке) не имеет температурной погрешности в широком диапазоне измеряемых температур (до +200°C). Новая термопроводка позволяет избежать обычных погрешностей измерений, вызванных разницей температуры в месте соединения измерительного элемента с кабелем.
В настоящее время, компенсационные линии, соответствующие классу 2 по DIN 43722, используются только для некоторых типов датчиков и удлиняющих кабелей. Для Класса К диапазон рабочих температур компенсационной линии составляет 0…150 °C.

Резистивные датчики (датчики Pt100)

Принцип измерения температуры датчиком Pt100 основан на повышении сопротивления датчика с увеличением температуры. Измерительный резистор питается постоянным током, перепад напряжения на резисторе меняется в зависимости от температуры. При небольших изменениях сопротивления (0.3…0.4 WΩ/°C) необходимо использовать 4-жильный кабель и 4-х проводную схему подключения датчика (для исключения погрешности измерений, вызванных сопротивлением соединительного кабеля).

Точность, Рабочая температура:

Датчики Pt100 стандартно используются с измерительными резисторами Класса В (DIN/IEC 751). За дополнительную плату можно заказать датчик с повышенной точностью измерений DIN Класс А или 1/5 DIN Класс B. Указанное время Tmax относится к наконечнику датчика. Указанное время T90 относится к измерениям в движущейся жидкости. Рукоятки датчиков и соединительные кабели стандартно устойчивы к температурам до +80 °C. По запросу, доступны кабели для высоких температур.

Диапазоны измерений, разрешение

Pt100 датчики FP Axxx стандартно имеют измерительный диапазон Pt100-1 (разрешение 0.1K). Измерительный диапазон Pt100-2 (с разрешением 0.01K) может быть запрограммирован на 1-ом или, дополнительно, на 2-ом канале в интеллектуальном разъеме Almemo®.

Новинка: Измерительный диапазон Pt100-3 (разрешение 0.001K), диапазон рабочих температур 0…+65 °C (функция доступна только для измерительных приборов V6 и 2690-8, 2890-9, 85/8690-9, 5690-1/2)

Точность измерений резистивных датчиков

Обозначение Диапазон Макс. отклонение
Сопротивление DIN Class B DIN Class A 1/5 DIN Class B
Pt 100 Ω при –200°C ±1.3 K
при –100°C ±0.8 K
при –50°C ±0.25 K*
при 0°C ±0.3 K ±0.15 K ±0.06 K
при +100°C ±0.8 K ±0.35 K ±0.16 K
при +200°C ±1.3 K ±0.55 K ±0.26 K
при + 300°C ±1,8 K ±0,75 K ±0,36 K
при + 400°C ±2,3 K
наценка за более высокую точность Артикул №. OPG2 Артикул №. OPG5**

* диапазон -50 °C только для датчиков в оболочке, диаметром 2 мм и выше
**по запросу, в зависимости от конструкции датчика
 

NTC Датчики

NTC датчики (термисторы) имеют значительно большее сопротивление, чем датчики Pt100. При измерении температуры используется их отрицательный температурный коэффициент, т.е. сопротивление понижается при повышении температуры.

Точность, Рабочая температура:

Точность NTC датчиков — согласно спецификации производителя. Указанное время Tmax относится к наконечнику датчика. Указанное время T90 относится к измерениям в движущейся жидкости. Рукоятки датчиков и соединительные кабели стандартно устойчивы к температурам до +90°C.

Точность

Обозначение
Диапазон Макс. отклонение
NTC датчик –20…0°C ±0.4 K
(10K…25°C) 0…70°C ±0.1 K
70…125°C ±0.6 K
Типы датчиков и области их применения

Конструкция датчика может отличаться для каждой конкретной измерительной задачи.
Tmax — макс. рабочая температура наконечника датчика.
T90 — время, необходимое для достижения датчиком 90% переходной характеристики после перепада температуры. T90 относится к измерениям в движущейся жидкости.
Почти все модели датчиков доступны с другими диаметрами и длинами, по запросу.

Датчик температуры поверхности с плоским измерительным наконечником— для измерения температуры ровных и гладких поверхностей с хорошей теплопроводностью.

Датчик температуры поверхности с термолентой— для быстрых измерений, в том числе на неровных поверхностях.

Погружные датчики— для измерений в жидкостях, порошках, воздухе и газах.

Датчики с жаропрочными измерительными наконечниками — для измерения экстремально высоких температур.

Датчик с проникающим наконечником — для измерения температуры вязких и пластичных сред.

Штыковой датчик— для измерения в стопках бумаги, картона и текстиля.

Преобразователь с открытым чувствительным элементом— для измерения температуры воздуха и газов.

Если Вы не нашли в данном каталоге датчика, подходящего для Вашей измерительной задачи, мы можем изготовить его согласно Вашим спецификациям (необходимы технический чертёж или подробная спецификация)!

Информация для заказа

Датчики ALMEMO® доступны в различных вариантах исполнения.

Обозначение типов датчиков:

„P“ = датчик температуры Pt100Ω
„N“ = датчик температуры с NTC-элементом
„T“ = датчик температуры с NiCr-Ni-элементом

Все датчики температуры с коннектором ALMEMO® имеют «A» в артикуле.

Используйте уже имеющиеся у Вас датчики!

Запатентованная технология интеллектуальных разъемов (коннекторов) делает систему ALMEMO® крайне гибкой измерительной системой. Вместо датчиков ALMEMO® Вы можете использовать Ваши собственные, уже имеющиеся датчики, вместе с любым измерительным прибором ALMEMO®.

  • Мы можем предоставить вам запрограммированные коннекторы ALMEMO® с соответствующими параметрами и измерительными диапазонами, соответствующими характеристикам Ваших датчиков.
  • Вы можете корректировать ошибки датчиков. Это означает, что даже самые простые датчики станут высокоточными.
  • Для перечисления всех комбинаций и вариантов применения системы ALMEMO® не хватит объёма данного данной страницы. Специальное программирование, расширение диапазонов и линеаризация датчиков сторонних производителей всегда возможна с помощью устройств ALMEMO®.
  • Цена для различных комбинаций датчиков и системы ALMEMO® зависит от объёма работ и количества требуемых приборов.

резистивные датчики температуры

Резистивный датчик температуры TA CG31P8-CC-U-10-2

ХАРАКТЕРИСТИКИ
Диапазон рабочих температур -40°С< ta <+85°С  
Материал корпуса Текаформ (POM-C)  
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 IP68  
Временная константа T63 5 мин. при скорости воздуха 0,5 м / с  
Габариты устройства, мм Ø14х74,5  
Диапазон измерения температуры -40°С < ta < +85°С  
Номинальное напряжение, Uном 10 В DC  
Номинальное сопротивление при 25 °С 10 кОм  
Присоединение Кабель 2х0,34; L=2м

 

Резистивный датчик температуры TA CG31P8-CC-U-18-2

Датчик температуры резистивный TA CG31P8-CC-U-18-2 предназначен для измерения температуры воздуха на различных объектах животноводства: птичниках и свинофермах, кроликофермах, грибоводческих хозяйствах и т.д.

Датчики монтируются непосредственно в месте, где необходимо контролировать температуру окружающего воздуха. В датчике расположен терморезистор, сопротивление которого изменяется обратно пропорционально изменению температуры в месте установки датчика.

Диапазон рабочих температур -40°С< ta <+85°С  
Материал корпуса Текаформ (POM-C)  
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 IP68  
Временная константа T63 5 мин. при скорости воздуха 0,5 м / с  
Габариты устройства, мм Ø14х74,5  
Диапазон измерения температуры -15°С < ta < +45°С  
Номинальное напряжение, Uном 10 В DC  
Номинальное сопротивление при 25 °С 18 кОм  
Присоединение Кабель 2х0,34; L=2м

 

Датчик температуры и датчик — TC, Pt100, Pt1000, NTC, PTC


Термисторы

Термистор — это еще один тип датчика температуры, название которого состоит из слов THERM (термочувствительный) ISTANCE. Термистор — это особый тип сопротивления, которое меняет свое физическое сопротивление при изменении температуры.

Термисторы обычно изготавливаются из керамических материалов, таких как оксиды никеля, марганца или кобальта, покрытые стеклом, что делает их легко повреждаемыми. Их главное преимущество перед типами мгновенного действия — скорость реакции на изменения температуры, точность, повторяемость и стоимость.

Большинство типов термисторов имеют коэффициент de отрицательная температура ou (КТС) это означает, что их значение сопротивления уменьшается при повышении температуры, и некоторые, конечно, имеют положительный температурный коэффициент (PTC) , потому что их значение сопротивления увеличивается с ростом температуры.

Термисторы изготовлены из полупроводникового материала керамического типа с использованием технологии оксидов металлов, таких как марганец, кобальт, никель и т. Д. Полупроводниковый материал обычно формируют из маленьких спрессованных дисков или маленьких герметично закрытых шариков, чтобы относительно быстро реагировать на колебания температуры.

Измерительные термисторы

Пример: термистор PTC, NTC

Эти термисторы определяются значением сопротивления при комнатной температуре (обычно 25 o C), их постоянная времени (время реакции на изменение температуры) и их номинальная мощность по отношению к току, протекающему через них. Как и резисторы, термисторы доступны со значениями сопротивления при комнатной температуре от 100 кОм до нескольких Ом.


Термисторы — это пассивные резистивные устройства, что означает, что мы должны пропускать через них ток, чтобы получить измеряемое выходное напряжение. Затем термисторы обычно подключаются последовательно с соответствующим резистором смещения, чтобы сформировать сеть делителя потенциала, и выбор сопротивления дает выходное напряжение при заданной точке или значении температуры, например:

Следующий термистор имеет следующие характеристики от 10 кОм до 25oC и значение сопротивления от 100 Ом до 100 o С помощью этих значений можно рассчитать падение напряжения на термисторе и, следовательно, его выходное напряжение (Vout) для обеих температур, когда он подключен последовательно с резистором мощностью 1 кВт через источник питания 12 В.

Изменяя значение фиксированного сопротивления R2 (в нашем примере 1 кОм) на потенциометре, можно получить выходное напряжение при заданной температуре. Например, выход 5 В при 60 ° C может быть получен путем изменения потенциометра.

Однако следует отметить, что термисторы являются нелинейными устройствами, и их стандартные значения сопротивления при комнатной температуре различаются между разными термисторами, что в основном связано с полупроводниковыми материалами, из которых они сделаны. Термисторы сильно изменяются в зависимости от температуры и, следовательно, имеют температурную постоянную бета (β), которую можно использовать для расчета их сопротивления для любой температурной точки.

+ информация

Термисторы обнаружения

Пример: термистор PTC

Эти термисторы определяются их температурой «срабатывания», сопротивление PTC 100 ° C упадет с 100 Ом при температуре менее 95 ° C до более 4000 Ом при 100 ° C. Эти датчики используются только для обнаружения превышения температурного порога, они не позволяют измерять температуру.  

В отличие от линейных термисторов, нелинейные термисторы имеют стандартное сопротивление, а их температура срабатывания определяется стандартизованным цветом проводников, их можно подключать последовательно, чтобы контролировать несколько горячих точек с помощью одного датчика. В отличие от биметаллической ленты или термостата, термисторы PTC не содержат исполнительного механизма, поэтому эти датчики должны быть соединены с реле, которое будет обнаруживать внезапные изменения сопротивления.

+ информация



Термометры сопротивления (RTD)
Пример: Pt50, Pt100, Pt500, Pt1000, Ni1000, Cu1000.

Другой тип датчика температуры — это резистивный датчик температуры или RTD. RTD — это прецизионные датчики температуры, изготовленные из проводящих металлов высокой чистоты, таких как платина, медь или никель, намотанные в катушку или тонкую пленку. В отличие от термисторов, электрическое сопротивление RTD изменяется пропорционально изменению температуры. Эти устройства имеют тонкую пленку платины, нанесенную на белую керамическую подложку.

Резистивные температурные датчики имеют положительные температурные коэффициенты (PTC), но, в отличие от термистора, их выходной сигнал является чрезвычайно линейным, обеспечивая очень точные измерения температуры.

Однако их тепловая чувствительность очень низкая, то есть изменение температуры приводит к очень небольшому изменению выходной мощности, например 0,385 Ом /. o C.

