Платиновые термосопротивления: Термосопротивления: Теория / Хабр

Содержание

Термосопротивления: Теория / 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 исключения

Например, 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

Надежные термосопротивления по выгодной цене в Ростове, Краснодаре, Юге РФ

Применение термосопротивлений

Термосопротивление или термопреобразователь сопротивления — это специальный датчик применяемый для измерения температуры. Принцип действия основан на способности различных материалов менять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Зависимость изменения сопротивления для металлов является практически линейным. Наиболее часто применяют ТС изготовленные в виде катушки провода (медь, никель, платина) покрытой керамикой и установленной в защитную трубку.

Термосопротивления используются сегодня в следующих областях:

  • тяжелая промышленность;
  • легкая промышленность;
  • химическая промышленность;
  • газовая и нефтяная промышленность;
  • добыча полезных ископаемых;
  • строительство гражданское, промышленное и дорожное;
  • производство лекарств и медицина;
  • наземный, водный, воздушный транспорт;
  • наука и образование.

Конструкция термосопротивления

Конструктивно датчики термосопротивления обычно представляют собой катушку, намотанную очень тонкой медной или платиновой проволокой. Катушка размещается внутрь металлической гильзы с герметизирующей защитной засыпкой или заливкой, имеющей электрическое сопротивление более 10 МОм. Выводы данной катушки подключены к контактным клеммам. Контактные клемы выводятся в верхнюю часть датчика. Совокупность катушки, гильзы и клемм называется чувствительным элементом. Другие комплектующие называют корпусом датчика или головкой датчика.

Датчик термосопротивления является переменным резистором. Сопротивление датчика термосопротивления изменяется по специальному закону в зависимости от температуры измеряемой среды. Закон изменения сопротивления зависит от градуировки датчика.

В последнее время платиновые термосопротивления активно начали вытеснять медные и термопары. Связано это с появлением на рынке недорогих платиновых плёночных термочувствительных элементов, которые в отличие от медных являются более стабильными и работают в более широком диапазоне температур. А по сравнению с термопарами — обеспечивают более высокую точность измерения и нетребуют использования дорогого кабеля. Однако в России медные термометры до сих пор находят широкое применение. Одно из основных преимуществ меди — это очень хорошая линейная зависимость её сопротивления от температуры в диапазоне от -50 до +200 °С и более высокая чем у платины чувствительность. Свыше 200 °С медь начинает очень быстро окисляться на воздухе, поэтому обычно верхний предел измерения для медных термосопротивлений устанавливается до 180 °С. При производстве используется проволока диаметром от 30 до 80 мкм. При дальнейшем уменьшении диаметра стоимость проволоки резко возрастает, а изготовление термосопротивления с заданными параметрами становится проблематичным.

Монтаж термосопротивления

При монтаже датчика температуры нужно максимально увеличить его тепловой контакт с контролируемой средой и одновременно уменьшить отток тепла от места подключения. Необходимо помнить, что чувствительный элемент имеет конечную длину, поэтому глубина погружения датчика должна быть как минимум на несколько диаметров зонда больше, чем длина 43. При монтаже датчиков контроля поверхности очень важно место соединения предварительно смазать каким-либо вязким веществом. Также важно обеспечить тепловой контакт кабеля с контролируемым объектом, чтобы минимизировать отвод тепла от 43 датчика по кабелю.

Купить надежные датчики термосопротивления по выгодной цене

Купить по низкой цене термосопротивления и другие датчики температуры в Ростове-на-Дону, Ростовской области, в Краснодаре и Краснодарском Крае, Ставрополе и Ставропольском Крае, Волгограде и Волгоградской области, в городах: Нальчик, Владикавказ, Грозный, Махачкала и других городах Юга России можно в нашей компании. Все покупатели могут получить бонусы и подарки!

Доставка качественных термосопротивлений Югу РФ

Мы доставим термосопротивления и другие датчики для измерения температуры в течении одного — двух дней в города: Ростов, Таганрог, Новочеркасск, Азов, Шахты, Волгодонск, Сальск, Краснодар, Сочи, Новороссийск, Анапа, Тихорецк, Тимашевск, Туапсе, Геленджик, Ейск, Черкесск, Нальчик, Владикавказ, Грозный, Майкоп, Армавир, Волгоград, Элиста, Астрахань, Ставрополь, Невинномысск, Минеральные Воды, Кисловодск, Пятигорск, Железноводск, Махачкала и другие города Ростовской, Волгоградской, Астраханской области, Краснодарского и Ставропольского Края по выгодной цене.

Комплекты термопреобразователей сопротивления платиновых КТС-Б

  • Диапазон измеряемых температур от 0 до 160 °С.
  • Диапазон измеряемых разностей температур от Δtmin до 150 °С, где Δtmin = 2; 3 °С – минимальная разность температур.
  • Относительная погрешность измерения разности температур δΔt, выраженная в процентах, не превышает значений, определенных по формуле:
    δΔt=±(0,5+(3•Δtmin/Δt)), где
    • Δtmin=2; 3 – минимальная разность температур, °С;
    • t – измеряемая разность температур, °С.

Таблица 1

Номинальная статическая характеристика преобразования (НСХ)R0, ОмРекомендуемый измерительный ток, мАW100
Pt’505011,3910
Pt’100100
Pt’5005000,2
Pt10010011,3850
Pt5005000,2
Pt10001000

R0 – номинальное значение сопротивления при 0°С;

W100 – номинальное значение отношения сопротивления при 100°С к R0.

Таблица 2

Класс допуска по ГОСТ 6651-94Допускаемое отклонение сопротивления при 0°С от R0, %Пределы допускаемых отклонений сопротивления от НСХ, °С
А0,05±(0,15 + 0,002·│t│)
В0,1±(0,3 + 0,005·│t│)
Условия эксплуатации комплектов КТС-Б
  • КТС-Б устойчивы к воздействию температуры окружающего воздуха от минус 50 до плюс 50 °С, к воздействию влажности окружающего воздуха 95 % при 35 С и более низких температурах (группа Д3 ГОСТ 12997).
  • КТС-Б устойчивы к воздействию синусоидальной вибрации в диапазоне частот от 10 до 55 Гц, с амплитудой смещения 0,35 мм, группа исполнения N2 ГОСТ 12997.
Конструктивные исполнения

КТС-Б представляет собой пару подобранных термопреобразователей сопротивления ТС-Б. Конструктивное исполнение термопреобразователей сопротивления ТС-Б, а равно и КТС-Б, в первую очередь, определяется моделью.

Модель КТС-Б определяется:

  • исполнением монтажной части;
  • исполнением крепежной части;
  • исполнением клеммной головки.

Принцип действия теплового расходомера

расходомеры и регуляторы расхода газа и жидкости калибраторы

телефон:

8(965) 218 1035
ООО «АвесТех«

[email protected]

Сенсор состоит из двух сенсорных элементов — датчика скорости и датчика температуры, который автоматически отслеживает изменения температуры газа. При подаче напряжения на расходомер датчик скорости подогревается таким образом, чтобы разность температуры между ним и датчиком температуры газа поддерживалась постоянной. Охлаждающий эффект потока набегающего газа тем больше, чем больше расход газа. Подводимая мощность, необходимая для поддержания разности температур, прямо пропорциональна массовому расходу газа. Электроника расходомера измеряет эту мощность и преобразует ее в линейный сигнал 0-5 В (0-10В по выбору) и 4-20мА на выходе.
Сенсоры встроенных или погружных (Steel-Mass 640S, Fast-Flo 620S) термомассовых расходомеров обеспечивают высокую точность и надежность массовых расходомеров Сьерра. 

 

Сенсоры Steel-Mass 640S представляют собой платиновые термосопротивления (RTD), помещенные в прочный корпус из нержавеющей стали 316L. Платиновый провод термосопротивления (RTD) намотан на керамический стержень для прочности и стабильности.

Сенсоры Fast-Flo 620S представляют собой платиновые термосопротивления (RTD), со стеклянным покрытием.   Сенсоры расположены на конце зонда из нержавеющей стали марки 304, диаметром 0,375 (3/8″), и помещены в пыле- влагозащищенный корпус NEMA 4X (IP65), который смонтирован либо непосредственно на зонде, либо дистанционно — на расстоянии до 60 м.

Новости:

14.03.2020

Высокоточные ±0,25% расходомеры эконом-класса

подробнее…

08.02.2020

Вниманию центров стандартизации и метрологии (ЦСМ): компактный калибровочный стенд

 

ООО «АвесТех» представляет компактный калибровочный стенд. Его элементами являются: калибратор, тестовый расходомер, источник газа, ноутбук, соединительные гибкие трубки, кабели.

подробнее…

17.02.2018

Новое решение: расходомеры для факельных, дымовых и топливных газов

Факельный, дымовой, топливный газ – нефтегазовая отрасль может успешно использовать термомассовый расходомер для измерения расхода газа…

подробнее…

12.06.2017

Выпущен программный продукт для измерения расхода газовых смесей

Новая функция создания газовых смесей Кумикс (qMix) в расходомерах Сьерра QuadraTherm 640i/780i позволяют оператору заносить необходимый состав газовой смеси в расходомер прямо на месте.

