Термометр сопротивления: различия между версиями
[непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
MBHbot (обсуждение | вклад) м c латинская |
Спасено источников — 1, отмечено мёртвыми — 0. Сообщить об ошибке. См. FAQ.) #IABot (v2.0.8.9 |
||
(не показаны 44 промежуточные версии 30 участников) | |||
Строка 1: | Строка 1: | ||
[[Файл:Комплект термометров сопротивления.jpg|мини|Комплект термометров сопротивления]] |
|||
[[Файл:Thermoresistor.svg|thumb|Условное графическое обозначение термометра сопротивления]] |
[[Файл:Thermoresistor.svg|thumb|Условное графическое обозначение термометра сопротивления]] |
||
'''Термо́метр сопротивле́ния''' — [[ |
'''Термо́метр сопротивле́ния''' — [[Электронные компоненты|электронный компонент]], датчик, предназначенный для измерения [[Температура|температуры]]. |
||
Принцип действия основан на зависимости [[электрическое сопротивление|электрического сопротивления]] [[металлы|металлов]], [[сплав]]ов и [[полупроводник]]овых материалов от температуры<ref>{{книга|заглавие=Физический энциклопедический словарь. — Советская энциклопедия|часть=Термометр сопротивления|год=1983|автор=Главный редактор А. М. Прохоров|место=М.|язык=ru}}</ref>. |
|||
При применении в качестве резистивного элемента [[Полупроводниковые материалы|полупроводниковых материалов]] его обычно называют термосопротивле́нием, [[терморезистор]]ом или термистором<ref>{{БСЭ3|статья=Терморезистор}}</ref>. |
|||
== Металлический термометр сопротивления == |
== Металлический термометр сопротивления == |
||
Представляет собой резистор, изготовленный из металлической проволоки или металлической плёнки на диэлектрической подложке и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. |
|||
Представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или плёнки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Наиболее распространённый тип термометров сопротивления — [[Платина|платиновые]] термометры. Это объясняется тем, что платина имеет стабильную и хорошо изученную зависимость сопротивления от температуры и высокую стойкость к окислению, что обеспечивает их высокую воспроизводимость. Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным коэффициентом 0,003925. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Действующий стандарт на технические требования к рабочим термометрам сопротивления: 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 НСХ и стандартные зависимости сопротивление-температура. Стандарт соответствует международному стандарту МЭК 60751 (2008). В стандарте отказались от нормирования номинальных сопротивлений при нормальных условиях. Начальное сопротивление изготовленного терморезистора может быть любым. Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев считаются имеющими стандартную зависимость сопротивление-температура (НСХ), что обуславливает погрешность не лучше 0,1 °C (класс АА при 0 °C). Термометры сопротивления, изготовленные в виде напыленной на подложку 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). |
|||
Наиболее точный и распространённый тип термометров сопротивления — [[Платина|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/[[Кельвин|К]] при 0 °C. |
|||
== Термисторы == |
|||
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 == |
|||
{{main|Терморезистор}} |
{{main|Терморезистор}} |
||
Терморезистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. |
|||
Для |
Для терморезисторов характерны большой [[Температурный коэффициент электрического сопротивления|температурный коэффициент сопротивления]], простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Они могут иметь весьма малые размеры, что существенно для измерений температуры малых объектов и снижения инерционности измерения. Обычно терморезисторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, в отличие от большинства металлов и металлических сплавов. Позисторы – имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, то есть при увеличении температуры, сопротивление также возрастает.<ref>{{Cite web|url=https://odinelectric.ru/knowledgebase/chto-takoe-termometr-soprotivlenija|title=Термометр сопротивления: принцип действия, ГОСТ.|author=|website=|date=|publisher=|accessdate=}}</ref> |
||
== Зависимость сопротивления от температуры == |
== Зависимость сопротивления платинового термосопротивления от температуры == |
||
⚫ | |||
⚫ | |||
: <math>R_T = R_0 \left[ 1 + AT + BT^2 + CT^3 (T-100) \right] \; (-200\;{}^{\circ}\mathrm{C} < T < 0\;{}^{\circ}\mathrm{C}),</math> |
