Платиновые термосопротивления: Термосопротивления Pt100, Pt500, Pt1000 и другие

Содержание

Термосопротивления Pt100, Pt500, Pt1000 и другие

Термосопротивления Pt100, Pt500, Pt1000 и другие

Термосопротивления - это элементы, сопротивление которых практически линейно зависит от температуры окружающей среды. Наряду с термином "Термосопротивление" для обозначения этих элементов используют название "Термометр Сопротивления", аббривеатуры ТС и RTD, а также обозначения Pt100, Pt500, Pt1000, 50П, 100П, 500П, 1000П, 50М, 100М и другие наименования, в зависимости от НСХ датчика. Не следует путать термосопротивления с термопарами и терморезисторами (термисторами).

 

Зависимость сопротивления чувствительного элемента от температуры окружающей среды R(T) называется номинальной статической характеристикой термосопротивления.

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

 

Большая часть используемых в индустрии термосопротивлений имеют тип Pt 3850, его НСХ описывается полиномом

R(T) = R0 (1 + A x T + B x T2) при T > 0 и
R(T) = R0 (1 + A x T + B x T2 + C x (T-100) x T3) при T

где

A = 3.9083 x 10-3 °C-1, B = -5.775 x 10-7 °C-2, C = -4.183 x 10-12 °C-4, а R0 - номинальное сопротивлене (сопротивление при температуре 0°C).

 

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

Степень полинома и значения коэффициентов зафиксированы в различных национальных и международных стандартах. Действующий российский стандарт — ГОСТ 6651-2009. Европейские производители, в том числе компания IST, используют стандарт DIN 60751 (он же IEC-751), однако в мире действуют и другие нормативные документы.

Подробнее о существующих типах сопротивлений и действующих спецификациях - в статье "Термосопротивления: теория".

 

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

 

Точность термосопротивлений

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

 

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

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

 

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

Подробнее об определении классов точности для различных типов термосопротивлений - в статье "Термосопротивления: теория".

 

Структура термосопротивлений

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

 

 

 

Подробнее об определении классов точности для намоточных и тонкопленочных датчиков - в статье "Термосопротивления: теория".

Подробнее о структуре тонкопленочных датчиков - в статье "Термосопротивления: производственный процесс".

 

 

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

 

 

 

 

СТАНДАРТНЫЕ ВЫВОДНЫЕ ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ

Самыми востребованными и самыми бюджетными выводными термосопротивлениями являются платиновые элементы с характеристикой Pt100, Pt500 или Pt1000, габаритными размерами 2 x 2 мм и выводами длиной около 10 мм.

Такие датчики предназначены для работы с температурами от -200 до +300°C и различаются по классу допуска (по точности). Выводы датчиков данной группы подходят для пайки (в том числе твердым припоем), обжима или сварки.

 
Стоимость

Цены, действующие на датчики в наличии, указаны в таблице. Вы можете рассчитывать на значительные скидки при заказе от 300 шт.

Отметим, что цена термосопротивления не имеет прямой зависимости от рабочего температурного диапазона - датчики, предназначенные для температур до +150 °C или до +200°C, отпускаются по более высокой цене.

 

Наименование Характеристика (тип НСХ) Класс допуска  
P1K0.202.3K.A.010* Pt1000 (температурный (альфа) коэффициент - 3850 ppm/°C,
Номинальное сопротивление R0 = 1000 Ом)
Класс А (F0.15) Наличие на складе
P1K0.202.3K.B.010* Класс B (F0.3) Наличие на складе
P0K5.202.3K.A.015* Pt500 (температурный (альфа) коэффициент - 3850 ppm/°C,
Номинальное сопротивление R0 = 500 Ом)
Класс А (F0.15) Наличие на складе
P0K5.202.3K.B.015* Класс B (F0.3) Наличие на складе
P0K1.202.3K.A.010* Pt100 (температурный (альфа) коэффициент - 3850 ppm/°C,
Номинальное сопротивление R0 = 100 Ом)
Класс А (F0.15) Наличие на складе
P0K1.202.3K.B.010* Класс B (F0.3)
Наличие на складе

* Последние три символа кодируют длину выводов датчика в миллиметрах. Термосопротивления с выводами 7, 10 и 15 мм отпускаются по одной и той же цене.

 

Документация

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

 


СТАНДАРТНЫЕ SMD-ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ

 

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

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

 

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

 

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

 

 


ТЕРОМОСОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ РАСШИРЕННЫХ ДИАПАЗОНОВ ТЕМПЕРАТУР

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

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

В данную группу входит множество датчиков, которые различаются по

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

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

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

 

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

 

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

В данную группу входит большое количество датчиков, которые различаются по

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

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

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

 

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

 

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

В данную группу входят датчики, которые различаются по

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

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

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

 

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

 

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

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

 

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

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

Наличие на складе

 

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

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

 


ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ ВЫВОДАМИ

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

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

 

Эмалированные (обмоточные) медные выводы

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

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

 

Стандартные и многожильные выводы с изоляцией PTFE (тефлон)

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

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

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

 

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

 

 


МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫЕ ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ, НАИЛУЧШИЙ КОНТАКТ С ПОВЕРХНОСТЬЮ

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

 

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

 

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

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

 

  

Для измерения температуры выпускается готовое решение на базе металлизированного датчика - RealProbeTemp, металлизированное термосопротивление, установленное в металлическую гильзу.

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

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

Наличие на складе

 

 


САМЫЕ МИНИАТЮРНЫЕ ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ

Платиновые термосопротивления IST доступны в версиях с различными габаритными размерами, однако особенно востребованными являются самые миниатюрные элементы - элементы серии MiniSens размером 1.2 x 1.6 мм и серии SlimSens размером 0.8 x 3 мм. Такие датчики доступны в различных исполнениях, в том числе с выводами увеличенной длины, с повышенной точностью (класс допуска вплоть до AA), модели для расширенного диапазона температур (от -200 до +600°C) и т.д.

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

В таблице приведены значения времени отклика для датчиков MiniSens и SlimSens. Время отклика выражено в секундах и описывает время, за которое датчик реагирует на изменение температуры окружающей среды. Например t0.63 соответствует времени, которое требуется термосопротивлению для детектирования 63% от величины, на которую изменилось значение температуры среды. Помимо размеров термосопротивления, время отклика зависит от параметров измеряемой среды и качества теплового контакта датчика и среды.

 

  Время отклика, сек Самонагрев
Среда вода, v=0.4 м/с воздух, v=1 м/с вода, v=0.4 м/с воздух, v=1 м/с
  t 0.5 0.63 0.9 0.5 0.63 0.9 E, мВт/К ∆T, мК * E, мВт/К ∆T, мК *
Размер датчиков: 1.2 x 1.6 мм 0.05 0.08 0.18 1.2 2.5 12 8.3 1.8 56
Размер датчиков: 0.8 x 3.0 мм 0.08 0.1 0.25 1.2 1.5 3.5 15 6.7 2.2 46

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

 

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

 

 

Образцы некоторых моделей миниатюрных датчиков доступны со склада компании ЭФО.

 

Термосопротивления MiniSens

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

 

 

Термосопротивления SlimSens

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

 

 


ЭЛЕМЕНТЫ С ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫМИ ВЫВОДАМИ

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

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

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

 

 


ПОВЫШЕННАЯ ТОЧНОСТЬ

Термосопротивления с классом допуска выше 1/3 DIN

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

Класс допуска Допуск, °С
1/5 DIN (1/5 IEC) ±(0.06 + 0.001 |T|)
1/10 DIN (1/10 IEC) ±(0.03 + 0.0005 |T|)

 

 
Пары и группы

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

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

 
Класс допуска A на расширенном диапазоне температур

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

Наличие на складе

 


НЕСТАНДАРТНЫЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ, НИКЕЛЕВЫЕ И МЕДНЫЕ ДАТЧИКИ

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

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

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

Документация доступна на сайте производителя. 

 

Помимо платиновых датчиков, производятся медные и никелевые элементы.

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

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

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

 

 


НЕСТАНДАРТНОЕ НОМИНАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ R0

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

Датчики с нестандартным номинальным сопротивлением доступны под заказ.


ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ КОРПУС

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

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

Со склада ЭФО доступны образцы некоторых датчиков данной группы:

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

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

Наличие на складе

 


СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКТИВЫ

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

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

 

Теория / Блог компании ЭФО / Хабр

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

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

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

(они же — термосопротивления или RTD)

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

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

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

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

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



Если коротко, характеристики термосопротивлений можно разбить на три группы:
  1. Номинальная статическая характеристика (НСХ) и точность
  2. Диапазон температур, на котором определяется НСХ и обеспечивается заявленная точность
  3. Корпус датчика, тип и длина выводов

На мой взгляд, пояснений требует только первый пункт.

Номинальная статическая характеристика (НСХ)

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

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


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

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


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


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

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

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

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

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

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

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

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

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


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

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

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


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

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

Приведенные в таблице допуски соответствуют большинству действующих стандартов для платиновых датчиков 3850 ppm/K, включая ГОСТ и европейский DIN 60751 (IEC-751), который с большой натяжкой можно назвать общепринятым. Однако и здесь есть исключенияНапример, в американском стандарте ASTM E1137 классы допуска платиновых датчиков именуются Grade и определяются иначе:
Grade A ±(0.25 + 0.0042 |T|)
Grade B ±(0.13 + 0.0017 |T|)


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

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

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

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

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


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

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



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

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

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


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

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

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

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

У тонкопленочной технологии есть и другие интересные свойства, позволяющие, например, сократить время отклика датчика температуры или изготовить на базе термосопротивлений датчики скорости потока. Об этом будем говорить в следующей статье, которая полностью посвящена процессу изготовления тонкопленочных датчиков.
В заключении традиционно благодарю читателя за внимание и напоминаю, что вопросы по применению продукции, о которой мы пишем на хабре, можно также задавать на email, указанный в моем профиле.

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

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

Теория / ЭФО corporate blog / Habr

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

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

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

(они же — термосопротивления или RTD)

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

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

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

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

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



Если коротко, характеристики термосопротивлений можно разбить на три группы:
  1. Номинальная статическая характеристика (НСХ) и точность
  2. Диапазон температур, на котором определяется НСХ и обеспечивается заявленная точность
  3. Корпус датчика, тип и длина выводов

На мой взгляд, пояснений требует только первый пункт.

Номинальная статическая характеристика (НСХ)

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

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


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

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


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


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

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

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

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

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

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

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

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

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


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

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

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


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

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

Приведенные в таблице допуски соответствуют большинству действующих стандартов для платиновых датчиков 3850 ppm/K, включая ГОСТ и европейский DIN 60751 (IEC-751), который с большой натяжкой можно назвать общепринятым. Однако и здесь есть исключенияНапример, в американском стандарте ASTM E1137 классы допуска платиновых датчиков именуются Grade и определяются иначе:
Grade A ±(0.25 + 0.0042 |T|)
Grade B ±(0.13 + 0.0017 |T|)


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

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

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

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

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


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

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



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

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

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


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

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

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

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

У тонкопленочной технологии есть и другие интересные свойства, позволяющие, например, сократить время отклика датчика температуры или изготовить на базе термосопротивлений датчики скорости потока. Об этом будем говорить в следующей статье, которая полностью посвящена процессу изготовления тонкопленочных датчиков.
В заключении традиционно благодарю читателя за внимание и напоминаю, что вопросы по применению продукции, о которой мы пишем на хабре, можно также задавать на email, указанный в моем профиле.

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

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

НСХ термометров сопротивления

НСХ - номинальная статическая характеристика термометра сопротивления, которая представляет собой стандартную функцию сопротивление-температура R(t) . Для промышленных термометров функция установлена стандартами МЭК 60751 и ГОСТ 6651. Ввиду того, что таблицы функции объемные, мы предоставляем возможность посетителям сайта скачать их в формате pdf.