подробнее…

14. 05.2017

Выпрямители-формирователи потока

Вопрос: как можно снизить требования к прямым участкам, не теряя в точности измерений? Ответ: использовать формирователи (выпрямители) потока.

подробнее…

07.05.2017

Калибровка и самодиагностика

Самодиагностика вихревого расходомера 240i /241i на месте БЕЗ извлечения расходомера может показать нужна ли калибровка.

подробнее…

08.02.2017

Сенсор из Хастеллоя

Для дымовых и факельных газов с агрессивными примесями CO, CO2, SO2, NOx, CO3 — расходомер из Хастеллоя.

подробнее…

14. 12.2016

Расходомер для агрессивных газов

Расходомер теперь и для влажного хлора. Гарантия 1 год.

подробнее…

Калибровка терморезистора по образцовому платиновому термомет­ру сопротивления

Страница 1 из 2

Теоретическая часть

Измерение температуры является наиболее массовым видом измере­ния. В повседневной практике используются миллионы термометров различных типов на различные диапазоны измерения температуры. Услов­но по диапазонам термометры можно разделить на следующие группы:

  1. Термометры для измерения комнатных температур. Сюда же можно отнести приборы для климатических измерений поскольку послед­ние принципиально не отличаются от чисто комнатных термометров. Со­ответственно, диапазон измеряемых температур составляет от – 50 до – 40 оС до температуры кипения воды + 100 оС.
  2. Термометры для измерения низких (криогенных) температур. Та­кие приборы работают по особым принципам, включая эффекты сверхпро­водимости. Реально криогенные температуры составляют от близких к нулю до температур, при которых замерзают ртуть и спирт. В этом случае климатические термометры становятся непригодными для измерений.
  3. Термометры для измерения высоких температур, реально работают в диапазоне от несколько сот градусов Цельсия до температуры плавлени­я золота 1064,18оС. Чаще всего для измерения таких температур использу­ют термопары и термометры сопротивления.
  4. Термометры для измерения температур, при которых объекты становятся самосветящимися, т.е. излучают видимый человеческим гла­зом свет. Такие приборы называют пирометрами, что происходит от слова “пиро” – огонь. Их используют для измерения температур раскалённых объектов, пламени или плазмы. Глаз человека видит температурное излучение, начиная с температуры в 800 – 900 оС, когда излучение объектов видно как темно-вишневое.
  5. Для измерения температур в тысячи, десятки и сотни тысяч градусов используют специальные спектроскопические методы измерения температур, в которых последняя определяется по интенсивности спектральных линий атомов и ионов, из которых состоит объект. Такое состояние называется плазмой, а методы измерения температуры плазмы называются методами диагностики. Таким же способом определяют температуру небесных самосветящихся объектов – звёзд.

По реализации методов измерения температуры различают следующие методы, когда термометр приводится в непосредственный контакт с телом, температура которого измеряется, и неконтактные методы, когда источником информации о температуре объекта служит светимость, яркость или цвет объекта.

Контактные термометры для измерения комнатных и средних температур можно разделить на следующие типы:

  • Волюметрические приборы, в которых информация о температуре, получается, по изменению объема термометрической жидкости или газа. Это наиболее распространённый тип термометра, хорошо знакомый каждому.
  • Дилатометрические термометры, в которых температура измеряется по линейному расширению тел. Наиболее массовыми термометрами такого типа являются биметаллические пластины, представляющие собой две полоски из металлов с разными коэффициентами темпера­турного расширения, соединёнными (спаянными) по всей длине (Рис.1).

Биметаллическая пластина – датчик температуры

Биметаллические датчики температуры очень удобны для автомати­ческих регулирующих устройств и широко используются в различных терморегуляторах.

Термопары как датчики температуры. В этих термометрах о температуре судят по ЭДС, возникающей в цепи, состоящей из двух различных проводников, спаянных по концам. Если спаи поддерживать при разных температурах, в цепи (рис. 2) возникает ток, пропорциональ­ный разности температур спаев.

Дифференциальная термопара.

Термосопротивления – датчики температуры в виде металлической про­волоки, изменяющей электрическое сопротивление при изменении темпе­ратуры. Зависимость сопротивления от температуры имеет вид:

где RT — сопротивление при температуре T­1, R0 – сопротивление при 0 0C, a — температурный коэффициент положительный для металлов и отрица­тельный для графита.

Термометры для измерения низких температур, равно как пиромет­ры и методы диагностики плазмы имеют целый ряд особенностей, сущ­ность которых выходит за пределы поставленной конкретной задачи. Же­лающие могут ознакомиться с этим более подробно в специальной лите­ратуре.

Для понимания сущности поставленной в работе задачи следует подробно остановиться на точностных возможностях контактных термо­метров.

Наиболее точными из всех типов контактных термометров являются термопары сопротивления. Электрическое сопротивление некоторых метал­лов, например платины или родия очень стабильны во времени. Это даёт возможность отградуировать терморезистор с уверенностью, что его сопротивление при заданной  температуре остаётся постоянным практиче­ски в течении всего срока службы термометра. Платиновые термометры сопротивления в измерительной и метрологической практике являются средством передачи размера единицы температуры от эталонов к рабочим средствам измерения, т.е. чаще всего используются как образцо­вые средства измерения.

Следующими по точности измерения температуры являются некото­рые типы термопар. Например, термопара, изготовленная из платины (один из электродов) и сплав платины с 10% родия или с 15% родия (вто­рой элемент термопары) имеет температурную зависимость ЭДС для раз­личных экземпляров, воспроизводящуюся в 4 – 5 знаках. Такая точность гарантированна независимо от размеров термопары, от толщины электро­дов, от технологии изготовления проволоки и т.д.

Другие типы термопар, например, хромель – алюминий, хромель — … , медь – константан, железо константан и т.д. имеют большие абсолютные значения термо ЭДС, но нуждаются в индивидуальной калибровке, по­скольку свойства таких термопар индивидуальны для каждого датчика.

Волюметрические термометры как правило позволяют измерять температуру  с погрешностью  0,1 – 0,05 0С, т. е. гарантируют точность в 1 – 2 знаках после запятой. По этой причине волюметрические приборы ис­пользуются в большинстве своём в рутинных повседневных измерениях, когда указанная точность является достаточной. Это имеет место при из­мерениях температуры в помещениях, на улице, при контроле технологи­ческих процессов и т.д.

Дилатометрические термометры имеют погрешности измерений на уровне 1 – 2 0С и по этой причине используются в измерениях, не требую­щих большой точности. Если речь идёт о регулировании температуры в морозильных камерах, в системах охлаждения двигателей, при нагрева­нии воды и в других аналогичных задачах, то дилатометрические термо­метры оказываются наиболее предпочтительными ввиду их высокой ме­ханической прочности, долговечности, надёжности. Эти качества являют­ся причиной того, что дилатометрические термометры или дилатометри­ческие датчики установлены во многих системах автоматического регули­рования температуры  — в холодильниках, в автомобилях, в машинах и механизмах, когда требуется информация о температуре.

Завершая краткий обзор контактных методов измерения температу­ры, напомним основные метрологические категории в любом виде изме­рений. Начнём с определений:

  • эталоном, исходным образцовым средством измерения, устанговкой высшей точности в зависимости от метрологического статуса назы­вается средство измерения, позволяющее воспроизводить единицу физической величины и (или) измерять её с наивысшей возможной точностью
  • образцовым средством измерения называют средство измерения, пред­назначенное для поверки рабочих средств измерения. Образцовым средством измерения может служить один из рабочих приборов с более точно в сравнении с последними определёнными метрологиче­скими характеристиками.
  • рабочие приборы – измерительные устройства, непосредственно исполь­зуемые в измерительных процедурах
  • меры – средства измерения, предназначенные для хранения и передачи размера физической величины. Меры используют для передачи размера единицы от эталонов к образцовым средствам измерений или от образцовых средств к рабочим.

Процесс передачи размера единицы может осуществляться с использо­ванием образцовой меры или сравнением (компарированием) показаний рабочего прибора с показаниями образцового прибора. Калиб­ровка и градуировка термометров может также осуществляться:

  1. По стандартным справочным данным, например об ЭДС термопар или табличных значений сопротивлений образцовых термометров.
  2. По реперным температурным точкам, т.е. по стандартным значе­ниям температур фазовых переходов – кипения, отвердевания, плавления, чистых веществ. Всего в температурной шкале МПТШ – 90, действующей в системе СИ в настоящее время, содержится 27 значений температур в диапазоне от –259,346 0С до 33,83 0С. Среди этих значений 14 реперных точек считаются основными, т.е. имеют погрешность во 2 – 3 знаках по­сле запятой. Остальные 13 реперных точек имеют погрешность в десятые доли градуса 0С и выше.

Цель работы и описание измерительной установки

Целью данной работы являются ознакомление с метрологическими аспектами температурных измерений – с процедурой передачи размера единицы термодинамической температуры  от образцового термометра к рабочему прибору. В качестве образцового средства измерения выбран платиновый термометр сопротивления, аттестованный с погрешностью 0,05 0С. Рабочим средством измерения служит термосопротивление, предназначенное для использования в термометрах с погрешностью из­мерения 0,1 0С. Методом передачи размера единицы служит компарирова­ние – сравнение измерительного сигнала с платинового тер­морезистора с терморезистором из меди.

Другой целью работы является калибровка рабочего терморезистора и определения для него температурного коэффициента l в формуле 1.

В качестве исходной информации используется паспортное значение сопротивления платинового датчика температуры в диапазоне от –50 0С до 200 0С. Эти данные приведены в таблице 1 и изображены на графике на рис. 3.

Таблица 1

Сопротивление платинового датчика температуры в диапазоне – 50 0С — +200 0С. Паспортные данные.

T, 0С

RT, Oм

T, 0С

RT, Oм

T, 0С

RT, Oм

— 50

 

10

 

90

 

— 40

 

20

 

100

 

— 30

 

30

 

110

 

— 20

 

40

 

120

 

— 10

 

50

 

130

 

0

 

60

 

140

 

 

 

70

 

150

 

 

 

80

 

160

 

 

График зависимости сопротивления  образцового платинового терморези­стора от температуры.

Установка для калибровки датчика представляет собой термостат в виде муфельной печи, нагреваемой переменным током напряжением от 0 до 100 В. Внутрь муфельной печи, помещён графитовый элемент, на кото­ром укреплён образцовый и рабочий терморезисторы. Общая схема уста­новки дана на рис. 4, эскиз графитового элемента представлен на рис. 5.

 

Схема измерительной установки

Графитовый элемент для размещения терморезисторов

Муфельная печь нагревается изменением напряжения питания от сети переменного тока, подводимого от лабораторного трансформатора (ЛАТР). Графитовый элемент служит для укрепления датчиков в нагре­ваемой части муфельной печи и для выравнивания температуры в зоне, где находятся терморезисторы. Переключатель позволяет измерять сопро­тивление образцового и рабочего терморезисторов одним измерительным прибором – омметром со шкалой на 200 Ом.

Установка необходимой температуры, начиная от комнатной в сто­рону увеличения производится подачей напряжения от ЛАТОР’а. Уста­навливать напряжение следует от 0В до 70В с увеличением через 10В – всего 9 точек. Время установления температуры после изменения напря­жения питания муфельной печи – около 5 минут после стабилизации температуры. На каждой точке следует выполнить по 3 измерения. Дос­тигнув точки 70В следует понижать температуру также через 10В на шкале лабораторного трансформатора.

 


НачалоПредыдущая 1 2 Следующая > Последняя >>

Платиновый термометр сопротивления | Johnson Matthey Technology Review

Платиновый термометр сопротивления, в котором принцип измерения заключается в изменении сопротивления платиновой проволоки в зависимости от температуры, обычно считается наиболее точным доступным прибором для измерения температуры. Его чувствительность и надежность очевидны из того факта, что он был впервые использован в 1928 году для определения Международной температурной шкалы от –190 ° до 660 ° C и, таким образом, был основным международным стандартом на протяжении более тридцати лет. Но у него есть и другие преимущества, которые находят множество применений в промышленности. Это особенно удобно, когда измерения должны проводиться в относительно узком диапазоне температур, где точка измерения находится на некотором расстоянии от регистрирующего прибора, и где имеется несколько точек измерения и показания требуются на одной центральной приборной панели. Помимо измерения повышенных температур, платиновый термометр сопротивления также находит применение в ряде областей, где требуется точное определение или контроль отрицательных температур.

Работа термометра сопротивления зависит от двух характеристик платины: во-первых, от простого соотношения между ее сопротивлением и температурой, а во-вторых, от высокой чистоты, стабильности и воспроизводимости специально подготовленной платины, используемой для этой цели. Требования Международной температурной шкалы 1948 года к чистоте и физическому состоянию платины, которая будет использоваться в термометрии сопротивления, основаны на изменении сопротивления между 0 ° и 100 ° C, этот диапазон известен как основной интервал: отношение R 100 / R 0 должно быть больше 1. 3910. Британский стандарт 1904: 1952 по коммерческим платиновым элементам термометров сопротивления требует значения не менее 1,390.

Секция типичного платинового термометра сопротивления, состоящая из керамического, стеклянного или металлического каркаса, намотанного на тонкую термочистую платиновую проволоку. Оболочка может быть стеклянной или металлической в ​​зависимости от условий эксплуатации.

Любая примесь в платине снижает ее температурный коэффициент сопротивления, и эта характеристика металла фактически является наиболее точным показателем его чистоты.Поэтому при резистивной термометрии необходимо соблюдать крайние меры предосторожности не только при приготовлении и плавлении платины, но и при ее последующем волочении до тонкой проволоки, чтобы поддерживать исключительно высокую чистоту и полную свободу от загрязнения во время последующей обработки. Специальная марка подготовленного металла, известная как JMC Thermopure platinum, неизменно дает значения выше 1,3923 для отношения R 100 / R 0 и обеспечивает прочную основу для проектирования и изготовления точных и надежных термометров.

Проверка температуры при производстве гранулированных удобрений, поступающих со скоростью 25 тонн в час по конвейерной ленте, на заводе в Ипсвиче компании Fisons Limited. Платиновый термометр сопротивления производства Sangamo Weston Limited защищен нейлоновой трубкой.

Центральная панель управления новой фабрики мороженого J. Lyons & Company в Гринфорде показывает непрерывные измерения температуры, веса и контроля стерилизации. Благодаря автоматическому сканированию и цифровому дисплею черные панели в центре изображения показывают температуру и вес.Температуры от 0 ° до 60 ° C измеряются платиновыми термометрами сопротивления компании Elliott Brothers (London) Ltd., которая также поставила эту часть панели управления.

Физик из лаборатории управления технологическими процессами Джонсона Матти определяет температурный коэффициент сопротивления от 0 ° до 100 ° C термочистой платины, изготовленной специально для термометрии сопротивления.

Ранняя история

Покойный профессор Х. Л. Каллендара справедливо можно считать отцом платиновой термометрии сопротивления; Принципы термометров, используемых сегодня, не изменились по сравнению с теми, которые он описал в 1887 году, когда он был молодым научным сотрудником, всего 23 года, в Кавендишской лаборатории в Кембридже, он опубликовал статью «О практическом измерении температуры» (1). За этим последовало несколько других статей, которые он опубликовал по той же теме в течение следующих нескольких лет.

Термометр сопротивления был введен К.У. (позже сэр Уильям) Сименс. В лекции Бейкера в Королевском обществе в 1871 году (2) Сименс объяснил теорию метода и описал инструменты, способные показывать температуру до 1000 ° C. Преимущества этого устройства были быстро оценены, и для тестирования инструментов и составления отчета был назначен авторитетный комитет Британской ассоциации. Их отчет (3), опубликованный в 1874 году, показал, что при нагревании до температуры около 800 ° C сопротивление инструмента постоянно возрастало и что платиновая проволока быстро изнашивалась.

Каллендар заинтересовался этим предметом и обнаружил, что платиновые провода, которые он использовал, не подвергались таким изменениям, как , а не , даже когда они подвергались гораздо более суровым испытаниям, чем те, которые применяет комитет. Однако он смог воспроизвести наблюдаемые ими эффекты и показать, что они не были присущи методу, а были просто случайными для конкретной формы инструмента, на котором они экспериментировали. В частности, он показал, что глина, используемая для первого, или некоторые ее составляющие, повредили платину, в то время как железная защитная трубка — или даже следы летучих металлических примесей в железе — также были ответственны.Он обнаружил, что если бы провод был должным образом защищен от деформации и загрязнения, прибор можно было бы сделать практически без изменения нуля даже при очень высоких температурах. Намотав провод на тонкую пластину слюды, сплавив платиновые соединительные провода с проводом катушки и защитив элемент фарфоровой трубкой с твердым покрытием, Каллендар смог сконструировать термометры сопротивления, которые полностью восстановили уверенность в своих силах. инструмент.

Профессор Х. Л.Callendar

Платиновый термометр сопротивления был разработан Каллендаром как успешный и точный прибор. На лицевой странице размещена биографическая справка его сына.

К 1890 году компания Cambridge Scientific Instrument Company в тесном сотрудничестве с профессором Каллендаром и доктором Э. Х. Гриффитсом начала производство платиновых термометров сопротивления. Каллендар провел большое количество исследований, чтобы установить постоянство связи между сопротивлением платиновой проволоки и ее температурой, и эта работа вместе с его четырехконтактным методом компенсации позволила установить точность и надежность прибора.

Самая ранняя запись о важном использовании в промышленности относится к 1891 году, когда сэр Роберт Монд, работая с Каллендаром, представил термометры на одной из своих работ. В следующем году Каллендар, работая с профессором У. К. Робертс-Остеном в лаборатории Королевского монетного двора, провел первое точное определение температуры плавления самого чистого золота и серебра, доступного на тот момент. Описывая эту работу в лекции для Королевского института, профессор Робертс-Остин сказал: «Я удовлетворен тем, что при температуре около 1000 ° C сравнительные результаты, полученные с помощью этого метода, имеют точность до десятых долей градуса, что, безусловно, было бы считалось невозможным год или два назад ».