Наиболее распространенные типы RTD изготавливаются из платины и называются платиновыми термометрами сопротивления или PRT, чаще всего это зонд Pt100, который имеет стандартное значение сопротивления от 100 Ом до 0. o C. Одним из основных недостатков данного типа устройства является его стоимость.

Как и термисторы, RTD являются пассивными резистивными устройствами, и, пропуская постоянный ток через датчик температуры, можно получить выходное напряжение, которое линейно увеличивается с температурой. Типичный RTD имеет сопротивление у основания около 100 Ом при 0 ° C, которая увеличивается примерно до 138. 50 Ом при 100 ° С в диапазоне рабочих температур от -200 до 600 °C.

Поскольку RTD является резистивным устройством, через зонд необходимо пропустить ток и измерить результирующее напряжение. Любое изменение сопротивления из-за собственного сопротивления резистивных проводов при прохождении через них тока I 2 R (закон Ома) вызывает ошибку чтения. Чтобы этого избежать, RTD обычно подключается 3 или 4 проводами, чтобы определить сопротивление кабелей.

2 сына: Базовое соединение при коротком проводе. Нет компенсационного провода.

Пряжа 3 : Наиболее распространенный из трех соединительных проводов, прибор измеряет сопротивление провода B и выводит его из его измерения.

Пряжа 4 : 4-проводное соединение — наиболее точное измерение. Прибор измеряет сопротивление четырех проводов и рассчитывает его по результатам измерения.

Двойной Pt100 : Двойное 3-проводное соединение RTD с двумя разными чувствительными элементами.


+ информация



Термопары

Пример: TC Тип B, E, J, K, N, R, S, T

Термопара является наиболее широко используемым из всех типов датчиков температуры. Термопары популярны благодаря своей простоте, удобству использования и быстрой реакции на изменения температуры, в основном из-за своего небольшого размера. Зонды термопары также имеют самый широкий температурный диапазон любого датчика температуры от -200 ° C до более 2000 ° C.

Термопары — это термоэлектрические зонды, состоящие, по существу, из двух соединений разных металлов, таких как никель, хром и никель, алюминий, сваренных или обжатых вместе. Один из спаев поддерживается при постоянной температуре, называемой эталонным (холодным) спаем, а другой — измерительным (горячим) спаем. Когда два перехода имеют разную температуру, на переходе возникает напряжение, как показано ниже.


Принцип работы термопары очень прост и принципиален. Когда два разных металла, такие как медь и константан, соединяются вместе, возникает «термоэлектрический» эффект, который приводит к постоянной разнице потенциалов между ними всего в несколько милливольт (мВ). Разница напряжений между двумя переходами называется «эффектом Зеебека», потому что вдоль проводящих проводов создается градиент температуры, создающий электродвижущую силу. Таким образом, изменение выходного напряжения термопары является функцией изменения температуры.


Термопары могут быть изготовлены из различных материалов, что позволяет измерять экстремальные температуры от -200°C до более 2000°C. При таком большом выборе материалов и диапазонов температур были разработаны международно признанные стандарты с цветовыми кодами термопар, чтобы позволить пользователю выбрать подходящий датчик термопары для конкретного применения. два перехода имеют одинаковую температуру, разность потенциалов на двух переходах равна нулю, другими словами, выходное напряжение не равно V 1  V = 2 . Однако, когда переходы соединены внутри цепи, и оба они имеют разные температуры, будет обнаружена разница напряжений по сравнению с разницей температур между двумя переходами, V 1  — V 2 . Эта разница напряжений будет увеличиваться с температурой до тех пор, пока не будет достигнут пиковый уровень напряжения на переходах. Это определяется характеристиками двух используемых металлов.


+ информация



Цифровые зонды

Пример: DS18B20

Что касается цифровых зондов, мы разработаем наиболее распространенный тип операций. Цифровой зонд DS18B20.

Однопроводный цифровой датчик требует единой линии данных (и GND) для связи. Он может получать питание от внешнего источника питания или от линии передачи данных (так называемый «паразитный режим»), что устраняет необходимость во внешнем источнике питания. Каждый датчик температуры имеет уникальный 64-битный серийный код. Это позволяет подключить несколько датчиков к одному кабелю данных. Таким образом, вы можете получить температуру нескольких датчиков, используя один цифровой контакт.


Цифровой термометр обеспечивает измерение температуры в градусах Цельсия от 9 до 12 бит и имеет программируемую пользователем функцию тревоги.


DS18B20 осуществляет связь по 1-проводной шине, которая по определению требует только одну линию данных (и заземление) для связи.


Таким образом, очень просто использовать микропроцессор для управления многими DS18B20, распределенными по большой площади. Приложения, которые могут извлечь выгоду из этой функциональности, включают средства контроля окружающей среды HVAC, системы контроля температуры внутри зданий, оборудования или механизмов, а также системы контроля и управления процессом.

+ информация

Резистивный датчик температуры

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения температуры объекта. Заявлен резистивный датчик (10) температуры с первым элементом (6) датчика температуры и вторым элементом (7) датчика температуры. Первый элемент (6) датчика температуры состоит из первого измерительного участка, а второй элемент (7) датчика температуры состоит из второго измерительного участка. Причем первый и второй измерительные участки находятся на подложке (1), которая претерпевает анизотропное тепловое расширение, по меньшей мере, с двумя отличающимися друг от друга направлениями (а, с) расширения. Проекция первого измерительного участка на направления (а) расширения отличается от проекции второго измерительного участка на направления (с) расширения. Технический результат — повышение точности измерения температуры объекта. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к резистивному датчику температуры и измерительному прибору с таким резистивным датчиком температуры.

Из уровня техники известны зависимые от температуры сопротивления, устройства, включающие в себя несколько таких сопротивлений, и измерительные приборы, которые используют такие сопротивления для регистрации технологических параметров, в частности температуры.

Так, выложенная заявка ЕР 0828146 А1 раскрывает, например, самоконтролируемое устройство для измерения температуры с первым и вторым резистивными элементами, с положительным и соответственно отрицательным коэффициентами сопротивления. Оба резистивных элемента находятся в параллельных токоведущих дорожках, причем один из них включает в себя диод, позволяющий току протекать только в одном направлении. Посредством соответствующей переключательной схемы, которая периодически изменяет приложенное к токоведущим дорожкам напряжение, в частности переключает полюса, в последующем определяются сопротивления обоих резистивных элементов.

Кроме того, из полезной модели DE 202004021438 U1 известна система сенсорных элементов. Сенсорные элементы имеют при этом электрические резисторы, которые, отличаясь своими температурными коэффициентами и соединяясь термически друг с другом и с подлежащей измерению средой, интегрированы в сенсорной головке.

Из выложенной заявки DE 102006005393 А1 известен резистивный датчик температуры, который состоит из первого и второго сенсорного элемента, изготовленных, например, по тонкопленочной технологии, причем сенсорные элементы расположены в проходящих параллельно друг другу плоскостях друг над другом для обеспечения компактности конструкции резистивного датчика температуры.

Для этих устройств необходимо, однако, по причине отдельно исполненных датчиков температуры связанное с большими затратами соединение проводами, а также больше места или они, по меньшей мере, не так-то просто подходят для самоконтроля и/или самокалибровки. Кроме того, измерительные приборы, которые, например, установлены в установке системы для автоматизации процессов, не должны создавать помех для самого процесса, поэтому, а также для того, чтобы снизить затраты, например, на изготовление измерительных приборов, их стремятся все более миниатюризировать и упрощать.

В основу изобретения положена задача предложить компактное устройство для измерения температуры, которое лишено вышеназванных недостатков.

Задача согласно изобретению решается за счет резистивного датчика температуры, а также измерительного прибора с таким резистивным датчиком температуры.

В отношении резистивного датчика температуры задача решается за счет резистивного датчика температуры с первым элементом датчика температуры и вторым элементом датчика температуры, первый элемент датчика температуры которого включает в себя первый измерительный участок, а второй элемент датчика температуры включает в себя второй измерительный участок, причем первый и второй измерительные участки находятся на подложке, выполненной с анизотропным термическим расширением, по меньшей мере, с двумя отличающимися друг от друга направлениями расширениями, а проекция первого измерительного участка на направления расширения отличается от проекции второго измерительного участка на направления расширения.

Вместо подложки может применяться также любой другой несущий элемент с анизотропным термическим расширением. За счет применения двух разных элементов датчика температуры можно обнаруживать и/или диагностировать происходящий при определенных условиях дрейф резистивного датчика температуры. Кроме того, при выходе из строя одного из элементов датчика температуры определение температуры может продолжаться также другим элементом датчика температуры. Первый и соответственно второй элемент датчика температуры может, следовательно, использоваться для дублирования второго и соответственно первого элемента датчика температуры.

На первом и соответственно втором измерительном участке может измеряться значение и/или изменение физического параметра, в данном случае температуры. Для этого настоящее изобретение предлагает использовать неодинаково расположенные измерительные участки для измерения температуры. Кроме того, в настоящем изобретении предлагается размещать измерительные участки на подложке с анизотропным, т.е. зависимым от направления, тепловым расширением. Для этого у подложки могут быть, по меньшей мере, два направления с разным тепловым расширением. Первый и второй элементы датчика температуры, состоящие из одного и того же материала, могут отличаться, однако, в отношении измерительных участков, которые находятся на подложке. Из этого следует также, что первый и второй измерительные участки отличаются друг от друга в отношении проекции на направления расширения. Измерительные участки могут, например, располагаться так, что компоненты измерительных участков отличаются друг от друга в отношении направлений, задаваемых направлениями расширения. В результате этого измерительные участки претерпевают, поэтому, именно из-за расположенной в основании подложки с анизотропным термическим расширением, также тепловое расширение и имеющееся сопротивление соответствующего измерительного участка изменяется. Кроме того, сопротивления первого и второго измерительных участков именно из-за подложки с анизотропным тепловым расширением могут изменяться в разной степени, поскольку, например, температурные коэффициенты расширения подложки в зависимости от направления отличаются друг от друга. Это может быть обусловлено тепловым расширением подложки. Подложка может, следовательно, иметь зависимый от направления коэффициент линейного расширения или зависимый от направления коэффициент объемного расширения. Степень проявления этого эффекта, т.е. теплового расширения, может зависеть при этом от материала, из которого состоит подложка. Тепловое расширение и соответственно сам по себе коэффициент теплового расширения может также зависеть от температуры.

Если одному из направлений расширения приписывают, например, первый вектор, а, например, первому измерительному участку приписывают второй вектор, то проекция второго вектора на первый вектор представлена вектором, который проходит в направлении первого вектора, вектор через основание перпендикуляра первого вектора, перпендикуляр которого ограничивается конечной точкой второго вектора. Само собой разумеется, на направления расширения могут проецироваться также несколько векторов, которые, например, описывают расположение первого и соответственно второго измерительного участка. Эта проекция или же только длина проецированного вектора может использоваться для сравнения, в результате которого определяется, отличаются ли друг от друга первый и второй измерительные участки в отношении их проекции на направления расширения.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый и/или второй элементы датчика температуры состоят, по меньшей мере, из одного тонкопленочного покрытия, нанесенного на подложку. Тонкопленочное покрытие может при этом наноситься на подложку обычным известным из уровня техники методом, например методом физического и/или химического осаждения из газовой фазы. Толщина тонкопленочного слоя может при этом находиться в микрометровом диапазоне (мкм), в частности быть также меньше 1 мкм (10-6 м). Под тонкопленочным покрытием следует понимать не только покрытия, которые создаются с использованием дополняющего процесса, как, например, напыления, но и покрытия, которые являются результатом убавляющих процессов, как, например, травления.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры тонкопленочное покрытие образует тонкопленочное сопротивление. Тем самым может использоваться одно, в частности одно-единственное, в частности непрерывное тонкопленочное покрытие, на котором выделены два измерительных участка. Благодаря этому может изготавливаться компактный резистивный датчик температуры, который, к тому же, может самостоятельно калиброваться и/или контролироваться. При этом используется эффект того, что нанесенное на подложку тонкопленочное покрытие при расширении подложки также расширяется или сжимается и в результате этого изменяется электрическое сопротивление первого и второго измерительных участков.

