Temperatura jest jednym z głównych parametrów fizycznych. Ważne jest, aby mierzyć i kontrolować go zarówno w życiu codziennym, jak i w produkcji. Jest do tego wiele specjalnych urządzeń. Termometr oporowy jest jednym z najpowszechniejszych przyrządów aktywnie wykorzystywanych w nauce i przemyśle. Dzisiaj powiemy Ci, czym jest termometr oporowy, jego zalety i wady, a także zrozumiemy różne modele.
Zawartość
Obszar zastosowań
termometr oporowy to urządzenie przeznaczone do pomiaru temperatury mediów stałych, ciekłych i gazowych. Służy również do pomiaru temperatury materiałów sypkich.
Termometr oporowy znalazł swoje miejsce w produkcji gazu i ropy naftowej, metalurgii, energetyce, mieszkalnictwie i usługach komunalnych oraz wielu innych gałęziach przemysłu.
WAŻNY! Termometry oporowe mogą być stosowane zarówno w środowisku neutralnym, jak i agresywnym. Przyczynia się to do rozpowszechnienia urządzenia w przemyśle chemicznym.
Notatka! Termopary są również używane w przemyśle do pomiaru temperatury, dowiedz się więcej na ich temat od nasz artykuł o termoparach.
Rodzaje czujników i ich charakterystyka
Pomiar temperatury za pomocą termometru rezystancyjnego odbywa się za pomocą jednego lub więcej elementów pomiarowych rezystancji i połączenia przewody, które są bezpiecznie schowane w etui ochronnym.
Klasyfikacja pojazdu odbywa się dokładnie według rodzaju wrażliwego elementu.
Metalowy termometr oporowy według GOST 6651-2009
Według GOST 6651-2009 wyróżniają grupę metalowych termometrów oporowych, czyli TS, których czułym elementem jest mały rezystor wykonany z metalowego drutu lub folii.
Platynowe mierniki temperatury
Platynowe TS są uważane za najczęściej spotykane spośród innych typów, dlatego często są instalowane w celu kontrolowania ważnych parametrów. Zakres pomiaru temperatury leży od -200 °С do 650 °С. Charakterystyka jest zbliżona do funkcji liniowej. Jednym z najczęstszych typów jest Pt100 (Pt - platyna, 100 - oznacza 100 omów przy 0 ° C).
WAŻNY! Główną wadą tego urządzenia jest wysoki koszt wynikający z zastosowania w kompozycji metalu szlachetnego.
Termometry oporowe niklowe
Nikiel TS prawie nigdy nie jest używany w produkcji ze względu na wąski zakres temperatur (od -60 °С do 180 °С) i trudności eksploatacyjne, należy jednak zauważyć, że mają najwyższy współczynnik temperaturowy 0,00617 °C-1.
Wcześniej takie czujniki były stosowane w przemyśle stoczniowym, teraz w tej branży zostały zastąpione pojazdami platynowymi.
Czujniki miedziane (TCM)
Wydawać by się mogło, że zakres zastosowania czujników miedzianych jest jeszcze węższy niż niklowych (tylko od -50 °С do 170 °С), ale mimo to są bardziej popularnym typem pojazdu.
Sekret tkwi w taniości urządzenia. Miedziane elementy pomiarowe są proste i bezpretensjonalne w użyciu, a także doskonale nadają się do pomiaru niskich temperatur lub powiązanych parametrów, takich jak temperatura powietrza w sklepie.
Żywotność takiego urządzenia jest jednak krótka, a średni koszt miedzianego TS nie jest zbyt drogi (około tysiąca rubli).
Termistory
Termistory to termometry oporowe, których element pomiarowy jest wykonany z półprzewodnika. Może to być tlenek, halogenek lub inne substancje o właściwościach amfoterycznych.
Zaletą tego urządzenia jest nie tylko wysoki współczynnik temperaturowy, ale również możliwość nadania dowolnego kształtu przyszłemu produktowi (od cienkiej rurki do urządzenia o długości kilku mikronów). Z reguły termistory są przeznaczone do pomiaru temperatury od -100 °С do +200 °С.
Istnieją dwa rodzaje termistorów:
- termistory - mieć ujemny współczynnik temperaturowy oporu, to znaczy wraz ze wzrostem temperatury opór maleje;
- pozystory - mieć dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji, to znaczy, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta również rezystancja.
Tabele kalibracyjne termometrów rezystancyjnych
Tabele z podziałkami to siatka zbiorcza, dzięki której można łatwo określić, w jakiej temperaturze termometr będzie miał określoną rezystancję. Takie tabele pomagają pracownikom oprzyrządowania ocenić wartość zmierzonej temperatury zgodnie z określoną wartością rezystancji.
W tej tabeli znajdują się specjalne oznaczenia pojazdów. Możesz je zobaczyć w górnej linii. Liczba oznacza wartość rezystancji czujnika w temperaturze 0°C, a litera to metal, z którego jest wykonany.
Aby oznaczyć metal, użyj:
- P lub Pt - platyna;
- M - miedź;
- N - Nikiel.
Na przykład 50M to miedziany RTD, o rezystancji 50 omów w temperaturze 0 ° C.
Poniżej fragment tabeli kalibracyjnej termometrów.
| 50M (om) | 100M (omów) | 50P (Ohm) | 100P (omów) | 500P (omów) | |
|---|---|---|---|---|---|
| -50°C | 39.3 | 78.6 | 40.01 | 80.01 | 401.57 |
| 0 °C | 50 | 100 | 50 | 100 | 500 |
| 50°C | 60.7 | 121.4 | 59.7 | 119.4 | 1193.95 |
| 100°С | 71.4 | 142.8 | 69.25 | 138.5 | 1385 |
| 150 °С | 82.1 | 164.2 | 78.66 | 157.31 | 1573.15 |
Klasa tolerancji
Klasy tolerancji nie należy mylić z pojęciem klasy dokładności. Za pomocą termometru nie mierzymy bezpośrednio i oglądamy wynik pomiaru, ale przekazujemy do barier lub urządzeń wtórnych wartość rezystancji odpowiadającą rzeczywistej temperaturze. Dlatego wprowadzono nową koncepcję.
Klasa tolerancji to różnica między rzeczywistą temperaturą ciała a temperaturą uzyskaną podczas pomiaru.
Istnieją 4 klasy dokładności TS (od najdokładniejszych do urządzeń z większym błędem):
- AA;
- ALE;
- B;
- Z.
Oto fragment tabeli klas tolerancji, pełną wersję można zobaczyć w GOST 6651-2009.
| Klasa dokładności | Tolerancja, °С | Zakres temperatur, °С | ||
|---|---|---|---|---|
| Miedź TS | Platynowe TS | Nikiel TS | ||
| AA | ±(0,1 + 0,0017 |t|) | - | od -50 °С do +250 °С | - |
| ALE | ±(0,15+0,002 |t|) | od -50 °С do +120 °С | od -100 °С do +450 °С | - |
| W | ±(0,3 + 0,005 |t|) | od -50 °С do +200 °С | od -195 °С do +650 °С | - |
| Z | ±(0,6 + 0,01 |t|) | od -180 °С do +200 °С | od -195 °С do +650 °С | -60 °С do +180 °С |
Diagram połączeń
Aby poznać wartość rezystancji, należy ją zmierzyć. Można to zrobić poprzez włączenie go do obwodu pomiarowego. W tym celu stosuje się 3 rodzaje obwodów, które różnią się liczbą przewodów i osiągniętą dokładnością pomiaru:
- Obwód 2-przewodowy. Zawiera minimalną liczbę przewodów, co oznacza, że jest najtańszą opcją. Jednak przy wyborze tego schematu nie będzie możliwe osiągnięcie optymalnej dokładności pomiaru - rezystancja użytych przewodów zostanie dodana do rezystancji termometru, co wprowadzi błąd zależny od długości przewodów. W przemyśle taki schemat jest rzadko używany. Wykorzystywany jest tylko do pomiarów, w których szczególna dokładność nie jest istotna, a czujnik znajduje się w bliskiej odległości od przetwornika wtórnego. 2-przewodowy pokazane na lewym obrazku.