Профессор Х. Л. Каллендар и платиновый термометр сопротивления

БИОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАПИСКА ДР. L. H. CALLENDAR

Платиновый термометр сопротивления, наиболее точное и чувствительное средство измерения температуры, был представлен и разработан покойным профессором Х. Л. Каллендаром, C.B.E., F.R.S.

В октябре 1885 года Каллендар, получив двойное первенство по классике и математике в Кембриджском университете, начал свою карьеру физиком-исследователем под руководством профессора Дж.Дж. Томпсон работал над изменением электрического сопротивления платины как средством измерения температуры. Ему так быстро удалось решить проблему, что он смог представить свои первые результаты Королевскому обществу в июне 1886 года и опубликовать полную диссертацию по этому вопросу в «Философских трудах Королевского общества» в 1887 году. Тринити-колледж в Кембридже за исследования по этому вопросу.

До этого времени газовый термометр был теоретическим эталоном температуры, а ртутный термометр с его ограниченным диапазоном был единственным практическим инструментом, но был слишком хрупким для многих целей.До Каллендара другие безуспешно пытались использовать металлы для изготовления точных термометров, но он привнес в эту проблему более тонкое мастерство и изобретательность, как это было показано разными способами. Сначала у него возникла идея запечатать платиновую проволоку, которую он тестировал, внутри колбы газового термометра, который он сделал в качестве эталона, таким образом получилось идеальное сравнение между ними; Он преодолел предыдущие проблемы, такие как смещение нуля, за счет использования очень чистой платины и обеспечения того, чтобы провод был свободен от деформации, а также неопределенности сопротивления проводов путем установки дублирующих проводов.

Таким образом, Каллендар дал науке новый инструмент для точного измерения температуры. В своей статье 1887 года он защищал платину как идеальный эталон температуры, по крайней мере, до 1200 ° C. Его пригласили стать членом Комитета по электрическим стандартам Британской ассоциации, и в 1899 году он подробно изложил свои предложения. Он показал, что газовый термометр дал настолько противоречивые результаты, что сильно замедлили развитие исследований. С другой стороны, платиновые термометры, стандартизированные в выбранных фиксированных точках, легко давали стабильность в одну десятую градуса при 1000 ° C.

Под его руководством в Национальной физической лаборатории были изготовлены стандартные термометры, которые прошли длительные и тщательные испытания. Результаты полностью подтвердили утверждения Каллендара и привели к созданию платинового термометра сопротивления как средства определения основной части Международной температурной шкалы.

Каллендар занимал новую кафедру физики в Университете Макгилла в Монреале с 1893 по 1898 год, когда он вернулся в Англию, чтобы стать профессором физики в Университетском колледже в Лондоне. В 1902 году он был назначен профессором физики Королевского научного колледжа в Лондоне. Он умер в 1930 году в возрасте 67 лет.

В 1892 году сэр Лоутиан Белл использовал платиновые термометры в доменных печах, а чуть позже около 65 термометров и самописцев были установлены на печах отжига на сталелитейном заводе Джона Лисагта в Ньюпорте. Монмутшир. Некоторые из этих инструментов использовались до 50 лет.

В 1900 году Подкомитет по нормам практической температуры Британской ассоциации согласился:

  • Выбрать конкретный образец платиновой проволоки (г.Мэтти Джонсон и Мэтти теперь предоставили Комитету два образца очень чистой проволоки, которые при испытании дали отличные результаты по формуле разности Каллендара).

  • Предложить профессору Каллендару и г-ну Глейзбруку дополнительно рассмотреть выбор проводов для изготовления ряда платиновых термометров сопротивления для стандартных испытаний.

Шесть термометров, соответственно, были изготовлены в Национальной физической лаборатории и подверглись длительной программе испытаний Харкеру и Чаппюи (4). Было показано, что платину в фарфоровых термометрах можно нагревать и охлаждать от 0 до 1000 ° C в течение трех месяцев без заметного изменения нуля приборов. Это полностью подтвердило абсолютную надежность платинового термометра сопротивления и подтвердило первоначальные утверждения Каллендара, выдвинутые в его статье 1887 года. соответствуют многим различным условиям, встречающимся в промышленности.Эти приложения, как будет показано ниже, включают регистрацию или контроль температуры при производстве жидкого кислорода и азота, химикатов и резины, при хранении охлажденных мяса и фруктов, древесины и угля, а также в системах отопления и вентиляции помещений. .

Конструкция и конструкция

Помимо очень высокой чистоты специальной платиновой проволоки Thermopure, предназначенной для этой цели, точность и стабильность термометров сопротивления зависят от того, насколько тщательно продумана их конструкция и конструкция.

Следует проявлять особую осторожность, чтобы избежать загрязнения платинового элемента и минимизировать напряжение провода, чтобы не снизить его температурный коэффициент сопротивления.

Идеальное крепление для элементного провода — это такое, которое сводит к минимуму напряжение, вызываемое в проводе тепловым расширением и сжатием обмоточного формирователя. Каллендар разработал формирователь из двух полосок слюды, собранных в виде креста с выемками на краю полосок, чтобы удерживать провод на месте.T. S. Sligh (5) из Бюро стандартов США разработал эту конструкцию, чтобы еще больше снизить деформацию. В другой конструкции, описанной К. Х. Мейерсом (6), также из Бюро стандартов, проволоку сначала наматывают в тонкую спираль, а затем эту спираль наматывают на формирователь. Благодаря этому получается компактная намотка, особенно полезная для авиационных приборов. Дж. А. Холл (7) из Национальной физической лаборатории описал конструкцию, в которой элемент намотан на каркас из плавленого кварца в герметично закрытой оболочке, а его коллега К.Р. Барбер (8) описал термометр очень малых размеров, в котором бесформенная спираль заключена в тонкую стеклянную U-образную трубку. Тот же автор описал термометр диаметра в платиновой оболочке для использования при низких температурах (9).

Выбор подходящей защиты обмотки зависит от диапазона измеряемых температур, требуемой точности и срока службы, а также от коррозионной природы окружающей среды. Некоторые элементы запаяны в стеклянные оболочки; другие защищены оболочками из мягкой стали, латуни, меди, нержавеющей стали или платины.Для некоторых работ, таких как рефрижераторные грузовые суда, когда скорость реакции должна быть принесена в жертву защите от коррозии, металлические оболочки полностью покрываются вулканизированной резиной.

Электрические одеяла Morphy-Richards испытываются при температурах до 90 ° C с помощью одного из набора платиновых термометров сопротивления и многоточечных самописцев, поставляемых Cambridge Instrument Co. Ltd. Чувствительный элемент в оболочке, изготовленный из покрытой шелком платины Thermopure Проволока может быть сформирована в виде спирали, прикрепленной к колесной раме.

Для обеспечения стабильности важно отжечь платиновую катушку после ее формирования. Международная температурная шкала рекомендует отжигать стандартные термометры сопротивления на воздухе при температуре выше, чем самая высокая температура, при которой они должны использоваться, и в любом случае не ниже 450 ° C. Р. Дж. Корруччини (10) из Национального бюро стандартов предполагает, что быстрое охлаждение после отжига нежелательно, поскольку оно может снизить значение температурного коэффициента сопротивления.

Проволока, покрытая шелком или покрытая синтетической эмалью, используется для изготовления коммерческих термометров для измерения низких температур, но шелковое покрытие вызывает напряжение в платиновой проволоке, влияние которого на ее характеристики сопротивления невозможно полностью устранить из-за невозможности нагрева проволоки. до достаточно высокой температуры. Британский стандарт 1904: 1952 гласит, что соотношение R 100 / R 0 для проволоки с шелковым покрытием должно быть не менее 1,385. Использование синтетической эмали на основе эпоксидной смолы, разработанной Johnson Matthey и известной как Diamel, аналогичным образом ограничивает температуру отжига, но процесс эмалирования вызывает очень небольшую деформацию, и проволока с покрытием Diamel может использоваться при температуре до 130 ° C.Возможны значения выше 1,3910 для отношения R 100 / R 0 для термочистой платиновой проволоки с покрытием Diamel.

Доктор Х. Листер, гляциолог Трансантарктической экспедиции под руководством сэра Вивиана Фукса, с помощью платинового термометра сопротивления измеряет температуру от -15 ° до -60 ° C на разных глубинах во льду. Фотография была сделана на передовой базе «Саут-Айс», на высоте 4400 футов над уровнем моря и в 300 милях к югу от Шеклтона в море Уэдделла.

Многоточечный индикатор, работающий в сочетании с четырьмя платиновыми термометрами сопротивления от The Foster Instrument Co. Ltd. на одном из холодильных складов Birds Eye Foods Ltd.