В другом варианте осуществления резистивного датчика сопротивления первый измерительный участок состоит из первого тонкопленочного сопротивления, а второй измерительный участок — из второго тонкопленочного сопротивления, причем первое и второе тонкопленочные покрытия нанесены на разные области поверхности подложки. Первый измерительный участок может наноситься также на другом, по сравнению с вторым измерительным участком, тонкопленочном слое, в частности в разных областях поверхности подложки, Например, тонкопленочные сопротивления и относящиеся к ним измерительные участки, а также относящиеся к ним элементы датчика температуры могут наноситься на противоположные стороны подложки.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый и соответственно второй измерительные участки располагаются на подложке так, что первый измерительный участок по сравнению со вторым измерительным участком из-за анизотропного теплового расширения подложки претерпевает не одинаковое тепловое расширение. Например, подложка может в одном направлении претерпевать термически обусловленное сжатие, а в другом направлении — термически обусловленное расширение. Это может сказываться в итоге вышеизложенным образом также на первом и втором измерительных участках и соответственно на нанесенном на подложку тонкопленочном покрытии.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый измерительный участок проходит, по меньшей мере, частями вдоль направления расширения на подложке, которое в сравнении с направлением расширения, вдоль которого проходит второй измерительный участок, имеет не одинаковое тепловое расширение.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры предусмотрены, по меньшей мере, первая и вторая пара электрических контактов, посредством которых могут контактировать первый и/или второй измерительные участки. Один из элементов датчика температуры может, по существу состоять из подложки, нанесенного на нее тонкопленочного покрытия, выделенного посредством тонкопленочного покрытия измерительного участка, а также контактов для установления контактов с тонкопленочным слоем. Предложенный резистивный датчик температуры может, кроме того, состоять, по меньшей мере, из двух, предпочтительно точно из двух, таких элементов датчика температуры. Первый и соответственно второй измерительный участок находится при этом между первой и соответственно второй парой контактов.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый и соответственно второй измерительный участок заданы первой и соответственно второй парой электрических контактов. Расположением контактов на тонкопленочном покрытии могут выделяться измерительные участки. Так, первая пара электрических контактов, которой выделяется первый измерительный участок, может, например, располагаться на противоположных концах тонкопленочного покрытия. Точно так же на противоположных концах тонкопленочного покрытия может располагаться вторая пар контактов.

Кроме того, контакты могут располагаться так, что, например, воображаемая соединительная линия между второй парой электрических контактов пересекает, например, воображаемую соединительную линию между первой парой контактов под углом α, причем угол α предпочтительно выбирается в зависимости от направлений расширения анизотропной подложки и предпочтительно находится в диапазоне от 20° до 160°. Например, воображаемые соединительные линии могут при этом предпочтительно совпадать с направлениями расширения подложки с анизотропным тепловым расширением.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры электрические контакты расположены на подложке так, что первый измерительный участок претерпевает отличное от второго участка тепловое расширение.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры электрические контакты предусмотрены на каждом из по существу расположенных противоположных концов, по меньшей мере, одного тонкопленочного покрытия.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры контакты находятся на одном-единственном нанесенном на подложку тонкопленочном покрытии.

В варианте осуществления датчика температуры контакты находятся на разных, в частности отделенных друг от друга, тонкопленочных покрытиях на подложке.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первое и/или второе тонкопленочное покрытие имеет толщину от 0,5 до 10 мкм.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка имеет толщину от 300 мкм до 2 мм.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка имеет первое направление а расширения, в котором происходит тепловое расширение, причем подложка имеет второе направление с расширения, в котором происходит тепловое расширение.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры тепловое расширение во втором направлении с расширения меньше, чем тепловое расширение в первом направлении а расширения.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры вдоль направления а расширения подложки происходит термически обусловленное расширение, а вдоль направления с расширения подложки — термически обусловленное сжатие.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первое и/или второе тонкопленочное покрытие претерпевает из-за теплового расширения подложки расширение вдоль направления а расширения расширение, а вдоль направления с расширения — сжатие.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры, по меньшей мере, одно тонкопленочное покрытие состоит из одного единственного материала.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры материал, из которого состоит, по меньшей мере, одно тонкопленочное покрытие, имеет по существу не изменяющиеся коэффициенты сопротивления и расширения.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка состоит из анизотропного кристаллического материала.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка состоит по существу из бета-эвкриптита, LiAlSiO4 или литий-алюминий-силиката.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка имеет прямоугольную, призматическую, эллипсоидную или кругообразную форму.

В отношении измерительного прибора задача решается за счет измерительного прибора для определения температуры с резистивным датчиком температуры согласно одному из вышеописанных вариантов осуществления.

В варианте осуществления измерительного прибора первый и второй измерительные участки служат для определения температуры со стороны окружающей среды.

В варианте осуществления измерительного прибора измерения сопротивлений первого и второго измерительных участков служат для выполнения диагностической функции резистивного датчика температуры и соответственно измерительного прибора.

В варианте осуществления измерительного прибора измерительный прибор включает в себя блок регулирования/обработки данных, который служит для того, чтобы сравнивать друг с другом измеренные сопротивления первого и второго измерительных участков.

В варианте осуществления измерительного прибора измерительный прибор имеет два входа измерительных сигналов, которые служат для соединения первого элемента датчика температуры и второго элемента датчика температуры, например, с интегрированным в измерительном преобразователе блоком регулирования/обработки данных. Кроме того, задача может решаться за счет соответствующего метода изготовления и/или использования резистивного датчика температуры и соответственно измерительного прибора.

Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что с помощью первого и второго элементов датчика температуры добывается частичная информация, на основании которой может определяться технологический параметр в целом. В качестве технологического параметра может рассматриваться, например, отклонение измерительного сигнала первого элемента датчика температуры от измерительного сигнала второго элемента датчика температуры, как это учитывается, например, при калибровке.

Кроме того, резистивный датчик температуры и/или, по меньшей мере, первый и/или второй элементы датчика температуры могут выполнять функцию нагревательного элемента и/или использоваться в качестве датчика. Например, в этом случае может использоваться анизотропное расширение подложки, чтобы проводить калибровку резистивного датчика температуры. Резистивный датчик температуры может при этом выполнять также функцию нагревательного элемента теплового расходомера.

Изобретение подробнее рассматривается с использованием нижеследующих чертежей. Показывают:

фиг.1 — вид сверху на резистивный датчик температуры согласно уровню техники,

фиг.2 — вид сверху на резистивный датчик в варианте осуществления настоящего изобретения, причем подложка проявляет анизотропное тепловое расширение,

фиг.3 — резистивный датчик температуры согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, причем измерительный участок имеет меандрообразное очертание,

фиг.4 — резистивный датчик температуры в еще одном варианте осуществления изобретения, также с измерительным участком меандрообразной формы,

фиг.5 — схематическое изображение кристаллической структуры анизотропной подложки при нормальной температуре,

фиг.6 — схематическое изображение кристаллической структуры анизотропной подложки при повышенной температуре,

фиг.7 — схематическое изображение поперечного разреза варианта осуществления предлагаемого изобретения, причем тонкопленочное сопротивление окружено инертизирующим заделочным материалом и покрытием подложки,

фиг.8 схематическое изображение поперечного разреза варианта осуществления предлагаемого изобретения, причем тонкопленочное сопротивление окружено лишь инертизирующим заделочным материалом,

фиг.9 — схематическое изображение двух сенсорных элементов, которые присоединены к измерительному преобразователю,

фиг.10 — схематическое изображение сенсорного элемента со встроенным измерительным преобразователем и

фиг.11 — схематическое изображение архитектуры прибора в промышленной установке.

Фиг.1 показывает резистивный датчик температуры согласно уровню техники. При этом на подложку 1 нанесен тонкопленочный слой 2, соединения с которым устанавливаются через контакты 31. Контактами 31 на тонкопленочном слое 2 выделяется измерительный участок. Измерительный участок при этом находится между контактами 31. Измерительный участок имеет так называемое тонкопленочное сопротивление. Измерительный участок и так называемое тонкопленочное сопротивление подвержены при этом тепловому расширению расположенной под ними подложки 1.

Тонкопленочное сопротивление является по существу сопротивлением, которое, например, используется в интегрированных схемах и состоит из тонкого слоя обладающего сопротивлением материала. Для создания тонкопленочных сопротивлений могут применяться различные обладающие сопротивлением материалы. Свойства таких тонкопленочных сопротивлений характеризуются рядом параметров, к которым относятся сопротивление, отклонение сопротивления от номинальной величины и температурные коэффициенты сопротивления (TCR) (показатель изменения сопротивления при изменении температуры).

Показанное на фиг.1 сопротивление измеряется методом четырех проводов, т.е. между двумя из соединительных проводов 5 протекает ток, в то время как между двумя другими соединительными проводами 5 лишь снимается напряжение, следовательно, по существу, тока в них нет.

Применяемая в варианте осуществления согласно фиг.1 подложка 1 имеет изотропное тепловое расширение, поэтому при изменении температуры расширение материала происходит независимо от пространственной ориентации.

Фиг.2 показывает резистивный датчик 10 температуры согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Резистивный датчик 10 температуры служит при этом для измерения температуры и имеет тонкопленочное покрытие 2 толщиной от 0,5 до 10 мкм из проводящих металлических, или содержащих переходные металлы, или углеродсодержащих, или содержащих углеродные нанотрубки материалов, которые нанесены на плоскую подложку-носитель 1 толщиной от 300 микрон до 2 мм, причем подложка-носитель 1 имеет анизотропные тепловые коэффициенты расширения, причем анизотропная поверхность подложки имеет основное направление а, при котором происходит усиленное тепловое расширение в направлении а’, а в перпендикулярном к а направлении с, которое находится в той же самой плоскости, в направлении с’ при нагревании происходит сжатие или же лишь небольшое тепловое расширение в сравнении с направлением а, в результате чего сплошное тонкопленочное покрытие в направлении а’ претерпевает расширение, а в направлении с’ — уменьшение размера.

Резистивный датчик температуры 10 может, кроме того, включать в себя один или несколько тонкопленочных элементов, например, из того же самого покрывающего материала 2 с таким же самым тепловым коэффициентом сопротивления, которые нанесены соответственно в направлении а и в направлении с на ту же самую подложку-носитель 1. Показанное на фиг.2 тонкопленочное покрытие 2 контактирует на расположенных напротив друг друга концах в направлениях а и с с двумя или несколькими электрическими присоединительными элементами в форме электрических контактов 6, 7. Посредством образованных таким образом измерительных путей благодаря наличию контактов 6 на разных участках покрытия анизотропной подложки 1 на одном и том же материале 2 покрытия с одинаковыми тепловыми коэффициентами расширения измерения сопротивления могут использоваться для метрологической оценки разницы измерений. Используемая для этой цели подложка 1 может состоять из анизотропного кристаллического материала, например из анизотропного кристаллического β-эвкриптита, LiAlSiO4, литий-алюминий-силиката. Подложка для этой цели может также иметь прямоугольную, призматическую, эллипсоидную или кругообразную плоскую форму. Так, на фиг.3 показана подложка по существу кругообразной формы, а на фиг.4 — по существу квадратной формы. Как правило, подложка-носитель 1 может состоять, по меньшей мере, из одного анизотропного материала, который, по меньшей мере, в основном направлении проявляет отрицательное тепловое расширение. В частности, проводящие полоски 72 плоской формы могут быть охвачены подложкой 1, как это показано на фиг.7 и 8, U-образно, причем подложка-носитель выходит за пределы граней проводящих полосок 72. Проводящая полоска(и) может(гут) также, см. фиг.7, быть полностью окружена(ы) анизотропным материалом 71 подложки, причем охватывающая проводящую полоску 72 нижняя часть 71 подложки-носителя покрыта дополнительной плоской частью 3 подложки, которая имеет такое же анизотропное ориентирование, как и нижний материал нижней части 71. С другой стороны, проводящая полоска 2 может быть, как показано на фиг.8, просто «закрыта» заделочным материалом.

Кроме того, проводящими полосками 2, 32, 42 могут быть обеспечены обе поверхности анизотропной подложки-носителя.

Как показано на фиг.3 и 4, покрытие может состоять из меандрообразных, закругленно изогнутых проводящих полосок 32, 42. Проводящие полоски 32, 42 могут иметь прямоугольное поперечное сечение или овально закругленное поперечное сечение.