- Obwód 3-przewodowy. W przeciwieństwie do poprzedniej wersji dodawany jest tutaj dodatkowy przewód, na krótko połączony z jednym z pozostałych dwóch pomiarowych. Jego głównym celem jest: możliwość uzyskania rezystancji podłączonych przewodów i odejmij tę wartość (kompensować) od wartości mierzonej z czujnika. Urządzenie wtórne oprócz pomiaru głównego mierzy dodatkowo rezystancję pomiędzy zwartymi przewodami, uzyskując w ten sposób wartość rezystancji przewodów łączących czujnik z barierą lub wtórnie. Ponieważ przewody są zamknięte, wartość ta powinna wynosić zero, ale w rzeczywistości ze względu na dużą długość przewodów wartość ta może osiągnąć kilka omów.Ponadto błąd ten jest odejmowany od zmierzonej wartości, uzyskując dokładniejsze odczyty dzięki kompensacji rezystancji przewodów. Takie połączenie jest stosowane w większości przypadków, ponieważ jest kompromisem między wymaganą dokładnością a akceptowalną ceną. 3-przewodowy przedstawiony na centralnej figurze.
- Obwód 4-przewodowy. Cel jest taki sam, jak w przypadku użycia obwodu trójprzewodowego, ale kompensacja błędu jest na obu przewodach pomiarowych. W obwodzie trójprzewodowym zakłada się, że wartość rezystancji obu przewodów pomiarowych jest taka sama, ale w rzeczywistości może się nieznacznie różnić. Dodając kolejny czwarty przewód w obwodzie czteroprzewodowym (zwarty do drugiego przewodu pomiarowego), można osobno uzyskać jego wartość rezystancji i prawie całkowicie skompensować wszystkie rezystancje przewodów. Jednak obwód ten jest droższy, ponieważ wymagany jest czwarty przewodnik, dlatego jest wdrażany albo w przedsiębiorstwach z wystarczającym finansowaniem, albo w pomiarach parametrów, gdzie potrzebna jest większa dokładność. Schemat podłączenia 4-przewodowego widać na prawym zdjęciu.
Notatka! Dla czujnika Pt1000, już w temperaturze zera stopni, rezystancja wynosi 1000 omów. Widać je np. na rurze parowej, gdzie mierzona temperatura wynosi 100-160°C, co odpowiada około 1400-1600 omów. Rezystancja przewodów, w zależności od długości, wynosi około 3-4 omów, tj. praktycznie nie wpływają na błąd i nie ma większego sensu stosowanie trzy- lub czteroprzewodowego schematu połączeń.
Zalety i wady termometrów oporowych
Jak każdy instrument, zastosowanie termometrów oporowych ma szereg zalet i wad. Rozważmy je.
Zalety:
- charakterystyka prawie liniowa;
- pomiary są dość dokładne (błąd nie większy niż 1°С);
- niektóre modele są tanie i łatwe w użyciu;
- wymienność urządzeń;
- stabilność pracy.
Wady:
- mały zakres pomiarowy;
- raczej niska graniczna temperatura pomiarów;
- konieczność stosowania specjalnych schematów połączeń w celu zwiększenia dokładności, co zwiększa koszt wdrożenia.
Termometr oporowy jest powszechnym urządzeniem w prawie wszystkich gałęziach przemysłu. Za pomocą tego urządzenia wygodnie jest mierzyć niskie temperatury bez obawy o dokładność uzyskanych danych. Termometr nie jest bardzo wytrzymały, jednak rozsądna cena i łatwość wymiany czujnika kryją tę drobną wadę.
Podobne artykuły:
