Термосопротивление
Содержание
- 1 Принцип работы термосопротивления
- 2 Виды термодатчиков
- 3 Расшифровка аббревиатур
- 4 Чем отличается термосопротивление от термопары
- 5 Платиновые измерители температуры
- 6 Никелевые термометры сопротивления
- 7 Медные датчики (ТСМ)
- 8 Типовые конструкции платиновых термосопротивлений
- 9 Класс допуска
- 10 Схемы включения ТСМ/ТСП
- 11 Обслуживание
- 12 Почему ломаются датчики
- 13 Преимущества и недостатки термометров сопротивления
- 14 Видео
Датчики этого типа применяют для измерения температуры газа или жидкости. Использование таких изделий помогает получать данные оперативно, с высокой точностью. Серийное термосопротивление отличается доступной ценой, устойчивостью к различным внешним воздействиям. Кроме длительного сохранения функционального состояния, следует подчеркнуть простоту монтажа и технического обслуживания.
Типичное термосопротивление
Принцип работы термосопротивления
Датчик подключают в цепь со стабилизированным источником питания и подходящим по классу точности прибором (вольтметром, амперметром). С помощью этой простой схемы будет определяться измеряемый параметр по регистрации соответствующих электрических величин. Принцип работы обусловлен зависимостью сопротивления проводника от температуры проводника при нагреве или охлаждении.
Зависимость проводимости от температуры
В металлах движению свободных электронов создают препятствия примеси. На прохождение заряженных частиц оказывает влияние состояние кристаллической решетки. По мере снижения температуры амплитуда колебаний молекул уменьшается. При достижении определенного уровня возникает сверхпроводимость, когда сопротивление становится пренебрежительно малой величиной. Нагрев провоцирует обратные реакции компонентов молекулярной решетки. Соответствующим образом ухудшается проводимость.
Виды термодатчиков
Выше представлены типичные реакции металла при увеличении/ уменьшении температуры. Чувствительный элемент создают с определенным электрическим сопротивлением по аналогии с методикой изготовления проволочного (пленочного резистора).
Для расширения температурного диапазона и улучшения сопротивляемости реакциям окисления применяют платину. Модификации из меди (никеля) стоят дешевле, но отличаются худшими рабочими характеристиками. Изделие помещают в корпус, выполняющий защитные функции. Специальным наполнителем обеспечивают фиксацию датчика и хорошую теплопередачу.
Также применяют полупроводниковые датчики, собранные по аналогичной схеме. В этом варианте электрическое сопротивление уменьшается при увеличении температуры. Как правило, используют герметичный корпус с наполнением инертным газом. Слоем изоляции предотвращают электрический контакт компонентов конструкции. Специальные выводы предназначены для подключения устройства к внешним линиям.
Любой вид измерителя (полупроводник или металлический аналог) оценивают по следующим параметрам:
- класс точности;
- температурный диапазон, в котором поддерживается допустимое отклонение по установленным нормативам;
- мощность потребления;
- размеры, масса;
- защищенность от электромагнитных колебаний и других внешних воздействий.
Расшифровка аббревиатур
В следующем перечне приведены типичные обозначения термопар:
- название датчика, термометр сопротивления – ТС;
- дополнение М (П) обозначает материал рабочего элемента: медь (ТСМ), платина (ТСП), соответственно;
- буква К в начале – комплект для измерения показаний в нескольких рабочих зонах (КТС).
Чем отличается термосопротивление от термопары
Принцип действия ТС объясняется изменением проводимости контрольного участка цепи. Термопара, несмотря на схожее название, функционирует по-другому. Изделия этой категории создают из двух разных материалов. Соединение (рабочую спайку) помещают в зону измерений. Колебания температуры провоцируют изменение потенциалов на выходах. Эти показания фиксируют вольтметром или другим подходящим прибором.
Принцип действия, функциональные компоненты термопары и способы измерения
Термопарный преобразователь можно применить для измерения вакуума. Для этого обеспечивают контакт чувствительного участка с нитью лампы накаливания. Колбу соединяют трубкой с рабочей зоной. Изменение разряжения газа сопровождается увеличением (уменьшением) ЭДС. После калибровки шкалы достаточно точно можно определять значение контролируемого параметра.
Платиновые измерители температуры
Несмотря на сравнительно высокую стоимость, достаточно часто производители применяют именно этот материал. Почему выбирают это решение, понятно из перечня следующих преимуществ:
- использование платины позволяет получить линейный график зависимости удельного сопротивления от температуры;
- температурный коэффициент серийных (эталонных) изделий составляет 0,00385 (0,003925) °C-1;
- рабочий диапазон в °C – от -196 до +600.
