Сопротивление температурного датчика: Датчик температуры охлаждающей жидкости: неисправности, проверка, замена

Содержание

Проверка датчика температуры охлаждающей жидкости тестером

Температурный датчик охлаждающей жидкости в системе подготовки рабочей смеси служит для определения рабочей температуры мотора. Управляющее устройство согласовывает, в зависимости от информации, выданной датчиком, время впрыскивания и угол зажигания с условиями эксплуатации. Сенсорный датчик является температурным датчиком с отрицательным температурным коэффициентом. При возрастании температуры падает внутреннее сопротивление.

Проверка датчика температуры охлаждающей жидкости, принцип действия, последствия выхода из строя, поиск неисправностей и проверка датчика при помощи тестера.

Сопротивление температурного датчика охлаждающей жидкости изменяется в зависимости от температуры жидкости. При возрастании температуры сопротивление уменьшается. Вследствие этого падает напряжение на сенсорном датчике.

Управляющее устройство оценивает эти значения напряжения, так как они находятся в пропорциональной зависимости с температурой охлаждающей жидкости. Низкие температуры вызывают высокие значения напряжения, а высокие температуры вызывают низкие значения напряжения на сенсорном датчике.

Последствия выхода датчика температуры охлаждающей жидкости из строя.

Неисправность температурного датчика охлаждающей жидкости, а также порядок последующих действий может быть различным.

Основные признаки неисправности датчика температуры ОЖ:

— Увеличение оборотов на холостом ходу.
— Увеличенный расход топлива.
— Затрудненный запуск.

К этому следует добавить возможные проблемы при техническом осмотре вследствие повышенного содержания СО, а также отказа регулятора.

В перечне отказов управляющего устройства могут быть внесены следующие данные:

— Замыкание на массу проводников или короткое замыкание в сенсорном датчике.
— Замыкание на плюс или обрыв проводника.
— Резкие изменения сигнала (скачок напряжения).
— В двигателе не достигается минимальная температура охлаждающей жидкости.

Последняя из перечисленных причин может быть вызвана неисправностью термостата.

Поиск неисправностей и проверка датчика температуры охлаждающей жидкости при помощи тестера.

Перед проверкой следует проверить подключение проводников, разъемов и датчика на правильность соединения, обрыв и коррозию.

Определение внутреннего сопротивления датчика.

Определяем внутреннее сопротивление датчика температуры охлаждающей жидкости. Сопротивление зависит от температуры. При холодном двигателе оно высокоомное, в разогретом состоянии низкоомное. В зависимости от производителя:

При +25 градусах: 2,0 – 6,0 Ком
При +80 градусах: около 300 Ом

Обратите внимание на паспортные данные.

Проверка соединения проводников с управляющим устройством.

Проверить соединение проводников с управляющим устройством, в ходе чего каждый отдельный проводник разъема управляющего устройства проверить на проводимость и замыкание на массу.

1. Омметр включить между разъемом температурного датчика и отключенным разъемом управляющего устройства. Паспортное значение равно примерно 0 Ом. Необходима электрическая схема с указанием контактов управляющего устройства.

2.Проверить соответствующий контакт на разъеме датчика омметром при отключенном разъеме относительно массы. Паспортная величина: > 30 Мом.

Проверка подачи напряжения на датчик.

С помощью вольтметра проверить на отключенном разъеме подачу напряжения питания. Операция производится при включенном разъеме управляющего устройства и включенном зажигании. Паспортная величина: примерно 5 вольт. Если значение напряжения недостаточно, то нужно проверить подачу напряжения питания на управляющее устройство, включая соединение с массой.

По материалам книги «Автомобильная электроника».

Похожие статьи:

  • Руководство по эксплуатации на Газель Бизнес Diesel ГАЗ-3302, ГАЗ-2705, ГАЗ-3221 с дизельными двигателями Cummins ISF2. 8, 3302-3902010-30 РЭ.
  • Причины образования льда в автомобильном аккумуляторе, температура замерзания электролита, показатели напряжения и плотности электролита, что делать с аккумулятором у которого лед в банках.
  • Почему нельзя сливать электролит переворачивая автомобильный аккумулятор, замыкание шламом блоков электродов в банках аккумулятора.
  • Причины взрыва автомобильного аккумулятора, газообразование, уровень электролита, причины образования искры.
  • Гарантийный срок и срок службы автомобильного аккумулятора, отличие гарантийного срока от срока службы или технического ресурса автомобильного аккумулятора.
  • Руководство по эксплуатации на Газель Бизнес ГАЗ-3302, ГАЗ-2705, ГАЗ-3221 с двигателями УМЗ-4216, УМЗ-42164, УМЗ-42165, Evotech А274, Evotech А275, 3302-3902010-20 РЭ.

Сопротивление датчика температуры тэна стиральной машины

Сопротивление датчика температуры тэна (нагревателя) стиральной машины и как его проверить?

Температурные датчики стиральных машин бывают трех видов. В данной статье рассмотрим только третий вид – термистор, который устанавливается на сам тен (нагревательный элемент).

У разных стиральных машин сопротивление датчика температуры разнится, поэтому устанавливая новый тен на стиральную машину вам стоит оставить старый датчик температуры.

Также важно знать, что чем выше температура, тем меньше сопротивление. Поэтому, если у вас данные немного разнятся с данными на этом сайте, то думаю ничего страшного

Здесь приводятся данные, когда датчик температуры проверяется при обычной комнатной температуре. Вне тена. Если проверяете в тене, то данные будут выше (данные сопротивления)

Сопротивление датчика температуры Samsung

При обычной комнатной температуре около 12 кОм

Сопротивление датчика температуры Ariston

Сопротивление около 15 кОм

Сопротивление датчика температуры LG

При проверке ставим регулятор на 200 кОм. Его сопротивление около 40 кОм

Сопротивление у датчика тена машинки Beko

Около 5 кОМ

…Сопротивление бесполезно… Сдавайтесь… Датчик Indesit

Датчика Индезита при комнатной температуре выдал мне 21 кОм.

Whirlpool

Whirlpool “говорит мне” 14 кОм.

Сопротивление датчика температуры – простая проверка

От одного из ютуб-мастеров

Кто не хочет смотреть – кратко объясню

  • достали датчик
  • установили щупы на контакты датчика температуры тена
  • регулятор мультиметра ставим на 200 кОм
  • зажимая датчик в руке – поднимаем температуру – данные сопротивления должны на циферблате меняться от высокого к низкому (при нагреве) и наоборот. Есть небольшая особенность, когда датчик на высокой температуре может перестать работать, но это редко. Этот момент озвучен в видеоматериале.
  • Сопротивление ТЭНа стиральной машины
  • Почему сгорает ТЭН – некоторые причины

Что интересно! В Play Market есть программа Мастер Сма (платная) недавно с ней познакомился, там есть большая информация по этой теме.

 

Toyota Corolla | Датчик температуры охлаждающей жидкости

6.5.1. Датчик температуры охлаждающей жидкости

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Температурная характеристика сопротивления датчика

При возрастании температуры (подогреве двигателя) сопротивление датчика уменьшается.

Датчик температуры охлаждающей жидкости представляет собой термистор (резистор, величина напряжения на котором зависит от температуры). По мере уменьшения температуры датчика его сопротивление возрастает. По мере увеличения температуры датчика его сопротивление уменьшается (см. рис. Температурная характеристика сопротивления датчика). Об отказе этого датчика сигнализирует код 22. Данный код указывает на повреждение цепи датчика, поэтому чаще всего для устранения неисправности надо отремонтировать разъем или проводку, либо заменить датчик.

Проверка

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ
1. Для проверки датчика отсоедините разъем (указан стрелкой) и измерьте сопротивление датчика. На холодном двигателе (при 20° С), сопротивление должно быть от 2 до 3 кОм. Запустите двигатель и прогрейте его до рабочей температуры (82° С) – сопротивление датчика должно быть от 200 до 400 Ом.

Предупреждение

При необходимости снимите датчик и поместите его в сосуд с нагретой водой. Измерьте сопротивление и сравните со значениями на характеристике.


2. Если значения сопротивления датчика температуры охлаждающей в пределах нормы, то проверьте цепь. Для этого поверните ключ зажигания в положение ON (двигатель не работает) и проверьте напряжение, которое должно быть около 5,0 вольт.

Замена

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ
1.
Для того чтобы снять датчик, отожмите защелки, отсоедините разъем и аккуратно выверните датчик.

Предупреждение

Будьте осторожны при обращении с датчиком охлаждающей жидкости. Повреждение датчика повлияет на работу всей системы впрыска топлива.


2. Перед установкой нового датчика оберните контакты тефлоновой лентой для предотвращения утечки и коррозии.
3. Установка осуществляется в обратном порядке.

Датчик температуры жидкости Ford Focus

Проверка и замена датчика температуры охлаждающей жидкости Ford Focus

Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен в системе охлаждения двигателя

Чувствительным элементом датчика является термистор, электрическое сопротивление которого изменяется обратно пропорционально температуре

При низкой температуре охлаждающей жидкости (–40 °С) сопротивление термистора составляет около 100 кОм, при повышении температуры до +130°С — уменьшается до 70 Ом.

Электронный блок питает цепь датчика температуры постоянным опорным напряжением.

Напряжение сигнала датчика максимально на холодном двигателе и снижается по мере его прогрева.

По значению напряжения электронный блок определяет температуру двигателя и учитывает ее при расчете регулировочных параметров впрыска и зажигания.

При отказе датчика или нарушениях в цепи его подключения ЭБУ устанавливает код неисправности и запоминает его.

Помимо вышеописанного, датчик косвенным образом служит и как датчик указателя температуры охлаждающей жидкости в комбинации приборов.

По информации от этого датчика электронный блок управления двигателем изменяет показания указателя.

Для устранения неисправности проверьте надежность контактных соединений в проводке к датчику или замените датчик.

Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен в отводящем патрубке водяной рубашки двигателя под катушкой зажигания.

Проверяют сопротивление на выводах датчика при различных температурных режимах.

Вам потребуются: ключ «на 19», тестер, термометр.

Отсоедините провод от клеммы «минус» аккумуляторной батареи.

Слейте жидкость из системы охлаждения двигателя (см. «Когда и как заменять охлаждающую жидкость в Ford Focus»).

Если быстро заменять, при подготовленном датчике, можно не сливать охлаждающую жидкость. Просто потом немного долить охлаждающей жидкости.

При замене датчика охлаждающую жидкость можно не сливать: после снятия датчика заглушите отверстие пальцем или пробкой — потеря охлаждающей жидкости будет минимальной.