Резистивный датчик температуры 10 может состоять из нескольких слоев, причем многослойная, сэндвичеобразная конструкция с плоскими частями состоит из анизотропной подложки-носителя 1 и проводящих тонкослойных покрытий 2, которые охвачены инертизирующим диэлектрически изолирующим заделочным материалом 4.

Фиг.5 и 6 показывают схематическое изображение кристаллической структуры материала, из которого состоит подложка 1. Подложка 1 имеет при этом два основных направления расширения, вдоль которых подложка 1 при изменении температуры претерпевает изменение длин. В направлении а подложка претерпевает расширение, в то время как в направлении с она претерпевает сжатие. Это показано отрезками а’ и с’ на фиг.6. Сопоставимое расширение, поэтому, претерпевает также нанесенное на подложку тонкопленочное покрытие 2, в ответ на это в зависимости от местоположения, соответственно расположению соответствующего измерительного участка, изменяется электрическое сопротивление тонкопленочного покрытия 2.

Фиг.9 показывает схематическое изображение двух сенсорных элементов МА1, МА2, которые, например, подключены для контроля технологического параметра к процессу, который происходит в трубопроводе или какой-либо другой емкости. Сенсорными элементами МА1, МА2 могут быть, например, соответствующие изобретению резистивные датчики 10 температуры, но могут применяться также другие датчики. Фирма Endress+Hauser является изготовителем широкого ассортимента резистивных термометров, термоэлементов и предназначенных для них защитных трубок S.

Эти датчики вставляются в защитную трубку S, которая подвержена воздействию процесса. Передаваемые от соответствующих датчиков по присоединительным проводникам K1, K2 измерительные сигналы поступают в измерительный преобразователь АЕ, который, как это представлено на фиг.9, может быть отделен от сенсорного элемента МА1 и соответственно МА2. Измерительный преобразователь АЕ имеет для этой цели два входа для измерительных сигналов, которые посредством кабелей соединены с соответствующими присоединительными элементами сенсорных элементов. Входами для измерительных сигналов могут быть 2-проводные, 3-проводные или 4-проводные присоединительные элементы, для того чтобы входы для измерительных сигналов могли лучше соответствовать съему измерительного сигнала применяемым элементом температурного датчика. Поскольку, как уже было упомянуто выше, сопротивление резистивного датчика температуры может сниматься посредством 2-, 3- или 4-проводного измерения.

Измерительным преобразователем АЕ могут обрабатываться измерительные сигналы и при необходимости выдаваться сообщения об ошибках, как, например, в случае дрейфа одного сенсорного элемента или обоих сенсорных элементов МА1, МА2. С другой стороны, измерительный сигнал, который используется для первичной обработки и/или последующей обработки, т.е. для определения значения измеряемой величины, может выбираться в зависимости от температуры.

В частности, путем так называемого согласования датчика с передающим устройством может достигаться высокая точность измерительного места, но прежде всего измерительного прибора, который состоит из сенсорных элементов МА1, МА2 и измерительного преобразователя АЕ. Для этого выход резистивного датчика 10 температуры линеаризируется. Это может осуществляться с использованием, например, уравнения Каллендар-ван-Дузена:

RT=R0(1+А·Т+В·Т2+(Т-100)·С·Т3,

где Т — температура; RT — измеренное омическое сопротивление; R0 — омическое сопротивление при 0°C. Коэффициенты А, В, С служат для согласования элемента датчика температуры и измерительного преобразователя АЕ. При этом первый набор коэффициентов А, В, С может быть предусмотрен для согласования первого элемента датчика температуры, а второй набор коэффициентов А, В’, С’ — для согласования второго элемента датчика температуры резистивного датчика 10 температуры. Коэффициенты могут определяться при калибровке элементов датчика температуры и соответственно резистивного датчика 10 температуры и, например, сохраняться в измерительном преобразователе АЕ.

Фиг.10 в отличие от фиг.9 показывает только лишь сенсорный элемент МА. Сенсорный элемент МА имеет встроенный измерительный преобразователь АЕ, так называемая температурная преобразующая головка. Температурной преобразующей головкой может быть, например, двухпроводной измерительный прибор, например, с двумя измерительными входами и одним аналоговым выходом А. Сенсорный элемент МА может включать в себя элемент датчика температуры, как, например, показанный на фиг.1, или два элемента датчика температуры, как, например, показанный на фиг.2 соответствующий изобретению резистивный датчик 10 температуры. В случае двух элементов датчика температуры они могут быть исполнены, например, дублирующими. Оба измерительных входа измерительного преобразователя АЕ могут, поэтому, служить для присоединения сенсорного элемента МА с соответствующим изобретению одним элементом резистивного датчика температуры, который включает в себя два элемента датчика температуры. При этом, следовательно, первый элемент датчика температуры может присоединяться к первому измерительному входу, а второй элемент датчика температуры — к второму измерительному входу. Измерительные сигналы обоих элементов датчика температуры в измерительном преобразователе АЕ могут подвергаться предварительной обработке или окончательной обработке и/или уже выполняется диагностическая функция. Так, измерительный преобразователь АЕ, т.е. температурная преобразующая головка, может надежно обнаруживать разрыв, короткое замыкание, коррозию провода, а также ошибки в соединении проводами. Кроме того, измерительным преобразователем АЕ может контролироваться рабочая область сенсорного элемента МА и окружающая температура. Кроме того, может обнаруживаться коррозия присоединительных проводов сенсорного элемента, которые служат для соединения сенсорного элемента МА с измерительным преобразователем АЕ, например, если сопротивления проводников превышают приемлемые границы. В таком случае, может, например, выдаваться соответствующее извещение об ошибке через аналоговый выход, который, например, использует 4-20 мА выходной сигнал или HART-протокол.

Кроме того, в варианте осуществления согласно фиг.9 или фиг.10 на основе обоих входов измерительных сигналов может быть предусмотрена так называемая функция дублирования датчика, которая осуществляет переключение на второй элемент датчика температуры и ставит перед ним задачу передачи данных через аналоговый выход, в случае, если первый элемент датчика температуры выходит из строя. Также оба входа датчика могут служить для того, чтобы переключаться на первый и второй элемент датчика температуры, если оба элемента датчика температуры должны использоваться в разных температурных и соответственно измерительных диапазонах или предусмотрены для использования при разных температурах. Как уже было упомянуто, может предусматриваться в форме аварийного сигнала предупреждение о дрейфе, которое выдается при отклонении, превышающем заданное предельное значение.

Вместе с названными компонентами температурная преобразующая головка образует единый измерительный пункт для самых разных областей применения в промышленной сфере.

Фиг.11 показывает схематическое изображение размещения приборов в промышленной установке. Измерительный прибор ТМТ82 имеет при этом аналоговый выход А, через который он может, например, осуществлять взаимодействия посредством 4-20 мА токового сигнала и HART-протокола.

Соединительными проводами аналоговый выход А соединен с так называемым разделителем RN221N питания, который обеспечивает измерительный прибор ТМТ82 вспомогательной энергией и передает выданный измерительным прибором ТМТ82 измерительный сигнал, например, системе управления PLC процессом.

К разделителю RN221N питания могут быть также подключены другие коммуникационные интерфейсы В, Commubox, которые делают возможным взаимодействие между соединенными с разделителем RN221N питания приборами SFX100, С.

Как показано на фиг.11, к разделителю питания RN221N может подключаться Bluetooth-интерфейс так, чтобы взаимодействовать с портативным устройством SFX100, которое, например, имеет индикаторный блок А2, и могут выводиться на экран, в частности, измеренные величины или другие относящиеся к процессу данные.

Кроме того, вместо или параллельно Bluetooth-интерфейсу может присоединяться другой коммуникационный интерфейс Commubox, например, фирмы Endress+Hauser, который является, например, самозащищенным интерфейсом для измерительного преобразователя АЕ, который преобразует HART-сигналы в USB-сигналы и таким образом делает возможным взаимодействие с компьютером С. На таком компьютере С, в свою очередь, может исполняться программа диагностики процесса и/или программа технического обслуживания, как, например, программа Fieldcare фирмы Endress+Hauser. Само собой разумеется, и на этом компьютере, в частности на индикаторном блоке А1, могут показываться измеряемые величины и/или относящиеся к процессу данные.

Список ссылочных обозначений

1 — подложка-носитель

2 — материал покрытия

3 — покрытие обложки

4 — инертизирующий заделочный материал

5 — двухстороннее контактирование

6 — первая пара контактов

7 — вторая пара контактов

а — первое направление расширения

с — второе направление расширения

АЕ — измерительный преобразователь

МА1 — первый сенсорный элемент

МА2 — второй сенсорный элемент

SFX 100 — портативное устройство

8 — Bluetooth-интерфейс

Commubox — USB-интерфейс

С — компьютер

PLC — система управления процессом

RN221N — разделитель питания

A1 — первый индикационный блок

А2 — второй индикационный блок

Fieldcare — диагностирующая/обслуживающая программа

А — аналоговый выход

S — защитная трубка

72 — проводящие полоски

32 — проводящие полоски

31 — электрические контакты

42 — проводящие полоски

а‘, с’ — изменение длин в направлении расширения а и соответственно с

10 — резистивный датчик температуры

1. Резистивный датчик (10) температуры с первым элементом (6) датчика температуры и вторым элементом (7) датчика температуры, причем первый элемент (6) датчика температуры имеет первый измерительный участок и второй элемент (7) датчика температуры имеет второй измерительный участок, причем первый и второй измерительные участки находятся на подложке (1), которая претерпевает анизотропное термическое расширение, по меньшей мере, в двух отличающихся друг от друга направлениях (а, с) расширения и проекция первого измерительного участка на направления (а) расширения отличается от проекции второго измерительного участка на направления (с) расширения.

2. Резистивный датчик (10) температуры по п.1, причем первый и/или второй элемент (6, 7) датчика температуры состоит, по меньшей мере, из одного тонкопленочного покрытия (2), нанесенного на подложку (1), в частности, таким образом, что тонкопленочное покрытие (2) образует тонкопленочное сопротивление (2).

3. Резистивный датчик (10) температуры по п.1, причем первый и соответственно второй измерительные участки расположены на подложке (1) таким образом, что первый измерительный участок по сравнению с вторым измерительным участком из-за анизотропного теплового расширения подложки (1) претерпевает отличающееся тепловое расширение.

4. Резистивный датчик (10) температуры по п.3, причем первый измерительный участок, по меньшей мере, частично проходит на подложке (1) вдоль направления (а) расширения, которое по сравнению с направлением (с) расширения, вдоль которого проходит второй измерительный участок, имеет отличающееся тепловое расширение.

5. Резистивный датчик температуры по п.1, причем предусмотрены, по меньшей мере, первая и вторая пары электрических контактов (6, 7), посредством которых с первым и/или вторым измерительными участками устанавливаются контакты.

6. Резистивный датчик (10) температуры по п.5, причем первый и соответственно второй измерительные участки заданы первой и соответственно второй парой электрических контактов (6, 7).

7. Резистивный датчик (10) температуры по п.6, причем электрические контакты (6, 7) расположены на подложке (1) таким образом, что первый измерительный участок по сравнению со вторым измерительным участком претерпевает отличающееся тепловое расширение.

8. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.5, 6 или 7, причем электрические контакты (6, 7) предусмотрены соответственно на расположенных по существу напротив друг друга концах, по меньшей мере, одного измерительного участка, в частности, по меньшей мере, одного тонкопленочного покрытия (2).

9. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.5-7, причем контакты (6, 7) прилегают к одному-единственному нанесенному на подложку (1) тонкопленочному покрытию (2).

10. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.5-7, причем контакты (6, 7) прилегают к разным, в частности отделенным друг от друга, тонкопленочным покрытиям (2) на подложке.

11. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.1-7, причем подложка (1) имеет первое направление (а) расширения, в котором происходит тепловое расширение, и второе направление (с) расширения, в котором происходит тепловое расширение.

12. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.1-7, причем подложка состоит из анизотропного кристаллического материала.

13. Измерительный прибор для измерения температуры, в частности для измерения температуры окружающей среды у измерительного участка резистивным датчиком температуры по любому из предшествующих пунктов.

14. Измерительный прибор по п.13, причем измерения сопротивления первого и второго измерительных участков служат для диагностирования резистивного датчика температуры и соответственно измерительного прибора.

