Термометр опору

Умовне графічне позначення термометра опору

Термометр опору - електронний прилад, призначений для вимірювання температури і заснований на залежності електричного опору металів, сплавів і напівпровідникових матеріалів від температури [1]. В останньому випадку називається термоопором, терморезистором або термістором [2].


1. Металевий термометр опору

Являє собою резистор, виконаний з металевого дроту або плівки і має відому залежність електричного опору від температури. Найбільш поширений тип термометрів опору - платинові термометри. Це пояснюється тим, що платина має високий температурний коефіцієнт опору і високу стійкість до окислення. Еталонні термометри виготовляються з платини високої чистоти з температурним коефіцієнтом не менше 0,003925. В якості робочих засобів вимірювань застосовуються також мідні і нікелеві термометри. Чинний стандарт на технічні вимоги до робочих термометрам опору: ГОСТ 6651-2009 (Державна система забезпечення єдності вимірювань. Термоперетворювачі опору з платини, міді і нікелю. Загальні технічні вимоги і методи випробувань). У стандарті наведено діапазони, класи допуску, таблиці НСХ і стандартні залежності опір-температура. Стандарт відповідає міжнародному стандарту МЕК 60751 (2008). У стандарті вперше відмовилися від унормування конкретних номінальних опорів. Опір виготовленого термометра може бути будь-яким. Промислові платинові термометри опору в більшості випадків використовуються із стандартною залежністю опір-температура (НСХ), що обумовлює похибку не краще 0,1 C (клас АА при 0 C). Термометри опору на основі напиленням на підкладку плівки відрізняються підвищеною вибропрочности, але меншим діапазоном температур. Максимальний діапазон, в якому встановлені класи допуску платинових термометрів для дротяних чутливих елементів складає 660 C (клас С), для плівкових 600 C (клас С).


2. Термістори

Термістор - напівпровідниковий резистор, електричний опір якого залежить від температури. Для термістора характерні великий температурний коефіцієнт опору, простота пристрою, здатність працювати в різних кліматичних умовах при значних механічних навантаженнях, стабільність характеристик у часі.

3. Залежність опору від температури

Для промислових платинових термометрів опору використовується рівняння Каллендара-Ван Дьюзена (en), з відомими коефіцієнтами, які встановлені експериментально і нормовані в міжнародному стандарті МЕК 60751:

R_T = R_0 \ left [1 + AT + BT ^ 2 + CT ^ 3 (T-100) \ right] \; (-200 \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C} <T <0 \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C}),
R_T = R_0 \ left [1 + AT + BT ^ 2 \ right] \; (0 \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C} \ leq T <850 \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C}).

Тут, R_T опір при T C, R_0 опір при 0 C, і константи (для платинового опору) -

A = 3.9083 \ times 10 ^ {-3} \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C} ^ {-1}
B = -5.775 \ times 10 ^ {-7} \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C} ^ {-2}
C = -4.183 \ times 10 ^ {-12} \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C} ^ {-4}.

Оскільки коефіцієнти B і C відносно малі, опір зростає майже лінійно по мірі зростання температури.

Для термометрів підвищеної точності виконується градуювання в ряді температурних точок і визначаються індивідуальні коефіцієнти вищенаведеної залежності. [3]

Існують напівпровідникові термометри опору - при збільшенні температури, опір цих датчиків зменшується. Застосовуються зазвичай на транспорті. Для підключення використовують зазвичай 2-х дротову схему підключення.

Існує 3 схеми включення датчика в вимірювальну ланцюг:

Two Wire Resistance Thermometer
  • 2-х дротова

У схемі підключення найпростішого термометра опору використовується два дроти. Така схема використовується там, де не потрібно високої точності, так як опір виводів включається в виміряний опір і призводить до появи додаткової похибки. Така схема не застосовується для термометрів класу А і АА.

  • 3-х провідна забезпечує значно більш точні вимірювання, за рахунок того, що з'являється можливість виміряти окремо опір підвідних проводів і відняти його з сумарного виміряного опору.
  • 4-х провідна - найбільш точна схема, забезпечує повне виключення впливу підвідних проводів. Недолік - збільшення обсягу використовуваного матеріалу, вартості і габаритів зборки. Неможливо використовувати в четирехплечем мосту Уїнстона.

У промисловості найбільш поширеною є трьохпровідна схема. Для точних, еталонних вимірювань використовується тільки чотирипровідна схема.


4. Переваги термометрів опору

  • Висока точність вимірів (зазвичай краще 1 C), може доходити до 0,13 м C (0,00013).
  • Возможноcть виключення впливу зміни опору ліній зв'язку на результат вимірювання при використанні 3-х або 4-х провідної схеми вимірювань
  • Практично лінійна характеристика

5. Недоліки термометрів опору

  • Малий діапазон вимірювань (у порівнянні з термопарами)
  • Більш дорогий (у порівнянні з термопарами), якщо це платиновий термометр опору типу ТСП
  • Вимагається додаткове джерело живлення для визначення температури

6. Таблиця опорів деяких термометрів опору

Опір в Омаха (Ω)
Температура
в C
Pt100 Pt1000 ньому. PTC ньому. NTC NTC NTC NTC NTC
Typ: 404 Typ: 501 Typ: 201 Typ: 101 Typ: 102 Typ: 103 Typ: 104 Typ: 105
-50 80,31 803,1 1032
-45 82,29 822,9 1084
-40 84,27 842,7 1135 50475
-35 86,25 862,5 1191 36405
-30 88,22 882,2 1246 26550
-25 90,19 901,9 1306 26083 19560
-20 92,16 921,6 1366 19414 14560
-15 94,12 941,2 1430 14596 10943
-10 96,09 960,9 1493 11066 8299
-5 98,04 980,4 1561 31389 8466
0 100,00 1000,0 1628 23868 6536
5 101,95 1019,5 1700 18299 5078
10 103,90 1039,0 1771 14130 3986
15 105,85 1058,5 1847 10998
20 107,79 1077,9 1922 8618
25 109,73 1097,3 2000 6800 15000
30 111,67 1116,7 2080 5401 11933
35 113,61 1136,1 2162 4317 9522
40 115,54 1155,4 2244 3471 7657
45 117,47 1174,7 2330 6194
50 119,40 1194,0 2415 5039
55 121,32 1213,2 2505 4299 27475
60 123,24 1232,4 2595 3756 22590
65 125,16 1251,6 2689 18668
70 127,07 1270,7 2782 15052
75 128,98 1289,8 2880 12932
80 130,89 1308,9 2977 10837
85 132,80 1328,0 3079 9121
90 134,70 1347,0 3180 7708
95 136,60 1366,0 3285 6539
100 138,50 1385,0 3390
105 140,39 1403,9
110 142,29 1422,9
150 157,31 1573,1
200 175,84 1758,4

7. Функція отримання значення температури (C + +)

Наведений нижче код дозволяє отримати значення температури датчика Pt100 або Pt1000 з його поточного опору.

 float  GetPt100Temperature  (  float  r  )  {  float  const  Pt100  [  ]  =  {  80.31  ,  82.29  ,  84.27  ,  86.25  ,  88.22  ,  90.19  ,  92.16  ,  94.12  ,  96.09  ,  98.04  ,  100  ,  101.95  ,  103.9  ,  105.85  ,  107.79  ,  109.73  ,  111.67  ,  113.61  ,  115.54  ,  117.47  ,  119.4  ,  121.32  ,  123.24  ,  125.16  ,  127.07  ,  128.98  ,  130.89  ,  132.8  ,  134.7  ,  136.6  ,  138.5  ,  140.39  ,  142.29  ,  157.31  ,  175.84  ,  195.84  }  ;  int  t  =  -  50  , I, dt  =  0  ;  if  (  r  >  Pt100  [  i  =  0  ]  )  while  (  250  >  t  )  {  dt  =  (  t  <  110  )  ?  5  :  (  t  >  150  )  ?  50  :  40  ;  if  (  r  <  Pt100  [  + +  i  ]  )  return  t  +  (  r  -  Pt100  [  i  -  1  ]  )  *  dt  /  (  Pt100  [  i  ]  -  Pt100  [  i  -  1  ]  )  ;  t  +  =  dt  ;  }  ;  return  t  ;  }  float  GetPt1000Temperature  (  float  r  )  {  return  GetPt100Temperature  (  r  /  10  )  ;  } 

Примітки