Скачать таблицы сопротивление-температура (НСХ) по ГОСТ 6651-2009>> (pdf)

Интерполяционные зависимости для рабочих термометров >>

Расчет температуры по показаниям термометра>>

Международные и национальные спецификации на термометры сопротивления

Организация, страна стандарт тип проволоки (альфа) Номинальное сопротивление при 0 °С
Платиновые термометры
Росстандарт (Россия) ГОСТ 6651-2009 0.00385

0.00391

100

100

International Electrotechnical
Commission (IEC)
IEC 60751 0.00385 100
British Standards Association (BS) BS 1904 0.00385 100
FachnormenausschuB
Elektrotchnek im Deutschen
NormenausschuB (DIN)

DIN 43760

DIN IEC751

0.00385 100
Japanese Standard Association (JIS) JIS C 1604 0.00392 100
МОЗМ (OIML) OIML R84 0.00385
0.00391
-
ASTM International ASTM E 1137 0.00385 100
American Scientific Apparatus Makers Association (SAMA) RC21-4 0.003923 98.129
US Department of Defense MIL-T-24388 0.00392 100
Медные термометры
Россия ГОСТ 6651-2009

0.00426  0.00428

100
МОЗМ (OIML) OIML R84 0.00428
0.00426
-
Minco (USA) стандарт Minco 0.00427
0.00427
9.035
100
Thermometrics Corporation (USA) отраслевой стандарт 0.00427
0.00427
0.00427
0.00421
0.00421
10
9.035
100 (25 °C)
100
1000
Никелевые термометры
Россия ГОСТ 6651-2009 0.00617 100
МОЗМ (OIML) OIML R84 0.00617 -
FachnormenausschuB
Elektrotchnek im Deutschen
NormenausschuB (DIN)
DIN 43760 0.00618 100
Minco (USA) Standard Minco nickel
("Nickel A")
0.00672 100
Никель-железные термометры
Minco (USA) стандарт Minco 0.00518
0.00527
0.00527
604
908.4
1816.81

Прямой и обратный расчет зависимости сопротивление-температура реализован в программе TermoLab

Измерение температуры. Датчики термосопротивления | КИПиА от А до Я

Конструктивно датчики термосопротивления представляют собой катушку, намотанную очень тонкой (0,05 или 0,063) медной или платиновой проволокой. Катушка помещается внутрь завальцованной с одной стороны металлической гильзы с герметизирующей засыпкой или заливкой, имеющей электрическое сопротивление более 10 МОм. Выводы катушки соединены с клеммами, расположенными в головке датчика. Совокупность катушки, гильзы и клемм называется чувствительным элементом. Все остальное – корпусом или головкой датчика. По сути дела, датчик термосопротивления является переменным резистором, сопротивление которого меняется по определенному закону в зависимости от температуры среды. Закон изменения сопротивления зависит от градуировки датчика. С эксплуатационной точки зрения можно считать, что закон изменения сопротивления является линейной функцией.

Любая линейная функция, как известно, описывается двумя точками. В случае датчика термосопротивления первой точкой является точка R0 (сопротивление датчика при 0°С), второй точкой – W100 (коэффициент определяющий сопротивление датчика при 100°С).

Основными градуировками датчиков термосопротивления являются 50М, 50П, 100М, 100П, Pt100, 500М и 500П. Цифра в обозначении градуировки указывает на сопротивление датчика в омах при 0°С, то есть определяет упомянутую ранее точку R0. Буква в обозначении указывает на материал проволоки чувствительного элемента (М – медь, П и Pt - платина). Датчики градуировки 100П и Pt100 несмотря на одинаковое R0 и материал проволоки все же имеют разные характеристики. Это различие определяется коэффициентом W100. Платиновые датчики градуировки 100П отечественного производства чаще всего имеют коэффициент W100=1,3910 или W100=1,3850, медные датчики отечественного производства имеют W100=1,4280. Импортные платиновые и медные датчики термосопротивления имеют  W100=1,3850 и W100=1,4260 соответственно. Коэффициент W100 показывает во сколько раз измениться сопротивление R0 датчика термосопротивления при его нагревании с 0 до 100°С.

Так сопротивление датчика градуировки 100П с W100=1,3910 при температуре чувствительного элемента равной 100°С составит:

R100=R0*W100=100(Ом)*1,3910=139,10(Ом)

Таким образом, для прикидочных расчетов, можно принять что на 1 Ом сопротивления датчиков градуировок 100П и Pt100 приходиться 2,5°С. Так при сопротивлении датчика 108 Ом измеряемая им температура равна 20°С. Измерение сопротивления датчика можно производить любым мультиметром, предварительно отсоединив от датчика соединительные провода, чтобы исключить влияние вторичного прибора. Для более точного определения температуры по сопротивлению датчика можно воспользоваться градуировочными таблицами. Для измерения температуры природного и технических газов наиболее часто применяются датчики 50М и 100М, а для измерения температуры воды и пара — 100П и 500П.

С 1 января 2008 года вступил в силу новый ГОСТ Р 8.625—2006 на датчики термосопротивления. Этот ГОСТ отменил понятие W100, заменив его на коэффициентом «альфа». Кроме того, ГОСТ Р 8.625—2006 установил однозначное соответствие между типом чувствительного элемента (М, П или Pt) и коэффициентом "альфа". Так для элемента 50М (100М и т.д) значение "альфа" равно 0,00428, что соответствует старому обозначению W100=1.428, для элемента Pt100 "альфа" равно 0,00385 (W100=1.385), для элемента 100П "альфа" равно 0,00391 (W100=1.391). Поэтому значение "альфа" и W100 в заводских паспортах и на шильдиках новых датчиков термосопротивления могут не указываться.