Хотя платина устойчива к широкому диапазону кислот и других реагентов, желательно знать условия, в которых металл подвергается воздействию. Он быстро становится хрупким, если его нагреть при контакте с фосфором, мышьяком, сурьмой, селеном или теллуром.Комбинация следов серы и кремнезема или силикатов будет разрушать платину в присутствии углерода, водорода или другого восстановителя. Платина подвержена воздействию почти всех расплавленных металлов и их паров. Поэтому для предотвращения загрязнения платиновой проволоки все части термометра должны быть чистыми. Выбор подходящего процесса зависит от материалов, используемых в конструкции, но типичный метод — промыть все детали в бензоле, прокипятить в разбавленной азотной кислоте и несколько раз промыть дистиллированной водой.Наконец, после сборки и непосредственно перед отжигом платиновый змеевик промывают бензолом.

Британский стандарт 1904 рекомендует, чтобы во избежание значительного нагрева платиновой проволоки, испытываемой на воздухе для использования в коммерческих термометрах, измерительный ток не должен превышать 2 миллиампера на 0,001 дюйма диаметра проволоки. Нагревательный эффект измерительного тока зависит от теплопроводности материалов термометра и окружающей его среды и пропорционален квадрату тока.

Измерение сопротивления

Для очень точного измерения температуры, скажем, до 0,001 ° C, естественно, должны быть приняты особые меры предосторожности для устранения всех источников возможных ошибок. Отличное описание лабораторных процедур, связанных с этим классом работ, было дано Дж. А. Холлом (11), и здесь это обсуждаться не будет. Для нормальной коммерческой точности приблизительно ± 1 ° C во всем диапазоне прибора можно выбирать между приборами отклонения, мостами нулевого баланса и ратиометрами.В приборах отклонения гальванометр в мосте откалиброван так, чтобы ток дисбаланса можно было считывать непосредственно как температуру. Ток пропорционален питающему напряжению моста, поэтому необходимо либо стабилизировать напряжение, либо обеспечить компенсацию напряжения в перемещении гальванометра.

В приборах с нулевым балансом мостовая схема балансируется ручной или автоматической регулировкой сопротивления, обычно скользящей проволокой, в одном или нескольких плечах моста.

Логометр — это специальный тип отклоняющего прибора с двойной обмоткой катушки, который движется в поле, напряженность которого устроена так, что позволяет напрямую отображать результаты температуры.

Компенсация колебаний температуры в выводах может быть обеспечена трехпроводной или четырехпроводной системой. В трехпроводной системе два вывода находятся в соседних плечах моста, что нейтрализует их изменения сопротивления, в то время как третий вывод несет только ток питания. Такое расположение показано на схеме ниже.В четырехпроводной системе вывод, эквивалентный выводам элемента и подверженный тем же колебаниям температуры окружающей среды, помещается в соседнее плечо моста.

Принципиальная схема платинового трехпроводного термометра сопротивления и моста.

Определение температуры

Взаимосвязь между температурой и сопротивлением платинового термометра сопротивления и метод необходимых расчетов Х.Л. Каллендара приведены более подробно вместе с таблицами, составленными Г. С. Каллендар и Ф. Э. Хоар, в буклете Platinum for Resistance Thermometry (12), который последний раз пересматривался в сентябре 1958 г. Согласно Международной температурной шкале, температура связана с сопротивлением платинового термометра по следующим формулам:

Для диапазона температур от 0 ° до 630,5 ° C


(1)

и от −183 ° до 0 ° C


(2)

где R t и R 0 — значения сопротивления термометра при температуре измерения и 0 ° C соответственно.

Значения R 0 , A и B определяются путем калибровки в точках льда, пара и серы (444,6 ° C), а значение C — путем калибровки при температуре кипения кислорода (-182,97 ° C).

Для платины JMC значения коэффициентов в уравнении (2) равны:

Каллендар впервые предположил, что арифметические вычисления можно значительно сократить, переписав (1) для диапазона 0–100 ° C в форме


(3)

где δ — постоянная.

Первый член в этом выражении — «платиновая температура», полученная с учетом того, что температурный интервал между 0 ° и 100 ° C может быть разделен на равные градусы C температуры, приравнивая температуру к электрическому сопротивлению платинового термометра в этот диапазон, и что отношение затем может быть экстраполировано в соответствии с законом прямой линии. Обозначается t pt .

Свойства JMC Thermopure Platinum

Удельный вес 21.40
Температура плавления, ° C 1769
Удельное сопротивление, мкОм-сантиметр при 0 ° C 9,81
Средний температурный коэффициент сопротивления, (0-100 ° C) на ° C, α 0,003923
Поправочный коэффициент Каллендара, δ 1,493
Поправочный коэффициент Ван Дюзена, β 0,111
Теплопроводность, единицы CGS 0.17
Предел прочности при растяжении, тонн на квадратный дюйм (отожженный) 9
Удлинение,% (отожженный) 40

Таким образом, можно записать уравнение (3) (


) 4)

Поправку от платиновых градусов к градусам C проще всего определить с помощью таблиц, составленных Каллендаром и Хоаром (12).

Уравнение (3) также может быть записано


(5)

где α — средний температурный коэффициент сопротивления от 0 ° до 100 ° C, т.е.е.

Соотношение между коэффициентами в уравнениях (5) и (1) равно

Для температур ниже 0 ° C уравнение (2) выше может быть записано в форме Каллендара-Ван Дюзена

или

Связь между A , B, α и δ такие же, как упомянутые выше, а также другие соотношения:

Типичные области применения

Диапазон промышленных применений платинового термометра сопротивления, как указывалось ранее в этой статье, чрезвычайно разнообразен и включает в себя измерения или регулирование температур в диапазоне от –200 ° C до 1000 ° C.Здесь можно описать и проиллюстрировать лишь несколько таких приложений.

В современном пассажирском самолете может быть до четырнадцати термометров сопротивления. Они требуются для измерения температуры масла, топлива, воздуха в салоне, наружного воздуха — для корректировки воздушной скорости — и противообледенительных матов. Для измерения таких температур можно использовать термопары из недрагоценных металлов, но для этого потребуется либо контроль, либо регулировка температуры холодного спая, в то время как их низкий выход потребует очень чувствительного измерительного устройства или некоторой формы усиления.Поэтому предпочтительны платиновые термометры сопротивления, снабженные оболочкой из нержавеющей стали и используемые вместе с индикаторами отношения.

На электростанциях термометры сопротивления используются, как правило, с мостами Уитстона и многоточечными индикаторами для измерения температуры пара, газа и воды.

На двух иллюстрациях показаны примеры широкого использования платиновых термометров сопротивления при хранении, обработке и транспортировке пищевых продуктов. Другими примерами являются хранение фруктов в углекислом газе, в зернохранилищах у причала и на судах-рефрижераторах.Суда, перевозящие охлажденное мясо или фрукты, могут иметь почти сотню платиновых термометров сопротивления, подключенных к многоточечным индикаторам, в то время как при управлении обогревом помещений в больших зданиях, таких как кинотеатры, к одному индикатору будет аналогично подключено несколько приборов.

В химической промышленности — одном из крупнейших пользователей платиновых термометров сопротивления — приборы используются как для точных лабораторных измерений, так и для индикации, регистрации и контроля на производственных предприятиях по всему предприятию.

Термометр сопротивления производства Sangamo Weston Limited для измерения температуры воздуха с целью коррекции скорости можно увидеть за щитом на конце лонжерона на левом борту Bristol Britannia. На лонжероне также установлены два датчика обледенения.

Платиновый термометр сопротивления — обзор

14.14.1 Эталонные приборы и специальное калибровочное оборудование

Основным эталонным эталонным прибором для калибровки в верхней части калибровочной цепочки является термометр газообразного гелия, платиновый термометр сопротивления или узкополосный радиационный термометр в соответствии с температурным диапазоном калибруемого прибора, как описано в конце последнего раздела.Однако на более низких уровнях в цепи калибровки практически любой прибор из списка классов приборов, приведенного в разделе 14. 1, может использоваться для калибровки на рабочем месте в определенных обстоятельствах. Разумеется, при выполнении таких обязанностей используемый прибор должен обладать высокой точностью и предназначаться исключительно для целей калибровки. Список приборов, подходящих для калибровки на уровне рабочего места, включает стеклянные ртутные термометры, термопары из недрагоценных металлов (тип K), термопары из благородных металлов (типы B, R и S), платиновые термометры сопротивления и радиационные пирометры.Однако некоторые из них обычно предпочтительны для большинства операций калибровки. До 950 ° C платиновый термометр сопротивления часто используется в качестве эталона. Выше этой температуры, примерно до 1750 ° C, обычно используется термопара типа S (платина / родий-платина). Термопары типа K (хромель – алюмель) также используются в качестве альтернативного эталона для калибровки температуры до 1000 ° C.

Несмотря на то, что для калибровки температуры не требуются специальные инструменты, необходимо тщательно контролировать температуру окружающей среды, в которой сравнивается один прибор с другим. Для этого требуется специально разработанное оборудование, которое можно приобрести у ряда производителей.

