Термометр сопротивления: принцип работы платинового прибора, схемы подключения приборов Pt100 и ТС с НШ

Что это такое?

Термометры сопротивления – это приборы для определения температуры в диапазоне от -263 до +1000 градусов Цельсия. Они состоят из датчика, усилителя сигнала, записывающих и вспомогательных устройств, а также их контактов. Эти устройства обладают неоспоримыми преимуществами:

• широкий диапазон измерения температуры (для дорогих моделей);
• высокая точность;
• стабильность работы;
• устойчивость к вибрациям;
• компактные размеры;
• возможность работы в агрессивных средах;
• некоторые модели недорогие.

Однако есть у них и некоторые недостатки:

• высокая стоимость прецизионных приборов;
• необходимость соблюдения четких требований при подключении;
• наличие источника питания;
• невозможность самостоятельного ремонта.

Для грамотного использования таких термометров нужно использовать их достоинства и учитывать недостатки, а также знать устройство и принцип действия.

Принцип действия

Действие термометров основано на том, что некоторые металлы и полупроводники изменяют свое электрическое сопротивление при изменении температуры окружающей среды. В то же время у металлов с повышением температуры сопротивление увеличивается, их называют позиторами. В полупроводниках он падает, поэтому их и зовут терморезисторами. Принцип работы заключается в измерении проводимости чувствительного элемента. При этом разные материалы имеют разные температурные коэффициенты. Это означает, что одни люди реагируют на изменения больше, чем другие. Этот параметр влияет на точность прибора. Всего существует несколько классов точности счетчиков:

• АА, допуск по точности — 0,1 градуса;
• А — 0,15;
• Б — 0,3;
• С — 0,6.

Самый точный — АА. Но он же и самый дорогой, так как содержит платину. Важную роль в измерении играет соединение чувствительного элемента с измерителем. Обычно используется мост. При подключении тока ток с отрицательного вывода батареи поступает в узел А. Затем он делится на 2 равные части, так как сопротивления резисторов R1 и R2 одинаковы. Из точек В и С через резисторы R3 и R4 поступает в узел D и далее на плюс батареи.

Если сопротивление всех резисторов одинаково, то через резистор R5 ток не течет. Это можно доказать с помощью законов Кирхгофа. Давайте заменим один из резисторов, скажем, R3, на чувствительный элемент RTD. При комнатной температуре резистор идентичен другим резисторам. При изменении температуры она меняется, и мост выходит из равновесия.

В этом случае ток начинает течь через R5. Если поменять его на вольтметр, то по показаниям можно судить, насколько изменилось сопротивление РДТ. По этому изменению можно определить значение температуры. Эта схема широко используется, потому что она проста в реализации и обеспечивает хорошую точность. Компоненты моста размещены в одном корпусе, при этом открыт только чувствительный элемент RTD.

Схема КТСП-Н 1 исполнения (тип PL-кабель)

Комплект термопар сопротивления КТСП-Н первого исполнения кабельного типа выпускается с диаметром установочной части 5 и 6 мм. Для заказа необходимо руководствоваться формой с условными обозначениями КТСП-Н 1 ниже:

Маркировка КТСП-Н 1

Расшифровка КТСП-Н 1.1.09.00.4.1.3/1.5

• код 1 – версия 1;
• код 1 – диаметр монтажной части 6 мм;
• код 09 — длина монтажной части 45 мм;
• код 00 — без застежек;
• код 4 — НШ и класс допуска Pt100 класс В;
• код 1 — двухпроводная схема подключения;
• код 3 – минимальный перепад температур Δt=3°С, класс 2;
• 1,5 — длина кабеля в метрах.

Особенности кабельного исполнения КТСП-Н 1

1. КТСП-Н исполнение 1 с диаметром монтажной части 5 мм изготавливается только с длиной монтажной части 45 мм.
2. Оценены статистические характеристики КТСП-Н Pt100, Pt500, Pt1000.
3. Комплекты первого исполнения с 4-х проводной схемой подключения изготавливаются с классом точности А или В, 2-х проводные только по классу В.
4. Минимальная измеряемая разность температур для кабеля КТСП-Н 1 исполнения Δt=3°С, Δt=2°С для класса 1 и класса 2.
5. Длина кабеля для двухпроводных термопар зависит от номинальной статистической характеристики. При NSH равном Pt100 длина кабеля будет не более 1,5 метра, при Pt 500 не более 5 метров и при Pt1000 не более 10 метров.
6. Длина кабеля комплекта термопреобразователя стандартно составляет 1,5 метра.