Подключение датчиков термосопротивления производиться по двух, трех или четырех проводной схеме. Двухпроводная схема подключения используется крайне редко, так как в этом случае сопротивление соединительных проводов вносит существенную погрешность в измерение. Наиболее часто используется трехпроводная схема подключения – именно по этой схеме датчики термосопротивления подключаются к контроллерам Siemens серии S300 как впрочем и к контроллерам других серий и других производителей. Четырехпроводная схема в основном используется при подключении датчиков термосопротивления к приборам технического и коммерческого учета потребления энергоресурсов, где важно максимально точное измерение температуры. Именно при четырехпроводной схеме осуществляется полная компенсация сопротивления соединительных проводов и наибольшая точность показаний. Датчики термосопротивления чаще всего имеют четыре клеммы для подключения соединительных проводов, широко распространены и датчики с тремя клеммами. Датчики с двумя клеммами встречаются редко и, как правило, они имеют соединительные провода фиксированной длины заводского изготовления, с помощью которых датчик присоединяется к вторичному прибору.

Погрешность измерения температуры ΔТ при применении двухпроводной линии связи датчика термосопротивления с вторичным прибором может быть рассчитана по следующей формуле.


Увеличение длины линии связи L приводит к возрастания погрешности, применение провода с большим сечение жилы S приводит к уменьшению погрешности. Удельное сопротивление меди ρ равно 0,0171 Ом*мм2/м. Через множитель 2 учитывается суммарное сопротивление обоих (двух) жил кабеля.

Коэффициент К зависит от градуировки применяемого датчика термосопротивления. Коэффициенты К, приведенные в таблице, были рассчитаны для W100=1,391 (платиновые датчики) и W100=1,428 (медные датчики).

Как видно из таблицы при двухпроводной линии связи с датчиком термосопротивления целесообразно применение провода с большим сечением жилы. Расчет выполнен для одножильных и многожильных проводов и кабелей 3 класса (по ГОСТ 22483-77). Реальная погрешность вносимая в результат измерения двухпроводной линией связи с длиной отличной от 10 метров будет отличаться от расчетной табличной величины.

В случае применения двухпроводной схемы подключения, предпочтительнее использовать датчики сопротивлением 100 или даже 500 Ом, так как сопротивление соединительных проводов в этом случае, вносит меньшую погрешность в результат измерения температуры, чем при применении 50-омного датчика. В некоторых случаях целесообразнее использовать встроенный в головку датчика нормирующий преобразователь.

При подключении датчика температуры к контроллеру Siemens S300 может возникнуть следующая ситуация. При ослаблении контакта от одного или нескольких выводов термометра сопротивления, например, в проходной клеммной коробке наблюдается рост показаний температуры. Причем возрастание показаний температуры происходит медленно и так же медленно потом уменьшается в зависимости от того, как изменяется сопротивление самого термометра. То есть все указывает на то, что происходит реальный нагрев датчика. Но при измерении сопротивления датчика цифровым мультиметром видно, что на самом деле датчик имеет температуру меньшую, чем показывает контроллер. Протяжка всех клеммных соединений устраняет данную проблему.

Платиновые датчики термосопротивления ТСП и Pt100 теоретически имеют диапазон измеряемых температур от -200 до 1100°С. Наиболее распространены датчики с диапазоном -50…350°С. Работа датчиков термосопротивления в этом диапазоне обеспечивает измерение температуры воды, пара и всевозможных технических газов, получивших распространение в промышленности и не требует применения специальных жаростойких марок сталей при их изготовлении. Медные датчики способны работать в диапазоне -200…200°С. Выпускаемые промышленностью датчики ТСМ  имеют температурный диапазон -50…150°С. Для того чтобы датчик термосопротивления можно было заменить, выкрутив из трубы, не перекрывая трубопровод при их монтаже используют защитные гильзы (стаканы). Защитная гильза также предохраняет термометр сопротивления от высокого давления и скоростного напора в трубопроводе.

Гильза вкручивается в вваренную в трубопровод бобышку, а уже в нее вставляется датчик термосопротивления и фиксируется гайкой. Для лучшего теплообмена внутрь гильзы должно быть залито масло. У некоторых датчиков стакан является конструктивной единицей корпуса датчика, поэтому такой датчик вворачивается напрямую в бобышку. При выходе из строя датчика его чувствительный элемент вынимается из корпуса и заменяется новым. Корпус при этом остается на месте и герметичность трубопровода не нарушается. При измерении температуры агрессивных сред на поверхность защитной гильзы наносят полимерное защитное покрытие. Для измерения температуры свыше 300°С как правило используют термопары.

Дополнительную информацию вы можете найти в разделе "Вопрос-ответ".

Посмотреть другие статьи в том числе про измерение температуры.

Термометр сопротивления — Википедия

Условное графическое обозначение термометра сопротивления

Термо́метр сопротивле́ния — электронный прибор, 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

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.

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):

RT=R0[1+AT+BT2+CT3(T−100)](−200∘C<T<0∘C),{\displaystyle R_{T}=R_{0}\left[1+AT+BT^{2}+CT^{3}(T-100)\right]\;(-200\;{}^{\circ }\mathrm {C} <T<0\;{}^{\circ }\mathrm {C} ),}
RT=R0[1+AT+BT2](0∘C≤T<850∘C),{\displaystyle R_{T}=R_{0}\left[1+AT+BT^{2}\right]\;(0\;{}^{\circ }\mathrm {C} \leq T<850\;{}^{\circ }\mathrm {C} ),}
здесь RT{\displaystyle R_{T}} — сопротивление при температуре T{\displaystyle T} °C,
R0{\displaystyle R_{0}} сопротивление при 0 °C,
A,B,C{\displaystyle A,B,C} — коэффициенты — константы, нормированные стандартом:
A=3.{-4}.}

Поскольку коэффициенты B{\displaystyle B} и C{\displaystyle C} 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[3].

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

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

Альтернативы ртутным термометрам

: платиновые термометры сопротивления (PRT)

Типичная конфигурация датчика PRT с платиновым проводом, скрученным в катушки.