Для замены датчика нужно снять модуль зажигания, для этого:

Вынимаем наконечники проводов высокого напряжения из модуля

Отсоединяем колодку проводов низкого напряжения из модуля зажигания

 

Ключом Torx T25 откручиваем три винта крепления катушки зажигания

Снимаем модуль зажигания

 

Нажав на фиксатор колодки жгута проводов, отсоединяем колодку от датчика температуры охлаждающей жидкости

Ключом на 19 ослабляем затяжку датчика

 

Извлекаем датчик и на его место вставляем и закручиваем новый датчик (можно смазать герметиком резьбовую часть нового датчика)

Проверка датчика температуры охлаждающей жидкости

Подсоедините тестер к выводам датчика и измерьте сопротивление, а термометром измерьте текущую температуру.

Для измерения сопротивления на выводах датчика при различных температурных режимах опустите датчик в горячую воду и проверьте изменение его сопротивления по мере остывания воды, контролируя температуру воды термометром. 

Номинальное сопротивление исправного датчика указано в табл. 1.

При отклонении сопротивления от нормы замените датчик.

Вверните датчик температуры охлаждающей жидкости и затяните его моментом 12 Нм.

Подсоедините к датчику колодку жгута проводов.

Залейте охлаждающую жидкость.

Данные для проверки датчика температуры охлаждающей жидкости

Температура,

°С

Сопротивление,

кОм

-20

14-17

0

5,1-6,5

+20

2,1-2,7

+40

0,9-1,3

+60

0,48-0,68

+80

0,26-0,36

Зависимость сопротивления датчика от температуры

Зависимость сопротивления RTD от температуры

Термометр сопротивления (RTD) – это сенсор температуры, изготовленный из тонкой металлической проволоки. Изменение электрического сопротивление данного сенсора от температуры аппроксимируется следующей формулой:

RT = Rref [1 + α(T − Tref )]

Где:

RT = сопротивление RTD при текущей температуре T в омах

Rref = сопротивление RTD при эталонной температуре Tref в омах

α = температурный коэффициент сопротивления

В следующем примере показано, как использовать эту формулу для расчета сопротивления «100 омного» платинового RTD с температурным коэффициентом 0.00392 при температуре 35 градусов Цельсия:

 

RT = 100 [1 + (0.00392)(35 oC − 0 oC)]

RT = 100 [1 + 0.1372]

RT = 100 [1.1372]

RT = 113.72

Из-за некоторой нелинейности характеристики RTD это только приближенная линейная формула. Более точная формула – это формула Callendar-van Dusen , в которой вводятся коэффициенты второй, третьей, и четвертой степени для лучшего приближения к реальной характеристике: RT = Rref (1 + AT + BT2 − 100CT3 + CT4) для температурного диапазона -200 oC < T < 0 oC и RT = Rref (1 + AT + BT2) для температурного диапазона 0 oC < T < 661 oC, в обоих случаях Tref = 0 0C.

Точка замерзания воды – это стандартная эталонная температура для большинства RTD. Вот некоторые типичные величины α для некоторых металлов:

 

  • Никель = 0.00672 Ω/ΩoC
  • Вольфрам = 0.0045 Ω/ΩoC
  • Серебро = 0.0041 Ω/ΩoC
  • Золото = 0.0040 Ω/ΩoC
  • Платина = 0.00392 Ω/ΩoC
  • Медь = 0.0038 Ω/ΩoC

 

Как было упомянуто ранее, проволока из платины – наиболее часто употребляемый материал для датчиков RTD, используемых в промышленности. Величина альфа (α) для платины зависит от легирования металла. Для опорной точки (0 град. С) платиновый провод имеет величину α = 0.003902. Платиновый сплав, применяемый для производства проволоки для RTD, обычно используется в двух вариантах значения коэффициента α: 0.00385 («европейский» вариант) и 0.00392 («американский» вариант), из которых «европейский» коэффициент α = 0.00385 наиболее часто используется, даже в Соединенных Штатах. На практике формулы обычно не применяют.

Гораздо проще воспользоваться специальными таблицами для перевода величины сопротивления в температуру. В современном производстве на рабочем месте всегда есть приборы, подключив к входам которых RTD, можно сразу получить отчет температуры в градусах, предварительно установив в Меню прибора тип RTD. 100 Ом является наиболее часто употребляемым сопротивлением RTD в эталонной точке (Rref = 0 градуов Цельсия). 1000 Ом – другой употребляемый номинал сопротивления RTD, а некоторые промышленные RTD имеют даже такое низкое сопротивление как 10 Ом. В сравнении с термисторами с их номинальным сопротивлением в десятки или даже сотни тысяч Ом, сопротивление RTD является сравнительно невысоким. Это может вызвать проблемы при измерениях, т. к. провода, соединяющие RTD с омметром, обладают собственным сопротивлением, сравнимым с сопротивлением RTD, и нужно всегда учитывать данный факт.

Датчик температуры жидкости Авео Шевролет

Проверка и замена датчика температуры охлаждающей жидкости Chevrolet Aveo

Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен в правой части головки блока цилиндров между 1-м и 2-м цилиндрами

Датчик представляет собой термистор с отрицательным температурным коэффициентом:

Электрическое сопротивление датчика уменьшается с повышением температуры. Блок управления двигателем обрабатывает сигнал датчика и устанавливает оптимальное обогащение рабочей смеси при прогреве двигателя.

У датчика температуры охлаждающей жидкости проверяют сопротивление на его выводах при различных температурных режимах.

Вам потребуются: ключ «на 19», тестер, термометр.

Отсоедините провод от клеммы «минус» аккумуляторной батареи.

Слейте охлаждающую жидкость. Охлаждающую жидкость можно не сливать, достаточно после снятия датчика заткнуть отверстие пальцем или пробкой, тогда потеря охлаждающей жидкости будет минимальной.

Отожмите фиксатор и отсоедините колодку жгута проводов от датчика температуры охлаждающей жидкости.

Ослабьте ключом затяжку датчика и выверните его из головки блока цилиндров.

Соединение датчика с головкой блока цилиндров уплотнено шайбой.

Сильно обжатую шайбу замените.

Остудите датчик до температуры окружающего воздуха.

Подсоедините тестер в режиме омметра к выводам датчика и измерьте его сопротивление.

Измерьте термометром текущую температуру воздуха и сравните полученные значения с данными таблице.

При отклонении сопротивления от нормы замените датчик.

Для измерения сопротивления на выводах датчика при различных температурных режимах опустите датчик в горячую воду и проверьте изменение его сопротивления по мере остывания воды, контролируя температуру воды термометром.

Номинальные значения сопротивления при различной температуре указаны в таблице.

Установите датчик в порядке, обратном снятию.

Залейте охлаждающую жидкость.

Зависимость сопротивления датчика от температуры охлаждающей жидкости от температуры.

Температура

(°С)

Сопротивление

датчика,

(Ом)

100

176

90

246

80

327

70

441

60

603

50

837

40

1180

30

1700

20

2500

10

3760

0

5800

-5

7273

-10

9200

-15

11722

-20

15080

-30

25600

-40

45300

Проверка датчика температуры охлаждающей жидкости

Датчик температуры охлаждающей жидкости в автомобили – это одно из самых важных электронных устройств. Если вовремя не среагировать на его поломку, то можно сильно повредить внутренние системы машины. Специалисты рекомендуют проводить диагностику не реже чем раз в полгода.

Для начала нужно детально изучить принцип работы этого механизма. Внешне датчик выглядит как терморезистор, который заключен в латунную оболочку. Чем выше температура устройства, тем больше у него сопротивление. Обычно на автомобили устанавливают датчики с понижающим коэффициентом (то есть при росте температуры в терморезисторе, общее значение сопротивления снижается).

Устройство вмонтировано в замкнутую электроцепь, на которую с контроллера идет напряжение. Если сопротивление снизится и упадет напряжение, то контроллер рассчитает количество градусов.

Алгоритм стабилизации (снижения) температуры запускается блоком управления только при преодолении определенного порога значений. К примеру, внутренние системы машины могут подать сигнал включить вентилятор или изменить положение клапана поступления тосола. По своему строению датчики могут быть термобиметаллические или терорезисторные, но принципы работы у них одинаковые.

Неисправность датчиков температуры охлаждающей жидкости легко распознать по следующим признакам:

  • Двигатель автомобиля имеет низкую температуру, но при этом включается для охлаждения вентилятор. В таком случае терморезистор слишком быстро теряет сопротивление, и значения температуры не успевают измениться.
  • Существенно увеличивается расход топлива. Система охлаждения не работает из-за того, что датчик не срабатывает, а сопротивление остается прежним.
  • Двигатель становится трудно заводить, его работа не стабильна. Механизм функционирует в критическом режиме, поэтому быстро изнашивается.

С помощью диагностики эти проблемы можно выявить и исправить в любом автосервисе. Однако мало кто знает, что это сделать можно самостоятельно. Для домашней диагностики потребуется всего два аппарата: вольтметр и омметр. Хорошо также раздобыть «цешку» или мультиметр, тогда будут проверены все параметры.

Падение напряжения измеряют с помощью поверхностной проверки датчика для нагретого и остывшего двигателя. Допустимыми значениями являются показатели 0,5 В и 2 В (при этом небольшое отклонение возможно). Если измерительный прибор покажет 1,25 В и 1,5 В, то с уверенность можно говорить о неисправности датчика.

Такой датчик нужно демонтировать и подвергнуть глобальной проверке. Для этого понадобятся омметр, емкость с водой, градусник и нагревательный элемент. Показания устройства и температуры жидкости сверяют при помощи таблицы:

Если в проверке участвует датчик с повышающим температурным коэффициентом, то увеличение температуры должно снижать повышать сопротивление тока в терморезисторе.

Все работы при проведении диагностики датчика требуют максимальной аккуратности. Любые повреждения этого устройства будут иметь необратимый характер.

Датчик температуры Pt100 — полезные сведения

Датчики температуры Pt100 — очень распространенные датчики в обрабатывающей промышленности. В этом сообщении блога обсуждается много полезных и практических вещей, которые нужно знать о датчиках Pt100. Здесь есть информация о датчиках RTD и PRT, различных механических конструкциях Pt100, соотношении температуры и сопротивления, температурных коэффициентах, классах точности и многом другом.

Некоторое время назад я писал о термопарах, поэтому я подумал, что пора написать о датчиках температуры RTD, особенно о датчике Pt100, который является очень распространенным датчиком температуры в обрабатывающей промышленности.Этот блог оказался довольно длинным, поскольку в нем есть много полезной информации о датчиках Pt100. Я надеюсь, что он вам понравится и вы чему-то научитесь. Так что давай займемся этим!

Оглавление

Поскольку этот пост стал довольно длинным, вот оглавление, которое поможет вам увидеть, что включено:

По терминологии : и «датчик» и «зонд» слов обычно используются, в этой статье я в основном использую «сенсор».

Также люди пишут «Pt100» и «Pt-100», я буду в основном использовать формат Pt100. (Да, я знаю, что IEC / DIN 60751 использует формат Pt-100, но я так привык к формату Pt100).

Просто дайте мне эту статью в формате pdf! Щелкните ссылку ниже, чтобы загрузить pdf:

Вернуться к началу ⇑

Датчики температуры RTD

Поскольку Pt100 является датчиком RTD, давайте сначала посмотрим, что такое датчик RTD.

Аббревиатура RTD происходит от « Resistance Temperature Detector». ”Итак, это датчик температуры, в котором сопротивление зависит от температуры; при изменении температуры изменяется сопротивление датчика. Таким образом, измеряя сопротивление датчика RTD, датчик RTD можно использовать для измерения температуры.

Датчики RTD чаще всего изготавливаются из платины, меди, никелевых сплавов или различных оксидов металлов. Pt100 — один из наиболее распространенных датчиков / зондов RTD.

Вернуться к началу ⇑

Датчики температуры PRT

Платина является наиболее распространенным материалом для датчиков RTD. Платина имеет надежную, повторяемую и линейную зависимость термостойкости. Датчики RTD, изготовленные из платины, называются PRT , «Платиновый термометр сопротивления ». ”Наиболее распространенным платиновым датчиком PRT, используемым в обрабатывающей промышленности, является датчик Pt100 . Число «100» в названии означает, что он имеет сопротивление 100 Ом при температуре 0 ° C (32 ° F).Подробнее об этом позже.

В начало ⇑

PRT против термопары

В предыдущем сообщении в блоге мы обсуждали термопары. Термопары также используются в качестве датчиков температуры во многих промышленных приложениях. Итак, в чем разница между термопарой и датчиком PRT? Вот краткое сравнение термопар и датчиков PRT:

Термопары :

  • Может использоваться для измерения гораздо более высоких температур
  • Очень надежный
  • Недорогой
  • Автономный, не требует внешнего возбуждения
  • Не очень точный
  • Требуется компенсация холодного спая
  • Удлинительные провода должны быть из материала, подходящего для данного типа термопары, и следует обращать внимание на однородность температуры на всех стыках в измерительной цепи
  • Неоднородности в проводах могут вызвать непредвиденные ошибки

ПТС :

  • Более точны, линейны и стабильны, чем термопары
  • Не требует компенсации холодного спая, как это делают термопары
  • Удлинители могут быть медными
  • Дороже, чем термопары
  • Требуется известный отлично ток нагрузки подходит для типа датчика
  • Более хрупкий

Вкратце, можно сказать, что термопары более подходят для высокотемпературных приложений и PRT для приложений, требующих большей точности .

Дополнительную информацию о термопарах и компенсации холодного спая можно найти в этом более раннем сообщении в блоге:

Компенсация холодного (эталонного) спая термопары

В начало ⇑

Измерительный датчик RTD / PRT

Поскольку сопротивление датчика RTD изменяется при изменении температуры, совершенно очевидно, что при измерении датчика RTD вам необходимо измерить сопротивление. Вы можете измерить сопротивление в Ом, а затем преобразовать его вручную в измерение температуры в соответствии с таблицей преобразования (или формулой) используемого типа RTD.

В настоящее время чаще всего используется устройство для измерения температуры или калибратор, который автоматически преобразует измеренное сопротивление в показания температуры, когда в устройстве выбран правильный тип RTD (при условии, что он поддерживает используемый тип RTD). Конечно, если в устройстве будет выбран неправильный тип датчика RTD, это приведет к неверным результатам измерения температуры.

Есть разные способы измерения сопротивления. Вы можете использовать 2, 3 или 4-проводное соединение .Двухпроводное соединение подходит только для измерения с очень низкой точностью (в основном для поиска неисправностей), потому что любое сопротивление провода или сопротивление соединения приведет к ошибке измерения. Любое обычное измерение процесса должно выполняться с использованием 3-х или 4-х проводных измерений.

Например, стандарт IEC 60751 определяет, что любой датчик с точностью выше класса B должен измеряться с помощью 3- или 4-проводного измерения. Подробнее о классах точности позже в этой статье.

Просто не забудьте использовать 3-х или 4-х проводное измерение, и все готово.

Конечно, для некоторых высокоомных термисторов, датчиков Pt1000 или других датчиков с высоким импедансом дополнительная ошибка, вызванная 2-проводным измерением, может быть не слишком значительной.

Дополнительную информацию об измерении сопротивления 2, 3 и 4 проводов можно найти по ссылке ниже в блоге:

Измерение сопротивления; 2-х, 3-х или 4-х проводное соединение — как оно работает и что использовать?

Измерительный ток

Как более подробно объяснено в указанной выше публикации блога, когда устройство измеряет сопротивление, оно посылает небольшой точный ток через резистор, а затем измеряет падение напряжения генерируется над ним.Затем можно рассчитать сопротивление, разделив падение напряжения на ток в соответствии с законом Ома (R = U / I).

Если вас интересует более подробная информация о законе Ома, ознакомьтесь с этим сообщением в блоге:

Закон Ома — что это такое и что о нем должны знать технические специалисты

Самонагрев

Когда измерительный ток проходит через датчик RTD, это также вызывает небольшой нагрев датчика RTD.Это явление называется самонагреванием . Чем выше ток измерения и чем дольше он включен, тем сильнее нагревается датчик. Кроме того, на самонагревание сильно влияет структура датчика и его тепловое сопротивление окружающей среде. Совершенно очевидно, что такой вид самонагрева датчика температуры вызовет небольшую погрешность измерения.

Максимальный измерительный ток обычно составляет 1 мА при измерении датчика Pt100, но может быть и 100 мкА или даже ниже.В соответствии со стандартами (такими как IEC 60751) самонагрев не должен превышать 25% допустимого отклонения датчика.

Вернуться к началу ⇑

Различные механические конструкции датчиков PRT

Датчики PRT, как правило, очень хрупкие инструменты, и, к сожалению, точность почти без исключения обратно пропорциональна механической прочности . Чтобы быть точным термометром, платиновая проволока внутри элемента должна иметь возможность сжиматься и расширяться при изменении температуры как можно более свободно, чтобы избежать деформации и деформации.Недостатком является то, что такой датчик очень чувствителен к механическим ударам и вибрации.

Стандартный платиновый термометр сопротивления
(SPRT)

Более точные датчики стандартного платинового термометра сопротивления (SPRT) представляют собой инструменты для реализации температурной шкалы ITS-90 между фиксированными точками. Они сделаны из очень чистой (α = 3,926 x 10 -3 ° C -1 ) платины, а опора для проволоки сконструирована таким образом, чтобы обеспечить максимально возможное отсутствие деформации проволоки.«Руководство по реализации ITS-90», опубликованное BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), определяет критерии, которым должен соответствовать датчик SPRT. Другие датчики не являются и не должны называться SPRT. Существуют датчики в стеклянной, кварцевой и металлической оболочке для различных применений. SPRT чрезвычайно чувствительны к любому виду ускорения, например к минимальным ударам и вибрации, что ограничивает их использование в лабораториях для проведения измерений с высочайшей точностью.

PRT с частичной опорой

PRT с частичной опорой — это компромисс между характеристиками термометра и механической надежностью.Наиболее точные из них часто называются датчиками Secondary Standard или Secondary Reference . Эти датчики могут принимать некоторые конструкции из SPRT, и класс провода может быть таким же или очень близким. Благодаря некоторой проволочной опоре они менее хрупкие, чем SPRT. При осторожном обращении их можно использовать даже в полевых условиях, при этом обеспечивая превосходную стабильность и низкий гистерезис.

Промышленные платиновые термометры сопротивления, IPRT

При увеличении опоры для проволоки увеличивается механическая прочность, но вместе с тем увеличивается и напряжение, связанное с дрейфом и проблемами гистерезиса.Эти датчики называются промышленными платиновыми термометрами сопротивления , IPRT . Полностью поддерживаемые IPRT имеют еще большую поддержку проводов и механически очень надежны. Проволока полностью залита керамикой или стеклом, что делает ее очень невосприимчивой к вибрации и механическим ударам. Недостатком является гораздо более низкая долговременная стабильность и большой гистерезис, поскольку чувствительная платина связана с подложкой, которая имеет разные характеристики теплового расширения.

Пленка

Пленка PRT за последние годы претерпели значительные изменения, и теперь доступны лучшие.Они бывают разных форм для разных приложений. Платиновая фольга напыляется на выбранную подложку, сопротивление элемента часто подгоняется лазером до желаемого значения сопротивления и, в конечном итоге, герметизируется для защиты. В отличие от элементов из проволоки, тонкопленочные элементы гораздо удобнее автоматизировать производственный процесс, что часто делает их дешевле, чем элементы из проволоки. Преимущества и недостатки обычно те же, что и у полностью опертых проволочных элементов, за исключением того, что пленочные элементы часто имеют очень низкую постоянную времени, что означает, что они очень быстро реагируют на изменения температуры.Как упоминалось ранее, некоторые производители разработали методы, которые лучше сочетают в себе производительность и надежность.

Вернуться к началу ⇑

Другие датчики RTD
Другие платиновые датчики

Хотя Pt100 является наиболее распространенным платиновым датчиком RTD / PRT, существует несколько других, таких как Pt25, Pt50, Pt200, Pt500 и Pt1000. Основное различие между этими датчиками довольно легко догадаться, это сопротивление при 0 ° C, которое упоминается в названии датчика.Например, датчик Pt1000 имеет сопротивление 1000 Ом при 0 ° C. Температурный коэффициент также важен, поскольку он влияет на сопротивление при других температурах. Если это Pt1000 (385), это означает, что он имеет температурный коэффициент 0,00385 ° C.

Другие датчики RTD

Хотя платиновые датчики являются наиболее распространенными датчиками RTD, существуют также датчики, изготовленные из других материалов, включая никель, никель-железо и медные датчики. Обычные никелевые датчики включают Ni100 и Ni120, никель-железный датчик Ni-Fe 604 Ом и медный датчик Cu10.Каждый из этих материалов имеет свои преимущества в определенных областях применения. Их общие недостатки — довольно узкие температурные диапазоны и подверженность коррозии по сравнению с платиной из благородных металлов.

Датчики RTD также могут быть изготовлены из других материалов, таких как золото, серебро, вольфрам, родий-железо или германий. Они превосходны в некоторых приложениях, но очень редко встречаются в обычных промышленных операциях.

Поскольку сопротивление датчика RTD зависит от температуры, мы также можем включить в эту категорию все стандартные датчики PTC (положительный температурный коэффициент) и NTC (отрицательный температурный коэффициент).Примерами являются термисторы и полупроводники, которые используются для измерения температуры. Типы NTC особенно часто используются для измерения температуры.

Слишком длинная статья? Хотите скачать эту статью в формате pdf, чтобы прочитать ее, когда у вас будет больше времени? Щелкните изображение ниже, чтобы загрузить pdf:

Вернуться к началу ⇑

Датчики Pt100

Температурный коэффициент

Самым распространенным датчиком RTD в обрабатывающей промышленности является датчик Pt100, сопротивление которого составляет 100 Ом при 0 ° C (32 ° F).

При том же логическом соглашении о присвоении имен датчик Pt200 имеет сопротивление 200 Ом, а Pt1000 — 1000 Ом при 0 ° C (32 ° F).

Сопротивление датчика Pt100 (и других датчиков Pt) при более высоких температурах зависит от версии датчика Pt100, поскольку существует несколько различных версий датчика Pt100, которые имеют немного разные температурные коэффициенты. В глобальном масштабе наиболее распространена версия «385». Если коэффициент не указан, обычно это 385.

Температурный коэффициент (обозначенный греческим символом Alpha => α) датчика Pt100 указывается как разница сопротивлений при 100 ° C и 0 ° C, разделенная на сопротивление при 0 ° C, умноженное на 100 ° C.

Формула довольно проста, но звучит немного сложно при написании, поэтому давайте рассмотрим ее как формулу:

Где:

α = температурный коэффициент

R100 = сопротивление при 100 ° C

R0 = сопротивление при 0 ° C

Давайте посмотрим на пример, чтобы убедиться в этом:

Pt100 имеет сопротивление 100,00 Ом при 0 ° C и 138,51 Ом при 100 ° C. . Температурный коэффициент можно рассчитать следующим образом:

Получаем результат 0.003851 / ° С.

Или, как это часто пишут: 3,851 x 10 -3 ° C -1

Часто его называют датчиком Pt100 «385».

Это также температурный коэффициент, указанный в стандарте IEC 60751: 2008.

Температурный коэффициент чувствительного элемента в основном зависит от чистоты платины, используемой для изготовления проволоки. Чем чище платина, тем выше значение альфа. В настоящее время получить очень чистый платиновый материал не проблема.Чтобы производимые датчики соответствовали кривой температуры / сопротивления IEC 60751, чистая платина должна быть легирована подходящими примесями, чтобы снизить значение альфа до 3,851 x 10 -3 ° C -1 .

Значение альфа снижается с тех времен, когда точка плавления (≈0 ° C) и точка кипения (≈100 ° C) воды использовались в качестве контрольных температурных точек, но все еще используется для определения сорта платины. провод. Поскольку точка кипения воды на самом деле является лучшим высотомером, чем эталонная температура, другим способом определения чистоты проволоки является отношение сопротивлений в точке галлия (29.7646 ° C), что является фиксированной точкой на шкале температур ITS-90. Этот коэффициент сопротивления обозначается строчной греческой буквой ρ (ро).

Типичное значение ρ для датчика «385» составляет 1,115817, а для SPRT — 1,11814. На практике старая добрая альфа во многих случаях оказывается наиболее удобной, но можно также объявить о rho.

Зависимость сопротивления Pt100 (385) от температуры

На графике ниже вы можете увидеть, как сопротивление датчика Pt100 (385) зависит от температуры:

При взгляде на из них вы можете видеть, что зависимость сопротивления от температуры датчика Pt100 не является абсолютно линейной, но зависимость несколько «изогнута».”

В таблице ниже показаны числовые значения температуры Pt100 (385) в зависимости от сопротивления в нескольких точках:

Другие датчики Pt100 с другими температурными коэффициентами

Большинство датчиков были стандартизированы, но во всем мире существуют разные стандарты. То же самое и с датчиками Pt100. Со временем было определено несколько различных стандартов. В большинстве случаев разница в температурном коэффициенте сравнительно небольшая.

В качестве практического примера, стандарты, которые мы внедрили в калибраторы температуры Beamex, взяты из следующих стандартов:

  • IEC 60751
  • DIN 43760
  • ASTM E 1137
  • JIS C1604-1989 alpha 3916, JIS C 1604 -1997
  • SAMA RC21-4-1966
  • GOCT 6651-84, ГОСТ 6651-94
  • Minco Таблица 16-9
  • Кривая Эдисона № 7

Убедитесь, что ваше измерительное устройство поддерживает датчик Pt100

Стандартные датчики Pt100 хороши тем, что каждый датчик должен соответствовать спецификациям, и вы можете просто подключить его к своему измерительному устройству (или калибратору), и он будет измерять собственную температуру так же точно, как и спецификации (датчик + измерительное устройство). определять.Кроме того, используемые в процессе датчики должны быть взаимозаменяемыми без калибровки, по крайней мере, для менее важных измерений. Тем не менее, рекомендуется проверять датчик при известной температуре перед использованием.

В любом случае, поскольку разные стандарты имеют немного разные спецификации для датчика Pt100, важно, чтобы устройство, которое вы используете для измерения вашего датчика Pt100, поддерживало правильный датчик (температурный коэффициент). Например, если ваше измерительное устройство поддерживает только Alpha 385 и вы используете датчик с Alpha 391, в измерениях будет некоторая ошибка.Эта ошибка значительна? В этом случае (385 против 391) ошибка будет примерно 1,5 ° C при 100 ° C. Так что я думаю, что это важно. Конечно, чем меньше разница температурных коэффициентов, тем меньше будет ошибка.

Итак, убедитесь, что ваше измерительное устройство RTD поддерживает используемый вами датчик Pt100. Чаще всего, если у Pt100 нет индикации температурного коэффициента, это датчик 385.

В качестве практического примера калибратор и коммуникатор Beamex MC6 поддерживает следующие датчики Pt100 (температурный коэффициент в скобках) на основе различных стандартов:

  • Pt100 (375)
  • Pt100 (385)
  • Pt100 (389)
  • Pt100 (391)
  • Pt100 (3926)
  • Pt100 (3923)

Наверх ⇑

Классы точности (допуска) Pt100

Датчики Pt100 доступны с различными классами точности.Наиболее распространенными классами точности являются AA, A, B и C , которые определены в стандарте IEC 60751. Стандарты определяют своего рода идеальный датчик Pt100, к которому должны стремиться производители. Если бы можно было построить идеальный датчик, классы допуска не имели бы значения.

Поскольку датчики Pt100 не могут быть отрегулированы для компенсации ошибок, вам следует купить датчик с подходящей точностью для конкретного применения. В некоторых измерительных приборах погрешности датчика можно исправить с помощью определенных коэффициентов, но об этом позже.

Точность различных классов точности (согласно IEC 60751: 2008):

Существуют также так называемые классы точности 1/3 DIN и 1/10 DIN Pt100 для разговорной речи. Они были стандартизированными классами, например, в стандарте DIN 43760: 1980-10, который был отменен в 1987 году, но не определены в более позднем стандарте IEC 60751 или его немецком родственнике DIN EN 60751. Допуски этих датчиков основаны на точности. датчик класса B, но исправлена ​​часть ошибки (0.3 ° C) делится на заданное число (3 или 10). Тем не менее, эти термины — это устоявшаяся фраза, когда мы говорим о Pt100, и мы также будем свободно использовать их здесь. Классы точности этих датчиков следующие:

И, конечно же, производитель датчиков может производить датчики со своими собственными пользовательскими классами точности. Раздел 5.1.4 стандарта IEC 60751 определяет, как должны быть выражены эти специальные классы допусков.

Формулы могут быть трудными для сравнения, в приведенной ниже таблице классы точности рассчитаны при температуре (° C):

Примечательно то, что даже если «1/10 DIN» звучит привлекательно с его низким 0.Допуск на 03 ° C при 0 ° C, что на самом деле лучше, чем у класса A, только в узком диапазоне -40… + 40 ° C.

На приведенном ниже графике показана разница между этими классами точности:

Наверх ⇑

Коэффициенты

Классы точности обычно используются в промышленных датчиках RTD, но в большинстве случаев точные эталонные датчики PRT (SPRT, вторичные эталоны…), эти классы точности больше не действительны.Эти датчики были сделаны настолько хорошими, насколько это возможно, для этой цели, а не для соответствия какой-либо стандартизированной кривой. Это очень точные датчики с очень хорошей долговременной стабильностью и очень низким гистерезисом, но эти датчики индивидуальны, поэтому у каждого датчика есть несколько разное соотношение температуры / сопротивления. Эти датчики не следует использовать без использования индивидуальных коэффициентов для каждого датчика. Вы даже можете найти общие коэффициенты CvD для SPRT, но это испортит производительность, за которую вы заплатили.Если вы просто подключите вторичный датчик PRT на 100 Ом, такой как Beamex RPRT, к устройству, измеряющему стандартный датчик Pt100, вы можете получить результат, который будет на несколько градусов или, возможно, даже на десять градусов неверен. В некоторых случаях это не обязательно имеет значение, но в других случаях это может быть разница между лекарством и токсином.

Таким образом, эти датчики всегда должны использоваться с правильными коэффициентами.

Как упоминалось ранее, датчики RTD не могут быть «настроены» для правильного измерения.Таким образом, необходимо внести поправку в устройство (например, калибратор температуры), которое используется для измерения датчика RTD.

Для определения коэффициентов датчик необходимо сначала очень точно откалибровать. Затем, исходя из результатов калибровки, коэффициенты для желаемого уравнения могут быть адаптированы для представления зависимости характеристического сопротивления датчика от температуры. Использование коэффициентов исправит измерение датчика и сделает его очень точным.Существует несколько различных уравнений и коэффициентов для расчета сопротивления датчика температуре. Это, вероятно, самые распространенные:

Callendar-van Dusen
  • В конце 19 -х годов века Каллендар ввел простое квадратное уравнение, которое описывает поведение платины в зависимости от сопротивления / температуры. Позже ван Дузен выяснил, что нужен дополнительный коэффициент ниже нуля. Оно известно как уравнение Каллендара-ван Дюзена, CvD.Для датчиков alpha 385 он часто примерно такой же, как ITS-90, особенно когда диапазон температур не очень широк. Если в вашем сертификате указаны коэффициенты R 0 , A, B, C, они являются коэффициентами для уравнения CvD стандартной формы IEC 60751. Коэффициент C используется только при температуре ниже 0 ° C, поэтому он может отсутствовать, если датчик не был откалиброван ниже 0 ° C. Коэффициенты также могут быть R 0 , α, δ и β. Они соответствуют исторически используемой форме уравнения CvD, которое используется до сих пор. Несмотря на то, что уравнение по сути является одним и тем же, их письменная форма и коэффициенты различаются.

ITS-90
  • ITS-90 — это температурная шкала, а не стандарт. Уравнение Каллендара-ван Дюзена было основой предыдущих шкал 1927, 1948 и 1968 годов, но ITS-90 принес значительно иную математику. Функции ITS-90 должны использоваться при реализации температурной шкалы с использованием SRPT, но также многие PRT с более низким альфа выигрывают от этого по сравнению с CvD, особенно при широком диапазоне температур (сотни градусов). Если в вашем сертификате указаны такие коэффициенты, как RTPW или R (0,01), a4, b4, a7, b7, c7, они являются коэффициентами для функций отклонения ITS-90.В документе ITS-90 не указываются числовые обозначения для коэффициентов или поддиапазонов. Они представлены в Технической записке NIST 1265 «Рекомендации по реализации международной температурной шкалы 1990 года» и широко используются для использования. Количество коэффициентов может меняться, поддиапазоны пронумерованы от 1 до 11.
    • RTPW, R (0,01 ° C) или R (273,16 K) — сопротивление датчика в тройной точке воды 0,01 ° C.
    • a4 и b4 — коэффициенты ниже нуля, также может быть bz и b bz , что означает «ниже нуля», или просто a и b
    • a7, b7, c7 являются коэффициентами выше нуля, также могут быть az , b az и c az , что означает «выше ноль »или a, b и c

Steinhart-Hart
  • Если ваш датчик является термистором, в сертификате могут быть коэффициенты для уравнения Стейнхарта-Харта.Термисторы очень нелинейны, а уравнение логарифмическое. Уравнение Стейнхарта-Харта широко заменило более раннее бета-уравнение. Обычно это коэффициенты A, B и C, но также может быть коэффициент D или другие, в зависимости от варианта уравнения. Коэффициенты обычно публикуются производителями, но они также могут быть установлены.

Определение коэффициентов датчика

Когда датчик Pt100 отправляется в лабораторию для калибровки и настройки, точки калибровки должны быть выбраны правильно.Всегда требуется точка 0 ° C или 0,01 ° C. Само значение необходимо для подгонки, но обычно точка обледенения (0 ° C) или тройная точка водяной ячейки (0,01 ° C) также используется для контроля стабильности датчика и измеряется несколько раз во время калибровки. Минимальное количество точек калибровки совпадает с количеством коэффициентов, которые должны быть установлены. Например, для подгонки коэффициентов a4 и b4 ITS-90 ниже нуля необходимы по крайней мере две известные отрицательные калибровочные точки для решения двух неизвестных коэффициентов.Если поведение датчика хорошо известно лаборатории, в этом случае может быть достаточно двух точек. Тем не менее рекомендуется измерять больше точек, чем это абсолютно необходимо, потому что сертификат не может определить, как датчик ведет себя между точками калибровки. Например, фитинг CvD для широкого диапазона температур может выглядеть довольно хорошо, если у вас есть только две или три точки калибровки выше нуля, но может существовать систематическая остаточная ошибка в несколько сотых долей градуса между точками калибровки, которую вы не увидите в все.Это также объясняет, почему вы можете обнаружить разные погрешности калибровки для фитингов CvD и ITS-90 для одного и того же датчика и точно таких же точек калибровки. Погрешности измеренных точек ничем не отличаются, но к общей погрешности обычно добавляются остаточные ошибки различных фитингов.

Загрузите бесплатный информационный документ

Загрузите бесплатный информационный документ по датчикам температуры Pt100, щелкнув изображение ниже:

Наверх ⇑

Другие сообщения в блоге, связанные с температурой

Если вы заинтересованы в калибровка температуры и температуры, вы можете также заинтересовать другие сообщения в блоге:

Наверх ⇑

Приборы для калибровки температуры Beamex

Пожалуйста, ознакомьтесь с новым калибратором температуры Beamex MC6-T.Идеальный инструмент, например, для калибровки датчика Pt100 и многого другого. Щелкните изображение ниже, чтобы узнать больше:

Пожалуйста, проверьте, какие другие продукты для калибровки температуры предлагает Beamex, нажав кнопку ниже:

И, наконец, спасибо, Тони!

И, наконец, особая благодарность г-ну Тони Алатало , который является руководителем нашей аккредитованной лаборатории калибровки температуры на заводе Beamex. Тони предоставил большую помощь и подробную информацию для этого сообщения в блоге.

И наконец, подписывайтесь!

Если вам нравятся эти статьи, пожалуйста, подпишитесь на на этот блог, указав свой адрес электронной почты в поле «Подписаться» в правом верхнем углу. Вы будете уведомлены по электронной почте, когда появятся новые статьи.

Датчик температуры сопротивления — обзор

Датчик температуры сопротивления

Датчик температуры сопротивления, или RTD, представляет собой датчик, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры.Обычно RTD изготавливается из платиновой (Pt) проволоки, намотанной на керамическую катушку, и демонстрирует более точное и линейное поведение в широком диапазоне температур, чем термопара. На Рис. 3-42 показаны ТС резистивного датчика температуры 100 Ом и коэффициент Зеебека термопары типа S. Во всем диапазоне (приблизительно от -200 ° C до + 850 ° C) RTD является более линейным устройством. Следовательно, линеаризация RTD менее сложна.

Рисунок 3-42 :. Температурные датчики сопротивления (RTD)

Однако, в отличие от термопары, RTD является пассивным датчиком и требует возбуждения тока для создания выходного напряжения.Низкая ТС RTD, равная 0,385% / ° C, требует такой же высокопроизводительной схемы преобразования сигнала, что и используемая термопарой; однако падение напряжения на RTD намного больше, чем выходное напряжение термопары. Разработчик системы может выбрать RTD большого размера с более высокой выходной мощностью, но RTD большого размера демонстрируют медленное время отклика. Кроме того, хотя стоимость RTD выше, чем у термопар, в них используются медные провода, и термоэлектрические эффекты от оконечных переходов не влияют на их точность.И, наконец, поскольку их сопротивление зависит от абсолютной температуры, RTD не требуют компенсации холодного спая.

Следует проявлять осторожность при использовании возбуждения током, поскольку ток через RTD вызывает нагрев. Это самонагревание изменяет температуру RTD и проявляется как ошибка измерения. Следовательно, необходимо уделить особое внимание конструкции схемы формирования сигнала, чтобы самонагрев оставался ниже 0,5 ° C. Производители указывают погрешности самонагрева для различных значений и размеров RTD в неподвижном и движущемся воздухе.Чтобы уменьшить ошибку из-за самонагрева, следует использовать минимальный ток для требуемого разрешения системы и выбрать наибольшее значение RTD, обеспечивающее приемлемое время отклика.

Другой эффект, который может привести к ошибке измерения, — это падение напряжения в подводящих проводах RTD. Это особенно важно для двухпроводных резистивных датчиков температуры с низким сопротивлением, поскольку как TC, так и абсолютное значение сопротивления RTD малы. Если RTD расположен на большом расстоянии от схемы формирования сигнала, тогда сопротивление выводов может составлять Ом или десятки Ом, а небольшое сопротивление выводов может внести значительную ошибку в измерение температуры.Чтобы проиллюстрировать этот момент, предположим, что платиновый резистивный датчик температуры 100 Ом с медными выводами 30 калибра расположен примерно в 100 футах от консоли дисплея контроллера. Сопротивление медного провода калибра 30 составляет 0,105 Ом / фут, а два вывода резистивного датчика температуры будут давать суммарный вклад в сеть 21 Ом, как показано на Рисунке 3-43. Это дополнительное сопротивление приведет к ошибке измерения 55 ° C! TC может вносить дополнительную и, возможно, значительную ошибку в измерение. Чтобы исключить влияние сопротивления проводов, используется четырехпроводная технология.

Рисунок 3-43 :. Pt резистивный датчик температуры 100 Ом с 100-футовыми проводами 30-го калибра

На Рис. 3-44 четырехпроводное соединение или соединение Кельвина выполнено с резистивным датчиком температуры. Постоянный ток подается через выводы FORCE RTD, а напряжение на самом RTD измеряется дистанционно через выводы SENSE. Измерительным устройством может быть цифровой вольтметр (DVM) или инструментальный усилитель, и высокая точность может быть достигнута при условии, что измерительное устройство демонстрирует высокий входной импеданс и / или низкий входной ток смещения.Поскольку выводы SENSE не пропускают значительный ток, этот метод нечувствителен к длине проводов выводов. Источниками ошибок являются стабильность источника постоянного тока и входное сопротивление и / или токи смещения в усилителе или цифровом мультиметре.

Рисунок 3-44 :. Четырехпроводное или Кельвиновское подключение к Pt RTD для точных измерений.

RTD обычно конфигурируются по мостовой схеме с четырьмя резисторами. Выходной сигнал моста усиливается инструментальным усилителем для дальнейшей обработки.Однако измерительные АЦП с высоким разрешением, такие как серия AD77XX, позволяют напрямую оцифровывать выход RTD. Таким образом, линеаризация может выполняться в цифровом виде, что снижает требования к аналоговым схемам.

На рис. 3-45 показан резистивный датчик температуры Pt с сопротивлением 100 Ом, управляемый источником тока возбуждения 400 мкА. Выходной сигнал оцифровывается одним из АЦП серии AD77XX. Обратите внимание, что источник тока возбуждения RTD также генерирует опорное напряжение 2,5 В для АЦП через резистор 6,25 кОм. Изменения тока возбуждения не влияют на точность схемы, поскольку как входное напряжение, так и опорное напряжение изменяются пропорционально току возбуждения.Однако резистор 6,25 кОм должен иметь низкое значение TC, чтобы избежать ошибок в измерениях. Высокое разрешение АЦП и входного PGA (коэффициент усиления 1–128) устраняет необходимость в дополнительных схемах согласования.

Рисунок 3-45 :. Сопряжение Pt RTD с ΣΔ ADC с высоким разрешением

ADT70 представляет собой законченный формирователь сигнала Pt RTD, который обеспечивает выходное напряжение 5 мВ / ° C при использовании резистивного датчика температуры 1 кОм (см. Рисунок 3-46). Pt RTD и эталонный резистор 1 кОм возбуждаются согласованными источниками тока 1 мА.Это позволяет проводить измерения температуры в диапазоне от -50 ° C до + 800 ° C.

Рисунок 3-46 :. Кондиционирование Pt RTD с помощью ADT70

ADT70 содержит два согласованных источника тока, прецизионный выходной инструментальный усилитель с прямой разводкой напряжения, источник опорного напряжения 2,5 В и операционный усилитель с выходом без нагрузки. ADT71 такой же, как ADT70, за исключением того, что внутренний источник опорного напряжения отсутствует. Для оборудования с батарейным питанием предусмотрена функция отключения, которая снижает ток покоя с 3 мА до 10 мкА.Коэффициент усиления или полный диапазон для системы Pt RTD и ADT701 устанавливается прецизионным внешним резистором, подключенным к инструментальному усилителю. Незавершенный операционный усилитель может использоваться для масштабирования внутреннего опорного напряжения, подачи сигнала «Pt RTD open» или предупреждения о «перегреве», подачи сигнала переключения нагревателя или другого внешнего согласования, определяемого пользователем. ADT70 предназначен для работы от −40 ° C до + 125 ° C и доступен в 20-контактных корпусах DIP и SOIC.

Датчики PT100 (платиновые термометры сопротивления или датчики RTD)

Платиновые термометры сопротивления (PRT) обеспечивают превосходную точность в широком диапазоне температур (от –200 до +850 ° C).Стандартные датчики доступны от многих производителей с различными характеристиками точности и многочисленными вариантами упаковки, подходящими для большинства приложений. В отличие от термопар, нет необходимости использовать специальные кабели для подключения к датчику.

Датчики PT100

Принцип действия заключается в измерении сопротивления платинового элемента. Самый распространенный тип (PT100) имеет сопротивление 100 Ом при 0 ° C и 138,4 Ом при 100 ° C. Также существуют датчики PT1000 с сопротивлением 1000 Ом при 0 ° C.

Связь между температурой и сопротивлением приблизительно линейна в небольшом диапазоне температур: например, если вы предположите, что она линейна в диапазоне от 0 до 100 ° C, ошибка при 50 ° C составит 0,4 ° C. Для точного измерения необходимо линеаризовать сопротивление, чтобы получить точную температуру. Самым последним определением взаимосвязи между сопротивлением и температурой является Международный температурный стандарт 90 (ITS-90).

Уравнение линеаризации:

Rt = R0 * (1 + A * t + B * t2 + C * (t-100) * t3)

Где:

Rt — сопротивление при температуре t , R0 — сопротивление при 0 ° C, а
A = 3.9083 E – 3
B = –5,775 E – 7
C = –4,183 E – 12 (ниже 0 ° C) или
C = 0 (выше 0 ° C)

Для датчика PT100 изменение температуры на 1 ° C вызовет изменение сопротивления на 0,384 Ом, поэтому даже небольшая ошибка в измерении сопротивления (например, сопротивления проводов, ведущих к датчику) может вызвать большую ошибку. при измерении температуры. Для точной работы датчики имеют четыре провода: два для измерения тока и два для измерения напряжения на чувствительном элементе.Также возможно получить трехпроводные датчики, хотя они работают на (не обязательно действительном) предположении, что сопротивление каждого из трех проводов одинаково.

Термистор

и точность измерения температуры RTD — Примечание по применению


Термисторы и RTD — это устройства, используемые для измерения температуры в современных системах отопления, вентиляции, кондиционирования и охлаждения (HVAC / R). Электрическое сопротивление обоих устройств определяется их температурой.Измерение сопротивления каждого устройства позволяет определить температуру окружающей среды любого датчика. С каждым устройством есть компромиссы, давайте посмотрим, что они собой представляют.

Что такое RTD, как он определяется и какова его идеальная точность?

Уже несколько сотен лет известно, что сопротивление металлов увеличивается с повышением температуры. Температурные датчики сопротивления (RTD) — это датчики температуры на металлической основе, которые используют это изменение сопротивления. RTD могут быть изготовлены из многих различных металлов (см. Таблицу 1).

Температурный коэффициент сопротивления определяется как сопротивление RTD при 100 ° C минус сопротивление при 0 ° C, деленное на 100. Затем результат делится на сопротивление при 0 ° C. Температурный коэффициент сопротивления — это среднее изменение сопротивления от 0 ° C до 100 ° C, фактическое изменение на каждый градус от 0 ° C до 100 ° C очень близко, но не идентично ему.

Медь имеет наиболее линейное изменение сопротивления при заданном изменении температуры.Низкое сопротивление меди затрудняет измерение небольших изменений температуры. Никель имеет большое изменение сопротивления при изменении температуры. Никель — не очень стабильный материал; его стойкость значительно варьируется от партии к партии. Хотя никель намного дешевле платины, дополнительные процессы, необходимые для стабилизации никеля, делают датчики из никеля более дорогими, чем платина.

Platinum фактически стала эталоном прецизионной термометрии. Он имеет достаточно высокое сопротивление, хороший температурный коэффициент, не реагирует с большинством загрязняющих газов в воздухе и чрезвычайно стабилен от партии к партии.

В 1871 году Вернер фон Сименс изобрел платиновый резистивный датчик температуры и представил трехчленную формулу интерполяции. RTD Сименс быстро потерял популярность из-за нестабильности показаний температуры.

Хью Лонгборн Каллендар разработал первый коммерчески успешный платиновый RTD в 1885 году. Каллендар обнаружил, что изолятор, который использовал Сименс, охрупчивает платину, вызывая внутренние напряжения, которые вызывают температурную нестабильность. Каллендар изменил материал изолятора и отожг RTD при температурах выше наивысшей желаемой температуры измерения.

В 1886 году Каллендар написал статью, в которой обсуждался его RTD, и представил уравнение третьего порядка, которое определяло сопротивление RTD для диапазона температур от 0 до 550 ° C. В 1925 году Милтон С. Ван Дузен, исследователь из Национального бюро стандартов (ныне NIST), расширил формулу до -200 ° C, исследуя методы испытаний изоляции холодильного оборудования.

Уравнение Каллендара-Ван Дюзена существует уже 100 лет, хотя оно не совсем подходит для платиновых термометров сопротивления.Каллендар и Ван Дюзен выполняли свою работу задолго до появления современных цифровых компьютеров. Они не могли использовать нечто большее, чем уравнение третьего порядка, поскольку им приходилось решать уравнение вручную. Они использовали уравнение, которое было достаточно точным и могло быть решено при жизни человека.

В 1968 году Международная электротехническая комиссия, признавая недостатки уравнения Каллендара-Ван Дюзена, определила 20-членное полиномиальное уравнение для зависимости сопротивления от температуры для платиновых резистивных датчиков температуры 100 Ом (для резистивных датчиков сопротивления 1000 Ом просто умножьте на десять.). Во времена Каллендара и Ван Дюзена для решения 20-членного полинома для каждой температурной точки потребовалось бы несколько дней. Появление цифрового компьютера делает решение такого уравнения тривиальным.

IEC 751 — это стандарт Международной электротехнической комиссии, который определяет зависимость температуры от сопротивления для платиновых термометров сопротивления 100 Ом, 0,00385 Ом / Ом / ° C. Платиновые термометры сопротивления 1000 Ом, 0,00385 Ом / Ом / ° C в десять раз превышают требования IEC 751. IEC 751 определяет два класса RTD; класс A и класс B.ТС класса A работают в диапазоне температур от -200 ° C до 650 ° C. ТС класса B работают в диапазоне температур от -200 ° C до 850 ° C. У RTD класса B погрешность примерно в два раза выше, чем у RTD класса A. См. Рис. 1.

Уравнения неопределенности для РДТ класса A и класса B:
Допустимая погрешность — класс A ° C = ± (0,15 + 0,002T)
Допустимая погрешность — класс B ° C = ± (0,3 + 0,005T)
Где T = требуемая температура в градусах Цельсия.

Передаточная функция RTD может варьироваться в любом месте между граничными линиями на рис.1.Передаточная функция RTD не является абсолютно линейной. Тщательное изучение таблицы зависимости сопротивления от температуры показывает небольшой «изгиб» около 0,45 ° C на каждые 100 ° C. На рис. 2 синей линией показана зависимость сопротивления резистивного датчика сопротивления 1 кОм 0,00385 от температуры, а красной линией показан идеальный прямой отклик.

Рис.1: Погрешность RTD

Рис. 2: Передаточная функция RTD, показывающая «изгиб» сопротивления RTD
Что такое термистор, как он определяется и какова его идеальная точность?

Термистор — это электрическое устройство, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры (термистор — это сокращение от термистор).Изменение сопротивления с температурой следует классической логарифмической кривой (см. Рис. 3).

Рис.3: Зависимость температуры от сопротивления для термистора 10K-2

Термисторы изготавливаются из смесей порошковых оксидов металлов; рецепты — это тщательно охраняемые секреты различных производителей термисторов. Порошковые оксиды металлов тщательно перемешиваются и принимают форму, необходимую для процесса изготовления термистора. Образовавшиеся оксиды металлов нагревают до тех пор, пока оксиды металлов не расплавятся и не превратятся в керамику.Большинство термисторов изготовлено из тонких листов керамики, разрезанных на отдельные датчики. Термисторы заканчивают, надев на них провода и окунув их в эпоксидную смолу или заключив в стекло.

Самуэль Рубен изобрел термистор в 1930 году. Г-н Рубен работал в Vega Manufacturing Corporation. Vega производила гитары, банджо и записывающие устройства. Г-н Рубен работал над звукоснимателями со стилусом для электронной записи, когда заметил, что конфигурация звукоснимателя, над которой он работал, имела довольно большой отрицательный температурный коэффициент.

Термисторы прошли долгий путь за последние 80 лет. По словам исследователя из Национального института стандартов и технологий (NIST), термисторы в стеклянной капсуле более стабильны, чем термометры сопротивления. Термисторы со стеклянным или эпоксидным покрытием могут поддерживать температуру ± 0,2 ° C в больших температурных интервалах. Термисторы Extra Precision (XP) поддерживают температуру ± 0,1 ° C.

К 1960-м термисторы были основными датчиками потока. Стейнхарт и Харт, два исследователя из Океанографического института Вудс-Хоул, опубликовали статью, в которой определяли формулу зависимости температуры от сопротивления для термисторов.Уравнение Стейнхарта-Харта стало стандартным в отрасли уравнением для термисторов.

Классическое уравнение Стейнхарта и Харта имеет вид:
1 / T = A0 + A1 (lnR) + A3 (lnR) 3
Где: T = Температура в Кельвинах (Кельвин = Цельсия + 273,15)
A0, A1, A3 = Константы, полученные на основе измерений термистора
R = Сопротивление термистора в Ом
ln = Натуральный логарифм (логарифм в основе Нэпьера 2,718281828…)

На практике выполняется три измерения сопротивления термистора при трех заданных температурах.Эти температуры обычно являются двумя конечными точками и центральной точкой интересующего температурного диапазона. Уравнение напрямую попадает в эти три точки и имеет небольшую ошибку во всем диапазоне. BAPI может предоставить коэффициенты Стейнхарта-Харта для диапазона температур от 0 ° C до 70 ° C с погрешностью 0,01 ° C или меньше.

Для термисторов нет отраслевых или государственных стандартов. Существует как минимум 5 различных кривых зависимости температуры от сопротивления для термисторов 10K в мире HVAC / R.Все термисторы имеют сопротивление 10 000 Ом при 77 ° F или 25 ° C, но они сильно различаются по мере удаления от 77 ° F. Оба термистора BAPI 10K-2 и 10K-3 имеют сопротивление 10 000 Ом при 77 ° F. При 32 ° F (0 ° C) термистор 10K-2 имеет сопротивление 32650 Ом, а сопротивление 10K-3 — 29490 Ом. Если термистор 10K-3 заменить на 10K-2, у вас может быть погрешность измерения 6 ° F при 32 ° F.

Термисторы имеют очень большое изменение сопротивления в зависимости от температуры. Отличить одну степень от другой относительно легко.Это большое изменение сопротивления ограничивает диапазон температур, который может быть разрешен, до доли того, что может разрешить RTD.

Как соотносятся точность и температурные диапазоны RTD и термисторов?
Термисторы

обычно более точны, чем RTD класса B в диапазоне рабочих температур термисторов и аналогичны RTD класса A.

Рис.4: Пределы точности и используемые диапазоны температур для термисторов и RTD
Существуют ли другие пределы применения для резистивных датчиков температуры и термисторов?

Проводка, используемая для подключения датчика температуры к измерительному прибору, добавляет сопротивление и погрешность измерения.

Обычно для подключения датчиков к их измерительным приборам используется медный провод 18 калибра. При 20 ° C (43 ° F) провод калибра 18 имеет сопротивление 6,4 Ом на каждые 1000 футов провода. При 140 ° F (70 ° C) провод калибра 18 имеет 7,7 Ом на каждые 1000 футов провода. В таблице 2 показано, сколько проводов можно использовать, если вы хотите, чтобы погрешность проводки не превышала ° F или ниже.

Ошибки подключения в таблице 2 иллюстрируют, почему датчики температуры используются с RTD. Разумная длина проводки допустима только с преобразователями.Датчики изменяют сопротивление RTD на токовый сигнал от 4 до 20 мА, пропорциональный температуре RTD. Необходимо установить температурный диапазон; выход 4 мА соответствует минимальной температуре, а 20 мА соответствует максимальной температуре. Любая промежуточная температура — это просто линейная пропорция от 4 мА до 20 мА. Передатчики должны находиться в пределах 10 футов от RTD. Передатчики могут находиться на расстоянии до 77 000 футов от измерительного устройства.

Измерительные преобразователи температуры

могут иметь диапазон значений от 16.От 6 ° C (30 ° F) до 555 ° C (1000 ° F) и низких температур, 4 мА, от -150 ° C (-238 ° F) до 482 ° C (900 ° F). За дополнительную плату RTD и преобразователи могут быть согласованы с погрешностью измерения 0,05 ° C (0,1 ° F) по всему диапазону.

Так какой датчик лучше, RTD или термистор?

Это зависит от обстоятельств. Термисторы
стоят меньше, чем термометры сопротивления.
Термисторы измеряют температуру с такой же или большей точностью, чем термометры сопротивления.
Термисторы не требуют дополнительных затрат на преобразователи. ТС
имеют гораздо больший диапазон измерения температуры, чем термисторы.Преобразователи
добавляют не менее 100 долларов к стоимости RTD.

Если у вас возникнут вопросы, позвоните вашему представителю BAPI.


Версия этого документа в формате pdf для печати

Температурные датчики сопротивления | Датчики температуры RTD

Технические характеристики термометра сопротивления

Если не указано иное, сборки RTD Durex включают фотолитографически структурированные тонкопленочные элементы из высокочистой платины, обрезанные лазером до точных значений сопротивления.Эти датчики отличаются коротким временем отклика, превосходной долговременной стабильностью, низким самонагреванием и отличной устойчивостью к вибрации и температурным ударам.

Время теплового отклика
Время отклика T 0,63 — это время, необходимое датчикам для реакции на 63% изменения температуры. Время отклика зависит от размеров оболочки, но может составлять всего 1,2 секунды.

Долгосрочная стабильность
Изменение сопротивления после 1000 часов работы при максимальной рабочей температуре составляет менее 0.03%.

Самонагревающийся
Чтобы измерить сопротивление, через элемент должен пройти электрический ток, который будет генерировать тепловую энергию, что приведет к ошибкам измерения. Чтобы свести к минимуму ошибку, испытательный ток должен быть низким (примерно 1 мА для Pt-100).
Температурная погрешность ΔT = RI² / E с:
E = коэффициент самонагрева в мВт / К
R = сопротивление в кОм
I = ток измерения в мА
Коэффициент самонагрева (E) для стандартных элементов, используемых в сборках Durex RTD, составляет 4 мВт / K в воздухе и 40 мВт / K в воде.

Измерение тока
Измерительный ток вызывает нагрев платинового тонкопленочного датчика. Результирующая температурная погрешность определяется по формуле:
. ΔT = P / E с потерей мощности P = I 2 R и коэффициентом самонагрева E в мВт / K.
Величина теплопередачи от датчика в приложении определяет, какой ток измерения может быть приложен. Для тонкопленочной платины нет нижнего предела измерительного тока. Ток измерения сильно зависит от используемого приложения.
Мы рекомендуем:
100 Ом: обычно 1 мА, максимум 5 мА
500 Ом: обычно 0,5 мА, максимум 3 мА
1000 Ом: обычно 0,3 мА, максимум 2 мА
2000 Ом: обычно 0,2 мА, максимум 1 мА

Номинальные значения
Номинальное или номинальное значение датчика — это целевое значение сопротивления датчика при 0 ° C. Температурный коэффициент α определяется как
α = R100 — R0
100 — R0
(K -1 ) и имеет числовое значение 0.00385 K -1 согласно DIN IEC 751.

На практике часто вводится значение, умноженное на 10 6 : TCR = 10 6 x R100 — R0
100 — R0 x (частей на миллион / К)

В данном случае числовое значение составляет 3850 ppm / K.

Кривая температурных характеристик
Кривая температурной характеристики определяет зависимость удельного электросопротивления от температуры.Применяется следующее определение температурной кривой в соответствии со стандартом DIN EN 60751:

Классы допуска

Класс ± предельные отклонения в ° C (K) Обозначение IST AG Диапазон температур
DIN 60751, класс B 0,30 + 0,005 x | T | B от -200 ° C до 850 ° C
DIN 60751, класс A 0.15 + 0,002 x | T | А от -90 ° C до 300 ° C
⅓ DIN 60751, класс B 0,10 + 0,0017 x | T | Y от -50 ° C до 150 ° C

| T | — числовое значение температуры ° C без учета отрицательных или положительных знаков.
Специальный подбор датчиков по запросу (пары, группировки, особые допуски).

Услуги по калибровке
Калибровки Durex RTD полностью отслеживаются Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) и используются для определения точного температурного коэффициента датчика.Для сенсоров ниже 32 ° F (0 ° C) рекомендуется калибровка криогенного диапазона. Сертификаты поставляются со всеми калибровками. Печатные таблицы интерполированных значений поставляются только с калибровками криогенного диапазона.

Стиль: R1L, R2L, R3L, R4L — Максимальная номинальная температура для этих четырех стилей составляет 500 ° F. Обычно они конструируются с тефлоновыми выводами, а конец вывода защищен эпоксидным уплотнением. Это эпоксидное уплотнение обеспечивает водостойкий барьер.

Стиль: R1M, R2M, R3M, R4M — Максимальная номинальная температура для следующих четырех стилей составляет 900 ° F. Они построены с использованием проводов с изоляцией из высокотемпературного стекловолокна. Выводной конец герметизирован и защищен высокотемпературным цементом.

Стиль: R1P, R2P, R3P, R4P — Максимальная номинальная температура для этих последних четырех стилей составляет 1200 ° F. Их конструкция отличается плотной изоляцией из оксида магния. Никелевые проводники рассчитаны на повышенные температуры и суровые условия окружающей среды.

Доступные элементы датчика температуры сопротивления
Код Тип элемента Температурный коэффициент Допуск при 0 ° C
A 100 Ом Платина .00385 ,1%
B 100 Ом Платина .00385 0,06%
С 100 Ом Платина .00385 0,03%
D 500 Ом Платина .00385 ,1%
E 1000 Ом Платина .00385 ,1%
F 2000 Ом Платина .00385 ,1%
G 100 Ом Платина .00392 ,1%
H 100 Ом Платина .00392 0,03%
Дж 120 Ом Никель .00392 ,5%
К Никель-железо 604 Ом .00392 ,5%

Как работает RTD?

«RTD» — это аббревиатура от «Resistance Temperature Detector». RTD — это тип датчика температуры, который может использоваться при производстве диапазона температурных датчиков Variohms.

Они доступны с различными значениями температуры / сопротивления в зависимости от требований приложения.

Как работает RTD?

RTD состоит из резистивного элемента и изолированных медных проводов.Чаще всего количество проводов — 2; однако некоторые RTD имеют 3 или 4 провода. Резистивный элемент — это датчик температуры RTD. Обычно это платина, потому что как материал он очень стабилен во времени, имеет широкий диапазон температур, обеспечивает почти линейную зависимость между температурой и сопротивлением и обладает химической инертностью. Никель или медь — также другие популярные варианты материала резистивного элемента.

RTD работает по основному принципу; с увеличением температуры металла увеличивается и сопротивление потоку электричества.Через датчик пропускается электрический ток, резистивный элемент используется для измерения сопротивления проходящему через него току. С увеличением температуры резистивного элемента увеличивается и электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление измеряется в Ом. Затем значение сопротивления можно преобразовать в температуру в зависимости от характеристик элемента. Типичное время отклика для RTD составляет от 0,5 до 5 секунд, что делает их пригодными для приложений, где немедленный отклик не требуется.

Преимущества использования датчиков температуры RTD

RTD используются в различных отраслях промышленности, в том числе; автомобильная промышленность, бытовая техника, морское и промышленное применение. Преимущества использования RTD по сравнению с другими датчиками температуры:

· Высокоточная

· Согласованный

· Предлагаем долгосрочную стабильность

· Высокая повторяемость

· Подходит для экстремальных условий

· Имеют диапазон высоких температур (в зависимости от материала резистивного элемента)

Типы RTD от Variohm

RTD являются частью нашего диапазона температурных продуктов, у нас есть следующие варианты

Платиновые термометры сопротивления — доступны три различных диапазона температур; крио, средний и высокий

Никелевые термометры сопротивления — для приложений с диапазоном температур от -60 ° C до + 200 ° C

Круглые термометры сопротивления со стеклянной проволокой — они хорошо подходят для испытаний и измерений

SMD RTD — для автоматического монтажа в приложениях большого объема

Для получения дополнительной информации о нашем датчике RTD или любом из компонентов, которые мы можем предложить, свяжитесь с нами: 01327 351004 или sales @ variohm.com

THERMISTOR BASICS — длинноволновая электроника

Диапазон температур: Примерный общий диапазон температур, в котором можно использовать датчик определенного типа. В пределах заданного диапазона температур одни датчики работают лучше, чем другие.

Относительная стоимость: Относительная стоимость при сравнении этих датчиков друг с другом. Например, термисторы недороги по сравнению с RTD, отчасти потому, что предпочтительным материалом для RTD является платина.

Постоянная времени: Приблизительное время, необходимое для перехода от одного значения температуры к другому. Это время в секундах, которое требуется термистору для достижения 63,2% разницы температур от начального до окончательного показания.

Стабильность: Способность контроллера поддерживать постоянную температуру на основе обратной связи датчика по температуре.

Чувствительность: Степень реакции на изменение температуры.

Какие формы термисторов доступны?
Термисторы

бывают разных форм — диск, микросхема, бусинка или стержень, и могут быть установлены на поверхности или встроены в систему.Они могут быть залиты эпоксидной смолой, стеклом, обожженным фенолом или окрашены. Наилучшая форма часто зависит от контролируемого материала, например твердого вещества, жидкости или газа.

Например, шариковый термистор идеально подходит для встраивания в устройство, а стержень, диск или цилиндрическая головка лучше всего подходят для оптических поверхностей. Чип термистора обычно устанавливается на печатной плате (PCB). Существует много, много различных форм термисторов, некоторые из них:


Рисунок 3: Типы термисторов

Выберите форму, которая обеспечивает максимальный контакт поверхности с устройством, температура которого отслеживается.Независимо от типа термистора, подключение к контролируемому устройству должно выполняться с помощью пасты с высокой теплопроводностью или эпоксидного клея. Обычно важно, чтобы эта паста или клей не проводили электричество.

Как термистор работает в управляемой системе?

В основном термистор используется для измерения температуры устройства. В системе с контролируемой температурой термистор — это небольшая, но важная часть более крупной системы. Контроллер температуры контролирует температуру термистора.Затем он сообщает нагревателю или охладителю, когда включать или выключать, чтобы поддерживать температуру датчика.

На схеме ниже, иллюстрирующей пример системы, есть три основных компонента, используемых для регулирования температуры устройства: датчик температуры, регулятор температуры и устройство Пельтье (обозначенное здесь как TEC или термоэлектрический охладитель). Головка датчика прикрепляется к охлаждающей пластине, которая должна поддерживать определенную температуру для охлаждения устройства, а провода присоединяются к контроллеру температуры.Контроллер температуры также имеет электронное соединение с устройством Пельтье, которое нагревает и охлаждает целевое устройство. Радиатор прикреплен к устройству Пельтье для отвода тепла.


Рисунок 4: Система с термисторным управлением
Работа датчика температуры заключается в отправке обратной связи по температуре на контроллер температуры. Через датчик проходит небольшой ток, называемый током смещения, который посылается контроллером температуры.Контроллер не может считывать сопротивление, поэтому он должен преобразовывать изменения сопротивления в изменения напряжения, используя источник тока для подачи тока смещения через термистор для создания управляющего напряжения.

Контроллер температуры — это мозг этой операции. Он берет информацию датчика, сравнивает ее с тем, что необходимо охлаждаемому блоку (так называемая уставка), и регулирует ток через устройство Пельтье, чтобы изменить температуру в соответствии с уставкой.

Расположение термистора в системе влияет как на стабильность, так и на точность системы управления.Для лучшей стабильности термистор необходимо разместить как можно ближе к термоэлектрическому или резистивному нагревателю. Для обеспечения максимальной точности термистор должен располагаться рядом с устройством, требующим регулирования температуры. В идеале термистор встроен в устройство, но его также можно прикрепить с помощью теплопроводящей пасты или клея. Даже если устройство встраивается, воздушные зазоры следует устранять с помощью термопасты или клея.

На рисунке ниже показаны два термистора, один из которых подключен непосредственно к устройству, а другой удален или удален от устройства.Если датчик расположен слишком далеко от устройства, время теплового запаздывания значительно снижает точность измерения температуры, а размещение термистора слишком далеко от устройства Пельтье снижает стабильность.


Рисунок 5: Размещение термистора

На следующем рисунке график показывает разницу в показаниях температуры, снятых обоими термисторами. Термистор, прикрепленный к устройству, быстро реагировал на изменение тепловой нагрузки и регистрировал точные температуры.Удаленный термистор тоже среагировал, но не так быстро. Что еще более важно, показания отклоняются чуть более чем на полградуса. Эта разница может быть очень значительной, когда требуются точные температуры.


Рисунок 6: График отклика положения термистора

После выбора размещения датчика необходимо настроить остальную часть системы. Это включает определение сопротивления базового термистора, тока смещения для датчика и заданной температуры нагрузки на контроллере температуры.

Какое сопротивление термистора и ток смещения следует использовать?
Термисторы

классифицируются по величине сопротивления, измеренной при комнатной температуре, которая считается 25 ° C. Устройство, температуру которого необходимо поддерживать, имеет определенные технические характеристики для оптимального использования, определенные производителем. Их необходимо определить перед выбором датчика. Поэтому важно знать следующее:

Каковы максимальная и минимальная температура устройства?
Термисторы идеально подходят для измерения температуры в одной точке, которая находится в пределах 50 ° C от окружающей среды.Если температура слишком высокая или низкая, термистор не будет работать. Хотя есть исключения, большинство термисторов лучше всего работают в диапазоне от -55 ° C до + 114 ° C.

Поскольку термисторы являются нелинейными, что означает, что зависимости температуры от сопротивления отображаются на графике в виде кривой, а не прямой линии, очень высокие или очень низкие температуры не регистрируются правильно. Например, при очень небольших изменениях очень высоких температур будут регистрироваться незначительные изменения сопротивления, что не приведет к точным изменениям напряжения.

Каков оптимальный диапазон термисторов?
В зависимости от тока смещения от контроллера каждый термистор имеет оптимальный полезный диапазон, то есть диапазон температур, в котором точно регистрируются небольшие изменения температуры.

В таблице ниже показаны наиболее эффективные диапазоны температур для термисторов с длиной волны при двух наиболее распространенных токах смещения.


Рисунок 7: Таблица выбора термистора

Лучше всего выбирать термистор, где заданная температура находится в середине диапазона.Чувствительность термистора зависит от температуры. Например, термистор может быть более чувствительным при более низких температурах, чем при более высоких температурах, как в случае с термистором 10 кОм TCS10K5 компании Wavelength. С TCS10K5 чувствительность составляет 162 мВ на градус Цельсия в диапазоне от 0 ° C до 1 ° C, и 43 мВ / ° C в диапазоне от 25 ° C до 26 ° C и 14 мВ ° C в диапазоне от 49 ° C до 50 °. С.

Каковы верхний и нижний пределы напряжения на входе датчика терморегулятора?
Пределы напряжения обратной связи датчика с регулятором температуры указываются производителем.В идеале следует выбрать комбинацию термистора и тока смещения, которая обеспечивает напряжение в пределах диапазона, разрешенного регулятором температуры.

Напряжение связано с сопротивлением по закону Ома. Это уравнение используется для определения необходимого тока смещения. Закон Ома гласит, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между двумя точками и для этого тока смещения записывается как:

В = I Смещение x R

Где:
В — напряжение, в вольтах (В)
I BIAS — ток, в амперах или амперах (A)
I BIAS означает, что ток фиксированный
R — сопротивление в Ом (Ом)

Контроллер вырабатывает ток смещения для преобразования сопротивления термистора в измеряемое напряжение.Контроллер будет принимать только определенный диапазон напряжения. Например, если диапазон контроллера составляет от 0 до 5 В, напряжение термистора должно быть не ниже 0,25 В, чтобы электрические шумы нижнего уровня не мешали считыванию, и не выше 5 В для считывания.

Предположим, что используется вышеупомянутый контроллер и термистор 100 кОм, такой как TCS651 от Wavelength, а температура, которую устройство должно поддерживать, составляет 20 ° C. Согласно техническому описанию TCS651, сопротивление составляет 126700 Ом при 20 ° C.Чтобы определить, может ли термистор работать с контроллером, нам нужно знать полезный диапазон токов смещения. Используя закон Ома для определения I BIAS , мы знаем следующее:

V / R = I Смещение

0,25 / 126700 = 2 мкА — нижний предел диапазона
5,0 / 126700 = 39,5 мкА — верхний предел

Да, этот термистор будет работать, если ток смещения регулятора температуры может быть установлен в пределах от 2 мкА до 39,5 мкА.

При выборе термистора и тока смещения лучше всего выбирать такой, при котором развиваемое напряжение находится в середине диапазона.На входе обратной связи контроллера должно подаваться напряжение, которое определяется сопротивлением термистора.

Так как люди легче всего относятся к температуре, сопротивление часто нужно менять на температуру. Наиболее точная модель, используемая для преобразования сопротивления термистора в температуру, называется уравнением Стейнхарта-Харта.

Что такое уравнение Стейнхарта-Харта?

Уравнение Стейнхарта-Харта — это модель, которая была разработана в то время, когда компьютеры не были повсеместными, и большинство математических вычислений выполнялось с использованием логарифмических правил и других математических средств, таких как таблицы трансцендентных функций.Уравнение было разработано как простой метод более простого и точного моделирования температур термисторов.

Уравнение Стейнхарта-Харта:

1 / T = A + B (lnR) + C (lnR) 2 + D (lnR) 3 + E (lnR) 4…

Где:
T — температура в Кельвинах (K, Кельвин = Цельсий + 273,15)
R — сопротивление при T, в Ом (Ом)
A, B, C, D и E — коэффициенты Стейнхарта-Харта, которые меняются в зависимости от типа используемого термистора и диапазона измеряемой температуры.
ln — натуральное бревно, или бревно до основания Нэпиера 2,7 1828

Члены могут продолжаться бесконечно, но, поскольку ошибка настолько мала, уравнение усекается после кубического члена, а квадратный член удаляется, поэтому используется стандартное уравнение Стейнхарта-Харта:

1 / Т = А + В (lnR) + C (lnR) 3

Одно из удовольствий компьютерных программ заключается в том, что уравнения, на решение которых потребовались бы дни, если не недели, выполняются за считанные секунды. Введите «Калькулятор уравнения Стейнхарта-Харта» в любой поисковой системе, и будут возвращены страницы со ссылками на онлайн-калькуляторы.

Как используется уравнение Стейнхарта-Харта?

Это уравнение вычисляет с большей точностью фактическое сопротивление термистора как функцию температуры. Чем более узкий диапазон температур, тем точнее будет расчет сопротивления. Большинство производителей термисторов предоставляют коэффициенты A, B и C для типичного диапазона температур.

Кто такие Стейнхарт и Харт?

Джон С. Стейнхарт и Стэнли Р. Харт впервые разработали и опубликовали уравнение Стейнхарта-Харта в статье под названием «Калибровочные кривые для термисторов» в 1968 году, когда они были исследователями в Вашингтонском институте Карнеги.Стейнхарт стал профессором геологии и геофизики и морских исследований в Университете Висконсин-Мэдисон, а Стэнли Р. Харт стал старшим научным сотрудником океанографического института Вудс-Хоул.

Заключение

Термисторы — это терморезисторы, сопротивление которых изменяется при изменении температуры. Они очень чувствительны и реагируют на очень небольшие изменения температуры. Их лучше всего использовать, когда необходимо поддерживать определенную температуру, а также при мониторинге температуры в пределах 50 ° C от окружающей среды.

Термисторы

, как часть системы контроля температуры, являются лучшим способом измерения и контроля нагрева и охлаждения устройства Пельтье. Их способность регулировать с минутными приращениями обеспечивает максимальную общую стабильность системы. Термисторы могут быть встроены или монтированы на поверхности устройства, требующего контроля температуры. В зависимости от типа они могут измерять жидкости, газы или твердые тела.

Wavelength поставляет различные термисторы с шариковыми и цилиндрическими головками. Чтобы просмотреть текущий выбор, щелкните здесь.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *