Какие градуировки относятся к термометрам сопротивления

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Термометры сопротивления градуировок 21 и 23 работают с усилителем типа УТ-ТС. Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве металлов и их сплавов менять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры.  [1]

Термометры сопротивления градуировки 20 имеют сопротивление при 0 С, равное 10 Ом. Сопротивление термометров градуировки 21 при 0 С — 46 Ом.  [2]

При применении высокоомных термометров сопротивления градуировок 22 и 24 ( г0100 Ом) влияние ошибок вследствие неточной подгонки сопротивления линии уменьшается. Если в комплекте со вторичным прибором работает терморезистор, имеющий сопротивление 103 и более Ом, то влиянием сопротивления линии можно пренебречь, и не производить подгонку линии.  [3]

Вариант 36 в комплекте с термометрами сопротивления градуировки 23 контролирует температуру по каналам больше нормы и меньше нормы от — 10 до 40 С по обоим пределам.  [4]

Согласно ГОСТ 6651 — 59, термометры сопротивления градуировок 2а, Па и 12а с 1961 г. заменяются.  [6]

В последнее время для контроля температуры подшипников насосных агрегатов устанавливают термометры сопротивления ТСМ градуировки 23 в комплекте с сигнализаторами температуры типа СТ-136М.  [7]

Шкала автоматического моста в градусах температуры может быть использована для термометров сопротивления определенной градуировки при определенном значении сопротивления соединительных проводов. Соединение термометра с автоматическим уравновешенным мостом осуществляется по трехпроводной схеме.  [9]

С целью уменьшения погрешности измерения из-за температурных колебаний сопротивления подводящих проводников используются термометры сопротивления градуировки 22 ( бывш. С той же целью при соединении термометров сопротивления со вторичным прибором применяется трехпроводная схема.  [10]

Показывающий профильный логометр типа ЛПр-53Д с удвоенной шкалой предназначен для измерения температуры в комплекте с термометрами сопротивления градуировки 12а и имеет пределы показаний от — 200 до — 50 С и от — 100 до 50 С.  [11]

Показывающий профильный логометр типа ЛПр-53Д с удвоенной шкалой предназначен для измерения температуры в комплекте с термометрами сопротивления градуировки 12а и имеет пределы показаний от — 200 до — 50 С и от — 100 до 50 С.  [12]

Показывающий профильный логометр типа ЛПр-53Д с удвоенной шкалой предназначен для измерения температуры в комплекте с термометрами сопротивления градуировки 12а и имеет пределы показаний от — 200 до — 50Э С и от — 100 до 50 С.  [13]

Логометр профильный ЛПР-54 ( рис. 32) предназначен для измерения температур в комплекте, г. безындукционными термометрами сопротивления градуировок 21, 22 и 23 во взрывоопасных помещениях класса В-1 и В-1 А, имеющих ацетилено-воздушную среду.  [14]

Малогабаритные мосты служат для измерения и записи температуры в 1, 2, 3 или 12 точках при работе в комплекте с термометрами сопротивления градуировок 2а и Па и выпускаются как постоянного, так и переменного тока.  [15]

Стандартные градуировки термометров сопротивления

Условия эксплуатации технических термометров сопро­тивления требуют, чтобы при замене одного термометра другим была обеспечена взаимозаменяемость, т. е. при данной температуре сопротивление чувствительных эле­ментов термометров должно быть одинаковым в пределах установленной допустимой погрешности. Взаимозаменяе­мость достигается введением так называемой стандартной градуировки, при которой все термометры одной градуи­ровки имеют одинаковое сопротивление R₀ при 0°С и оди­наковое значение ТКС (или отношение R100/R₀). Целесообраз­ность применения термометров со стандартной градуиров­кой состоит в том, что вторичные электроизмерительные приборы (логометры и автоматические мосты), в комплек­те с которыми применяются термометры сопротивления, могут быть проградуированы без предварительных вычи­слений и экспериментов, что обеспечивает взаимозаменя­емость как самих термометров, так и вторичных измери­тельных приборов.

В табл. 7.2 представлены стандартные градуировки тех­нических термометров, действующие в настоящее время, а в таблице 7.3. – классы точности термометров сопротивления.

Отличие свойств термометров сопротивления в зависимости чувствительных материалов

Термометр сопротивления, принцип действия которого состоит в замере инструментом сопротивления нагревательного элемента прибора, является устройством, замеряющим температуру.

Нагревательный компонент термометра создан в виде особого резистора из чувствительной пленки или металлического стержня, реагирующих на малейшее изменение температуры. Металлический элемент смонтирован на прочный корпус, созданный из фарфора или кварца и помещенный в защитную колбу, которая может быть из металла или стекла.

Термометр сопротивления ТСП

Стандартные термометры для замеряющего элемента используют платину, так как она меньше окисляется и точно выдает показания температуры. Но чаще всего применяются более дешевые ТС — из меди и никеля. У этих устройств много преимуществ, они могут замерять большой диапазон различных температур, четко улавливая колебания в ту или иную сторону.

Термометр сопротивления обладает устойчивостью к вибрациям, что разрешает их установку в сейсмических зонах. Эти термометры производятся разнообразных размеров — от самых малых до больших. Потому их используют в различных ситуациях на любых объектах.

Несмотря на все положительные моменты применения устройства, его высокую надежность и практичность, имеются и свои минусы. Надо учесть, приобретая термометр сопротивления — подключение и установка должны производится в 3-х или 4-проводной электрической системе. Если использовать меньше проводов, то показания температуры будут иметь погрешность. Еще одним недостатком прибора считается трудоемкий процесс подбора особенного типа глазури для герметической защиты датчика. При неправильном выборе смазки, когда произойдет резкий скачок температуры, корпус термометра может лопнуть.

Виды термометров сопротивления, способы классификации

В метрологии существуют следующие системы разделения термометров сопротивления: согласно технологии, по которой они производятся, и согласно присвоенной им классности. Классы точности (допускные) устанавливаются ГОСТ 6651-2009: AA, A, B, C для цельных агрегатов; классы W, F для термочувствительных комплектующих пленочного и проволочного типов.

Класс допуска демонстрирует допустимый диапазон погрешностей температуры, отображаемой датчиком. Материалам изготовления термометров сопротивления обычно выбираются на основе требуемого температурного диапазона, необходимой чувствительности, химической и магнитной инертности.

Для того, чтобы не оставлять белых пятен в этом вопросе, поясним и материальную классификацию термопар, при эксплуатации технологическое предпочтение отдается следующим видам сплавов в термоизмерителях типа «термопары»:

Устройство из платины

Рекомендуемый рабочий диапазон: от -200 до +600 градусов. Некоторые модели могут использоваться в диапазоне -260…+1000 0С. Такие ТС характеризуются высокоточными и стабильными показаниями температуры, широким диапазоном замера и высоким удельным сопротивлением.

Термометр сопротивления платиновый массово применяют в промышленном секторе всех стран, благодаря его высоким показателям и надежности. В некоторых государствах Западной Европы чувствительный элемент термометра изготавливают из специальной пленочной подложки, сверху покрытой платиновым напылением.

Стандартные градуировки термометров сопротивления

Лабораторная работа №8

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ

Цель работы: Ознакомление с устройством и рабо­той первичных измерительных пре­образователей электрических тер­мометров сопротивления, снятие ха­рактеристик металлических и полу­проводниковых терморезисторов.

Инструмент и принадлежности к работе

2. Контрольный жидкостный термометр расширения.

3. Мост постоянного тока одинарный.

4. Градуируемые металлический и полупроводниковый терморезисторы.

Основные положения

Термометры сопротивления (терморезисторы) в насто­ящее время широко применяются для измерения темпера­туры в диапазоне от —200 °С до +650°С. Они относятся к одним из наиболее точных преобразователей температу­ры. Например, платиновые терморезисторы позволяют из­мерять температуру с погрешностью порядка 0,001 °С. Ра­бота их основана на свойстве металлических и полупро­водниковых материалов изменять электросопротивление с изменением их температуры. Величина, характеризующая изменение сопротивления материалов в зависимости от температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), который определяется по формуле:

где — ТКС, К-1 (или ºСˉ¹); R0

и
R
t — электросопротивление при температуре соответственно 0 и t°C, Ом.

Металлические термометры сопротивления

Конструктивно металлический термо­метр сопротивления представляет собой чувствительный элемент из проволоки 1, бифилярно намотанной на кар­кас 2 из изоляционного материала (рисунок 7.1). Проволока токопроводящими пpoводами присоединена к зажимам 3 головки термометра. Чувствительный элемент помещен в защитный чехол 4, предохраняющий его от прямого контак­та со средой, температуру которой из­меряют.

Рисунок 7.1. – Металлический термометр сопротивления

Материал, из которого изготавливают чувствительный элемент, должен быть химически инерт­ным, не изменять своих физических свойств при нагреве и не окисляться при взаимодействии с окружающей средой, ТКС должен быть по возможности устойчивым и высоким. Свойства материала должны быть легко воспроизводимы от партии к партии. Сопротивление должно быть связано с тем­пературой простой зависимостью (предпочтительно линей­ной). В целях уменьшения габаритов чувствительного эле­мента желательно, чтобы удельное сопротивление было вы­соким. Таким условиям отвечает платина, медь и в меньшей степени никель и железо. Некоторые характеристики ме­таллов, применяемых для изготовления терморезисторов, приведены в табл. 7.1.

Материал	ТКС в диапазоне 0—100°С	Удельное сопротивление при 20°С,	Температура плавления, °С
Платина Медь Никель	0,0039 0,00426 0,0063	0,105 0,017 0,08	1773 1083 1455

Соединительные провода изготавливают из материа­лов, которые обладают достаточной химической стойко­стью и развивают незначительную термоэдс в паре с ма­териалом чувствительного элемента. Для платиновых чув­ствительных элементов провода изготавливают из сереб­ра, для медных — из меди.

Защитный чехол (арматура) — должен быть выполнен из жароустойчивого и достаточно прочного материала. Кроме того, материал должен быть химически стойким при нагревании, чтобы не загрязнять чувствительный элемент. Чаще всего чехол делают из коррозионностойких и жаро­прочных сталей, например Х18Н9Т, иногда (для лабора­торных термометров) из стекла, фарфора или кварца.

В зависимости от назначения металлические термомет­ры сопротивления подразделяются на эталонные, образ­цовые и рабочие. Последние в свою очередь подразделя­ются на лабораторные и технические.

Чувствительные элементы эталонных, образцовых и в большинстве случаев лабораторных термометров сопро­тивления изготавливают из платиновой проволоки. Техни­ческие приборы имеют чувствительные элементы, изготов­ленные из платины, меди и реже никеля.

Основными характеристиками чувствительных элемен­тов термометров сопротивления являются чувствитель­ность, взаимозаменяемость термоэлектрических свойств и инерционность. Эти характеристики в некоторой мере за­висят от сопротивления чувствительного элемента, которое принято характеризовать при 0°С (Ro). При проволоке оди­накового диаметра размеры, инерционность и стоимость чувствительного элемента будут тем меньше, чем меньше его сопротивление R0. Однако в этом случае необходимо применять более чувствительные и сложные вторичные приборы. Увеличение сопротивления R0 чувствительного элемента упрощает работу с термометром, так как позво­ляет применять более простые вторичные приборы.

В нашей стране серийно выпускались платиновые (ТСП) и медные (ТСМ) технические термометры сопро­тивления. Тер­мометры ТСП предназначены для измерения температуры в интервале от -200 до +1200°С, а ТСМ — от -50 до +180°С.

Номенклатура выпускаемых термометров сопротивле­ния очень широка. В зависимости от назначения и конст­рукции они подразделяются по многим признакам, в том числе: по точности — на термометры классов I, II, III; по инерционности — с малой инерционностью (постоянная времени т. менее 9 с), средней инерционностью (т<80 с), большой инерционностью (т до 4 мин) и ненормирован­ной инерционностью; по количеству чувствительных эле­ментов — на одинарные и двойные.

Конструктивно термометры сопротивления обычно вы­полнены из платиновой (диаметром 0,05—0,07 мм) или медной изолированной (диаметром 0,1 мм) проволоки, на­мотанной на каркас в виде пластинки из слюды или, у медных термометров, на цилиндрический пластмассовый каркас, покрытый глифталевым лаком. К обоим концам платиновой или медной проволоки приваривают или при­паивают подводящие провода диаметром 1 мм, соединяю­щие чувствительный элемент с зажимами на головке тер­мометра, с помощью которых последний подключают к измерительной аппаратуре. Подводящие провода изолиру­ют друг от друга фарфоровыми бусами или трубками и асбестовым шнуром. Чувствительный элемент вместе с подводящими проводами помещают в тонкостенную ме­таллическую трубку. Если термометр предназначен для работы при низких температурах, то эта трубка в целях предупреждения конденсации влаги и замыкания витков чувствительного элемента герметизируется (например, за­ливается парафином).

Для уменьшения тепловой инерционности выпускают термометры сопротивления, у которых элемент, собранный на пластинке из слюды, закрыт с двух сторон слюдяными пластинками и зажат в трубке между двумя упругими элементами —S-образной формы из красной меди или алюминия. Они улучшают теплопередачу от трубки к чув­ствительному элементу.

Термометр помещают в защитную арматуру, которая состоит из трубки-чехла с резьбовым штуцером.

Стандартные градуировки термометров сопротивления

Условия эксплуатации технических термометров сопро­тивления требуют, чтобы при замене одного термометра другим была обеспечена взаимозаменяемость, т. е. при данной температуре сопротивление чувствительных эле­ментов термометров должно быть одинаковым в пределах установленной допустимой погрешности. Взаимозаменяе­мость достигается введением так называемой стандартной градуировки, при которой все термометры одной градуи­ровки имеют одинаковое сопротивление R0 при 0°С и оди­наковое значение ТКС (или отношение R100/R0). Целесообраз­ность применения термометров со стандартной градуиров­кой состоит в том, что вторичные электроизмерительные приборы (логометры и автоматические мосты), в комплек­те с которыми применяются термометры сопротивления, могут быть проградуированы без предварительных вычи­слений и экспериментов, что обеспечивает взаимозаменя­емость как самих термометров, так и вторичных измери­тельных приборов.

В табл. 7.2 представлены стандартные градуировки тех­нических термометров, действующие в настоящее время, а в таблице 7.3. – классы точности термометров сопротивления.

Тип термометра	Номинальное сопротивление при 0°С,Ом	Обозначение градуировочной характеристики	Диапазон температур
ТСП	1 5 10 (46) 50 100 500	1П 5П 10П (гр.21) 50П 100П 500П	-50…+1100 -100…+1100 -200…+1000 -260…+1000 -260…+1000 -260…+1000 -260…+300
ТСМ	10 50 (53) 100	10М 50М (гр.23) 100М	-50…+200 -50…+200 -50…+180 -200…+200

Тип термометра	Класс точности	Погрешность ∆R/R0,%
ТСП	I II III IV V	±0,05 ±0,1 ±0,2 ±0,4 ±0,8
ТСМ	I II III IV V	— ±0,1 ±0,2 ±0,5 ±1,0

Сопротивление металлического термометра в интервале температур от -50 до +180°С выражается зависимостью:

В соответствии с ГОСТ 6651-59 сопротивление выпускаемых в СССР технических платиновых термометров (ТСП) соответствует градуировкам гр. 20, гр. 21 и гр. 22. В зависимости от градуировки платиновые термометры имеют различное сопротивление при 0°С. Так, при градуировке по гр. 20 сопротивление термометра при 0°С R0

=10 Ом, по градуировке гр. 21
R0
=41 Ом, по градуировке гр. 22
R0
=100 Ом. Допустимые отклонения величины
R0
для термометров класса 1 ±0,1%, для термометров класса 2 ±0,1%.

В интервале температур 0 – 650°С сопротивление технических платиновых термометров выражается зависимостью:

а в интервале от -200 до 0°С формулой:

— сопротивление термометра при t ;
R0
– сопротивление термометра при 0°С; — температурный коэффициент сопротивления; 1/град; 1/град2; 1/град4 – постоянные коэффициенты.

Из уравнений (7.3) и (7.4) видно, что характеристики платиновых термометров сопротивления нелинейны, однако отклонение от линейной характеристики не превышает 5% в интервале от 0 до +500°С и 19% в интервале от 0 до +200°С.

Термометр из никеля

Специалисты советуют использовать этот термометр сопротивления в диапазоне -60…+180 градусов.

Устройство характеризуется высоким температурным коэффициентом с максимально допустимым термическим показателем в 350 0С. Если эту температурную точку превысить, то может произойти нарушение всей структуры термометра и он придет в негодность.

Этот прибор применяют реже, чем платиновый, из-за их невысоких показателей. В недавнем прошлом его часто использовали на кораблях в системах контроля.

Особенности конструкции устройств

Самый распространенный конструкторский вариант имеет термометр в виде «свободной от напряжения спирали», который производится многими отечественными компаниями. Разница в моделях этого типа заключается в различных размерах используемых деталей и применении разнообразных материалов, использующихся при герметизации чувствительного компонента. Для различных температур необходимо использовать свой тип глазури. Этот тип ТС распространен не только в нашей стране, но и заграницей. Схема термометра сопротивления этого распространенного вида показана ниже.

Второй вид ТС менее популярен из-за своей дороговизны. Он называется на языке специалистов «полой конструкцией». Такой термометр можно найти на важных государственных предприятиях или объектах атомной и оборонной промышленности. Полый тип чувствительного элемента обладает высокой надежностью и стабильностью в работе.

Третий вид ТС – пленочные контрольные элементы. На керамическую основу наносят тонкий слой платины. Такой тип устройства широко распространен за рубежом. Этот термометр сопротивления дешевле предыдущих приборов и практичен, так как имеет меньшие размер и вес. Однако есть и свой минус – низкие стабильность и устойчивость к изменениям окружающей среды и резким перепадам температуры.

Четвертый вариант – платиновый стержень, покрытый массой из стекла. Такой ТС получается дорогим, но зато обеспечивается полная герметизация чувственного компонента и повышается устойчивость к влаге. Но у этого термометра низкий диапазон замера температур.

Состояние отрасли

Сегодня Россия — одна из наиболее солидных промышленных держав и тот редкий случай, когда государство отмечено способностью к организации конкурентноспособного производства промышленных товаров практически любого типа: российская инженерная школа является одной из сильнейших в мире. Российская промышленность объединяет в себе большое количество отраслевых компаний. Согласно данным Росстата на 2016 год доля промышленности в ВВП Российской Федерации составляла 26,2%, более половины её относится к обрабатывающим производствам.

Россия находится на четвёртом месте в мире по объёму промышленного производства, оставляя впереди лишь Китай, США и Индию, на основании чего можно сделать вывод, что сектор производства в нашей стране развивается успешно.

Эволюция экономики обусловлена, в первую очередь, достигнутым технологическим прорывом в автоматизации и замещении человеческого труда машинным: высокого качества экспортируемой продукции добиваются благодаря всестороннему контролю на всех этапах, для чего, в свою очередь, были разработаны метрические показатели и контрольно-измерительные приборы – в этой статье мы рассмотрим термические измерители, непосредственно виды термометров сопротивления. Ранее на рынке господствовали немецкие производители — термопреобразователи сопротивления брендов Jumo и Siemens, однако благодаря эффективному импортозамещению положение меняется в пользу внутренних сил. Исключением не является и НПК “Приборист”, чьи позиции в отечественной промышленности сегодня динамично разрастаются и крепнут.

Создание термометров

Лучший способ сборки термометров сопротивления – использовать обыкновенную сварку. Такой метод разрешает минимизировать загрязнение элементов устройства различными металлами. Ведь внутренние компоненты прибора состоят из меди, никеля и их соединений. Термометр сопротивления, работая с разными температурными режимами, может иметь внешний корпус из других металлов. Так, при пониженной или комнатной температуре хорошо подходит корпус из латуни или обыкновенной стали. Большая стойкость к коррозии замечена у никеля.

Вывод

По мнению ведущих отечественных и иностранных специалистов, точность работы и надежность термометров сопротивления с каждым годом растет. Если необходим температурный датчик высокой надежности и долгой работоспособности для температур диапазоном от 200 0С до 600 0С, то лучше, чем платиновый термометр, найти что-либо тяжело. Эти устройства могут служить многие годы без замены чувствительного элемента.

И пускай такой термометр стоит недешево, зато качество его работы, точность показаний и надежность находятся на высоком уровне, что положительно оценили не только наши промышленники, но и специалисты ведущих зарубежных компаний.

Большинство случаев выхода из строя современных датчиков сопротивления связано не со сборкой устройства, а с их неправильным креплением на измерительном объекте и ошибочным подключением к электрической сети. Также следует при эксплуатации прибора придерживаться рекомендованных рабочих температур, иначе с каждым «перебором» точность показаний начнет идти все с большей погрешностью.

ТС термометр (термопреобразователь) сопротивления медный и платиновый

Термометром сопротивления называют измерительный прибор, работающий в широком температурном диапазоне в различных промышленных условиях. Дополнительные названия устройства – термопреобразователь сопротивления и терморезистор.

Основными достоинствами термометра сопротивления являются повышенная стабильность, близость характеристики к линейной зависимости и высокая взаимозаменяемость.

Среди его недостатков можно отметить необходимость применения трехпроводной или четырехпроводной схемы включения для точности измеряемых показателей.

Принцип действия измерительного устройства

Действие термопреобразователя основывается на свойстве различных материалов изменять свое электрическое сопротивление при разных температурных условиях – этот параметр называется температурным коэффициентом электрического сопротивления.

Измененная температура влечет за собой смену теплового колебания кристаллической решетки металла и изменение электрического сопротивления сенсора. Таким образом, чем выше температура чувствительного сенсора, тем значительнее колебания кристаллической решетки, и тем выше уровень электрического сопротивления.

Как вторичный температурный датчик, термоперобразователь нуждается в тщательной калибровке перед началом измерительного процесса. Это выполняется с помощью замеров сопротивления в реперных точках и последующем выстраивании временной зависимости от сопротивления. Сам термопреобразователь, при этом, должен приобрести температурный показатель, аналогичный среде измерения.

На точность показателей могут повлиять наличие примеси в металлах сенсора и возможные дефекты конструкции. Их неоднородная структура способна изменить сопротивление и скорость выхода на стационарные показатели для определенной температуры.

Для правильного измерения температур важно обеспечить грамотный тепловой контакт с измеряемым объектом.

Габариты сенсора должны находиться на минимально необходимом уровне, что исключит вероятность увеличения срока замера и позволит зафиксировать быстроизменяющиеся процессы.

Устройство термопреобразователя

Конструкция данного прибора состоит термочувствительного элемента (одного или нескольких) и внутренних соединительных проводов, которые находятся в защитном корпусе герметичного типа, и дополненных внешними выводами для подключения к прибору измерения.

Чувствительным элементом устройства является резистор, изготовленный из металлической проволоки или пленки, и имеющий выводы для подключения соединительных проводов.

Металлический тип термопреобразователей

Эти устройства предназначены для проведения замеров в широком температурном интервале (конкретный диапазон зависит от вида металла). Чаще всего этот прибор представляет собой расположенную в изолированном корпусе проволоку сечением до 0,1мм определенной длины. Среди этих термометров сопротивления наиболее часто встречаются устройства из платины, никеля и меди.

Для платиновых термопреобразователей характерна высокая стабильность и точность показаний. Этот прибор демонстрирует высокое удельное сопротивление и способен проводить замеры в самом широком диапазоне температур. Платиновый термопреобразователь получил наибольшую распространенность в промышленных областях разных стран мира.

Измерительный прибор из никеля имеет самый высокий коэффициент температуры и самый большой выходной сигнал сопротивления. Минус устройства – при превышении точки Кюри (352°С) возможно возникновение непредсказуемого гистерезиса характеристик. Некоторое время назад практиковалась установка подобных терморезисторов в кораблестроении совместно с самописцами. Сейчас данный тип приборов распространен, но все же меньше, чем платиновые устройства.

Медные термопреобразователи обладают наиболее линейной характеристикой при ограниченном температурном диапазоне. За счет низкого удельного сопротивления в этом типе устройств необходимо устанавливать проволоку увеличенной длины. Сфера применения данных приборов: электростанции, электрогенераторы и т.д.

Конструкция

Обычные чувствительные элементы RTD, изготовленные из платины, меди или никеля, имеют повторяемое соотношение сопротивления к температуре (R против T) и диапазон рабочих температур. Отношение Rs к T определяется как величина изменения сопротивления датчика на градус преобразования температуры. Относительное изменение сопротивления (температурный коэффициент сопротивления) изменяется незначительно в пределах полезного диапазона датчика.

Платина была предложена сэром Уильямом Сименсом в качестве элемента для резистивного температурного детектора на лекции Бейкера в 1871 году: это благородный металл и имеет наиболее стабильное соотношение сопротивление-температура в наибольшем диапазоне температур.

Никелевые элементы имеют ограниченный температурный диапазон, потому что величина изменения сопротивления на градус преобразования температуры становится очень нелинейной при температурах выше 300 ° C (572 ° F). Медь имеет очень линейное отношение сопротивления к температуре, однако она окисляется при умеренных температурах и не может использоваться при нагреве выше 150 ° C (302 ° F).

Угольные термометры

Большинство характеристик данного устройства схожи со свойствами полупроводниковых термометров. В основе изготовления угольных термометров лежит принцип спекания крошечных частиц угля промышленным способом при высоких показателях давления. Подобная технология и низкая себестоимость материалов делают угольные термометры доступными по цене. Тем не менее, главный недостаток приборов – низкая стабильность – обуславливает необходимость их постоянной калибровки или проведения регулярных проверок стабильности. Также к минусам прибора можно отнести установку температурного равновесия в самом устройстве.

Платиновые термометры сопротивления

Среди всех разновидностей терморезисторов самыми востребованными считаются платиновые устройства. Во-первых, из-за высокого температурного коэффициента сопротивления, делающим эксплуатацию данных приборов предельно простой. Во-вторых, из-за низкой окисляемости металла, обеспечивающей длительный срок службы сенсоров.

Кроме того, погрешность в показаниях именно у платиновых резисторах минимальна, что сделало их оптимальным вариантом для проверки других типов датчиков. Однако на практике эталонные термометры (используемые для калибровки) приходится изготавливать из платины максимальной чистоты и с определенным коэффициентом температуры, за счет чего стоимость эталонных приборов в десятки раз превышает стоимость промышленных платиновых термометров сопротивления. Также эталонные термометры крайне чувствительны к механическим воздействиям, тряске, вибрациям и могут выйти из строя при тепловом ударе.

Разновидности платиновых терморезисторов зависят от использованного в устройстве типа чувствительного элемента.

Технические характеристики термопреобразователей ТС-ТСМ/ТСП-хх5

Номинальная статическая характеристика — НСХ * функция R(t): 50Ом, 100Ом, 500Ом, 1000Ом:	медные ТСМ: 50М; 100М (ТСМ50, ТСМ100); платиновые ТСП: 50П; 100П; Pt100; Pt500; Pt1000(ТСП50, ТСП100, ТСП500, ТСП1000)
Класс допуска *	А; В; С (описание см. ниже)
Рабочий диапазон измеряемых температур — Тис:
с НСХ 50М, 100М (медные ТСМ)	-50 … +180С
с НСХ 50П, 100П, Pt100, Pt500 Pt1000 (платиновые ТСП)	-50 … +500С
Количество элементов в изделии, шт	1 или 2 ЧЭ (ЧЭПТ или ЧЭМТ)
Защищенность от воздействия пыли и воды по ГОСТ 14254	IP54
Группа климатического исполнения по ГОСТ 52931	Д2 и Р2
Материал защитной арматуры	12Х18Н10Т (нержавеющая сталь)
Устойчивость к механическим воздействиям по ГОСТ 12997	вибропрочные, группа исполнения N3
Диаметр погружной рабочей части — РЧ (диаметр РЧ 4мм делается только по спецзаказу)	D=10мм (мод. 025, 045, 055, 075, 085), D=8мм (мод. 015, 035, 065, 075, 105), D=6мм (мод. 115, 145, 155, 165)

Вариации обозначения: медные ТСМ-50М,-100М: ТСМ50, ТСМ100; платиновые ТСП-50П,-100П,-Pt100 -Pt500 -Pt1000: ТСП50, ТСП100, ТСП500, ТСП1000.

Варианты исполнений термопреобразователей ТС-ТСП/ТСМ-хх5 и их метрологические характеристики

Конструктивное исполнение термопреобразователей ТС-М/П	Показатель тепловой инерции, сек, не более	Условное давление МПа, не более	Маркировка медного термометра сопротивления ТСМ	Маркировка плптинового термометра сопротивления ТСП
ТС-015, 025	30	—	ТСМ015, ТСМ025	ТСП015, ТСП025
ТС-035, 045, 055, 065, 075, 085, 105		10	ТСМ035, ТСМ045, ТСМ055, ТСМ065, ТСМ075, ТСМ085, ТСМ105	ТСП035, ТСП045, ТСП055, ТСП065, ТСП075, ТСП085, ТСП105
ТС-095		0,16	ТСМ095	ТСП095
ТС-115	10	16	ТСМ115	ТСП115
ТС-125 (настенный)	20	—	ТСМ125 (настенный)	ТСП125 (настенный)
ТС-145	10	0,63	ТСМ145	ТСП145

Аналогичные характеристики для преобразователей 2ТСМ и 2ТСП-005 исполнения с двумя ЧЭ.

3.1 Схема соединений внутренних проводников преобразователя температуры ТС-ТСП/ТСМ-хх5

С одним и двумя терморезисторами — чувствительными элементами ЧЭ (платиновый ЧЭПТ, медный ЧЭМТ).

3.2 Модификация и конструктивное исполнение ТС(габаритно-присоединительные чертежи ТС-М и ТС-П)

а. Модификация и конструктивное исполнение погружных преобразователей мод. без штуцера ТС-015,-025(аналог ТСП/ТСМ-1088/2) и со штуцером (подвижный штуцер под монтаж в гильзу защитную) ГЗ М20х1,5 ТС-035, ТС-045 (аналог ТСП/ТСМ-1088/1),-055(аналог ТСП/ТСМ-1287), с неподвижным(приваренным)штуцером ТС-065,-075,-085; ТС-095 с подпружиненным штуцером М20х1,5.

б. Модификация и конструктивное исполнение преобразователей мод. ТС-105 (аналог ТСП/ТСМ-1288/1), дТС-115,-145,-155 со штуцерами М20х1,5, М27х2, М12х1,5 и ТС-125 настенного монтажа для измерения температуры воздуха.