Платиновые термометры сопротивления (PRT) основаны на том факте, что платина, как и многие другие металлы, демонстрирует повышенное электрическое сопротивление при повышении температуры. Например, обычный PRT, предназначенный для обеспечения 100 Ом при 0 ° C, имеет сопротивление около 80 Ом при -50 ° C и 120 Ом при 50 ° C, или чувствительность около 0.4 Ом на градус. ПТС, сконструированные в соответствии с особенно строгими спецификациями, называемые стандартными платиновыми термометрами сопротивления (SPRT), названы определяющими инструментами измерения для интерполяции температур в соответствии с ITS-90. В целом, PRT могут иметь высокую точность (0,01 ° C), стабильность и воспроизводимость в широком диапазоне температур от -200 ° C до 500 ° C.

Обычно платиновый элемент формируется в виде толстых или тонких пленок, или платиновый провод размещается в виде двух, трех или четырех спиральных катушек (см. Диаграмму справа) - чем больше катушек, тем выше чувствительность.Пленка или проволока помещаются внутри стеклянного или керамического корпуса и могут поддерживаться рыхлым или уплотненным MgO. Провода на основе платины соединяют блок зонда с электроникой термометра, которая преобразует электрический сигнал в температуру.

PRT

в широком смысле делятся на две группы: промышленные PRT (IPRT) и SPRT, в зависимости от чувствительности и надежности. ASTM и IEC определяют несколько классов PRT, каждый со своим набором спецификаций. Например, прибор ASTM "Class A" имеет нестандартный допуск - максимально допустимую погрешность - в диапазоне от 0.47 ° C при -200 ° C до 0,13 ° C при 0 ° C до 0,98 ° C при 500 ° C.

Пользователи, планирующие IPRT, должны обратиться к ASTM E1137 за стандартами и спецификациями.

NIST калибрует эти устройства от -196 ° C до 550 ° C

Преимущества

  • Широкий диапазон температур
  • Зависимость сопротивления от температуры хорошо изучена.
  • Прочная конструкция в ИПРЦ
  • Стоимость IPRT меньше, чем SPRT.
  • Доступны разные формы и размеры - в зависимости от области применения
  • Может использоваться с цифровым устройством для считывания температуры.

Недостатки

  • Механический удар и вибрация вызовут смещение.
  • Ухудшение при повышенных температурах (например,> 500 ° C)
  • 2- и 3-проводные устройства нуждаются в компенсации выводов.
  • Негерметично закрытые IPRT разрушаются в средах с чрезмерной влажностью.
  • Не так точен, как SPRT

Разнообразие датчиков PRT, один из которых (увеличенный на вставке) имеет видимую конфигурацию проволоки-катушки.

Датчики PRT могут быть довольно маленькими.

На детали стандартного PRT показаны спирали из платиновой проволоки на наконечнике зонда.

Любое упоминание или изображение коммерческих продуктов на веб-страницах NIST предназначено только для информации; это не подразумевает рекомендации или одобрения NIST.

Информация о платиновом термометре сопротивления

- Пиковые датчики

Термометры сопротивления постепенно заменяют термопары во многих промышленных применениях с более низкими температурами (ниже 600 ° C).Термометры сопротивления бывают разных конструкций и обеспечивают большую стабильность, точность и воспроизводимость. Сопротивление почти линейно зависит от температуры. Требуется небольшой источник питания.

Никаких специальных удлинительных кабелей или компенсаций холодного спая не требуется. Сопротивление проводника зависит от его температуры. Платина обычно используется из-за ее устойчивости к температуре. Платиновый провод обнаружения должен быть защищен от загрязнений, чтобы оставаться стабильным.Платиновая проволока или пленка создается и закрепляется на каркасе таким образом, что он получает минимальное дифференциальное расширение или другие деформации от своего каркаса, но при этом достаточно устойчив к вибрации.

Выпускаются коммерческие марки платины, которые демонстрируют изменение сопротивления на 0,385 Ом / ° C (европейский фундаментальный интервал). Датчик обычно изготавливается с сопротивлением 100 Ом при 0 ° C. Это определено в BS EN 60751: 2008. Американский фундаментальный интервал составляет 0,392 Ом / ° C.

Для определения сопротивления термометрам сопротивления требуется пропускать небольшой ток.Это может привести к самонагреву, и при проектировании всегда следует соблюдать ограничения производителя, а также учитывать пути прохождения тепла. Также следует проявлять осторожность, чтобы избежать деформации термометра сопротивления при его применении.

Следует учитывать сопротивление выводных проводов, а использование трех- и четырехпроводных схем подключения может привести к устранению влияния сопротивления выводов из измерений.

Элементы термометров сопротивления доступны в нескольких формах. Наиболее распространенными являются:

  • Проволока, намотанная на керамический изолятор - Высокие температуры до 850 ° C
  • Провода, залитые стеклом - Устойчивость к самым высоким вибрациям и максимальная защита Pt
  • Тонкая пленка с пленкой Pt на керамической подложке - Недорогое массовое производство

Платиновые термометры сопротивления ПТС - Большая химическая энциклопедия

В то время как термоэлектрический принцип больше не является эталоном интерполяции шкалы, он является одним из наиболее распространенных способов измерения температуры, хотя в некоторых дисциплинах ему бросают вызов небольшие промышленные платиновые термометры сопротивления (PRT) и термисторы.Спайы термопар можно делать очень маленькими и, например, почти бесконечным разнообразием, а для термопар из недрагоценных металлов материалы компонентов очень дешевы. Свойства различных типов рабочих термопар показаны в таблице 3. Дополнительные свойства приведены в ссылке 5. [Pg.402]

Температура Уровень измерения температуры (4 K, 20 K, 77 K или выше) является первым вопросом. быть рассмотренным. Вторая проблема - это необходимый диапазон (например, несколько градусов около 90 К или от 1 до 400 К). Если уровень температуры соответствует уровню разделения воздуха или сжижения природного газа (СПГ), то предпочтительным выбором является платиновый термометр сопротивления (PRT).Платина, как и все чистые металлы, имеет электрическое сопротивление, которое стремится к нулю при понижении абсолютной температуры до нуля. Соответственно, нижний предел полезного использования платины составляет около 20 К или температуры жидкого водорода. Ниже 20 К предпочтительны полупроводниковые термометры (на основе германия, углерода или кремния). Полупроводники имеют прямо противоположную зависимость сопротивления от температуры металлов - их сопротивление увеличивается с понижением температуры, так как меньшее количество валентных электронов может попасть в зону проводимости при более низких температурах.Таким образом, полупроводники обычно выбирают для температур примерно от 1 до 20 К. [Pg.1136]

Рис. 8. Схема двухсосудистого кристаллизатора. C, монокристаллический Hi, h3 и h4, нагревательные элементы M, магнитная мешалка P, насос PC, поликристаллический материал T1 и T2, термометры, обычно Hg в стеклянных или платиновых термометрах сопротивления (PRT), T1 используется для управления нагревателями T3 и T4, миниатюрные термометры, т.е. термистор или PRT VI, сосуд для кристаллизации V2, сосуд для растворения.
ТАБЛИЦА 4 Сравнение рабочих характеристик термопар, платиновых термометров сопротивления (PRT) и термисторов... [Pg.573]

Хотя это и не связано напрямую с системой AOL, для получения ценных данных о подземной температуре в границах WCR были также созданы пусковая труба, приемник и микропроцессорная система сбора данных на основе одноразового батитермографа (AXBT). Система данных AXBT мультиплексирует данные о температуре в компьютер HP системы AOL для одновременной записи с данными лазера. Специально адаптированная система радиоприемника / сбора данных сконфигурирована для работы со стандартом AN / SSQ-36 (U.S. Navy) AXBTs. Данные о температуре поверхности, полученные с помощью платинового термометра сопротивления Барнса (PRT) -5 IR, также регистрируются компьютерной системой AOL. [Pg.359]

Резистивные материалы, используемые в термометрии, включают платину, медь, никель, родий-железо и некоторые полупроводники, известные как термисторы. Датчики, изготовленные из платиновой проволоки, называются платиновыми термометрами сопротивления (PRT) и, хотя и дороги, широко используются. Они обладают превосходной стабильностью и возможностью высокоточных измерений.Температурный диапазон эксплуатации от -260 до 1000 ° С. Другие термометры сопротивления дешевле, чем PRT, и полезны в определенных ситуациях. Медь имеет довольно линейную зависимость сопротивления от температуры, но ее верхний предел температуры составляет всего около 150 ° C, и из-за ее низкого сопротивления могут потребоваться специальные измерения. Никель имеет верхний предел температуры около 300 ° C, но он легко окисляется при высокой температуре и является довольно нелинейным. Родий-железные резисторы используются в криогенных измерениях температуры ниже диапазона платиновых резисторов [11].Как правило, эти материалы (за исключением термисторов) имеют положительный температурный коэффициент сопротивления - сопротивление увеличивается с температурой. [Pg.1171]

RTD Платиновый термометр сопротивления PRT SPRT Определение IPRT ... [Pg.1782]

Платиновые термометры сопротивления (PRT) PRT (иногда называемые датчиками температуры сопротивления или RTD) являются предпочтительными термометрами для высоких качественные чёрные тела. Они надежны и точны, хотя требуют повторной калибровки каждые 2 или 3 года.Они обычно используются со специальными контроллерами черного тела, которые измеряют сопротивление PRT, преобразуют его в температуру и регулируют нагреватели для поддержания желаемой температуры. Эти контроллеры могут быть запрограммированы на прием калибровочных констант. Они преобразуют измеренное сопротивление ПТС в температуру с помощью уравнения Каллендара-Ван Дюзена ... [Pg.275]

Платиновые термометры сопротивления (ПТС) Сопротивление чистых металлов уменьшается при понижении температуры. Если материал установлен так, чтобы он не подвергался нагрузкам или деформациям во время циклического изменения температуры, сопротивление очень воспроизводимо и может использоваться в качестве точного индикатора температуры.ПТС - самые распространенные термометры этого типа. Поскольку сопротивление невелико, важно исключить сопротивление выводов из измерений, используя метод с четырьмя выводами, показанный на вставке к рис. 12.8, чтобы избежать падения ИК-излучения в выводах. [Pg.428]

РИСУНОК 18.4 Дифференциальный сканирующий калориметр (тип компенсации мощности). Датчик платинового термометра сопротивления (PRT) обнаруживает небольшой сигнал ошибки между запрограммированной температурой и температурой образца и требует большей или меньшей мощности для каждого нагревателя, чтобы оба держателя оставались включенными.Разница в мощности, требуемой между образцом и эталоном, усиливается и записывается. (Любезно предоставлено PerkinElmer Corporation, Norwalk, CT.) ... [Pg.732]


Как откалибровать RTD или платиновый термометр сопротивления

Существует два типа калибровки, применимых к ПТС - характеристика и тестирование на толерантность. Тип выполняемой калибровки определяется способом использования проверяемого оборудования и точностью, требуемой пользователем.

Характеристика - это тип калибровки, при котором сопротивление проверяемого устройства (UUT) определяется в нескольких температурных точках, а данные подгоняются к математическому выражению.

С другой стороны, испытание на допуск - это калибровка, при которой сопротивление проверяемого оборудования сравнивается с определенными значениями при определенных температурах. Подгонка данных не выполняется. В лаборатории мы должны выполнять оба типа калибровки в зависимости от потребностей наших клиентов.

Определение характеристик

Определение характеристик - это метод, который наиболее часто используется для калибровки PRT со средней и высокой точностью.С помощью этого метода новая зависимость сопротивления от температуры определяется заново при каждой калибровке. Как правило, при этом типе калибровки новые коэффициенты калибровки и калибровочная таблица предоставляются как результат калибровки. Ниже перечислены пять основных шагов, которые необходимо выполнить:
  1. Поместите эталонный датчик и проверяемое оборудование в источнике температуры в непосредственной близости друг от друга.
  2. Подсоедините выводы к считывающему устройству (ам), обеспечивая правильное 2-, 3- или 4-проводное соединение.
  3. Измерьте эталонный зонд и определите температуру.
  4. Измерьте и запишите сопротивление проверяемого оборудования (ей).
  5. Подгоните данные.

Некоторые считывания упрощают методику, комбинируя или исключая некоторые этапы. В следующем обсуждении мы рассмотрим приложение, включающее характеристику PRT, в сравнении с SPRT.

Шаг 1. Размещение зонда

Все источники температуры имеют нестабильность и градиенты.Это приводит к ошибкам и / или неопределенностям калибровки. Чтобы свести к минимуму эффекты, зонды следует размещать как можно ближе друг к другу. В ваннах калибруемые зонды следует размещать радиально, так чтобы эталонный зонд находился в центре (фокусе) круга. Это обеспечивает одинаковое расстояние от эталонного пробника до каждого проверяемого оборудования. В сухоблочных источниках температуры эталонный зонд и калибруемые зонды следует размещать на одинаковом расстоянии от центра для достижения наилучших результатов, но эталонный датчик можно разместить в центре, если это необходимо.Кроме того, чувствительные элементы должны находиться в одной горизонтальной плоскости. Несмотря на то, что чувствительные элементы имеют разную длину, достаточно расположить днища датчиков на одном уровне. Необходимо обеспечить достаточное погружение во избежание потери штока. Как правило, достаточное погружение достигается, когда зонды погружаются на глубину, равную 20 диаметрам зонда плюс длина чувствительного элемента. Например, рассмотрим зонд диаметром 3/16 дюйма с чувствительным элементом длиной 1 дюйм.Используя эмпирическое правило, 20 x 3/16 дюйма, 1 дюйм = 3 3/4 дюйма, 1 дюйм = 4 3/4 дюйма. В этом примере минимальное погружение достигается на 4 3/4 дюйма. Это эмпирическое правило обычно верно для тонкостенных зондов и в ситуациях с хорошей теплопередачей. Если зонд имеет толстостенную конструкцию и / или присутствует плохая теплопередача (например, в случае сухобара с отверстиями неправильного размера), требуется большее погружение.

Шаг 2: Считывание данных о подключении

Это простой шаг.Подключения должны быть плотными и иметь правильную 2-, 3- или 4-проводную конфигурацию. При использовании 4-проводной конфигурации убедитесь в правильности подключения тока и напряжения. См. Рис. 1.

Шаг 3: Измерение эталонного датчика и определение температуры

Есть два способа измерить эталонный датчик и определить температуру. Оба метода имеют одинаковую потенциальную точность. То есть, если все сделано правильно, ни один из методов по своей сути не является более точным, чем другой.

Первый и лучший метод используется для сложных считываний, предназначенных для работы с температурой. Измеряется сопротивление и рассчитывается температура на основе калибровочных коэффициентов, которые были введены в считывание ранее. После ввода этих калибровочных коэффициентов выполняется внутреннее вычисление температуры, и показания отображаются в единицах измерения температуры. Данные о температуре доступны в режиме реального времени. Некоторые современные устройства считывания также отображают данные в графическом формате, что позволяет оператору с первого взгляда определить стабильность.Обе эти функции ускоряют процесс и исключают возможную ошибку оператора из-за неправильной интерполяции таблицы.

Второй метод используется, когда показания не позволяют правильно рассчитать температуру. (Некоторые показания, особенно цифровые мультиметры, имеют некоторые из наиболее популярных встроенных преобразователей температуры. Обычно они не позволяют использовать уникальные калибровочные коэффициенты и не могут использоваться для точной калибровки температуры.) В этом случае измеряется сопротивление и температура измеряется. определяется либо по калибровочной таблице, либо с помощью компьютера или программы-калькулятора.

Поскольку температура должна быть рассчитана после измерения сопротивления, процесс идет медленнее и не обеспечивает немедленных данных о температуре в реальном времени. См. Таблицы 1 и 2 ниже.

Шаг 4: Измерение тестируемых единиц (UUT)

Поскольку UUT являются термометрами сопротивления, аналогичными эталонному датчику, они измеряются аналогичным образом. Если несколько проверяемых устройств проходят калибровку, убедитесь, что при их подключении или включении имеется достаточно времени для саморазогрева, прежде чем данные будут записаны.Кроме того, убедитесь, что показания настроены на правильный диапазон, чтобы обеспечить правильный ток источника и предотвратить изменения диапазона между измерениями при разных температурах.

Обычно измерения проводятся, начиная с наивысшей температуры калибровки и постепенно снижаясь. Кроме того, повышается точность калибровки за счет использования среднего (среднего) значения, рассчитанного на основе нескольких измерений при одной и той же температуре. Часто показания имеют статистические функции, облегчающие эту практику.Также рекомендуется завершить процесс дополнительным измерением эталонного датчика. Последовательность, в которой измеряются пробники (эталонный и проверяемое), называется схемой измерения. При разработке схемы измерения необходимо учитывать множество переменных. Некоторые моменты, которые следует учитывать:
  • Точность - чем выше желаемая точность, тем больше необходимо учитывать все перечисленное ниже.
  • Стабильность источника температуры - чем стабильнее источник, тем больше времени остается для проведения измерений до того, как изменения температуры вызовут нежелательную ошибку.
  • Количество проверяемых устройств - чем выше число, тем больше времени требуется для циклического перебора всех проверяемых устройств.
  • Количество показаний - будут ли измеряться эталонный пробник и проверяемое оборудование с одним и тем же показанием или разными показаниями?
  • Тип считывания - показания, предназначенные для калибровки температуры, часто имеют функции, обеспечивающие гибкость схемы измерения.
  • Характеристики проверяемого оборудования - время саморазогрева, требования к току источника, с

Новые платиновые термометры сопротивления

ТЕРМОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

НОВАЯ ПЛИТА ТЕРМОМЕТРЫ СОСТАВА

P.Я. Бард ила, А.И. К и тс, В. И. Лах, А.Д. Пичевский, и П.И., Шпаров

Перев. Измерительная техника, № 5, с. 19-21, май 1964 г.

УДК 536.531

Платиновые термометры сопротивления, конструкция которых описана в [ 1, 2, 3] широко используются для измерения температур в диапазоне от -200 до + 500 ~

Термометры сопротивления советского производства с термочувствительной платиновой проволокой, намотанной на плоскую слюдяную форму, имеют следующие дефекты: термочувствительные элементы не герметично закрыты, поэтому влага может проникнуть в обмотку и дать нестабильные показания; низкая механическая прочность термометров, которая приводит к быстрому выходу из строя чувствительного элемента, особенно при вибрации или сотрясении; громоздкая и плохо отлаженная конструкция, затрудняющая автоматизацию производства термометров; и большая тепловая инерция.

Посторонние термометры сопротивления имеют чувствительные элементы, в которых термочувствительная платиновая проволока намотана на стеклянный или керамический каркас и отлита в стекло или эмаль. Преимущество этих элементов состоит в их герметичности, а недостаток - в сложности изготовления и механических напряжениях в платине, которые приводят к нестабильным показаниям.

Результаты исследований по созданию конструкции чувствительного элемента без указанных выше дефектов описаны в [4].

Чувствительный элемент (рис. T) состоит из двух или четырех платиновых спиралей 3, последовательно соединенных с выводными проводниками 1. Спирали помещаются в отверстия двух- или четырехканального керамического корпуса 4. Спирали и выводные тросы закрепляются с помощью остекления 2 и 6. Правильное значение сопротивления при 0 * C регулируется путем постепенного растягивания и обрезания спирали. Спираль поворачивается в точке 5. Расстояние между спиралью и корпусом. заполнен порошком оксида алюминия, который предотвращает короткое замыкание витков и улучшает тепловой контакт между спиралями и корпусом.

Такие чувствительные элементы обладают следующими достоинствами: герметичность обмотки за счет низкой газопроницаемости корпуса и остекления в рабочем диапазоне температур; незначительно малые механические напряжения в спиралях, так как они зафиксированы всего в двух точках; незначительное загрязнение платины глазурью из-за их контакта только на небольших участках; высокая механическая прочность за счет компактного заполнения промежутка между спиралями и кожуха порошком оксида алюминия; возможность использования этих термометров в определенных случаях без защитной оболочки; их применение при температурах до 700 ° С и возможность автоматизации производства.

При разработке этих чувствительных элементов большое внимание было уделено материалу их корпусов, выводных проводов и составу остекления. Корпуса теперь изготавливаются из специальной керамики на основе оксида алюминия, которая обладает высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью и низкой газопроницаемостью при температурах до 700 ° C. Выводные проводники изготовлены из сплава иридий и родий (60% родия), что обеспечивает им высокую жесткость и хорошую адгезию к остеклению.Остекление, используемое для крепления спиралей и выводных проводов, изготовлено на основе алюминия и оксида кремния. Остекление было выбрано исходя из следующих соображений: коэффициент линейного расширения остекления должен был приближаться к коэффициенту линейного расширения. выводные жилы и кожух; температура выпекания глазури должна быть в диапазоне 800-850 ° C, поскольку при более низких температурах выпечки (700-750 ° C) она становится неустойчивой при 600-650 ° C, а при более высоких температурах выпекания (900-950 ° C). В) усложняется технология его изготовления, изоляционное сопротивление остекления при температурах 500-700 ° С должно быть порядка 0.5-1 Mfl, чтобы не производить больших утечек.

В результате последующих исследований было выбрано керамическое остекление с коэффициентом линейного расширения 7,7 9 10 -6 1 / * C, которое удовлетворяет вышеуказанным требованиям.

389

//, II tll I ill I 1101 III1f11 | 1111 III

Рис. 1. Рис. 2.

Разработанные чувствительные элементы были тщательно протестированы на стабильность при температурах 500, 650 и 700 ° C

В результате этой работы был изготовлен набор типовых чувствительных элементов для использования в нескольких типах платиновых термометров сопротивления.

Основные характеристики чувствительных элементов приведены в таблице.

В термометрах сопротивления, работающих при температурах до 500 ° C, используется платиновая проволока диаметром 0,05 мм, для более высоких температур используется проволока диаметром 0,07 мм. Шаг винтовых обмоток варьируется от 0,3 до 0,5 мм в зависимости от длины чувствительного элемента.

Конструкция платиновых термометров сопротивления в целом была изменена в связи с разработкой новых чувствительных элементов.

Конструкция одного из новых термометров сопротивления представлена ​​на рис.2.

Чувствительный элемент 6 и выводные жилы 5 вместе с их изоляторами расположены внутри защитной трубки 4, внутренний диаметр которой на 0,5-1 мм больше диаметра чувствительного элемента, а пространство между ними заполнено порошком оксида алюминия. 3. Стык между рубашкой и головкой 1 заполнен пробкой 2 из специальной пасты для предотвращения проникновения влаги в рубашку и высыпания из нее порошка.

Термометры сопротивления успешно прошли испытания на воздействие влаги, вибрации, тряски и ударов, и в настоящее время их массовое производство организовано на заводе-изготовителе.

Тип термометра сопротивления

Одинарный II

II

H

Двойной

Сопротивление, O при 0 * C

10 46 46

100 46

Чувствительный элемент d ia, мм

2,8 4,8 4,2 4,8 4,8

Длина чувствительного элемента в мм

20

25

35 50

50

Диаметр канала обсадной колонны в мм

0,6 1,3 1,2 1,3 1,3

1.

2.

3.

4.

L ИТЕРАТУРНАЯ СТЕПЕНЬ

А. Н. Гордов, редактор, «Методы измерения температуры в промышленности», Металлургиздат, Москва (1952). Преображенский В. Г. Теплотехнические средства измерений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *