Термометр сопротивления

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Комплект термометров сопротивления
Условное графическое обозначение термометра сопротивления

Термо́метр сопротивле́ния — электронный компонент, датчик, предназначенный для измерения температуры.

Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводниковых материалов от температуры[1].

При применении в качестве резистивного элемента полупроводниковых материалов его обычно называют термосопротивле́нием, терморезистором или термистором[2].

Металлический термометр сопротивления

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

Наиболее точный и распространённый тип термометров сопротивления — платиновые термометры. Это обусловлено тем, что платина имеет стабильную и хорошо изученную зависимость сопротивления от температуры и не окисляется в воздушной среде, что обеспечивает их высокую точность и воспроизводимость. Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным коэффициентом 0,003925 1/К при 0 °C.

В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры сопротивления. Технические требования к рабочим термометрам сопротивления изложены в стандарте ГОСТ 6651-2009 (Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний). В стандарте приведены диапазоны, классы допуска, таблицы номинальных статических характеристик (НСХ) и стандартные зависимости сопротивление-температура. ГОСТ 6651-2009 соответствует международному стандарту МЭК 60751 (2008). В этих стандартах, в отличие от ранее действующих стандартов не нормированы номинальные сопротивления при нормальных условиях. Начальное сопротивление изготовленного термосопротивления может быть произвольным с некоторым допуском.

Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев считаются имеющими стандартную зависимость сопротивление-температура (НСХ), что обеспечивает погрешность не более 0,1 °C (класс термосопротивлений АА при 0 °C).

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

Терморезисторы

Основная статья: Терморезистор

Терморезистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. Для терморезисторов характерны большой температурный коэффициент сопротивления, простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Они могут иметь весьма малые размеры, что существенно для измерений температуры малых объектов и снижения инерционности измерения. Обычно терморезисторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, в отличие от большинства металлов и металлических сплавов. Позисторы – имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, то есть при увеличении температуры, сопротивление также возрастает.[3]

Зависимость сопротивления платинового термосопротивления от температуры

Для промышленных платиновых термометров сопротивления используется уравнение Каллендара-Ван Дьюзена (en), с известными коэффициентами, которые установлены экспериментально и нормированы в стандарте DIN EN 60751-2009 (ГОСТ 6651-2009):

[math]\displaystyle{ R_T = R_0 \left[ 1 + AT + BT^2 + CT^3 (T-100) \right] \; (-200\;{}^{\circ}\mathrm{C} \lt T \lt 0\;{}^{\circ}\mathrm{C}), }[/math]
[math]\displaystyle{ R_T = R_0 \left[ 1 + AT + BT^2 \right] \; (0\;{}^{\circ}\mathrm{C} \leq T \lt 850\;{}^{\circ}\mathrm{C}), }[/math]
здесь [math]\displaystyle{ R_T }[/math] — сопротивление при температуре [math]\displaystyle{ T }[/math] °C,
[math]\displaystyle{ R_0 }[/math] сопротивление при 0 °C,
[math]\displaystyle{ A, B, C }[/math] — коэффициенты — константы, нормированные стандартом:
[math]\displaystyle{ A = 3.9083 \times 10^{-3} \; {}^{\circ}\mathrm{C}^{-1} }[/math]
[math]\displaystyle{ B = -5.775 \times 10^{-7} \; {}^{\circ}\mathrm{C}^{-2} }[/math]
[math]\displaystyle{ C = -4.183 \times 10^{-12} \; {}^{\circ}\mathrm{C}^{-4}. }[/math]

Поскольку коэффициенты [math]\displaystyle{ B }[/math] и [math]\displaystyle{ C }[/math] относительно малы, сопротивление растёт практически линейно при увеличении температуры.

Для платиновых термометров повышенной точности и эталонных термометров выполняется индивидуальная градуировка в ряде температурных реперных точек и определяются индивидуальные коэффициенты вышеприведенной зависимости[4].

Подключение термометров сопротивления в электрическую измерительную схему

Используется 3 схемы включения датчика в измерительную цепь:

Схема подключения терморезистора по двухпроводной схеме.
2-проводная.

В схеме подключения простейшего термометра сопротивления используется два провода. Такая схема используется там, где не требуется высокой точности измерения. Точность измерения снижается за счёт сопротивления соединительных проводов, суммирующегося с собственным сопротивлением термометра и приводит к появлению дополнительной погрешности. Такая схема не применяется для термометров классов А и АА.

3-проводная.

Эта схема обеспечивает значительно более точные измерения за счёт того, что появляется возможность измерить в отдельном опыте сопротивление подводящих проводов и учесть их влияние на точность измерения сопротивления датчика.

4-проводная.

Является наиболее точной схемой измерения, обеспечивающей полное исключение влияния на результат измерения подводящих проводов. При этом по двум проводникам подается ток на терморезистор, а два других, в которых ток равен нулю, используются для измерения напряжения на нём. Недостаток такого решения — увеличение объёма используемых проводов, стоимости и габаритов изделия. Эту схему Невозможно использовать в четырехплечем мосте Уитстона.

В промышленности наиболее распространенной является трёхпроводная схема. Для точных и эталонных измерений используется только четырёхпроводная схема.

Преимущества и недостатки термометров сопротивления

Термометры сопротивления

Преимущества термометров сопротивления

  • Высокая точность измерений (обычно лучше ±1 °C), может доходить до 13 тысячных °C (0,013).
  • Возможность исключения влияния изменения сопротивления линий связи на результат измерения при использовании 3- или 4-проводной схемы измерений.
  • Практически линейная характеристика.

Недостатки термометров сопротивления

  • Относительно малый диапазон измерений (по сравнению с термопарами)
  • Дороговизна (в сравнении с термопарами из неблагородных металлов, для платиновых термометров сопротивления типа ТСП).
  • Требуется дополнительный источник питания для задания тока через датчик.

Таблица сопротивлений некоторых термометров сопротивления

Сопротивление в Омах (Ω)
Температура
в °C 		Pt100 Pt1000 нем. PTC нем. NTC NTC NTC NTC NTC
Typ: 404 Typ: 501 Typ: 201 Typ: 101 Typ: 102 Typ: 103 Typ: 104 Typ: 105
−50 80,31 803,1 1032
−45 82,29 822,9 1084
−40 84,27 842,7 1135 50475
−35 86,25 862,5 1191 36405
−30 88,22 882,2 1246 26550
−25 90,19 901,9 1306 26083 19560
−20 92,16 921,6 1366 19414 14560
−15 94,12 941,2 1430 14596 10943
−10 96,09 960,9 1493 11066 8299
−5 98,04 980,4 1561 31389 8466
0 100,00 1000,0 1628 23868 6536
5 101,95 1019,5 1700 18299 5078
10 103,90 1039,0 1771 14130 3986
15 105,85 1058,5 1847 10998
20 107,79 1077,9 1922 8618
25 109,73 1097,3 2000 6800 15000
30 111,67 1116,7 2080 5401 11933
35 113,61 1136,1 2162 4317 9522
40 115,54 1155,4 2244 3471 7657
45 117,47 1174,7 2330 6194
50 119,40 1194,0 2415 5039
55 121,32 1213,2 2505 4299 27475
60 123,24 1232,4 2595 3756 22590
65 125,16 1251,6 2689 18668
70 127,07 1270,7 2782 15052
75 128,98 1289,8 2880 12932
80 130,89 1308,9 2977 10837
85 132,80 1328,0 3079 9121
90 134,70 1347,0 3180 7708
95 136,60 1366,0 3285 6539
100 138,50 1385,0 3390
105 140,39 1403,9
110 142,29 1422,9
150 157,31 1573,1
200 175,84 1758,4

См. также

Примечания

  1. ↑ Главный редактор А. М. Прохоров. Термометр сопротивления // Физический энциклопедический словарь. — Советская энциклопедия. — М., 1983.
  2. ↑ Терморезистор // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  3. ↑ Термометр сопротивления: принцип действия, ГОСТ..
  4. ↑ Temperatures.ru. Дата обращения: 26 мая 2009. Архивировано 25 мая 2009 года.

Ссылки

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Термометр_сопротивления&oldid=11439770