15. Измерительный прибор по п.13 или 14, причем измерительный прибор имеет регулирующий/обрабатывающий блок, который служит для того, чтобы сравнивать друг с другом измеренные сопротивления первого измерительного участка и второго измерительного участка.

Датчики температуры RTD — основы

Датчик температуры RTD — это обычное устройство для измерения температуры в широком диапазоне промышленных приложений. В этой статье мы рассмотрим, как они работают, наиболее распространенные типы, а также их преимущества и недостатки.

Аббревиатура «RTD» означает «датчик температуры сопротивления».Обычно термометры сопротивления содержат платиновую, никелевую или медную проволоку, так как эти материалы имеют положительный температурный коэффициент. Это означает, что повышение температуры приводит к увеличению сопротивления — это изменение сопротивления затем используется для обнаружения и измерения изменений температуры.

Платиновые датчики температуры сопротивления

Platinum RTD — это наиболее распространенный тип RTD, используемый в промышленных приложениях. Это связано с тем, что платина имеет отличную коррозионную стойкость, отличную долговременную стабильность и измеряет широкий диапазон температур (-200… + 850 ° C).

Никелевые резистивные датчики температуры
Никелевые термометры сопротивления

дешевле платиновых и обладают хорошей коррозионной стойкостью. Однако никель со временем стареет быстрее и теряет точность при более высоких температурах. Никель ограничен диапазоном измерения -80… + 260 ° C.

Медные резистивные датчики температуры
Медные RTD

обладают лучшей температурной линейностью среди трех типов RTD, а медь является недорогим материалом.Однако медь окисляется при более высоких температурах. Медь ограничена диапазоном измерения -200… + 260 ° C.

Как устроены РДТ

Конструкция резистивного датчика температуры

может быть выполнена одним из трех способов: резистивные датчики сопротивления с проволочной обмоткой, датчики сопротивления со спиральными элементами и тонкопленочные датчики сопротивления.

РДТ с проволочной обмоткой

В RTD с проволочной обмоткой резистивный провод наматывается на непроводящий сердечник, который обычно изготавливается из керамики.Производитель датчика осторожно обрезает провод сопротивления для достижения заданного сопротивления при 0 ° C. Это называется сопротивлением «R 0 ». Например. сопротивление R 0 Pt100 = 100 Ом.

Затем к резистивному проводу прикрепляются подводящие провода, а затем на провод наносится стеклянное или керамическое покрытие для защиты. При повышении температуры длина резистивного провода немного увеличивается. При проектировании необходимо следить за тем, чтобы провод сопротивления не перекручивался или не деформировался иным образом при повышении температуры.Это связано с тем, что механическая деформация вызывает изменение сопротивления проволоки.

Лабораторно-класс РТДА, используемые калибровки и стандартов лабораторий устранить этот источник ошибок путем свободного сопротивление обмотки проволоки вокруг опорной конструкции непроводящей. Этот тип RTD может быть очень точным, но он хрупкий и не подходит для большинства промышленных приложений.

Спиральный элемент RTD

В RTD со спиральным элементом резистивная проволока свернута в небольшие катушки, которые свободно укладываются в керамическую форму, которую затем заполняют непроводящим порошком.Проволока сопротивления может расширяться и сжиматься при изменении температуры, что сводит к минимуму погрешность, вызванную механической нагрузкой. Порошок увеличивает скорость теплопередачи в змеевиках, тем самым улучшая время отклика. Термометры сопротивления со спиральными элементами обычно защищены металлической оболочкой при формировании температурных зондов RTD.

Тонкопленочный RTD

Тонкопленочные РДТ выпускаются серийно и стоят меньше, чем РДТ других типов.Они меньше по размеру и имеют более быстрое время отклика, чем другие, что желательно во многих приложениях. Они сделаны путем нанесения тонкого слоя платины на керамическую основу.

Производитель регулирует сопротивление при 0 ° C, открывая параллельные шунты на пути с помощью лазерного луча. Чем больше шунтов открыто, тем выше сопротивление при 0 ° C. Тонкопленочные RTD не так точны, как другие типы, потому что:

  • Сопротивление R 0 не может быть отрегулировано так же точно, как в других типах.
  • Керамическая основа и платиновое покрытие имеют немного разные степени расширения. Это создает ошибку деформации при более высоких температурах.
  • Поскольку тонкопленочные RTD меньше по размеру, ток возбуждения RTD вызывает немного большую ошибку из-за самонагрева RTD.

Коэффициент сопротивления RTD

Термин «коэффициент сопротивления» описывает средний наклон зависимости температуры от сопротивления при изменении температуры RTD от 0 ° C до + 100 ° C.Выражение для коэффициента сопротивления:

( 100 рэнд 0 ) / рэнд 0

Где:

R 100 = Сопротивление RTD при 100 ° C.

R 0 = Сопротивление RTD при 0 ° C.

Коэффициент сопротивления зависит от типа и чистоты металла, используемого для изготовления RTD. Как правило, RTD с высоким значением R 0 в сочетании с высоким отношением сопротивлений легче точно измерить, но другие характеристики металла, используемого в резистивном проводе, по-прежнему влияют на присущую ему точность RTD.

Platinum RTD, используемые в промышленных приложениях, обычно соответствуют стандарту IEC 60751. Эти RTD имеют отношение сопротивлений (138,5 Ом — 100 Ом) / 100 Ом = 0,385 Ом / ° C . В типичном промышленном применении этот тип RTD защищен путем вставки в оболочку из нержавеющей стали.

В стандартах RTD лабораторного класса используется платина более высокой чистоты с более высоким коэффициентом сопротивления: (139,2 Ом — 100 Ом) / 100 Ом = 0.392 Ом / ° C . При температурах выше + 670 ° C ионы металлов, выделяющиеся из зонда из нержавеющей стали, загрязняют платину высокой чистоты, изменяя ее коэффициент сопротивления. По этой причине эти RTD защищены зондом из кварцевого стекла или платины. Эти материалы зонда остаются инертными при высоких температурах, поэтому RTD остается незагрязненным.

Никелевые РДТ

, соответствующие стандарту DIN 43760, имеют отношение сопротивлений (161,7805 Ом — 100 Ом) / 100 Ом = 0,618 Ом / ° C .Никелевые RTD, обычно используемые в США, имеют отношение сопротивлений (200,64 Ом — 120 Ом) / 120 Ом = 0,672 Ом / ° C (показано на графике выше).

Медные РДТ [1] доступны с R 0 = 9,035 Ом или 100 Ом. Оба типа имеют коэффициент сопротивления 0,427:

(12,897 Ом — 9,035 Ом) / 9,035 Ом = 0,427 Ом / ° C.

(142,7 Ом — 100 Ом) / 100 Ом = 0,427 Ом / ° C.

Преимущества использования никелевых или медных RTD

Никель создает высокое сопротивление при 0 ° C и имеет высокий коэффициент сопротивления, что упрощает измерение этого чувствительного RTD.Эти качества также сводят к минимуму погрешность из-за сопротивления подводящего провода. Для RTD приблизительная погрешность из-за сопротивления подводящего провода составляет:

Сопротивление выводного провода / (R 100 -R 0 ) x 0,01

Например:

2-проводной никелевый RTD измеряет температуру в воздуховоде. Каждый выводной провод имеет сопротивление 0,25 Ом при общем сопротивлении проводов 0,5 Ом.

Таким образом, погрешность из-за сопротивления выводного провода может быть рассчитана следующим образом:

0.5 Ом / (161,78 — 100) x 0,01 = 0,81 ° C. Этого достаточно для многих приложений.

Для сравнения приведены числа для 2-проводного платинового RTD с таким же сопротивлением выводного провода:

0,5 Ом / (138,5 — 100) x 0,01 = 1,3 ° C.

Поскольку никелевый RTD очень чувствителен, недорогой датчик с низкой точностью может измерять RTD с приемлемой точностью. Никелевые термометры сопротивления используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и других приложениях, чувствительных к цене.

Медные термометры сопротивления имеют такую ​​же степень теплового расширения и электромагнитный гистерезис, что и медные обмотки, используемые в электродвигателях и генераторах.По этим причинам медные RTD иногда используются для измерения температуры обмоток.

Медь также имеет чрезвычайно линейную зависимость температуры от сопротивления. Благодаря этому можно точно измерить узкий температурный диапазон без дополнительной линеаризации.

Например:

ТС Cu100 создает сопротивление 100 Ом при 0 ° C и сопротивление 142,743 Ом при 100 ° C. Линейная экстраполяция дает теоретическое сопротивление при 50 ° C: (R 100 — R 0 ) / 2 + R 0

= (142.743-100) / 2 + 100 = 121,3715 Ом

Согласно опубликованным таблицам зависимости сопротивления от температуры, резистивный датчик температуры создает сопротивление 121,3715 Ом при 50 ° C, поэтому функционально линейный датчик RTD является линейным в диапазоне 0… + 100 ° C.

Нелинейность меди не станет очевидной, если не измерить большой диапазон. Например, при измерении 0… + 200 ° C линейная экстраполяция дает теоретическое сопротивление при 100 ° C как (185,675 — 100) / 2 + 100 = 142,838 Ом. Однако, согласно таблицам, сопротивление RTD при 100 ° C составляет 142.743 Ом.

Разница в +0,095 Ом в ° C: 0,095 Ом / 0,427 Ом на градус = погрешность + 0,222 ° C.

Допуск RTD

Большинство производителей датчиков производят платиновые RTD с уровнями точности, соответствующими стандартам IEC 60751 или ASTM E1137 RTD.

Стандарт IEC 60751 определяет четыре класса допуска: класс AA, A, B и C. Стандарт ASTM E1137 определяет два класса допуска: класс A и B.

Обратите внимание, что IEC 60751 определяет максимальный диапазон температур для каждого класса.Например, датчик класса A, оснащенный спиральным резистивным датчиком температуры, должен выдерживать указанный допуск в диапазоне -100… + 450 ° C. При работе вне этого температурного диапазона точность датчика может по умолчанию соответствовать классу B.

Датчики

, соответствующие допуску класса A или класса B ASTM E1137, должны выдерживать указанный допуск в диапазоне -200… + 650 ° C.

В этой таблице показаны расчетные допуски для каждого класса и сорта RTD. Обратите внимание, что RTD класса C имеют широкий допуск ± 6.6 ° C при 600 ° C. Для большинства промышленных приложений требуются термометры сопротивления класса B или лучше.

На следующем графике показаны допуски резистивных датчиков температуры, соответствующих стандарту IEC60751. Вы можете видеть, что RTD наиболее точны при 0 ° C и показывают большую погрешность, когда температура становится выше или ниже 0 ° C.

Многие производители датчиков предлагают RTD с допуском выше класса AA. Допуск этих высокоточных RTD обычно описывается как часть допусков класса B.На приведенном ниже графике RTD «1/5 класса B» имеет допуск всего ± (0,06 + 0,001 t ǀ) в диапазоне -30… 150 ° C. Этот допуск в пять раз лучше, чем у RTD класса B.

Уравнения Каллендара Ван Дюзена

Уравнения Каллендара ван Дюзена описывают зависимость температуры от сопротивления промышленных платиновых термометров сопротивления. Есть два уравнения Каллендара ван Дюзена:

Для температур <0 ° C сопротивление RTD при данной температуре составляет:

Rt = 0 [1 + At + Bt² + C (t — 100) t³]

Для температур ≥ 0 ° C сопротивление RTD при данной температуре составляет:

Rt = 0 (1 + At + Bt²)

Коэффициенты A, B, C и α, δ, β уникальны для каждого RTD.Следующие значения применимы к RTD, соответствующим стандартам IEC 60751 и ASTM E1137:

A = 3,9083 x 10 -3

B = -5,775 x 10 -7

C = -4,183 x 10 -12

α = 3,85 x 10 -3 *

β = 1,5 ° С

δ = 0,1086

* «α» — постоянная «Альфа». Альфа — соотношение сопротивления / 100:

α = ( 100 0 ) / (100 x 0 ).

Альфа платинового RTD, соответствующего IEC 60751:

(138,5 — 100) / (100 х 100)

= 0,00385

Никелевые термометры сопротивления

имеют альфа:

0,672 / 100 = 0,00672.

Медные RTD имеют альфа:

0,427 / 100 = 0,00427.