Упомянутый в списке температурный коэффициент (Тк) рассчитывают по формуле:
Тк = (Rи – Rб)/((Ти – Тб) * 1/Rб),
где:
- Rи (Rб) – измеренное (базовое) сопротивление;
- Ти (Тб) – соответствующие значения температуры.
Из выражения понятно, что уменьшение коэффициента сопровождается увеличением точности. Базовое электрическое сопротивление определяют при T=0°C.
Никелевые термометры сопротивления
Такие датчики способны выполнять свои функции в диапазоне от -60°C до +180°C при Тк = 0,00617 °C-1. Главный плюс – увеличенный сигнал (сопротивление) на выходе.
Медные датчики (ТСМ)
Применение этого материала обеспечивает ценовую доступность датчиков. Для корректного анализа специалисты рекомендуют уточнять, как зависит сопротивление проводника от температуры. Электротехническая медь содержит менее 0,1% посторонних примесей, что позволяет поддерживать линейные характеристики во всем рабочем диапазоне.
Технические параметры серийных изделий:
- измерение температуры – от -50°C до +150°C;
- Тк = 0,00617 °C-1.
Типовые конструкции платиновых термосопротивлений
Производители применяют различные инженерные решения при выпуске продукции этой категории. Для уточнения на стадии сравнения можно изучить официальную сопроводительную документацию либо запросить необходимые данные на сайте компании.
Типовые конструкции ТС
| № | Наименование | Основные данные | Особенности |
|---|---|---|---|
| 1 | Strain-free | Основной элемент освобожден от нагрузок порошковой засыпкой из оксида алюминия | Разным цветом глазури, герметизирующей торцевую часть, обозначают соответствие определенному температурному диапазону |
| 2 | Hollow nnulus | Рабочий проводник наматывается на полый цилиндр | Материалы конструкции подбирают с учетом коэффициентов теплового расширения |
| 3 | Thin-film | Из металла формируют тонкий слой на изоляторе (керамической основе) | Эта модель отличается быстродействием, высокой чувствительностью |
| 4 | Проволока в стеклянной оболочке | В такой конструкции обеспечиваются идеальная герметизация проводника, надежная защита от внешних воздействий | Подобные решения используют для изготовления дорогих серий датчиков, которые рассчитаны на сложные условия эксплуатации |
Типичные конструкции датчиков из платины
Класс допуска
Приведенные ниже данные соответствуют международным и российским стандартам. Допустимо использование уникальных температурных диапазонов, утвержденных в ТУ определенного предприятия производителя.
Допуски
| Классификация по ГОСТ | Допустимое отклонение, °C | Нормированный температурный диапазон для разных видов ТС (минимум/ максимум в °C) | ||
|---|---|---|---|---|
| Платиновый проволочный (пленочный) | Медный | Никелевый | ||
| АА | ±(0,1 + 0,0017) | -50/+250 (-50/+150) | - | - |
| А | ±(0,15 + 0,002) | -100/+450(-30/+300) | -50/+120 | - |
| В | ±(0,3 + 0,005) | -196/+660 (-50/+500) | -50/+200 | - |
| С | ±(0,6 + 0,01) | -196/+660 (-50/+600) | -180/+200 | -60/+180 |
Схемы включения ТСМ/ТСП
В простейшем варианте внешние цепи подключают двумя проводами. Такой вариант отличается простотой, однако не позволяет учесть реальное электрическое сопротивление в линиях. Для повышения точности используют 3-х или 4-х проводное подключение.
Измерительный мост
Обслуживание
Подробные описания для режима эксплуатации приведены в официальных инструкциях производителя. В ходе обычной процедуры проверки уточняют:
- действительные условия (температуру, влажность и другие параметры);
- целостность конструкции, пломбировки;
- качество соединений рабочих цепей и контура заземления.
Почему ломаются датчики
Чтобы предотвратить повреждение ТС, нужно соблюдать установленный в техническом паспорте температурный режим. При повышенной влажности нарушение функциональности провоцируют процессы коррозии. Следует исключить вибрации, чрезмерные механические воздействия. Для улучшения помехозащищенности применяют экранировку.
Преимущества и недостатки термометров сопротивления
При сравнении с термопарой можно упомянуть следующие минусы ТС:
- высокую стоимость;
- обязательное использование внешнего источника стабилизированного электропитания;
- ограниченный рабочий диапазон.
Плюсы:
- линейный график измеряемых параметров;
- точность;
- корректная компенсация искажений от соединительных проводов.
Выбор подходящего датчика организуют на основе подготовленных критериев. Кроме базовых технических параметров, уточняют допустимые габариты, условия эксплуатации. Для продления срока службы необходимы регулярные проверки состояния термосопротивления и других компонентов измерительной схемы.