Для калибровки всех датчиков температуры, кроме радиационных термометров, температура выше 20 ° C обычно используется в печи, состоящей из керамической трубки с электрическим нагревом. Температуру такой печи обычно можно регулировать в пределах ± 2 ° C в диапазоне от 20 до 1600 ° C.

Ниже 20 ° C водяная баня с перемешиванием используется для обеспечения постоянной эталонной температуры, и то же самое оборудование фактически может использоваться для температур до 100 ° C.Подобные жидкие ванны с перемешиванием, содержащие масло или соли (смеси нитрата калия и натрия), могут использоваться для обеспечения эталонных температур до 600 ° C.

Для калибровки радиационных термометров требуется источник излучения, который максимально приближается к поведению абсолютно черного тела. Фактическое значение излучательной способности источника должно быть измерено поверхностным пирометром. Также требуется оптическая скамья некоторой формы, чтобы калибруемые инструменты можно было надежно удерживать и точно выровнять.

Самая простая форма источника излучения — это горячая пластина, нагреваемая электрическим элементом. Температуру таких устройств можно контролировать в пределах ± 1 ° C в диапазоне от 0 до 650 ° C, а типичный коэффициент излучения поверхности пластины составляет 0,85. Термопары из благородных металлов типа R, встроенные в пластину, обычно используются в качестве эталонного прибора.

Полость черного тела обеспечивает источник тепла с гораздо лучшим коэффициентом излучения. Он может быть сконструирован в различных альтернативных формах в соответствии с температурным диапазоном калибруемых радиационных термометров, хотя общей чертой является почерневшая коническая полость с углом конуса около 15 °.

Для калибровки пирометров низкотемпературного излучения (измерения температур в диапазоне от 20 до 200 ° C) в полости черного тела поддерживается постоянная температура (± 0,5 ° C) путем погружения ее в жидкую ванну. Типичный коэффициент излучения резонатора, нагретого таким образом, составляет 0,995. Вода подходит для ванны в диапазоне температур 20–90 ° C, а силиконовая жидкость подходит для диапазона 80–200 ° C. В этих диапазонах температур стеклянный ртутный термометр обычно используется в качестве стандартного эталонного калибровочного прибора, хотя платиновый термометр сопротивления используется, когда требуется более высокая точность.

Другая форма полости черного тела — это полость, облицованная огнеупорным материалом и нагреваемая электрическим элементом. Это дает типичный коэффициент излучения 0,998 и используется для калибровки пирометров излучения при более высоких температурах. В диапазоне 200–1200 ° C температуру можно контролировать в пределах ± 0,5 ° C, а в качестве эталонного прибора обычно используется термопара типа R. В более высоком диапазоне 600–1600 ° C температуру можно регулировать в пределах ± 1 ° C, и в качестве эталонного прибора обычно используется термопара типа B (30% родий-платина / 6% родий-платина). В качестве альтернативы термопарам, радиационные термометры также могут использоваться в качестве стандарта в пределах ± 0,5 ° C в диапазоне температур от 400 до 1250 ° C.

Для обеспечения эталонных температур выше 1600 ° C используется печь с полым углем. Он состоит из графитовой трубки с конической полостью для излучения на конце. Температура до 2600 ° C может поддерживаться с точностью до ± 5 ° C. Узкополосные радиационные термометры используются в качестве эталонных приборов.

Опять же, вышеупомянутое оборудование просто обеспечивает среду, в которой радиационные термометры могут быть откалиброваны относительно другого эталонного стандартного прибора.Для получения абсолютного эталона температуры используется печь черного тела с фиксированной точкой. В нем имеется полость для излучения, состоящая из цилиндра с коническим концом, в котором находится тигель из металла чистотой 99,999%. Если контролировать температуру металла, когда он нагревается с постоянной скоростью, наблюдается период остановки при температуре плавления металла, когда температура перестает повышаться на короткий промежуток времени. Таким образом, точка плавления и, следовательно, температура, соответствующая показаниям на выходе контрольного прибора в этот момент, определяется точно.Неопределенность измерения составляет порядка ± 0,3 ° C. Список металлов и их температур плавления был представлен ранее в начале раздела 14.14.

При калибровке радиационных термометров важно знать коэффициент излучения горячей плиты или печи черного тела, используемой в качестве источника излучения. Это измеряется специальными типами поверхностного пирометра. Такие инструменты содержат полусферическую позолоченную поверхность, которая поддерживается телескопической стрелой, позволяющей соприкасаться с горячей поверхностью.Излучение, испускаемое из небольшого отверстия в полусфере, не зависит от поверхностной излучательной способности измеряемого тела и равно излучению, которое испускало бы тело, если бы его коэффициент излучения был равен 100. Это излучение измеряется термобатареей с ее холодным спаем. при контролируемой температуре. В комплект поставки входит также черная полусфера, которую можно вставить, чтобы покрыть золотую поверхность. Это позволяет прибору измерять нормальное излучение горячего тела и, таким образом, позволяет рассчитать коэффициент излучения поверхности путем сравнения двух измерений излучения.

В этом списке специального оборудования следует также упомянуть стандартные вольфрамовые ленточные лампы, которые используются для обеспечения постоянных известных температур при калибровке оптических пирометров. Их различные версии обеспечивают диапазон стандартных температур от 800 до 2300 ° C с точностью ± 2 ° C.

Стандартные платиновые термометры сопротивления серии R800 — CHINO Corporation

Модель Р800-0 Р800-2 Р800-3 R800-3T Р800-4
Измерение диапазон 13K до 30 ° C 73 К до 661 ° C 0 ° С до 962 ° C 4K до 0 ° C
Сопротивление значение
(при 0 ° C)
25. 5 Ом ± 1 Ом 2,55 Ом ± 0,1 Ом 0,25 Ом ± 0,01 Ом 100 Ом ± 4 Ом
Измерение текущий 1 мА 10 мА 1 мА
Температура характеристика R (-38,8344 ° С) /
R (0,01 ° С)
≧ 0,844235
R (29,7646 ° С) /
R (0,01 ° С)
≧ 0,844235
R (29,7646 ° C) / R (0,01 ° C)
≧ 1.11807
и
R (961,78 ° C) / R (0,01 ° C)
≧ 4,2844
Чувствительность 0,1 Ом / К 0,01 Ом / К 1 мОм / К мин. 0,09 Ом / К
(при 12 КБ)
Максимум. 0,40 Ом / К
Герметичный газ гелий газ Смесь газ (аргон и кислород) гелий газ
Подключение свинцовый провод 4-проводный тип платиновой проволоки
Φ0.3мм x 35 мм
4-проводный тип шнур 2м позолоченный 4-проводный тип платиновой проволоки
Φ0,3 мм x 35 мм
Рама Крест кварц Крест кварц
Защита трубка Капсула тип платиновая оболочка
Φ5 мм x 43 мм
бредовый кварцевая трубка
(Φ7.0 ± 0.5 мм) x 600 мм
бредовый кварцевая трубка
(Φ7.0 ± 0,5 мм) x 700 мм
Капсула тип платиновая оболочка
Φ5 мм x 43 мм

Fluke 5626-20-B Вторичный стандартный платиновый термометр сопротивления (PRT) с неизолированным проводом, 20 дюймов, 100 Ом

Выберите CountryUnited StatesCanadaMexicoAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика TheCook IslandsCosta RicaCote D’ivoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland (Мальвинских) островах Фарерских IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Южный TerritoriesGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea- БисауГайанаГаитиОстров Херд и Макдональд LY Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran, Исламская Республика ofIraqIrelandIsle из ManIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea, Корейская Народно-Демократическая Республика ofKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народная Демократическая RepublicLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Арабская JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedonia, бывшая югославская Республика ofMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные Штаты ofMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPalestinian край, ОккупированнаяПанамаПапуа-Новая ГвинеяПарагвайПеруФилиппиныПиткэрнПольшаПортугалияПуэрто-РикоКатарВоссоединениеРумынияРоссийская ФедерацияРуандаСвятой ЕленыСент-Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСэн т Винсент и GrenadinesSamoaSan MarinoSao Томе и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Джорджия и Южные Сандвичевы IslandsSpainSri LankaSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTimor-lesteTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабских EmiratesUnited KingdomUnited StatesUnited Штаты Америки Внешние малые IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVenezuelaViet NamVirgin острова , Британские Виргинские острова, U. С. Уоллис и Футуна Западная Сахара Йемен Замбия Зимбабве

Решения InnoCal — Как откалибровать RTD или платиновый термометр сопротивления

Определите тип калибровки, которую необходимо выполнить, в зависимости от способа использования проверяемого оборудования и точности, требуемой пользователем.

Опубликовано с разрешения Fluke Corporation, Hart Scientific Division.

Запросить цену

Введение

Существует два типа калибровки, применимых к PRT — определение характеристик и испытание на допуск.Тип выполняемой калибровки определяется способом использования проверяемого оборудования и точностью, требуемой пользователем.

Определение характеристик — это тип калибровки, при котором сопротивление испытуемого 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.

Процедуры калибровки

Характеристика

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 калибровочные коэффициенты и калибровочная таблица предоставляются как результат калибровки.Необходимо выполнить пять основных шагов, перечисленных ниже:

  1. Поместите эталонный зонд и проверяемое оборудование в источнике температуры в непосредственной близости друг от друга.
  2. Подключите провода 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.
  5. Подгоните данные.

Некоторые показания упрощают метод, комбинируя или исключая некоторые этапы.В следующем обсуждении мы рассмотрим приложение, включающее определение характеристик PRT, в сравнении с SPRT.

Шаг 1: Размещение датчика

Все источники температуры имеют нестабильности 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. Должно быть достигнуто 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: Показания подключения

Это простой шаг. Подключения должны быть плотными и иметь правильную 2-, 3- или 4-проводную конфигурацию. При использовании 4-проводной конфигурации убедитесь, что подключения по току и напряжению правильные. См. Рисунок 1.

Шаг 3: Измерение эталонного зонда 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 со сложными считывающими устройствами, предназначенными 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. Они обычно не позволяют использовать уникальные коэффициенты калибровки и не могут использоваться для точной калибровки температуры.) В этом случае измеряется сопротивление, а температура 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 проверяемые устройства представляют собой термометры сопротивления, аналогичные 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 установлены 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 датчики (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 следующее.
  • 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 больше число, тем больше времени требуется для циклического перебора всех проверяемых устройств.
  • Количество показаний — будут ли измеряться эталонный датчик 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, стабильность и общее качество влияют на процесс измерения.

Мы не можем предвидеть все переменные и обсуждать здесь оптимальные решения. Однако в следующих примерах мы рассмотрим некоторые типичные сценарии калибровки и предлагаемые схемы измерений.

Эталонный датчик подключается к одному считывающему устройству, а первое проверяемое оборудование подключается ко второму считывающему устройству.Это позволяет постоянно измерять измерительные зонды под током, что устраняет ошибки самонагрева, вызванные изменением условий тока. Проверяемые устройства будут подключаться и измеряться индивидуально.

Схема следующая:

REF (1) -UUT (1) — REF (2) -UUT (2) — REF (3) -UUT (3) — REF (4) -UUT (4) — REF (5) -UUT (5) >

Обеспечивает по 5 показаний каждого эталона и проверяемого оборудования. Возьмите среднее значение показаний и используйте его для подбора данных.Если показания эталонного датчика соответствуют сопротивлению, необходимо вычислить температуру. После завершения повторите процесс для дополнительных проверяемых устройств.

Этот пример аналогичен первому, за исключением того, что эталонный датчик и проверяемое оборудование должны измеряться одним и тем же считыванием. Можно использовать ту же схему, но между измерениями должно быть больше времени, чтобы обеспечить саморазогрев. Поскольку требуется больше времени, может быть полезно уменьшить количество считываний с пяти до трех, если только источник тепла не является чрезвычайно стабильным.Каждый зонд будет подключен и измеряться индивидуально.

Схема следующая:

ожидания-REF (1) -wait-UUT (1) — wait-REF (2) -wait- UUT (2) — wait-REF (1) -wait-UUT (3) -done

Обеспечивает по 3 показания каждого эталона и проверяемого оборудования. Возьмите среднее значение показаний и используйте его для подбора данных. Опять же, показания эталонного датчика связаны с сопротивлением, поэтому необходимо вычислить температуру. После завершения повторите процесс для дополнительных проверяемых устройств.

В этом примере все датчики подключены непосредственно к считывающему устройству термометра, Hart Scientific 1560 Black Stack. Считывание контролирует измерение и просматривает все датчики, выполняя статистику в режиме реального времени. Ток может подаваться или не подаваться постоянно, в зависимости от типа показаний термометра. Если ток подается постоянно, ошибок самонагрева не будет. Если ток не подается постоянно, убедитесь, что переключение выполняется достаточно быстро, чтобы снизить ошибки самонагрева до незначительного уровня.

Схема следующая:

REF — UUT 1 — UUT 2 — UUT 3 — UUT 4 — UUT 5 — повторить 10 или более раз

Это обеспечивает множество показаний каждого эталона и всех проверяемых устройств. Среднее значение может быть рассчитано и отображено непосредственно на дисплее. Кроме того, показания эталонного датчика относятся к температуре, поэтому дальнейшие вычисления не требуются — данные готовы к установке.

Шаг 5: Подгонка калибровочной кривой термометра

Подбор данных прост по идее, но может быть сложен на практике.По сути, это процесс решения набора одновременных уравнений, содержащих данные калибровки, для получения набора коэффициентов, уникальных для PRT и калибровки. Доступно несколько коммерческих программ, специально написанных для решения этой задачи. Некоторые из них имеют ограниченные функции и решают лишь основные температурные функции. Другие более гибкие и позволяют выбирать количество и расположение точек калибровки, а также анализировать точность полученной подгонки.Последний тип программы является предпочтительным. Для метрологов, которые хотят разобраться с алгоритмами самостоятельно, чрезвычайно полезно хорошее математическое прикладное программное обеспечение, такое как Mathcad или Mathematica, или даже электронные таблицы, такие как Excel. Hart Scientific предлагает две программы: TableWare для расчета коэффициентов калибровки и MET / TEMP II для автоматизации задач калибровки и расчета коэффициентов калибровки. Конечно, программы могут быть написаны на любом из современных компьютерных языков (с двойной точностью или более высокой точностью с плавающей запятой), чтобы выполнять вычисления с одинаковой точностью.

Есть несколько уравнений, которые используются для определения характеристик PRT. Среди наиболее распространенных — серия Международной температурной шкалы 1990 г. (ITS-90), полиномы Каллендара-Ван Дюзена и полиномы третьего-пятого порядков. Очевидно, что, имея более одной модели для описания поведения физической системы, мы должны выбрать, какая из них лучше всего подходит для нашей ситуации. Следующее обсуждение охватывает функции и назначение каждой из этих моделей и описывает форму уравнений.Шаги, необходимые для подбора данных, будут обсуждаться в разделе, посвященном математике, далее в этом руководстве.

ITS-90: Функции серии ITS-90 были разработаны совместными усилиями ведущих специалистов международного сообщества в области метрологии. Эти функции предназначены для описания того, как поведение SPRT с очень высокой степенью точности соотносится с фиксированными точками на Fluke Corporation, Hart Scientific Division. Как откалибровать RTD или платиновый термометр сопротивления (PRT) 5, шкала которого на основании.Он делает это очень хорошо с помощью SPRT и высококачественных PRT. ITS-90 использует опорную функцию — структуру функции отклонения, которая имеет много преимуществ по сравнению с традиционными полиномами и является предпочтительной моделью для приложений с высокой точностью.

В приведенных ниже уравнениях заглавная буква T относится к температурам ITS-90, выраженным в единицах Кельвина.

Обозначения 4 и 8 в функциях отклонения, уравнениях (4) и (6) были вставлены NIST для идентификации конкретных поддиапазонов.Значения коэффициентов Ai и Ci в опорных функциях, уравнениях (3) и (5) приведены в таблице 3.

Callendar-Van Dusen: Уравнение Callendar-Van Dusen (CVD) имеет долгую историю. Это было основным уравнением для интерполяции SPRT и PRT в течение многих лет. Оно легло в основу температурных шкал 1927, 1948 и 1968 годов. Это уравнение намного проще, чем уравнения ITS-90, но имеет серьезные ограничения в точности подгонки. В результате он не подходит для приложений с высокой точностью, но идеально подходит для приложений с умеренной точностью.Частично из-за своей истории и простоты, но в основном из-за постоянной пригодности, сегодня он по-прежнему является предпочтительной моделью для промышленных платиновых термометров сопротивления. В приведенных ниже уравнениях буква t в нижнем регистре обозначает температуру ITS-90 в градусах Цельсия.

Полиномы: Полиномы часто используются для моделирования физических явлений во всех областях науки. Они имеют ограниченное использование с PRT из-за высокого порядка, необходимого для достижения подходящей посадки.(Напомним, что опорными функциями для ITS-90 являются полиномы 9-го и 12-го порядка для диапазонов выше 0 ° C и ниже 0 ° C.) Кроме того, предыдущие модели использовали коэффициент сопротивления как переменную для подбора. Большинство используемых полиномов напрямую соответствуют сопротивлению. Поскольку сопротивление не так стабильно, как коэффициент сопротивления, эти модели имеют серьезные ограничения. При этом полиномы могут быть очень полезны в ограниченных диапазонах и в приложениях, где требования к точности очень скромны.

Метод испытания на допуск Калибровки

PRT, включающие испытания на допуск, зарезервированы для приложений с низкой точностью.При этом типе калибровки сопротивление проверяемого оборудования сравнивается с определенными значениями при определенных температурах. Значения определяются одной из распространенных моделей, например кривой ASTM 1137 или IEC 60751. Калиброванные таким образом PRT обычно используются в приложениях промышленного типа, где показания не могут принимать уникальные коэффициенты, но предварительно запрограммированы с помощью общей кривой PRT. Зонд необходимо протестировать, чтобы убедиться в его соответствии интересующей кривой. Определены классы точности, для которых предназначены датчики.

Два общих класса точности — это класс A и класс B:

Сюда входят ошибки, возникающие из-за отклонений R0 и погрешностей наклона. Часто мы будем видеть датчики, рассчитанные на долю класса A. Например, 0,1 ASTM класса A. Частичная точность достижима только в датчиках, но ее очень трудно достичь в датчиках. Расчеты просты. См. Ниже:

Предполагается, что ПТС

, которые соответствуют стандартной спецификации, такой как ASTM 1137 или IEC 60751, будут находиться в пределах допусков определенных значений сопротивления для любой заданной температуры.Значения сопротивления определяются формой уравнения Каллендара-Ван Дюзена (CVD) и заданными значениями для коэффициентов A, B и C (см. Таблицу 4). Эти значения могут быть определены с использованием опубликованной таблицы или рассчитаны путем решения уравнений.

Измерения для проверки допусков выполняются таким же образом, как и измерения для определения характеристик. Температура ИТС-90 определяется эталонным термометром. Затем сопротивление проверяемого оборудования сравнивается с определенными значениями сопротивления, и на основе указанных допусков (т.е.е. Класс A или Класс B).

Чтобы быть уверенным в статусе допуска откалиброванного прибора, необходимо иметь погрешности калибровки, которые значительно лучше, чем допуск калибруемого прибора. Обычно требуется соотношение 4: 1 или в четыре раза лучше, чем допуск калибруемого прибора. В противном случае риск может быть неприемлемо высоким, что инструменты, выходящие за пределы допуска, будут ошибочно приняты или что инструменты с допуском будут ошибочно отвергнуты.По мере того, как величина обнаруженной ошибки приближается к допуску откалиброванного прибора, возрастает риск неправильного присвоения статуса допуска. В этих обстоятельствах могут быть полезны охранные повязки. Например, если защитная полоса составляет 80% от допуска, то инструменты, находящиеся в пределах 80% от их допуска, пройдут, инструменты за пределами допуска выйдут из строя, а инструменты, которые находятся между ними, будут неопределенными. Чем выше погрешности калибровки, тем жестче может быть защитная лента.

Заключение

Процедуры калибровки платинового термометра сопротивления

одинаковы, независимо от того, является ли выбран метод характеризации или испытания на допуск. Для максимальной точности с современным оборудованием выберите определение характеристик. Для оборудования, которое не позволяет характеризовать, испытание на толерантность может быть вашим единственным выбором, и сегодня это обычная ситуация в промышленности. При проведении испытаний на толерантность важно использовать оборудование и процедуры с достаточной точностью для уверенного определения статуса толерантности.

Запросить ценовое предложение

Что нужно знать о промышленных термометрах сопротивления

Проволочные и тонкопленочные резисторы широко используются в промышленных термометрах. Важно выбрать датчик температуры из подходящего материала, конструкции и конфигурации, который отвечает требованиям и соответствует стандарту DIN EN 60751 для термометров сопротивления.

В термометре сопротивления используется датчик, электрическое сопротивление которого зависит от температуры.Материалы, используемые для датчиков в термометрах сопротивления, также называемых RTD или резистивными датчиками температуры, имеют положительный температурный коэффициент, что означает, что электрическое сопротивление датчика увеличивается при повышении температуры. Правильный материал, конструкция и конфигурация положительно влияют на производительность и срок службы промышленного термометра сопротивления. Также важно сравнить характеристики по точности и устойчивости к вибрации со стандартом DIN EN 60751.

Материалы: Pt100 и Pt1000

Хотя можно использовать медь или никель, провода в большинстве промышленных термометров сопротивления сегодня сделаны из платины, металла с очень стабильным сопротивлением в широком диапазоне температур. РДТ с датчиком Pt100 имеют номинальное электрическое сопротивление 100 Ом при 0 ° C. Те, у кого есть датчик Pt1000, имеют номинальное электрическое сопротивление 1000 Ом при 0 ° C. Датчики Pt100 экономичны и наиболее широко используются во всем мире. Датчики Pt1000 более дорогие, но они имеют большее сопротивление изменению температуры, что приводит к лучшему разрешению.Другие преимущества датчиков Pt1000: они уменьшают влияние сопротивления подводящих проводов и имеют более длительный срок службы батарей.

Конструкция: проволочная обмотка по сравнению с тонкой пленкой

В резисторе с проволочной обмоткой (W) тонкая платиновая проволока либо сплавляется внутри стеклянного корпуса, либо скрепляется спиралью внутри цилиндрической полости керамического защитного корпуса.

  • Стеклянные резисторы W обладают высокой устойчивостью к вибрациям. Однако высокие температуры изменяют некоторые свойства стекла, что, в свою очередь, снижает точность.Изготовление стеклянных резисторов W относительно сложно и дорого.
  • Керамические резисторы W обеспечивают гораздо более широкий диапазон рабочих температур (от –196 до + 600 ° C), чем стеклянные резисторы W, но спирально связанный провод склонен к поломке при воздействии сильных вибраций.

В тонкопленочных резисторах (TF) тонкая пленка платины наносится на керамическую пластину. Затем соединители из пленки, пластины и проводов герметизируются слоем стекла. Резисторы TF очень маленькие, хорошо противостоят вибрации и очень доступны по цене.Однако разные материалы в каждом резисторе (платиновая пленка, керамическая пластина и стеклянный слой) ограничивают диапазон рабочих температур резисторов от –50 до + 500 ° C. Специальные элементы TF имеют более широкий температурный диапазон, но стоят дороже.

2-, 3- и 4-проводная конфигурация

Базовое 2-проводное соединение является самой простой конфигурацией. Он также является наименее точным, поскольку внутреннее сопротивление проводов добавляется к измеренному значению. Эта конфигурация не рекомендуется для измерительных цепей Pt100, когда требуется допуск класса AA или класса A.Но в сочетании с датчиком PT1000 двухпроводная конфигурация становится более точной, поскольку более высокое сопротивление датчика снижает относительное влияние соединительных кабелей.

В трехпроводной конфигурации третий провод используется для оценки и компенсации сопротивления соединительных кабелей. 4-проводная конфигурация не только устраняет влияние сопротивления соединительных кабелей, но также компенсирует любую асимметрию в кабелях. 4-проводная конфигурация обеспечивает максимальную длину кабеля с наименьшим количеством ошибок.

Стандарт: DIN EN 60751

Последнее обновление стандарта DIN EN 60751 (в 2009 г.) пересмотрело рекомендации для платиновых термометров сопротивления. Этот стандарт содержит рекомендации для нескольких классов точности (AA, A, B, C) как для проволочных, так и для тонкопленочных резисторов. Эти классы основаны на допуске на сопротивление и измеренную температуру RTD при различных рабочих температурах, причем AA является наиболее точным. Стандарт также дает рекомендации по устойчивости к вибрации, но они неоднозначны.(Подробнее см. В этой статье.)

WIKA производит широкий спектр RTD с платиновыми резисторами, которые соответствуют требованиям DIN EN 60751 или превосходят их. Термометры сопротивления WIKA могут быть встроены или установлены в защитную гильзу или использоваться с прямыми присоединениями к процессу. Свяжитесь со специалистами WIKA по измерению температуры, чтобы получить дополнительную информацию о промышленных термометрах и найти подходящие для ваших приложений.

ST-150 Платиновый термометр сопротивления класса A (PRT)

ST-150 — это 1/8 дюймовый PRT класса A (платиновый термометр сопротивления) с классом защиты IP67.На кабеле позади PRT используется белая термоусадка, чтобы свести к минимуму передачу тепла к датчику. Размеры оболочки PRT составляют 3 мм в диаметре и 65 мм в длину, что минимизирует тепловую массу.

ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ О ПРОДУКТЕ ПРОВЕРЬТЕ ЭТИ ССЫЛКИ

Изделие Руководство

• Спецификация

• Технический чертеж

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ДАТЧИКАХ ТЕМПЕРАТУРЫ APOGEE >> нажмите здесь

Текущий запас:

Диапазон измерений От -50 до 70 С Погрешность измерения 0.3 C (от -50 до 70 C), класс A Повторяемость измерений Менее 0,01 C Долгосрочный дрейф Менее 0,05 C в год Постоянная времени (время, когда сигнал детектора достигает 63% после ступенчатого изменения) 32 секунды Самонагревающийся Менее 0,01 C (типично, при импульсном возбуждении 2,1 В постоянного тока), 0,09 при 5 C (макс. При непрерывном входном возбуждении 2.1 В постоянного тока) Рабочая среда От -50 до 70 С; От 0 до 100% относительной влажности Сопротивление при 0 C 100 Ом Требования к входному напряжению Зависит от регистратора данных Требования к выходному напряжению Зависит от регистратора данных Текущий розыгрыш Зависит от регистратора данных Габаритные размеры 57,15 мм, диаметр 3,18 мм Масса 95 г Гарантия 4 года на дефекты материалов и изготовления

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.