Самые распостраненные позиции КТСП-Н 1

Комплект термопреобразователей сопротивления первого исполнения с диаметром установочной части 5 мм и 6 мм

КТСП-Н 1.5.09.00.4.1.3/1.5	45	Pt100 класс В	Комплект термопар сопротивления кабель; без застежек схема подключения 4-проводная; Δt=3°С, класс 2
КТСП-Н 1.5.09.00.7.1.3/1.5	45	Pt500 класс В
КТСП-Н 1.1.09.00.4.1.3/1.5	45	Pt100 класс В
КТСП-Н 1.1.09.00.7.1.3/1.5	45	Pt500 класс В
ЦТСП-Н 1.1.02.00.4.1.3/1.5	60	Pt100 класс В
ЦТСП-Н 1.1.02.00.7.1.3/1.5	60	Pt500 класс В
КТСП-Н 1.1.03.00.4.1.3/1.5	80	Pt100 класс В
КТСП-Н 1.1.03.00.7.1.3/1.5	80	Pt500 класс В

Отличия от термопары

Несмотря на сходство термометров сопротивления и термопар, они имеют разные принципы работы. Термопары используют 2 провода из разных металлов, соединенных друг с другом. При изменении температуры в месте контакта создается разность потенциалов и возникает термо-ЭДС (электродвижущая сила). Кроме того, он присоединен к вольтметру и преобразуется в значение температуры. Таким образом, термопара не требует источника питания и проще в использовании. Но возникает резонный вопрос, а что точнее? Производитель оборудования Tesei провел и опубликовал исследования по этому вопросу.

Из графика можно определить, что при температурах до +300 градусов термопары класса «к0» более точны, чем термометры класса В. Если температура выше, то лучше использовать термопары класса «к1». Итак, при выборе счетчика следует в первую очередь смотреть на точность и стоимость, а не на принципы работы.

Область применения

Практически везде можно использовать термометры сопротивления. Основные приложения:

• в промышленности — для определения нагрева печей;
• в трубопроводах — для веществ, состояние которых зависит от температуры;
• в медицине;
• в бытовых и других помещениях;
• в жилищно-коммунальном хозяйстве;
• везде, где вам нужно знать температуру.

Виды и их характеристика

Основное отличие термометров заключается в конструкции датчика. Они изготавливаются из разных материалов, отличаются толщиной чувствительного элемента и имеют разную цену.

Металлические

Они бывают платиновыми, никелевыми и медными. Рассмотрим подробнее элементы этих металлов.

• Платина. Из него делают самый дорогой материал, самые точные лабораторные и эталонные приборы. Достоинства — очень высокая точность и широкий диапазон измерения, стабильность работы, практически линейная зависимость электропроводности от температуры (номинал статической характеристики, НСХ). Недостатком является высокая стоимость, но сейчас технологические разработки снижают количество платины, а значит и цену. Все преимущества сохраняются. Приборы с платиновым зондом называются RTD (платиновый термометр сопротивления).

• Никель. Он сильнее всего реагирует на изменение температуры, что упрощает запись сигнала. По сравнению с платиной диапазон измерения более узкий — от -60 до +180 градусов. Устройство полностью отключается при 350 градусах и выше. Несмотря на свои преимущества, никель в большинстве случаев можно заменить медью.

• Медь. Температурный диапазон — от -50 до +150. Достоинства — простота использования, невысокая цена и почти линейная зависимость «термостойкость». Но область применения таких датчиков ограничена их дальностью действия. Обозначение их ТСМ (М — медь).

Существуют также различные конструкции чувствительного элемента.

• Проволока. Чувствительный элемент представляет собой проволоку, намотанную на каркас из металла, керамики, кварца, слюды или пластика. Во избежание потерь на индукцию обмотка бифилярная (это когда провод складывается пополам и только потом наматывается). Между отводами находится мелкий наполнитель Al2O3, необходимый для дополнительной изоляции отводов и поглощения ударов при вибрациях. Катушка заключена в металлический корпус и герметизирована.

• Фильм. В датчиках этого типа активный металл наносится тонким слоем на керамическую или пластиковую основу. Затем наносится стекло, эпоксидное или пластиковое покрытие. Он защищает элемент от внешних воздействий. Преимуществами этой конструкции являются малые габариты, умеренная стоимость, малая инерционность и высокое внутреннее сопротивление.

  Последнее необходимо для того, чтобы сопротивлением соединительных проводов можно было пренебречь. Также они лучше справляются с вибрациями. Недостатком является то, что стабильность измерений меньше, чем в проволоке. Но такие термопреобразователи постоянно совершенствуются, и вскоре этот недостаток полностью исчезнет.

Металлические датчики можно приобрести отдельно от устройства. Они взаимозаменяемы (в одинаковых блоках), и разные датчики одной и той же модели имеют одинаковые статические характеристики. Это значительно облегчает использование таких устройств.

Полупроводниковые

Обычно они изготавливаются из германия и кремния. Сурьма действует как легирующий агент. Существуют также кобальт-марганцевые (КМТ) и медно-марганцевые (ММТ) агрегаты, работающие в диапазоне от -90 до +180 градусов. Из-за высокого внутреннего сопротивления датчика проводимостью контактов можно пренебречь. Чувствительный элемент помещен в защитный корпус.