в. Модификация и конструктивное исполнение преобразователя ТС-165 с неподвижным(приварным) штуцером М20х1,2 — аналог мод.
ТСП/ТСМ-1288/1

Примечание: * Для термопреобразователей с НСХ 100П и Pt100 указанный диапазон температур обеспечивается только с металлическими коммутационными головками. При пластмассовых коммутационных головках рабочая температура указанных ТС не превышает 350-400С. Возможно изготовление нестандартных преобразователей ТСП/ТСМ под специальные требования заказчика (спецзаказ). Термопреобразователь сопротивления ТСП/ТСМ-125 настенного монтажа может применяться для измерения температуры воздуха (имеет только класс допуска В и двухпроводную схему соединения В2).

Условное обозначение (форма заказа) термометров сопротивления ТС, 2ТС-М/П

Примеры сокращенной записи наименования при заказе ТСП/ТСМ-005, 2ТС и в тех. документации:

Вариант 1: преобразователь сопротивления платиновый одинарный, модификация корпуса 035 (D=8мм с подвижным штуцером М20х1,5), с металлической коммутационной головкой (код-01), НСХ преобразования 50П, класс допуска В, трехпроводная схема соединения внутренних проводников, длина погружаемой монтажной части 100мм: Термопреобразователь сопротивления ТСП-035-01-50П.В3-100мм

Вариант 2: преобразователь сопротивления двойной (два ЧЭ), модификация корпуса 045 (D=10мм с подвижным штуцером М20х1,5), НСХ преобразования 100М, класс В, трехпроводная схема соединения внутренних проводников и длина погружаемой части 160мм. Термопреобразователь сопротивления с двумя Ч/Э 2ТСМ-045-100М.В3-160мм

4.1. Пример полной формы обозначения (ПФО) при заказе (с параметрами на выбор (модель-конструктив, длина монтажной части) для уточнения при оплате):

а. ТСМ-035…065-50М-В3-60…160мм (D=8/10мм, штуцер М20х1,5, 1ч/э, НСХ-50М, класс В, 3-х пров. сх., Lрч-60…160мм, пл. ком. головка) термопреобразователь (термометр) сопротивления медный (базовое общепром. исп.).

б. ТСП-035…065-100П-В3-60…160мм (D=8/10мм, штуцер М20х1,5, 1ч/э, НСХ-100П, класс В, 3-х пров. сх., Lрч-60…160мм, пл. ком. головка) термопреобразователь (термометр) сопротивления платиновый (базовое общепром. исп.).

Помимо обозначения, в заказе необходимо указать количество приборов, реквизиты организации-покупателя, адрес пункта назначения, способ отгрузки и/или наименование транспортной компании (по умолчанию отгрузка будет осуществляться из Москвы через ТК «Деловые Линии»(базовый вариант).

Типы чувствительных элементов в платиновых термопреобразователях

На сегодняшний день выделяют следующие разновидности чувствительных элементов:

1. В виде «свободной от напряжения спирали».

2. В виде «полой конструкции».

3. Устройство из пленки.

4. Устройство из платины со стеклянной оболочкой.

Самым распространенным и надежным видом является «свободная от напряжения спираль», чаще всего его можно встретить у российских производителей. Внешне этот элемент может выглядеть по-разному – в зависимости от использованных материалов и величины отдельных деталей.

«Полая конструкция» – тип устройства, внедренный сравнительно недавно. Чаще всего он востребован на промышленных предприятиях, связанных с особым производством (например, в атомной промышленности). Тип конструкции данного сенсора обуславливает его значительную точность, надежность и стабильность в эксплуатации. Повышенная себестоимость материалов сборки делает эту деталь весьма дорогостоящей.

К числу чувствительных элементов, широко применяемых за рубежом, относится пленочный тип, при котором на керамическую подложку нанесен тонкий платиновый слой. Данная разновидность имеет массу преимуществ: невысокую стоимость, практичность, небольшие габариты и малый вес. Минусом устройства называют низкую стабильность, однако в последнее время проводятся постоянные разработки и исследования, направленные на устранение этого недостатка.

Устройство, представляющее собой платиновую проволоку с покрытием из стекла, можно назвать одной из наиболее функциональных за счет полной герметизации и устойчивости к высокой влажности. Тем не менее, использовать этот прибор можно лишь при определенном температурном режиме. Стоимость этого типа элемента относится к сегменту выше среднего.

Н1 = К0(\+ А-1+В-/2), где Я,-сопротивление термометра при рабочей температуре; К«- сопротивление термометра при 0 С;

А и В — постоянные определяемые при градуировке термометра.

В интервале же измеряемых температур от — 190 до 0 °С зависимость сопротивления платаны определяется уравнением:

Л, = Лп|1 + Л/+Вг2+С(/-100)/э], (2.27) где С — постоянная, определяемая также при градуировке термометра.

Коэффициенты А, В и С, входящие в уравнения (2.26) и (2.27), определяются обычно в точке кипения воды.

Температурный коэффициент сопротивления платины зависит от ее чистоты. Для изготовления образцовых термометров сопротивления применяется платина максимальной чистоты. Чистоту платины обычно характеризуют отношением сопротивления термометра при температуре кипения и замерзания воды К100/Я0 (для чистой платины &■<�»/&« 3 1,391). Для технических платиновых термометров сопротивления Кк.п/Кп= 1.387 + 1.390.

\ Медь. К достоинствам меди относятся ее дешевизна, доступность в виде тонких проводников в любой изоляции, возможность получения проводниковой меди высокой чистоты и сравнительно высокий температурный коэффициент сопротивления (4,25-10″1 — 4,28-Ю’3 град’1). Кроме того, к достоинствам меди следует также отнести линейный характер зависимости ее сопротивления от температуры (см. рис. 2.27) в диапазоне температур от-50 до 200 °С. Эта зависимость выражается следующей формулой:

Л, = А0 ■ (1+ а-/), Г2.28) где К: и Ко- сопротивление термометра при рабочей температуре и 0 °С; а — температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Температурный коэффициент металлов определяется для интервала температур 0 — 100 °С в соответствии с выражением

а=^71и^- <2-29>

К числу недостатков меди следует отнести малое удельное сопротивление (р = 0,017 ом-мм3-м»‘), что требует значительного количества медного провода при изготовлении термометра сопротивления, а также низкую химическую стойкость при высоких температурах, агрессивных и влажных средах.

I Никель и железо. Основными достоинствами никеля и железа является то, что они обладают высоким температурным коэффициентом (ам, =6,25-Ю’3, аРс= 6,4-Ю»3 град»1) и сравнительно большим удельным сопротивлением (р*( = 0.95, рРс — 0,09 ом-мм2-м-1). К числу существенных недостатков железа следует отнести трудность получения одинаковой его чистоты и, кроме того, оно неустойчиво к окислению. Изменение сопротивления железа и, особенно никеля, подчиняется нелинейной зависимости (см. рис. 2.27), что вызывает существенные неудобства при их применении.

Вследствие указанных выше причин никель применяют до 200-250 °С, а железо — до 100-150 °С в условиях, когда термометр сопротивления не подвергается действию влаги.

Кроме рассмотренных выше чистых металлов, применяемых для изготовления термометров сопротивления, в отдельных случаях применяют свинец и фосфористую бронзу, содержащую незначительное количество свинца. Термометры сопротивления, изготовленные из свинца, находят применение главным образом в области низких температур, а термометры из фосфористой бронзы — в области сверхнизких температур. При сверхнизких температурах содержащийся в фосфористой бронзе свинец переходит в сверхпроводящее состояние, вследствие чего и возможно применение такого термометра сопротивления.

I Полупроводники.

В последние годы, как было сказано выше, появились возможности использования окислов металла, являющихся полупроводниками, в качестве материала для изготовления термометров сопротивления, которые называются термисторами.

•< Главным достоинством полупроводников по сравнению с металлами является то, что они обладают большим ТКС, достигающим 2-8 % выше на 1 °С. Вследствие малой проводимости полупроводника представляется возможным изготовлять полупроводниковые термометры сопротивления с большим сопротивлением, что также является существенным достоинством.

^ Полупроводниковые термометры сопротивления для промышленного применения изготавливают главным образом из германия и смесей различных полупроводниковых веществ в форме цилиндров, шайб и бус, покрытых защитной эмалью. Основные характеристики чувствительных элементов полупроводниковых термометров приведены в таблице 2.13.

Терморезисторы являются малоинерционными термометрами, что позволяет их применять для нестационарных тепловых процессов. Большое собственное сопротивление этих термометров позволяет при измерении температуры не учитывать сопротивление соединительных проводов со вторичным прибором. Кроме того, полупроводниковые термометры возможно использовать в качестве бесконтактных температурных сигнализаторов.

К недостаткам полупроводниковых термометров можно отнести следующее:

— отсутствие возможности взаимозаменяемости чувствительных элементов

термометров вследствие большого разброса
номинального значения
сопротивления;

— нелинейная зависимость сопротивления от температуры;

— малая допускаемая тепловая мощность рассеивания при прохождении

Таблица 2.13 — Характеристики полупроводниковых термометров

Для выпускаемых терморезисторов при измерении температур в диапазоне от — 100 до 300 °С зависимость их сопротивления от температуры определяется по следующей формуле:

Я, = А-Т»-еВ1Т,

(2.30) где Т- абсолютная температура, К;

А, В и Ь — постоянные коэффициенты, определяемые свойствами материала; е — основание натурального логарифма.

Область применения термопреобразователей сопротивления

Данные приборы применяются в промышленной сфере для измерения показателей температуры в разнообразных рабочих средах (жидких, сыпучих, газообразных), в сфере автомобилестроения, печестроения, в нагревательной, холодильной и климатической электротехнике – везде, где требуется определение прямой зависимости электрического сопротивления от температуры.

Диапазон измерения температур устройств составляет от -272°С до +1000°С, в зависимости от типа терморезистора. Для точности полученных сенсором данных конструкция терморезистора должна быть стабильной и чувствительной, способной на проведение замеров в особых условиях (например, при наличии агрессивной среды, тряски, вибраций и т.д.).

Чаще всего при проведении замеров терморезистором дополнительно используется такие устройства, как потенциометры, логометры и измерительные мосты. Они помогают настроить высокую точность термопреобразователя.

Современные термопреобразователи сопротивления – это надежные и функциональные устройства, обеспечивающие проведение замеров на уровне, недоступном для других датчиков. Для оптимального результата измерений важно выбрать тип терморезистора с характеристиками, подходящими для работы в конкретных условиях и определенном температурном режиме.

Класс допуска

Согласно действующим нормам допускается определенное отклонение от линейной характеристики «температура-сопротивление». Ниже представлена таблица соответствия класса точности.