: <math>R_T = R_0 \left[ 1 + AT + BT^2 + CT^3 (T-100) \right] \; (-200\;{}^{\circ}\mathrm{C} < T < 0\;{}^{\circ}\mathrm{C}),</math> |
||
: <math>R_T = R_0 \left[ 1 + AT + BT^2 \right] \; (0\;{}^{\circ}\mathrm{C} \leq T < 850\;{}^{\circ}\mathrm{C}) |
: <math>R_T = R_0 \left[ 1 + AT + BT^2 \right] \; (0\;{}^{\circ}\mathrm{C} \leq T < 850\;{}^{\circ}\mathrm{C}),</math> |
||
Здесь, |
|||
⚫ | |||
<math> |
: здесь <math>R_T</math> — сопротивление при температуре <math>T</math> °C, |
||
⚫ | |||
: <math>A, B, C</math> — коэффициенты — константы, нормированные стандартом: |
|||
: <math>A = 3.9083 \times 10^{-3} \; {}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}</math> |
: <math>A = 3.9083 \times 10^{-3} \; {}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}</math> |
||
: <math>B = -5.775 \times 10^{-7} \; {}^{\circ}\mathrm{C}^{-2}</math> |
: <math>B = -5.775 \times 10^{-7} \; {}^{\circ}\mathrm{C}^{-2}</math> |
||
: <math>C = -4.183 \times 10^{-12} \; {}^{\circ}\mathrm{C}^{-4}.</math> |
: <math>C = -4.183 \times 10^{-12} \; {}^{\circ}\mathrm{C}^{-4}.</math> |
||
Поскольку коэффициенты |
Поскольку коэффициенты <math>B</math> и <math>C</math> относительно малы, сопротивление растёт практически линейно при увеличении температуры. |
||
Для термометров повышенной точности и эталонных выполняется индивидуальная градуировка в ряде температурных точек и определяются |
Для платиновых термометров повышенной точности и эталонных термометров выполняется индивидуальная градуировка в ряде температурных реперных точек и определяются индивидуальные коэффициенты вышеприведенной зависимости<ref>{{Cite web |url=http://www.temperatures.ru/ |title=Temperatures.ru |access-date=2009-05-26 |archive-date=2009-05-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20090525140636/http://www.temperatures.ru/ |deadlink=no }}</ref>. |
||
<!--Существуют ''полупроводниковые'' термометры сопротивления — при увеличении температуры, сопротивление этих датчиков уменьшается. Применяются обычно на транспорте. Для подключения используют обычно 2- |
<!--Существуют ''полупроводниковые'' термометры сопротивления — при увеличении температуры, сопротивление этих датчиков уменьшается. Применяются обычно на транспорте. Для подключения используют обычно 2-проводную схему подключения. |
||
--> |
--> |
||
== Подключение термометров сопротивления в электрическую измерительную схему == |
|||
Используется 3 схемы включения датчика в измерительную цепь: |
Используется 3 схемы включения датчика в измерительную цепь: |
||
[[Файл:twowire.gif| |
[[Файл:twowire.gif|thumb|300px|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 |
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 [[Измерительный мост|четырехплечем мосте Уитстона]]. |
|||
В промышленности наиболее распространенной является трёхпроводная схема. Для точных и эталонных измерений используется только четырёхпроводная схема. |
В промышленности наиболее распространенной является трёхпроводная схема. Для точных и эталонных измерений используется только четырёхпроводная схема. |
||
== Преимущества термометров сопротивления == |
== Преимущества и недостатки термометров сопротивления == |
||
[[Файл:Термометры сопротивления.jpg|мини|Термометры сопротивления]] |
|||
⚫ | |||
⚫ | |||
=== Преимущества термометров сопротивления === |
|||
⚫ | |||
⚫ | |||
* Практически линейная характеристика. |
* Практически линейная характеристика. |
||
== Недостатки термометров сопротивления == |
=== Недостатки термометров сопротивления === |
||
* Относительно малый диапазон измерений (по сравнению с [[термопара]]ми) |
* Относительно малый диапазон измерений (по сравнению с [[термопара]]ми) |
||
* Дороговизна ( |
* Дороговизна (в сравнении с [[термопара]]ми из [[Неблагородный металл|неблагородных металлов]], для платиновых термометров сопротивления типа ТСП). |
||
* Требуется дополнительный источник питания для задания тока через датчик. |
* Требуется дополнительный источник питания для задания тока через датчик. |
||
Строка 50: | Строка 71: | ||
{| cellpadding="3" cellspacing="0" rules="all" style="margin: 1em 0em; background: #ffffff; border: 2px solid #aaa;" |
{| cellpadding="3" cellspacing="0" rules="all" style="margin: 1em 0em; background: #ffffff; border: 2px solid #aaa;" |
||
|+ Сопротивление в [[Ом|Омах (Ω)]] |
|+ Сопротивление в [[Ом|Омах (Ω)]] |
||
| Температура<br |
| Температура<br>в °C |
||
|Pt100 |
|Pt100 |
||
|Pt1000 |
|Pt1000 |
||
Строка 420: | Строка 441: | ||
| |
| |
||
|} |
|} |
||
== Функция получения значения температуры (C++) == |
|||
Приведённый ниже код позволяет получить значение температуры датчика Pt100 или Pt1000 из его текущего сопротивления. |
|||
<source lang="cpp"> |
|||
float GetPt100Temperature(float r) |
|||
{ |
|||
float const Pt100[] = { 80.31, 82.29, 84.27, 86.25, 88.22, 90.19, 92.16, 94.12, 96.09, 98.04, |
|||
100, 101.95, 103.9, 105.85, 107.79, 109.73, 111.67, 113.61, 115.54, 117.47, |
|||
119.4, 121.32, 123.24, 125.16, 127.07, 128.98, 130.89, 132.8, 134.7, 136.6, |
|||
138.5, 140.39, 142.29, 157.31, 175.84, 195.84}; |
|||
int t = -50, i, dt = 0; |
|||
if (r > Pt100[i = 0]) |
|||
while (250 > t) { |
|||
dt = (t < 110) ? 5 : (t > 150) ? 50 : 40; |
|||
if (r < Pt100[++i]) |
|||
return t + (r - Pt100[i-1]) * dt / (Pt100[i] - Pt100[i-1]); |
|||
t += dt; |
|||
}; |
|||
return t; |
|||
} |
|||
float GetPt1000Temperature(float r) |
|||
{ |
|||
return GetPt100Temperature(r / 10); |
|||
} |
|||
</source> |
|||
⚫ | |||
⚫ | |||
== См. также == |
== См. также == |
||
* [http://gostedu.ru/50265.html ГОСТ 6651-2009. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля.] |
* [http://gostedu.ru/50265.html ГОСТ 6651-2009. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля.] |
||
* [[Термопара]] |
* [[Термопара]] |
||
* [[Терморезистор]] |
|||
* [[Термистор]] |
|||
* [[ |
* [[Биметаллическая пластина]] |
||
* [[Манометрический термометр]] |
* [[Манометрический термометр]] |
||
* [[Пирометр]] |
* [[Пирометр]] |
||
* [[Фоторезистор]] |
* [[Фоторезистор]] |
||
⚫ | |||
[[Категория:Измерительные приборы]] |
|||
⚫ | |||
⚫ | |||
[[Категория:Датчики]] |
|||
== Ссылки == |
|||
* [http://rcl-radio.ru/?p=20499 Онлайн-калькулятор «Термометр сопротивления» перевода температуры в Rt] |
|||
{{Внешние ссылки}} |
|||
⚫ |
Текущая версия от 17:08, 14 августа 2022
Термо́метр сопротивле́ния — электронный компонент, датчик, предназначенный для измерения температуры.
Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводниковых материалов от температуры[1].
При применении в качестве резистивного элемента полупроводниковых материалов его обычно называют термосопротивле́нием, терморезистором или термистором[2].
Металлический термометр сопротивления
[править | править код]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
[править | править код]Терморезистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. Для терморезисторов характерны большой температурный коэффициент сопротивления, простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Они могут иметь весьма малые размеры, что существенно для измерений температуры малых объектов и снижения инерционности измерения. Обычно терморезисторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, в отличие от большинства металлов и металлических сплавов. Позисторы – имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, то есть при увеличении температуры, сопротивление также возрастает.[3]
Зависимость сопротивления платинового термосопротивления от температуры
[править | править код]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):
- здесь — сопротивление при температуре °C,
- сопротивление при 0 °C,
- — коэффициенты — константы, нормированные стандартом:
Поскольку коэффициенты и относительно малы, сопротивление растёт практически линейно при увеличении температуры.
Для платиновых термометров повышенной точности и эталонных термометров выполняется индивидуальная градуировка в ряде температурных реперных точек и определяются индивидуальные коэффициенты вышеприведенной зависимости[4].
Подключение термометров сопротивления в электрическую измерительную схему
[править | править код]Используется 3 схемы включения датчика в измерительную цепь:
- 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
[править | править код]Преимущества термометров сопротивления
[править | править код]- 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
[править | править код]- 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
[править | править код]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
[править | править код]- ГОСТ 6651-2009. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля.
- Термопара
- Терморезистор
- Биметаллическая пластина
- Манометрический термометр
- Пирометр
- Фоторезистор
Примечания
[править | править код]- ↑ Главный редактор А. М. Прохоров. Термометр сопротивления // Физический энциклопедический словарь. — Советская энциклопедия . — М., 1983.
- ↑ Терморезистор // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- ↑ Термометр сопротивления: принцип действия, ГОСТ.
- ↑ Temperatures.ru . Дата обращения: 26 мая 2009. Архивировано 25 мая 2009 года.