Достоинства — высокая скорость, возможность работы при сверхнизких температурах — от -270 градусов Цельсия. Точность и стабильность измерений отличные. Недостатками являются нелинейность характеристики НСК и невоспроизводимость градуировочной характеристики.

Это означает, что датчики настраиваются индивидуально для конкретного счетчика и не могут быть впоследствии заменены.

Из-за нелинейной зависимости температура-сопротивление такие устройства ступенчато изменяют проводимость при определенной температуре. Это называется релейным эффектом и позволяет использовать эти устройства в системах сигнализации. Датчики крепятся к поверхности по-разному. Варианты крепления делятся на:

• вкрутить;
• поверхностный;
• подключить;
• с соединительными кабелями;
• с байонетными соединениями (это осевое перемещение и вращение, как в ящиках для дисков).

расшифровать обозначения на термометрах сопротивления несложно. Обычно тип указывается латиницей или кириллицей, затем цифрами — сопротивление в Омах при температуре 0 градусов Цельсия. Например, Pt100 — платиновый термометр, сопротивление термопреобразователя 100 Ом при 0 градусах. Есть также несколько общепринятых сокращений:

• ТПТ — термометр платиновый технический;
• ТСПН – термометр, предназначенный для регистрации низких температур;
• RTD — это эталонные термометры сопротивления, используемые для калибровки других датчиков.

Термосопротивления для систем HVAC

Рисунок	Модель	Чувствительный элемент	Длина установки части и т.д.	Степень защита
	3014	Пт 1000 Пт 500 Точка 100	50 мм	IP67
	3194	250 мм	IP67
	3105	70 мм 120 мм 220 мм	IP54
	3015	200 мм	IP54
	3005	Пт 1000 Пт 500 Точка 100 50 миллионов	–	IP54
	3225	Пт 1000 Пт 500 Точка 100 50 миллионов	–

Градуировка

Это делается тремя способами.

• На шкале нанесены значения температуры, что соответствует значению сопротивления датчика. Это более наглядный способ. Нелинейность зависимости можно компенсировать неравномерностью разметки шкалы. Недостатком является то, что погрешность равна значению деления шкалы.
• Фиксируется фактическое значение сопротивления, которое затем по специальным таблицам пересчитывается в температуру. Более трудоемкий способ ввода, но более точный. Если нужного значения нет в таблице, результат измерения интерполируется для получения точного значения температуры. Нелинейность характеристик измерителя не влияет на результат. Интерполяция — это метод нахождения промежуточных значений величины по четко дискретному набору ее значений. Это не очень сложно и выполняется по формулам.
• Коррекция с помощью компьютерных технологий. Сочетает в себе все преимущества предыдущих методов. Результат отображается на дисплее.

Преимущества и недостатки термометров сопротивления

По сравнению с термопарой можно отметить следующие недостатки ТС:

• высокая цена;
• обязательное использование внешнего источника стабилизированного питания;
• ограниченная рабочая зона.

Преимущества:

• линейный график измеряемых параметров;
• точность;
• правильная компенсация искажений от соединительных кабелей.

Выбор подходящего датчика организуется на основе подготовленных критериев. Помимо основных технических параметров, в них указываются допустимые габариты и условия эксплуатации. Для продления срока службы необходимы регулярные проверки состояния термического сопротивления и других компонентов измерительной цепи.

Медные датчики (ТСМ)

ТС для медных средств измерений составляет 0,00428 °С-1, диапазон измеряемых температур несколько уже, чем у никелевых аналогов (от -50,0 °С до 150 °С). К несомненным достоинствам медных счетчиков можно отнести их относительно невысокую стоимость и наиболее близкую к линейной характеристику «температуростойкости». Но узкий диапазон измеряемых температур и низкие параметры удельного сопротивления существенно ограничивают область применения термопреобразователей ТСМ.

Внешний вид термопреобразователя ТСМ 1088 1

Но все же списывать со счетов медные датчики рано, есть много примеров удачных внедрений, например ТНА Метран 2700, который предназначен для различных видов промышленности, но также успешно используется в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Учитывая, что наиболее востребованы платиновые термисторы, рассмотрим варианты конструкции.

Схемы включения термометров сопротивления и их монтаж

Термопреобразователи сопротивления (терморезистивные преобразователи) — измерительные преобразователи сопротивления, преобразующие температуру среды в электрическое сопротивление. Терморезистивные преобразователи могут быть металлическими и полупроводниковыми.

РДТ имеют различные конфигурации внутренних соединительных проводов .

Двухпроводная схема может применяться при условии, что сопротивление соединительных проводов РДТ не должно превышать 0,1 % от номинальных значений сопротивления при 0 °С.

Включение автомобиля в каналы измерения может осуществляться различными способами. Наиболее популярны мостовые схемы. В этом случае необходимо учитывать возможные температурные воздействия на соединительные проводники. При коротких длинах проводников и стабильном температурном поле в окружающей среде можно рекомендовать двухпроводное подключение ТП по мостовой схеме.

Конфигурация внутреннего соединения автомобиля

а) — двухпроводная схема; б) — трехпроводная схема; в) — четырехпроводная схема с компенсацией изменения сопротивления проводов; г) — четырехпроводная схема

Условие баланса мостовой схемы включает сопротивления присоединительных проводников (Rl):

R1 R3 = R2 (Rт + Rл + Rл).

Цепь спиртового провода для включения автомобиля

Очевидно, что в показания измерительного канала будет вноситься погрешность, вносимая изменением сопротивления проводников Rl, независимо от режимов работы мостовой схемы (симметричный или несимметричный).

Наиболее широко реализуемой схемой включения ТС является трехпроводная схема включения. Условие равновесия бриджа: — для формы а,

— для обустройства б.

т

Трехпроводная схема включения
Обе схемы реализуют включение сопротивления соединительных проводников в левую и правую части уравнения, и при идентичности параметров линий связи и внешних условий происходит взаимная компенсация влияния соединительных проводников. Схема А менее предпочтительна, т.к она включена в силовую диагональ и своим изменением изменяет напряжение питания моста, снижая тем самым чувствительность в несимметричном режиме работы моста.

Варианты четырехпроводной схемы включения автомобиля.

а) б)

Четырехпроводная схема включения

Условие баланса для расположения a — . Поскольку значения сопротивлений соединительных проводников присутствуют в разных частях уравнения баланса, их изменения взаимно компенсируются.

Условие баланса для схемы б — . Инвариантность к влиянию внешних факторов может быть достигнута только в предположении, что и . Тогда уравнение баланса можно представить в виде .

Установка ТС.

ТС устанавливается непосредственно в трубопровод или в карман на глубину (0,3…0,7)D. Лучшим способом установки транспортного средства является его радиальное расположение, допускается наклонная установка. Если длина автомобиля превышает 0,13 D, допускается использование удлинителя при сборке автомобиля.

Установка автомобиля в карман. При длине монтажной части более 500 мм и установке в горизонтальном или наклонном положении предусмотрена дополнительная фиксация, иначе возможны прогибы и вибрации, что приведет к выходу из строя автомобиля.

Электрическое соединение осуществляется соединительными проводами с сечением жилы не менее 1…1,5 мм2 с сопротивлением линии, доведенным до значения (номинального сопротивления), указанного в технической документации вторичного блока (0 Ом…15 Ом).

При двухпроводной схеме подключения ТС для регулировки концы линии отключают от ТС, надежно замыкают накоротко и измеряют сопротивление шлейфа измерительным мостом.

Читайте также: Электрический ток в электролитах — механизм возникновения, законы и применение. Электрический ток в электролитах

Термосопротивления с кабельным выводом

Конструктивные исполнения термопреобразователей сопротивления с кабельным выводом :

Рисунок	Модель	Альтернативы	Материал	Длина монтажной части, мм
	014	Д=5 мм	латунь	20
024	Д=8 мм	сталь 12Х18Н10Т	тридцать
214	Д=5 мм	30, 40, 50, 60, 80, 100, 120 160
	314	Д=5 мм	сталь 12Х18Н10Т	40, 50, 60, 80, 100, 120, 160
	414	Д=5 мм	сталь 12Х18Н10Т	40, 50, 60, 80, 100, 120, 160
	034	Д=5 мм М=8х1 мм	латунь	20
044	Д=8 мм М=12х1,5 мм	сталь 12Х18Н10Т	тридцать
	054	Д=6 мм М=16х1,5 мм S=22мм высота=9 мм	сталь 12Х18Н10Т	60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000
064	Д=8 мм М=20х1,5 мм S = 27 мм высота=8 мм
074	Д=10 мм М=20х1,5 мм S = 27 мм высота=8 мм
194	Д=6 мм М=20х1,5 мм S = 27 мм высота=8 мм
	084	Д=10 мм М=20х1,5 мм S = 27 мм высота=8 мм	сталь 12Х18Н10Т	60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000
	094	Д=6 мм D1=13 мм	сталь 12Х18Н10Т	60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000
104	Д=8 мм Д1=18мм
114	Д=10 мм Д1=18мм
	124	Д=6 мм М=16х1,5 мм S=17 мм	сталь 12Х18Н10Т	60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500
134	Д = 8 мм М=20х1,5 мм S=22мм
144	Д=10 мм М=20х1,5 мм S=22мм
	154	Д=10 мм М=20х1,5 мм S=22мм	сталь 12Х18Н10Т	60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500
	164	Д=4 мм D1=10 мм (только Pt100)	сталь 12Х18Н10Т	60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320
174	Д=5 мм D1=10 мм
184	Д=6 мм D1=10 мм
	204	М=10х1 мм S=14 мм	латунь	40, 65
	224	Датчик счета Диаметр трубы от 20 до 200 мм Крепление — зажим	латунь	43
	324	Д=6 мм	сталь 12Х18Н10Т	41

Микросхемы с локальным (интегрированным) термодатчиком и цифровым выходом

Они представляют собой разработку аналоговых датчиков с интеграцией на микросхеме АЦП, цифровым интерфейсом и, в ряде случаев, цифровым ядром, обеспечивающим программный контроль параметров датчика, организацию формирования сигналов управления и сигнализации. Важным преимуществом микросхем этого класса является возможность программной компенсации отдельных погрешностей передаточной характеристики на этапе изготовления, что позволяет обеспечить более высокую гарантированную точность.

Кроме того, величина максимальной погрешности уже учла влияние всех возможных источников погрешности (сам термопреобразователь температура-напряжение, усилитель нормализации, АЦП, ИОН), что выгодно отличает ее от простых микросхем с аналогом выход. Maxim Integrated предлагает широкий выбор локальных тепловых ИС с цифровым интерфейсом (таблица 2).

Хорошим примером точного цифрового датчика является MAX31725, который обеспечивает абсолютную погрешность не более 0,5°С в широком диапазоне температур -40…105°С и удерживает ее в пределах ±0,7°С в расширенном диапазоне. -55…125°С. Кроме того, MAX31725 обеспечивает необычно высокое температурное разрешение 0,004°C, что может быть полезно для относительных измерений. Другие интересные особенности микросхем с локальным датчиком температуры и цифровым выходом:

• Наличие одного или нескольких выходов, указывающих на превышение контролируемой температурой заданных пределов (эти пределы обычно доступны для программирования пользователем).
• Возможность программной фильтрации сигнала при превышении температурой заданного порога. Если ущерб от неправильного использования тепловой защиты по системным причинам превышает риск быстрого роста перегрева, пользователь может запрограммировать продолжительность временного интервала, в течение которого должно регистрироваться превышение температуры до подачи внешнего сигнала тревоги.
• Хранение пользовательских настроек в памяти порогов, не стирающихся при отключении питания (EEPROM). Это особенно полезно для термодатчиков, используемых для защиты системы от перегрева. Сразу после восстановления питания микросхема готова к работе с текущими значениями порогов температурного срабатывания.
• Наличие на выбор всего спектра современных цифровых интерфейсов.

Таблица 2. Микросхемы с локальным датчиком температуры на основе PN-перехода и цифрового выходного сигнала

Имя	Абсолютно неправильно, °С, не более	Интерфейс	Напряжение мощность, В	Функции чипа
DS1620	0,5	3 провода	2,7…5,5	Термометр и термостат с EEPROM
DS1621	0,5	2 провода	2,7…5,5	Термометр и термостат с EEPROM
ДС1624	0,5	3 провода	2,7…5,5	Термометр с EEPROM
ДС1626	0,5	3 провода	2,7…5,5	Прецизионный термометр и термостат с EEPROM
ДС1629	2	2 провода	2,7…5,5	Термометр и часы с EEPROM
ДС1631	0,5	2 провода	2,7…5,5	Прецизионный термометр и термостат с EEPROM
DS1721	один	2 провода	2,7…5,5	Термометр и термостат с EEPROM
ДС1722	2	3 провода	2,65…5,5	Термометр
ДС1726	один	3 провода	2,7…5,5	Прецизионный термометр и термостат с EEPROM
ДС1731	один	2 провода	2,2…5,5	Прецизионный термометр и термостат с EEPROM
ДС1775	2	2 провода	2,7…5,5	Термометр и термостат
DS1821	один	1 провод	2,7…5,5	Термометр и термостат с EEPROM
ДС1822	2	1 провод	3,0…5,5	экономичный термометр с EEPROM
ДС1825	0,5	1 провод	3,0…3,7	Термометр с 4-битным идентификатором и EEPROM
ДС18Б20	0,5	1 провод	3,0…5,5	Термометр с EEPROM
ДС18С20	0,5	1 провод	3,0…5,5	Прецизионный термометр с EEPROM
ДС28	0,5	1 провод	3,0…5,5	Термометр с EEPROM
DS620	0,5	2 провода	1,7…3,5	Точный низковольтный термометр с EEPROM
ДС75	2	2 провода	2,7…5,5	Термометр и термостат
ДС75ЛВ	2	2 провода	1,7…3,7	Термометр и низковольтный термостат
DS75LX	2	2 провода	1,7…3,7	Термометр и термостат с низковольтным питанием и расширенной адресацией
DS7505	0,5	2 провода	1,7…3,7	Прецизионный термометр и термостат с EEPROM
ЛМ75	2	2 провода	3,0…5,5	Термодатчик и «сторож»
МАКС6575	4,5	1 провод	2,7…5,5	Термодатчик
МАКС6576	4,5	1 провод	2,7…5,5	Термодатчик
МАКС6577	3,5	1 провод	2,7…5,5	Термодатчик
МАКС6625	2	2 провода	3,0…5,5	Термодатчик 9 бит; I2C
МАКС6626	2	2 провода	3,0…5,5	Термодатчик 12 бит; I2C
МАКС6629	один	3 провода	3,0…5,5	Термодатчик 12 бит + знак
МАКС6630	один	3 провода	3,0…5,5	Термодатчик 12 бит + знак
МАКС6631	один	3 провода	3,0…5,5	Термодатчик 12 бит + знак
МАКС6632	один	3 провода	3,0…5,5	Термодатчик 12 бит + знак
МАКС6633	1,5	2 провода	3,0…5,5	Термодатчик 12 бит + знак; I2C с 4-битным адресом
МАКС6634	1,5	2 провода	3,0…5,5	Термодатчик 12 бит + знак; I2C с 3-битным адресом; программируемые пороги
МАКС6635	1,5	2 провода	3,0…5,5	Термодатчик 12 бит + знак; I2C с 2-битным адресом; программируемые пороги
МАКС6652	3	2 провода	2,7…5,5	Термодатчик и 4-канальный монитор напряжения
МАКС6662	2,5	3 провода	3,0…5,5	Термодатчик 12 бит; СПИ
МАКС6683	четыре	2 провода	2,7…5,5	Термодатчик и 4-канальный монитор напряжения
МАКС7500	2	2 провода	3,0…5,5	Термодатчик и «сторож»; совместим с LM75
МАКС7501	2	2 провода	3,0…5,5	Термодатчик и «сторож»; I2C с таймаутом и сбросом
МАКС7502	2	2 провода	3,0…5,5	Термодатчик и «сторож»; I2C с таймаутом и сбросом
МАКС7503	2	2 провода	3,0…5,5	Термодатчик и «сторож»; I2C со сбросом
МАКС7504	2	2 провода	3,0…5,5	Термодатчик и «сторож»; I2C со сбросом
МАКС31722	2	3-жильный/SPI	1,7…3,7	Термометр и термостат с EEPROM и SPI
МАКС31723	0,5	3-жильный/SPI	1,7…3,7	Термометр и термостат с EEPROM и SPI
МАКС31725	0,5	2 провода	2,5…3,7	Точный датчик температуры
МАКС31820	0,5	1 провод	3,0…3,7	Датчик температуры воздуха с EEPROM
МАКС31826	0,5	1 провод	3,0…3,7	Термодатчик с 1 КБ использует EEPROM

Четырехпроводная схема измерения деформации с 1 тензорезистором

где: R – сопротивление тензорезистора; Rs — эталонное сопротивление; r1~r4 — сопротивление провода и переходное сопротивление; i — ток, протекающий через сопротивление тензорезистора и эталонное сопротивление; Е — напряжение возбуждения; V — напряжение на сопротивлении тензорезистора;

Влияние сопротивления контактов отсутствует

Обычно для удлинения проводов и подключения к измерительному прибору используется пайка или специальные разъемы. Поскольку на четырехпроводную схему с одним тензодатчиком переходное сопротивление совершенно не влияет, можно использовать модульную вилку. Модульная вилка делает удлинение и соединение проводов дешевым и эффективным, а также предотвращает ошибки при подключении и устраняет необходимость в бессвинцовой пайке, соответствующей требованиям RoHS.

Сравнение трехпроводной четвертьмостовой схемы и четырехпроводной схемы с одним тензорезистором:

Сопротивление проводов

В обычной схеме рекомендуется использовать максимально толстые и короткие провода, чтобы их сопротивление было низким. Так как сопротивление проводов в четырехпроводной схеме с одним тензорезистором не оказывает влияния, к тензорезисторам можно подключать тонкие и длинные провода.

Сравнение трехпроводной четвертьмостовой схемы и четырехпроводной схемы с одним тензорезистором:

Никелевые термометры сопротивления

Температурный коэффициент (далее ТК) для данного типа измерительных приборов самый высокий — 0,00617°С-1. Диапазон измеряемых температур также значительно уже, чем у платиновых ЧЭ (от -60,0 °С до 180,0 °С). Основным преимуществом этих устройств является высокий уровень выходного сигнала. При эксплуатации следует учитывать особенность, связанную с приближением температуры нагрева к точке Кюри (352,0 °С), что вызывает значительное изменение параметров из-за непредсказуемого гистерезиса.

Эти приборы практически не используются, так как в большинстве случаев их можно заменить приборами с медными чувствительными элементами, которые значительно дешевле и технологичнее (проще в изготовлении).

Конструктивные особенности датчиков температуры

По типу исполнения датчики температуры сегодня представлены в разных исполнениях. В первую очередь это зависит от типа датчика и его применения в определенной области, но чаще всего бывают двух типов: с кабельным отводом и с переключающей головкой.

Датчик с кабельным отводом представляет собой чувствительный элемент из меди или платины, заключенный в корпус из латуни или нержавеющей стали и имеющий кабельный отвод определенной длины с изоляцией из ПВХ или силикона. Они могут быть как погружного, так и накладного типа.

В зависимости от модели сама крепежная часть имеет разную длину, также может иметь резьбовое крепление.

Датчики с соединительной головкой конструктивно выполнены в виде втулки с накидной гайкой, в которую вставлен чувствительный элемент, и соединительной головки с клеммными проводами.

Головки могут быть как пластиковыми, так и металлическими. Также головки могут быть стандартного или увеличенного исполнения. Увеличенные головки используются для встроенных нормализующих преобразователей, которые преобразуют измеренное значение температуры в равномерный выходной сигнал постоянного тока, обычно 4-20 мА.

См также: Тема 1.5.1 Способы заземления и типы заземляющих устройств

По типу защиты они могут быть обычного исполнения и взрывозащищенными, в этом случае маркировка содержит обозначение Ех — знак соответствия нормам взрывозащиты.

Помимо термопар, термопары могут быть представлены в версии с соединительной головкой и с кабельным выводом.

По конструкции рабочего узла по отношению к защитному корпусу бывают с изолированным и неизолированным рабочим спаем.

Для удобства установки в трубопроводы и быстрой замены датчика при необходимости выпускаются специальные фитинги в виде бобышек и защитных гильз.

Бобышки ввариваются в трубопровод и в них вставляется защитная втулка, в которую уже в свою очередь вставляется датчик. В комплекте с бобышкой идет уплотнительная прокладка для обеспечения герметичности.

Схема комплекта ТСП-Н 6 исполнения (тип DS-кабель)

Комплект термопар сопротивления КТСП-Н шестого исполнения кабельного типа выпускается с диаметром установочной части 4 мм. Обозначение КТСП-Н 6 приведено ниже:

Маркировка КТСП-Н 6

Расшифровка КТСП-Н 6.0.00.11.4.1.3/1.5

• код 6 – версия 6;
• код 0 – диаметр монтажной части 4 мм;
• код 00 — длина монтажной части 27,5 мм;
• код 11 — насадка — подвижная насадка М10х1,0;
• код 4 — НШ и класс допуска Pt100 класс В;
• код 1 — двухпроводная схема подключения;
• код 3 – минимальный перепад температур Δt=3°С, класс 2;
• 1,5 — длина кабеля в метрах.

Особенности кабельного исполнения КТСП-Н 6

1. КТСП-Н исполнение 6 с диаметром монтажной части 4 мм выпускается только с длиной монтажной части 27,5 мм.
2. Оценены статистические характеристики КТСП-Н Pt100, Pt500, Pt1000.
3. Комплекты первого исполнения с 4-х проводной схемой подключения изготавливаются с классом точности А или В, 2-х проводные только по классу В.
4. Минимальная измеряемая разность температур для кабеля КТСП-Н 1 исполнения Δt=3°С, Δt=2°С для класса 1 и класса 2.
5. Длина кабеля для двухпроводных термопар зависит от номинальной статистической характеристики. При NSH равном Pt100 длина кабеля будет не более 1,5 метра, при Pt 500 не более 5 метров и при Pt1000 не более 10 метров.
6. Длина кабеля комплекта термопреобразователя стандартно составляет 1,5 метра.

Схемы подключения

Для хороших результатов необходимо не только выбрать датчик, но и правильно его подключить. Есть 3 способа сделать это, все они хорошо подходят для мостового питания.

Двухпроводная

Используется только для грубых измерений, так как на точность влияет сопротивление проводов. Диапазон длин этих проводов указан в паспорте устройства, он не должен нарушаться. Это ограничивает область применения данного метода подключения. Не подходит для приборов с классом точности АА и А.

Трехпроводная

В нем помимо сопротивления чувствительного элемента отдельно измеряется проводимость одного из установочных кабелей, что позволяет вычесть это значение из расчета. Предполагается, что сопротивления проводов равны между собой. В этом случае по сигнальному проводу ток не течет, на него подается только напряжение от датчика. Следовательно, изменение проводимости чувствительного элемента влияет на напряжение в сигнальной линии, которое регистрируется вольтметром.

Такая схема чаще всего используется в промышленности, так как проста в монтаже и имеет хорошую точность привязки.

Для чего применяются различные схемы подключения датчиков температуры сопротивления?

Дело в том, что измеряемым параметром при использовании таких датчиков является сопротивление датчика, а вот провода имеют свое сопротивление и тем самым вносят определенную погрешность.

Например, если датчик температуры Pt100 при нуле градусов Цельсия (сопротивление 100 Ом) подключить по двухпроводной схеме медным проводом сечением 0,12 мм2, длина соединительного кабеля 3 м, то два провода в сумме дадут сопротивление около 0,5 Ом, в результате накапливается ошибка — датчик выдает общее сопротивление 100,5 Ом, что соответствует температуре около 101,2 градуса.

Эта ошибка может быть скорректирована прибором (если прибор это позволяет) путем ввода поправки на 1,2 градуса. Однако эта регулировка не может полностью компенсировать сопротивление проводов датчика. Это связано с тем, что медные провода сами по себе являются терморезисторами, т.е сопротивление провода также меняется в зависимости от температуры. Также в случае, например, нагретой камеры часть проводов, размещенных вместе с датчиком, нагревается и меняет сопротивление, а часть вне камеры изменяется в зависимости от температуры в помещении.

В рассмотренном выше случае при сопротивлении провода 0,5 Ом при нагреве на каждые 250 градусов сопротивление провода может почти удвоиться. Дает дополнительную погрешность в 1,2 градуса Цельсия.

Для исключения влияния сопротивления проводов используется трехпроводная схема подключения датчика температуры. При такой схеме подключения прибор измеряет общее сопротивление датчика с проводами и сопротивление двух проводов (или одного провода и умножает его на 2) и вычитает сопротивление проводов из общего, выделяя таким образом чистое сопротивление датчика датчик.

Такая схема подключения позволяет добиться достаточно высокой точности при существенном влиянии сопротивлений проводов на точность измерения. Однако в этой схеме не учтено, что из-за погрешностей изготовления провода могут иметь разное сопротивление (из-за неоднородности материала, изменения сечения по длине и т.д.) такие погрешности вносят меньшее отклонение в отображаемую температуру, чем при двухпроводной схеме, но при большей длине кабеля может оказаться решающим. В таких случаях может потребоваться четырехпроводное подключение, при котором прибор измеряет непосредственно сопротивление датчика без учета соединительных проводов.

В каких случаях можно использовать двухпроводную схему подключения:

1. Диапазон измерения небольшой (например 0,40 град) и требуется низкая точность (например 1 градус)

2. Соединительные провода имеют большое сечение и не большую длину, то есть сопротивление проводов мало по сравнению с сопротивлением датчика и не вносит существенной погрешности. Например, общее сопротивление 2-х проводов 0,1 Ом, а сопротивление датчика меняется на 0,5 Ом на градус, требуемая точность 0,5 градуса, поэтому сопротивление проводов вносит погрешность меньше допустимой.

Схема трехпроводного подключения резистивных датчиков температуры:

Наиболее распространенная схема подключения, используемая для измерений на расстоянии датчика от 3 до 100 м, допускающая погрешность порядка 0,5 % в диапазоне до 300 градусов, т.е. 0,5 Кл на 100 Кл.

Схема четырехпроводной проводки:

Обычно используется для прецизионных измерений с точностью 0,1 С и выше.

Платиновые измерители температуры

Учитывая распространенность металлических датчиков, имеет смысл дать краткую характеристику этих устройств, чтобы наглядно показать сравнительные характеристики разных типов, функций, а также описать область применения.

В соответствии со стандартами ГОСТ 6651 2009 и МЭК 60751 для рабочих агрегатов данного типа значение температурного коэффициента должно быть 0,00385°С-1, для эталонных агрегатов — 0,03925°С-1. Диапазон измеряемых температур: от -196,0°С до 600,0°С. К несомненным достоинствам можно отнести высокий коэффициент точности, близкую к линейной характеристику «Температуростойкость», стабильные параметры. Недостатком является то, что наличие драгоценных металлов удорожает конструкцию. Следует отметить, что современные технологии позволяют свести к минимуму содержание этого металла, что дает возможность снизить себестоимость продукции.

Основная область применения – температурный контроль различных технологических процессов. Например, такое устройство можно установить в трубопроводе, где плотность рабочей среды сильно зависит от температуры. При этом показания вихретокового измерителя корректируются информацией о температуре рабочей среды.

Датчик термопреобразователя TSP 5071 производства Элемер

Класс допуска

По действующим нормам допускается некоторое отклонение от линейной характеристики «термостойкость». Ниже представлена ​​таблица соответствия класса точности.

Таблица 1. Классы допуска.

Класс точности	Стандарты допуска °С|т |	Диапазон измерения температуры
Платиновые датчики	Медь	Никель
Проволока	Фильм
АА	±0,10+0,0017	-50°С …250°С	-50°С…150°С	икс	икс
ОДИН	±0,15+0,002	-100°С …450°С	-30°С …300°С	-50°С…120°С	икс
Б	±0,30+0,005	-196°С…660°С	-50°С… 500°С	-50°С…200°С	икс
ИЗ	±0,60+0,01	-196°С…660°С	-50°С…600°С	-180°С…200°С	-60°С…180°С

Приведенная в таблице точность соответствует действующим стандартам.