Характеристики RTD

Даже высококачественные термометры сопротивления не совсем соответствуют кривой R: T. IEC 60751 / ASTM E1137. Для дальнейшего повышения точности измерения калибровочная лаборатория может «охарактеризовать» RTD.Это делается путем тщательного измерения сопротивления RTD при нескольких различных температурах и последующего использования этих данных для получения коэффициентов α, δ, β и A, B и C.

2-проводной преобразователь температуры HART 5437, 2-проводной преобразователь 5337 с протоколом HART и 2-проводной преобразователь HART 6337 могут быть запрограммированы с этими коэффициентами, точно согласовывая преобразователь с определенным RTD для исключительной точности измерения.

Вернуться в библиотеку знаний по связям с общественностью


[1] ПРИМЕЧАНИЕ. ТС Cu100 имеет большее значение R 100 -R 0 , и его легче измерить, чем Cu9.035 RTD.

Полезна ли эта информация?

Как работает RTD?

«RTD» — это аббревиатура от «Resistance Temperature Detector». RTD — это тип датчика температуры, который может использоваться при производстве диапазона температурных датчиков Variohms.

Они доступны с различными значениями температуры / сопротивления в зависимости от требований применения.

Как работает RTD?

RTD состоит из резистивного элемента и изолированных медных проводов. Чаще всего количество проводов — 2; однако некоторые RTD имеют 3 или 4 провода. Резистивный элемент — это датчик температуры RTD. Обычно это платина, потому что как материал он очень стабилен во времени, имеет широкий диапазон температур, обеспечивает почти линейную зависимость между температурой и сопротивлением и обладает химической инертностью.Никель или медь — также другие популярные варианты материала резистивного элемента.

RTD работает по основному принципу; с увеличением температуры металла увеличивается и сопротивление потоку электричества. Через датчик пропускается электрический ток, резистивный элемент используется для измерения сопротивления проходящему через него току. С увеличением температуры резистивного элемента увеличивается и электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление измеряется в Ом.Затем значение сопротивления можно преобразовать в температуру в зависимости от характеристик элемента. Типичное время отклика для RTD составляет от 0,5 до 5 секунд, что делает их пригодными для приложений, где немедленный отклик не требуется.

Преимущества использования датчиков температуры RTD

RTD используются в различных отраслях промышленности, в том числе; автомобильная промышленность, бытовая техника, морское и промышленное применение. Преимущества использования RTD по сравнению с другими датчиками температуры:

· Высокоточная

· Согласованный

· Предлагаем долгосрочную стабильность

· Высокая повторяемость

· Подходит для экстремальных условий

· Имеют диапазон высоких температур (в зависимости от материала резистивного элемента)

Типы RTD от Variohm

RTD являются частью нашего диапазона температурных продуктов, у нас есть следующие варианты

Платиновые термометры сопротивления — доступны три различных диапазона температур; крио, средний и высокий

Никелевые РДТ — для приложений с диапазоном температур от -60 ° C до + 200 ° C

Круглые термометры сопротивления со стеклянной проволокой — они хорошо подходят для испытаний и измерений

SMD RTD — для автоматического монтажа в приложениях большого объема

Для получения дополнительной информации о нашем датчике RTD или любом из компонентов, которые мы можем предложить, свяжитесь с нами: 01327 351004 или sales @ variohm.com

Датчик температуры сопротивления

— Датчики RTD

Технические характеристики термометра сопротивления

Если не указано иное, сборки RTD Durex включают фотолитографически структурированные тонкопленочные элементы из высокочистой платины, обрезанные лазером до точных значений сопротивления. Эти датчики отличаются коротким временем отклика, превосходной долгосрочной стабильностью, низким самонагревом и отличной устойчивостью к вибрации и температурным ударам.

Время теплового отклика
Время отклика T 0,63 — это время, необходимое датчикам для реакции на 63% изменения температуры. Время отклика зависит от размеров оболочки, но может составлять всего 1,2 секунды.

Долгосрочная стабильность
Изменение сопротивления после 1000 часов работы при максимальной рабочей температуре составляет менее 0,03%.

Самонагревание
Чтобы измерить сопротивление, через элемент должен пройти электрический ток, который будет генерировать тепловую энергию, что приведет к ошибкам измерения.Чтобы свести к минимуму ошибку, испытательный ток должен быть низким (примерно 1 мА для Pt-100).
Температурная погрешность ΔT = RI² / E с:
E = коэффициент самонагрева в мВт / К
R = сопротивление в кОм
I = ток измерения в мА
Коэффициент самонагрева (E) для стандартных элементов, используемых в сборках Durex RTD, составляет 4 мВт / K в воздухе и 40 мВт / K в воде.

Измерение тока
Измерительный ток вызывает нагрев платинового тонкопленочного датчика.Результирующая температурная погрешность определяется выражением:
. ΔT = P / E с потерей мощности P = I 2 R и коэффициентом самонагрева E в мВт / K.
Величина теплопередачи от датчика в приложении определяет, какой ток измерения может быть приложен. Для тонкопленочной платины нет нижнего предела измерительного тока. Ток измерения сильно зависит от используемого приложения.
Мы рекомендуем:
100 Ом: обычно 1 мА, максимум 5 мА
500 Ом: обычно 0.5 мА, максимум 3 мА
1000 Ом: обычно 0,3 мА, максимум 2 мА
2000 Ом: обычно 0,2 мА, максимум 1 мА

Номинальные значения
Номинальное или номинальное значение датчика — это целевое значение сопротивления датчика при 0 ° C. Температурный коэффициент α определяется как
α = R100 — R0
100 — R0
(K -1 ) и имеет числовое значение 0,00385 K -1 согласно DIN IEC 751.

На практике часто вводится значение, умноженное на 10 6 : TCR = 10 6 x R100 — R0
100 — R0 x (частей на миллион / K)

В данном случае числовое значение составляет 3850 ppm / K.

Кривая температурных характеристик
Кривая температурной характеристики определяет зависимость удельного электросопротивления от температуры. Применяется следующее определение температурной кривой в соответствии со стандартом DIN EN 60751:

Классы допуска

Класс ± предельные отклонения в ° C (K) Обозначение IST AG Диапазон температур
DIN 60751, класс B 0.30 + 0,005 x | T | B от -200 ° C до 850 ° C
DIN 60751, класс A 0,15 + 0,002 x | T | A от -90 ° C до 300 ° C
⅓ DIN 60751, класс B 0,10 + 0,0017 x | T | Y от -50 ° C до 150 ° C

| T | — числовое значение температуры ° C без учета отрицательных или положительных знаков.
Специальный подбор датчиков по запросу (пары, группировки, особые допуски).

Услуги по калибровке
Калибровки Durex RTD полностью отслеживаются Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) и используются для определения точного температурного коэффициента датчика. Для сенсоров ниже 32 ° F (0 ° C) рекомендуется калибровка криогенного диапазона. Сертификаты поставляются со всеми калибровками. Печатные таблицы интерполированных значений поставляются только с калибровками криогенного диапазона.

Стиль: R1L, R2L, R3L, R4L — Максимальная номинальная температура для этих четырех стилей составляет 500 ° F. Обычно они конструируются с тефлоновыми выводами, а конец вывода защищен эпоксидным уплотнением. Это эпоксидное уплотнение обеспечивает водостойкий барьер.

Стиль: R1M, R2M, R3M, R4M — Максимальная номинальная температура для следующих четырех стилей составляет 900 ° F. Они построены с использованием проводов с изоляцией из жаропрочного стекловолокна. Выводной конец герметизирован и защищен высокотемпературным цементом.

Стиль: R1P, R2P, R3P, R4P — Максимальная номинальная температура для этих последних четырех стилей составляет 1200 ° F. Их конструкция отличается плотной изоляцией из оксида магния. Никелевые проводники рассчитаны на повышенные температуры и суровые условия окружающей среды.

Доступные элементы датчика температуры сопротивления
Код Тип элемента Температурный коэффициент Допуск при 0 ° C
A 100 Ом Платина .00385 ,1%
B 100 Ом Платина .00385 0,06%
С 100 Ом Платина .00385 0,03%
D 500 Ом Платина .00385 ,1%
E 1000 Ом Платина .00385 ,1%
Ф. 2000 Ом Платина .00385 ,1%
G 100 Ом Платина .00392 ,1%
H 100 Ом Платина .00392 0,03%
Дж 120 Ом Никель .00392 ,5%
К Никель-железо 604 Ом .00392 ,5%

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. Итак, приступим к делу!

Оглавление

Поскольку этот пост стал довольно длинным, вот оглавление, 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:

В начало ⇑

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.

В начало ⇑

Датчики PRT

Platinum — наиболее распространенный материал 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 :

  • Может использоваться 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 точные, линейные и стабильные, чем термопары
  • Не требует компенсации холодного спая, как это делают термопары
  • Удлинители могут быть медными
  • Дороже, чем термопары Требуются
  • известный отлично ток нагрузки подходит для типа датчика
  • Более хрупкий

Вкратце можно сказать, что термопары более подходят для высокотемпературных приложений и ПТС для приложений, требующих более высокой 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 ⇑

Измерительный датчик 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 вы используете 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 объясняется в сообщении в блоге по ссылке выше, 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 должен знать приборостроитель

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 ток измерения обычно составляет 1 мА при измерении датчика Pt100, но он может быть и ниже 100 мкА.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 изготовлены из очень чистой (α = 3,926 x 10 -3 ° C -1 ) платины, а опора для проволоки разработана 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 поддержкой

PRT с частичной поддержкой — 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 провода 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.

В начало ⇑

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 звучит немного сложно при написании, 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 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.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.

Соотношение температурного сопротивления Pt100 (385)

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
  • Таблица Minco 16-9
  • Кривая Эдисона № 7

Убедитесь, что ваше измерительное устройство поддерживает датчик Pt100

Стандартные датчики 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 (датчик + 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 в различных классах 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-го, -го и -го 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 Технической записке NIST 1265 «Рекомендации по реализации международной температурной шкалы 1990 года» 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 это 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 этот блог, указав свой адрес электронной почты в поле «Подписаться» в правом верхнем углу. Вы будете уведомлены по электронной почте, когда появятся новые статьи.

Элементы и датчики RTD — Введение и таблицы

Введение в термометры сопротивления и датчики

Элементы RTD бывают разных типов, соответствующих различным стандартам, способны работать в различных диапазонах температур, с различными размерами и доступной точностью.Но все они работают одинаково: каждый имеет заранее заданное значение сопротивления при известной температуре, которая изменяется предсказуемым образом. Таким образом, измеряя сопротивление элемента, температуру элемента можно определить по таблицам, расчетам или приборам. Эти элементы сопротивления являются сердцем RTD (резистивного датчика температуры). Как правило, неизолированный резистивный элемент слишком хрупок и чувствителен для использования в необработанном виде, поэтому его необходимо защитить, включив в RTD.

Температурный датчик сопротивления — это общий термин для любого устройства, которое измеряет температуру путем измерения изменения сопротивления материала. RTD бывают разных форм, но обычно находятся в оболочке. Датчик RTD представляет собой сборку, состоящую из резистивного элемента, оболочки, выводного провода и клеммы или соединения. Оболочка, закрытая торцевая труба, фиксирует элемент, защищая его от влаги и окружающей среды, подлежащей измерению. Оболочка также обеспечивает защиту и устойчивость проводов переходных выводов от проводов хрупких элементов.

Некоторые датчики RTD можно комбинировать с защитными гильзами для дополнительной защиты. В этом типе применения защитная гильза может не только добавить защиту RTD, но и изолировать любую систему, которую RTD должен измерять (например, резервуар или бойлер), от фактического контакта с RTD. Это становится большим подспорьем при замене RTD без опорожнения резервуара или системы.

Термопары — это старый испытанный метод измерения электрической температуры.Они работают очень иначе, чем RTD, но обычно имеют одну и ту же конфигурацию: часто в оболочке и, возможно, в защитной гильзе. В основном они работают на эффекте Зеебека, который приводит к изменению термоэлектрической ЭДС, вызванному изменением температуры. Многие приложения поддаются либо RTD, либо термопарам. Термопары имеют тенденцию быть более прочными, без ошибок самонагрева, и они требуют большого набора инструментов. Однако RTD, особенно платиновые RTD, более стабильны и точны.

История

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 стандарта 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 перекрестную слюдяную сетку и установил сборку внутри стеклянной трубки. Эта конструкция минимизировала нагрузку на провод при максимальном сопротивлении.

Хотя такая конструкция обеспечивает очень стабильный элемент, тепловой контакт между платиной и точкой измерения довольно плохой.Это приводит к медленному тепловому отклику. Хрупкость конструкции ограничивает ее использование сегодня, прежде всего, в качестве лабораторного стандарта.

Другой лабораторный стандарт занял место разработки Мейерса. Это элемент клетки для птиц, предложенный Эвансом и Бернсом. Платиновый элемент остается практически без опоры, что позволяет ему свободно перемещаться при расширении или сжатии из-за колебаний температуры.

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 надежная конструкция показана на Рис. 37. Платиновая проволока наматывается бифилярно на стеклянную или керамическую бобину. 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.

ТИПОВЫЕ РДТ (Рисунки 36 и 37)

Металлопленочные термометры сопротивления

В новейшей технологии строительства суспензионная пленка из платины или металла и стекла наносится или растирается на небольшую плоскую керамическую подложку, протравливается с помощью системы лазерной обрезки и запечатывается.Пленочный резистивный датчик температуры обеспечивает значительное сокращение времени сборки и имеет дополнительное преимущество в виде повышенного сопротивления для данного размера. Из-за технологии изготовления само устройство имеет небольшие размеры, что означает, что оно может быстро реагировать на скачкообразные изменения температуры. Пленочные RTD в настоящее время менее стабильны, чем их аналоги, сделанные вручную, но они становятся все более популярными из-за их очевидных преимуществ в размере и стоимости производства. Эти преимущества должны послужить толчком для будущих исследований, необходимых для повышения стабильности.

Металлы — Все металлы вызывают положительное изменение сопротивления при положительном изменении температуры. Это, конечно же, основная функция датчика RTD. Как мы вскоре увидим, системная ошибка сводится к минимуму, когда номинальное значение сопротивления RTD велико. Это подразумевает металлическую проволоку с высоким удельным сопротивлением. Чем ниже удельное сопротивление металла, тем больше материала нам придется использовать.

В следующей таблице перечислены удельные сопротивления обычных материалов для термометров сопротивления.

МЕТАЛЛ СОПРОТИВЛЕНИЕ, ОМ / CMF
(смс = круглая мил-фут)


Золото
Серебро
Медь
Платина
Вольфрам
Никель
Au
Ag
Cu
Pt
w
Ni
13.00
8,8
9,26
59,00
30,00
36,00

Из-за более низкого удельного сопротивления золото и серебро редко используются в качестве элементов RTD. Вольфрам обладает относительно высоким удельным сопротивлением, но предназначен для применения при очень высоких температурах, поскольку он чрезвычайно хрупкий и его трудно обрабатывать.

Медь иногда используется в качестве элемента RTD. Его низкое удельное сопротивление вынуждает элемент быть длиннее, чем платиновый элемент, но его линейность и очень низкая стоимость делают его экономичной альтернативой.Его верхний предел температуры составляет всего около 120ºC.

Наиболее распространенные RTD изготавливаются из платины, никеля или никелевых сплавов. Экономичные проволоки на основе никеля используются в ограниченном диапазоне температур. Они довольно нелинейны и имеют тенденцию дрейфовать со временем. Для достоверности измерений очевидным выбором является платина.

RTD Elements производит в Омеге

pt100 Элементы
Этот поверхностный элемент представляет собой особый тип элемента pt100.Он спроектирован так, чтобы быть как можно более тонким, что обеспечивает хороший контакт для измерения температуры плоских поверхностей.

Характеристики элемента RTD

Чтобы правильно определить характеристики элемента RTD, необходимо указать несколько очень важных деталей:

  1. Материал элемента сопротивления (платина, никель и т. Д.)
  2. Температурный коэффициент
  3. Номинальное сопротивление
  4. Температурный диапазон применения>
  5. Физические размеры или ограничения по размеру
  6. Точность

1. Материал элемента сопротивления
Некоторые металлы довольно часто используются в элементах сопротивления, и чистота металла влияет на его характеристики.Платина на сегодняшний день является самой популярной из-за ее линейной зависимости от температуры. Другими распространенными материалами являются никель и медь, хотя большинство из них заменяется платиновыми элементами. Другие используемые металлы, хотя и редко, — это Balco (сплав железа с никелем), вольфрам и иридий.

2. Температурный коэффициент
Температурный коэффициент элемента — это физическое и электрическое свойство материала. Это термин, который описывает изменение среднего сопротивления на единицу температуры от точки льда до точки кипения воды.Различные организации приняли за стандарт разные температурные коэффициенты. В 1983 году IEC (Международная электротехническая комиссия) приняла стандарт DIN (Deutsche Institute for Normung) для платины 100 Ом при 0ºC с температурным коэффициентом 0,00385 Ом на градус Цельсия. В настоящее время это общепринятый отраслевой стандарт в большинстве стран, хотя широко используются другие единицы измерения. Краткое объяснение того, как рассчитывается коэффициент, выглядит следующим образом: Сопротивление при температуре кипения (100 ° C) = 138.50 Ом. Сопротивление в точке обледенения (0ºC) = 100,00 Ом. Разделите разницу (38,5) на 100 градусов, а затем разделите на номинальное значение элемента 100 Ом. Результатом является средний температурный коэффициент (альфа) 0,00385 Ом на Ом на ºC.

Некоторые из менее распространенных материалов и температурных коэффициентов:

Pt TC = .003902 (Промышленный стандарт США)
Pt TC = .003920 (Старый стандарт США)
Pt TC = .003923 (SAMA)
Pt TC = .003916 (JIS)
Медь TC = .0042
Никель TC = 0,00617 (DIN)
Никель TC = .00672 (В США встречается все реже)
Balco TC = .0052
ТК вольфрама = 0,0045

Обратите внимание, что температурные коэффициенты представляют собой средние значения от 0 до 100 ° C. Это не означает, что кривые зависимости сопротивления от температуры действительно линейны в указанном температурном диапазоне.

3. Номинальное сопротивление
Номинальное сопротивление — это заранее заданное значение сопротивления при заданной температуре.Большинство стандартов, включая IEC-751, используют 0ºC в качестве точки отсчета. Стандарт IEC составляет 100 Ом при 0ºC, но доступны другие номинальные сопротивления, такие как 50, 200, 400, 500, 1000 и 2000 Ом.

4. Диапазон рабочих температур
В зависимости от механической конфигурации и методов производства, RTD могут использоваться при температуре от -270ºC до 850ºC. Спецификации для температурного диапазона будут разными, например, для тонкопленочных, проволочных и стеклянных типов.

5. Физические размеры или ограничения размеров
Наиболее важным размером элемента является внешний диаметр (O.D.), поскольку элемент часто должен помещаться в защитную оболочку. Элементы пленочного типа не имеют внешнего диаметра. Чтобы рассчитать эквивалентный размер, нам нужно найти диагональ концевого поперечного сечения (это будет наибольшее расстояние через элемент, когда он вставлен в оболочку).

Допустимые отклонения для таблицы PT100

24
Класс A
Температура
ºC
Отклонение
Ом ºC 9145
± 0,55
-100 ± 0,14 ± 0,35
0 ± 0,06 ± 0,15
100 ± 0,13 905 0,36 ± 0,20 ± 0,55
300 ± 0,27 ± 0,75
400 ± 0,33 ± 0,95
500 905.38 ± 1,15
600 ± 0,43 ± 1,35
650 ± 0,46 ± 1,45
905 1 645 1 645 9053 ± 3,8
Класс B
Температура
ºC
Отклонение
Ом 90-462 º64 ± 64 ± 64567
-100 ± 0,32 ± 0,8
0 ± 0,12 ± 0,3
100 ± 0,30 ± 200 ± 0,8 ± 1,3
300 ± 0,64 ± 1,8
400 ± 0,79 ± 2,3
500 ± 0,93 ± 0,93 8
600 ± 1,06 ± 3,3
650 ± 1,13 ± 3,6
700 ± 1,17 ± 3,8 ± 4,3
850 ± 1,34 ± 4,6

Например, при использовании элемента RTD размером 10 x 2 x 1,5 мм диагональ может быть найдена путем извлечения квадратного корня из (2 2 + 1.5 2 ). Таким образом, элемент поместится в отверстие с внутренним диаметром 2,5 мм (0,98 дюйма). На практике помните, что любой элемент шириной 2 мм или меньше подойдет для наружного диаметра 1/8 дюйма. оболочка со стенками 0,010 дюйма, вообще говоря. Элементы шириной 1,5 мм обычно помещаются в оболочку с отверстием 0,084 дюйма. См. Рисунок 1.

6. Точность
Спецификации IEC 751 для платиновых термометров сопротивления соответствуют требованиям стандарта DIN 43760 по точности.Элементы DIN-IEC класса A и класса B показаны в таблице на этой странице.

7. Время отклика
50% отклик — это время, необходимое элементу термометра сопротивления для достижения 50% значения в установившемся режиме. 90% отклик определяется аналогичным образом. Эти времена отклика элементов приведены для воды, протекающей со скоростью 0,2 м / с, и воздуха, протекающего со скоростью 1 м / с. Их можно рассчитать для любой другой среды с известными значениями теплопроводности.В оболочке диаметром 1/4 дюйма, погруженной в воду, текущую со скоростью 3 фута в секунду, время отклика на 63% скачкообразного изменения температуры составляет менее 5,0 секунд.

8. Измерение тока и самонагрева
Измерение температуры осуществляется почти исключительно на постоянном токе. Измерительный ток неизбежно вызывает тепло в RTD. Допустимые измерительные токи зависят от местоположения элемента, измеряемой среды и скорости движущейся среды.Коэффициент самонагрева, «S», дает ошибку измерения для элемента в ºC на милливатт (мВт). При заданном значении измерительного тока I значение P в милливаттах можно рассчитать из P = I 2 R, где R — значение сопротивления RTD. Погрешность измерения температуры Δ T (ºC) может быть вычислена из Δ T = P x S.

Характеристики элемента RTD

Стабильность: Лучше 0.2ºC после 10 000 часов при максимальной температуре (1 год, 51 день, 16 часов непрерывно).

Устойчивость к вибрации: 50 г при 500ºC; 200 г при 20ºC; на частотах от 20 до 1000 гц.

Устойчивость к температурным ударам: В принудительном воздухе: во всем температурном диапазоне. При закалке в воде: от 200 до 20ºС.

Чувствительность к давлению: Менее 1,5 x 10 -4 C / PSI, двусторонний.

Ошибки самонагревания и время отклика: Тип выбранного элемента см. На конкретных страницах Справочника по температуре.

Самоиндуктивность по току считывания: Может считаться незначительным для тонкопленочных элементов; обычно менее 0,02 микрогенри для элементов с проволочной намоткой.

Емкость: Для элементов с проволочной обмоткой: менее 6 пикофарад; для пленочных элементов: емкость слишком мала для измерения и зависит от подключения выводного провода. Соединения выводов с элементом могут указывать на емкость около 300 пФ.

Датчик RTP с конфигурацией 2,3 или 4 провода

Термопара из бисерной проволоки
Omega Engineering производит любые типы датчиков и элементов RTD.2-, 3- или 4-проводные датчики конфигурации RTD готовы к отправке.

Конфигурации проводки RTD и Pt100

Как указывалось ранее, элемент резистивного температурного датчика (RTD) обычно имеет оболочку. С другой стороны, самым популярным элементом RTD является Pt100. Очевидно, что здесь также применяются все критерии, применимые к элементам сопротивления, но вместо размера элемента необходимо учитывать конструкцию и размеры всего узла RTD.Поскольку подводящий провод, используемый между резистивным элементом и измерительным прибором, сам имеет сопротивление, мы также должны предоставить средства компенсации этой неточности. См. Рисунок 2 для 2-проводной конфигурации.


Кружком обозначены границы элемента сопротивления до точки калибровки. 3- или 4-проводная конфигурация RTD должна быть расширена от точки калибровки, чтобы все неоткалиброванные сопротивления были скомпенсированы.

Сопротивление RE снимается с резистивного элемента и представляет собой значение, которое обеспечивает точное измерение температуры. К сожалению, при измерении сопротивления прибор покажет R TOTAL :

Где

R T = R 1 + R 2 + R E

При этом показание температуры будет выше, чем фактически измеренное. Многие системы можно откалибровать, чтобы устранить это.

Стандартные значения сопротивления платинового RTD варьируются от 10 Ом для модели птичьей клетки до нескольких тысяч Ом для пленочного RTD. Единственное наиболее распространенное значение — 100 Ом при 0ºC (RTD Pt100). Стандартный температурный коэффициент платиновой проволоки DIN 43760 составляет α = 0,00385. Для провода 100 Ом это соответствует + 0,385 Ом / ºC при 0ºC. Это значение α на самом деле представляет собой средний наклон от 0ºC до 100ºC. Более химически чистая платиновая проволока, используемая в платиновых стандартах сопротивления, имеет α = +.00392 Ом / Ом / ºC.

И наклон, и абсолютное значение являются небольшими числами, особенно если учесть тот факт, что измерительные провода, ведущие к датчику, могут иметь сопротивление в несколько или даже десятки Ом. Небольшой импеданс свинца может внести значительную ошибку в наши измерения температуры.

Импеданс вывода в десять Ом означает ошибку измерения 10 / 0,385 ≈ 26 ° C. Даже температурный коэффициент подводящего провода может вносить измеримую ошибку.Классическим методом решения этой проблемы было использование моста.

Выходное напряжение моста является косвенным показателем сопротивления RTD. Для моста требуются четыре соединительных провода, внешний источник и три резистора с нулевым температурным коэффициентом. Чтобы не подвергать три резистора завершения моста воздействию той же температуры, что и датчик RTD, RTD отделен от моста парой удлинительных проводов:

Эти удлинительные провода воссоздают проблему, которая у нас была изначально: сопротивление удлинительных проводов влияет на показания температуры.Этот эффект можно минимизировать, используя трехпроводной мост конфигурации :

Если провода A и B идеально согласованы по длине, их влияние на импеданс прекратится, поскольку каждый находится на противоположной стороне моста. Третий провод, C, действует как измерительный провод и не пропускает ток.

Мост Уитстона, показанный на рисунке 41, создает нелинейную зависимость между изменением сопротивления и изменением выходного напряжения моста.Это усугубляет и без того нелинейную характеристику термостойкости RTD, требуя дополнительного уравнения для преобразования выходного напряжения моста в эквивалентное сопротивление RTD.

Эта конфигурация обеспечивает одно соединение с одним концом и два с другим концом датчика. При подключении к прибору, предназначенному для приема 3-проводного входа RTD, достигается компенсация сопротивления проводов и изменение температуры в сопротивлении проводов. Это наиболее часто используемая конфигурация.


Если используются три провода одинакового типа и их длины равны, то R 1 = R 2 = R 3 . Измеряя сопротивление на проводах 1, 2 и резистивном элементе, измеряется общее сопротивление системы (R 1 + R 2 + R E ). Если сопротивление также измеряется через выводы 2 и 3 (R 2 + R 3 ), мы получаем сопротивление только выводных проводов, а поскольку сопротивления всех выводных проводов равны, вычитая это значение (R 2 + R 3 ) от общего сопротивления системы (R 1 + R 2 + R E ) оставляет нам только R E , и было выполнено точное измерение температуры.Также используется 4-проводная конфигурация. (См. Рис. 4.) На каждом конце датчика предусмотрено два соединения. Эта конструкция используется для измерений с высочайшей точностью.


В 4-проводной конфигурации RTD прибор будет пропускать постоянный ток (I) через внешние выводы 1 и 4.

Падение напряжения измеряется на внутренних выводах 2 и 3. Таким образом, из V = IR мы узнаем сопротивление только элемента, без какого-либо влияния на сопротивление провода выводов.Это дает преимущество перед 3-проводными конфигурациями RTD только в том случае, если используются разные подводящие провода, а это случается редко.

4-проводной RTD — Технология использования источника тока вместе с дистанционным цифровым вольтметром устраняет многие проблемы, связанные с мостом.

Выходное напряжение, считываемое DVM, прямо пропорционально сопротивлению RTD, поэтому необходимо только одно уравнение преобразования.Три резистора завершения моста заменяются одним эталонным резистором. Цифровой вольтметр измеряет только падение напряжения на RTD и нечувствителен к длине выводных проводов.

Одним из недостатков использования 4-проводного датчика RTD является то, что нам требуется на один удлинительный провод больше, чем 3-проводной мост. Это небольшая цена, если мы вообще заинтересованы в точности измерения температуры.

Еще одна конфигурация, теперь редко встречающаяся, представляет собой стандартную двухпроводную конфигурацию с замкнутым контуром проводов рядом (Рисунок 5).Это функционирует так же, как конфигурация 3-проводного RTD, но для этого используется дополнительный провод. Отдельная пара проводов предусмотрена в виде петли для компенсации сопротивления проводов и изменений сопротивления проводов в окружающей среде.

Ошибки измерения 3-проводного моста

Если мы знаем V S и V O , мы можем найти R g и затем решить для температуры. Напряжение небаланса V o моста, построенного с R 1 = R 2 , составляет:

Если R g = R 3 , V O = 0 и мост уравновешен.Это можно сделать вручную, но если мы не хотим выполнять балансировку моста вручную, мы можем просто вычислить для R g через V O :

Это выражение предполагает, что сопротивление проводов равно нулю. Если R g расположен на некотором расстоянии от моста в 3-проводной конфигурации, сопротивление выводов R L появится последовательно с R g и R 3 :

Снова решаем для R г :

Член ошибки будет небольшим, если Vo мало, т.е.е., мост близок к равновесию. Эта схема хорошо работает с такими устройствами, как тензодатчики, которые изменяют значение сопротивления всего на несколько процентов, но RTD резко меняет сопротивление в зависимости от температуры. Предположим, что сопротивление RTD составляет 200 Ом, а мост рассчитан на 100 Ом:

Поскольку мы не знаем стоимость лари рэндов, мы должны использовать уравнение (а), поэтому мы получаем:

Правильный ответ конечно 200 Ом.Это температурная погрешность около 2,5 ° C.

Если вы не можете фактически измерить сопротивление R L или уравновесить мост, базовая 3-проводная методика не является точным методом измерения абсолютной температуры с помощью RTD. Лучше использовать 4-проводную технику.

Устойчивость к температурным преобразованиям

RTD является более линейным устройством, чем термопара, но все же требует подгонки кривой.Уравнение Каллендара-Ван Дюзена использовалось в течение многих лет для аппроксимации кривой RTD:

Где:

R T = Сопротивление при температуре T
R o = Сопротивление при T = 0ºC
α = Температурный коэффициент при T = 0ºC ((обычно +0.00392 Ом / Ом / ºC))
δ = 1,49 (типичное значение для платины 0,00392)
β = 0 T> 0
0,11 (типичное) T <0

Точные значения коэффициентов α, β и δ определяются путем тестирования RTD при четырех температурах и решения полученных уравнений. Это знакомое уравнение было заменено в 1968 году полиномом 20-го порядка, чтобы обеспечить более точную аппроксимацию кривой.График этого уравнения показывает, что RTD является более линейным устройством, чем термопара.

RTD против термопары — Sure Controls

В чем разница между резистивным датчиком температуры (RTD) и термопарой? И RTD, и термопары — это датчики, используемые для измерения тепла в таких шкалах, как Фаренгейта и Кельвина. Такие устройства используются в широком диапазоне приложений и настроек, часто ставя перед людьми дилемму выбора использования RTD или термопар.У каждого типа датчика температуры есть свои преимущества и недостатки, которые делают его пригодным для определенных условий и обстоятельств.

Детекторы термометров сопротивления

Электрическое сопротивление металлов повышается по мере увеличения нагрева и нагрева металлов, в то время как их электрическое сопротивление падает по мере уменьшения нагрева и охлаждения металлов. RTD — это датчики температуры, которые используют изменения электрического сопротивления металлов для измерения изменений локальной температуры.Чтобы показания можно было интерпретировать, металлы, используемые в RTD, должны иметь электрическое сопротивление, известное людям и записанное для удобства. В результате медь, никель и платина являются популярными металлами, используемыми в конструкции термометров сопротивления.

Термопары

Термопары — это датчики температуры, в которых используются два разных металла в датчике для создания напряжения, которое может быть считано для определения местной температуры. При изготовлении термопар можно использовать различные комбинации металлов, чтобы обеспечить различные калибровки с различными диапазонами температуры и характеристиками датчика.

Загрузите лист проектирования термопар Sure Controls для получения дополнительной информации.

RTD и термопара

Поскольку термины охватывают весь диапазон датчиков температуры, предназначенных для использования в различных условиях, невозможно сделать вывод, являются ли RTD или термопары лучшим вариантом в целом. Вместо этого более полезно сравнивать характеристики RTD и термопар, используя определенные характеристики, такие как стоимость и диапазон температур, чтобы пользователи могли выбирать, исходя из конкретных потребностей своей организации.
В целом, термопары лучше, чем RTD, когда дело касается стоимости, прочности, скорости измерения и диапазона температур, который может быть измерен с их помощью. Стоимость большинства термопар в 2,5–3 раза меньше, чем у RTD, и хотя установка RTD дешевле, чем установка термопар, экономия затрат на установку недостаточна, чтобы склонить чашу весов. Кроме того, термопары более долговечны и быстрее реагируют на изменения температуры благодаря той же конструкции. Однако главным преимуществом термопар является их диапазон.Большинство RTD ограничены максимальной температурой 1000 градусов по Фаренгейту. Напротив, некоторые термопары можно использовать для измерения температуры до 2700 градусов по Фаренгейту. Термометры сопротивления
превосходят термопары тем, что их показания более точны и более воспроизводимы. Повторяемость означает, что пользователи, считывающие одну и ту же температуру, дают одинаковые результаты в нескольких испытаниях. RTD, выдающие более повторяемые показания, означают, что их показания более стабильны, а их конструкция гарантирует, что RTD продолжат выдавать стабильные показания дольше, чем термопары.Кроме того, RTD получает более надежные сигналы, и их легче калибровать показания RTD из-за их конструкции.

Заключение

Вкратце, у каждого RTD и термопары есть свои преимущества и недостатки. Кроме того, каждая марка RTD и термопар имеет свои преимущества и недостатки. Покупатели должны основывать свои решения о покупке на конкретных потребностях и возможностях своих организаций, соответствующих конкретным возможностям доступных им брендов.В целом термопары дешевле, долговечнее и могут измерять более широкий диапазон температур, в то время как RTD обеспечивают более качественные и надежные измерения.

Ознакомьтесь со всеми нашими термодатчиками

Основы датчика температуры

— NI

Теория работы термопар

Термопары

работают по принципу, известному как эффект Зеебека. Когда два провода из разнородных металлов соединяются и нагреваются на одном конце, образуется термоэлектрическая цепь, которая вызывает измеряемый перепад напряжения, известный как напряжение Зеебека на «холодном» конце.Данная пара металлов различается по температурному диапазону, чувствительности и погрешности в зависимости от свойств этих металлов.

Рисунок 1: Иллюстрация эффекта Зеебека

Каждый тип термопары состоит из уникальной пары металлов. Вам необходимо понимать рабочие характеристики термопары, которую вы выбираете для измерения температуры. Некоторые термопары предлагают широкий температурный диапазон за счет очень нелинейной зависимости напряжения от температуры, в то время как другие обеспечивают меньший (но более линейный) температурный диапазон.

Типы термопар

Как упоминалось выше, вы можете выбирать из множества типов и конструкций термопар. Типы обычно определяются буквенным обозначением, например E, J или K. Тип термопары определяет металлы, используемые для создания термопары; следовательно, он также определяет рабочий диапазон, точность и линейность термопары. На следующих графиках показано изменение напряжения различных типов термопар в диапазоне температур.

Рисунок 2: Температурный отклик различных типов термопар

В дополнение к типу термопары необходимо выбрать конфигурацию оболочки.Некоторые из этих вариантов показаны на рисунке 3, включая заземление, изолированное, герметичное и открытое.

Рисунок 3: Варианты оболочки термопары

Каждая конфигурация имеет преимущества и недостатки в отношении времени отклика, помехоустойчивости и безопасности. В таблице 1 представлен обзор влияния каждого варианта конфигурации.

Конфигурация соединения

Преимущества

Недостатки

Открытые

Самый быстрый ответ (~ 0.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

© 2011-2021 Компания "Кондиционеры"