Die Temperatur ist einer der wichtigsten physikalischen Parameter. Es ist wichtig, sie sowohl im Alltag als auch in der Produktion zu messen und zu kontrollieren. Zu diesem Zweck gibt es viele spezielle Geräte. Das Widerstandsthermometer ist eines der am häufigsten verwendeten Instrumente in Wissenschaft und Industrie. Heute werden wir erklären, was ein Widerstandsthermometer ist, welche Vor- und Nachteile es hat und wie die verschiedenen Modelle aussehen.
Inhalt
Anwendungsbereich
Ein Widerstandsthermometer - Ein Widerstandsthermometer ist ein Gerät zur Messung der Temperatur von festen, flüssigen und gasförmigen Medien. Es wird auch zur Messung der Temperatur von Schüttgütern verwendet.
Ihre Platz-Widerstandsthermometer finden sich in der Gas- und Ölförderung, Metallurgie, Energie, Versorgungsunternehmen und vielen anderen Branchen.
WICHTIG! Widerstandsthermometer können sowohl in neutralen als auch in aggressiven Medien eingesetzt werden. Dies trägt dazu bei, dass das Gerät in der chemischen Industrie weit verbreitet ist.
Bitte beachten Sie! Für die Temperaturmessung in der Industrie werden auch Thermoelemente verwendet, lesen Sie mehr darüber in in unserem Artikel über Thermoelemente.
Arten von Sensoren und ihre Spezifikationen
Die Temperaturmessung mit einem Widerstandsthermometer erfolgt mit einem oder mehreren Widerstandsmessfühlern und dem Anschluss DrähteDiese sind in einem Schutzgehäuse gekapselt.
RTDs werden nach der Art des Messfühlers eingeteilt.
Metall-Widerstandsthermometer nach GOST 6651-2009
Nach Angaben von GOST 6651-2009 Es gibt eine Gruppe von metallischen Widerstandsthermometern, d.h. TS, deren empfindliches Element ein kleiner Widerstand aus Metalldraht oder -folie ist.
Platin-Temperaturmessgeräte
Platin-Widerstandsthermometer gelten als die gebräuchlichsten unter den anderen Typen und werden daher häufig zur Überwachung wichtiger Parameter eingesetzt. Der Temperaturmessbereich beträgt -200 °C bis 650 °C. Die Kennlinie kommt einer linearen Funktion sehr nahe. Eine der häufigsten Arten ist Pt100 (Pt ist Platin, 100 bedeutet 100 Ohm bei 0 °C.).
WICHTIG! Der größte Nachteil dieses Geräts sind die hohen Kosten aufgrund der Verwendung von Edelmetall in der Zusammensetzung.
Nickel-Widerstandsthermometer
Nickel-Widerstandsthermometer werden aufgrund ihres engen Temperaturbereichs kaum noch in der Produktion eingesetzt (von -60 °C bis 180 °C) und die Komplexität des Betriebs, jedoch ist zu beachten, dass sie den höchsten Temperaturkoeffizienten von 0,00617 °С-1.
Diese Sensoren wurden früher im Schiffbau verwendet, sind aber in dieser Branche durch Platin-Temperatursensoren ersetzt worden.
Kupfersensoren (TCM)
Kupfersensoren scheinen einen noch engeren Erfassungsbereich zu haben als Nickelsensoren (nur von -50 °C bis 170 °C), aber sie sind dennoch der beliebteste Sensortyp.
Das Geheimnis sind die niedrigen Betriebskosten. Kupfermessfühler sind einfach und unprätentiös in der Anwendung und eignen sich hervorragend für die Messung niedriger Temperaturen oder verwandter Parameter wie der Temperatur der Werkstattluft.
Die Lebensdauer eines solchen Geräts ist jedoch kurz, und die durchschnittlichen Kosten für einen Temperatursensor aus Kupfer sind nicht zu verachten (etwa 1 Tausend Rubel).
Thermische Widerstände
Thermowiderstände sind Widerstandsthermometer, deren empfindliches Element aus einem Halbleiter besteht. Dies kann ein Oxid, ein Halogenid oder ein anderer Stoff mit amphoteren Eigenschaften sein.
Der Vorteil dieses Geräts ist nicht nur sein hoher Temperaturkoeffizient, sondern auch die Möglichkeit, das zukünftige Produkt in jede beliebige Form zu bringen (von dünnen Röhren bis zu mehreren Mikrometern Länge). Typischerweise sind Thermistoren für die Messung von Temperaturen ausgelegt zwischen -100 °C und +200 °C..
Es wird zwischen zwei Arten von Thermistoren unterschieden:
- Thermistoren - haben einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands, d. h. wenn die Temperatur steigt, sinkt der Widerstand;
- Posistoren - haben einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands, d. h. mit steigender Temperatur steigt auch der Widerstand.
Kalibrierungstabellen für Widerstandsthermometer
Graduierungstabellen sind ein zusammenfassendes Raster, anhand dessen man leicht feststellen kann, bei welcher Temperatur ein Thermometer einen bestimmten Widerstand aufweist. Solche Tabellen helfen dem Messtechniker, den Wert der gemessenen Temperatur anhand eines bestimmten Widerstandswertes zu schätzen.
Innerhalb dieser Tabelle gibt es spezielle RTD-Bezeichnungen. Sie können sie in der oberen Zeile sehen. Die Zahl gibt den Widerstandswert des Sensors bei 0°C an und der Buchstabe das Metall, aus dem er besteht.
Es wird die Metallbezeichnung verwendet:
- P oder Pt - Platin
- М - Kupfer;
- N - nickel.
50M ist zum Beispiel ein Kupfer-TC mit einem Widerstand von 50 Ohm bei 0 °C.
Unten sehen Sie ein Fragment der Thermometer-Teilungstabelle.
| 50M (Ohm) | 100M (Ohm) | 50P (Ohm) | 100P (Ohm) | 500P (Ohm) | |
|---|---|---|---|---|---|
| -50 °С | 39.3 | 78.6 | 40.01 | 80.01 | 401.57 |
| 0 °С | 50 | 100 | 50 | 100 | 500 |
| 50 °С | 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 |
Toleranzklasse
Die Toleranzklasse sollte nicht mit der Genauigkeitsklasse verwechselt werden. Mit einem Thermometer messen wir nicht direkt und sehen das Ergebnis der Messung, sondern wir übertragen den der tatsächlichen Temperatur entsprechenden Widerstandswert an die Schranken oder Sekundärinstrumente. Aus diesem Grund wurde ein neuer Begriff eingeführt.
Die Toleranzklasse ist die Differenz zwischen der tatsächlichen Körpertemperatur und der gemessenen Temperatur.
Es gibt 4 Genauigkeitsklassen von TC (Genauigkeitsklassen von den genauesten bis zu denen mit der größten Unsicherheit):
- AA;
- А;
- B;
- С.
Hier ist ein Auszug aus der Tabelle der Toleranzklassen, die vollständige Fassung finden Sie unter GOST 6651-2009.
| Genauigkeitsklasse | Toleranz, °C | Temperaturbereich, °C | ||
|---|---|---|---|---|
| Kupfer TS | Platin TS | Nickel TS | ||
| AA | ±(0,1 + 0,0017 |t|) | - | 50 °C bis +250 °C | - |
| А | ±(0,15+0,002 |t|) | von -50 °C bis +120 °C | 100 °C bis +450 °C | - |
| В | ± (0,3 + 0,005 |t|) | von -50 °C bis +200 °C | -195 °C bis +650 °C | - |
| С | ±(0,6 + 0,01 |t|) | -180 °C bis +200 °C | -195 °C bis +650 °C | -60 °C bis +180 °C |
Verdrahtungsplan
Um den Widerstandswert zu ermitteln, muss er gemessen werden. Dies kann durch die Einbindung in einen Messkreis geschehen. Im Allgemeinen werden 3 verschiedene Schaltungen verwendet, die sich in der Anzahl der Drähte und der erreichten Messgenauigkeit unterscheiden:
- 2-Draht-Schaltung. Es enthält die geringste Anzahl von Drähten und ist daher die billigste Option. Mit dieser Schaltung wird jedoch keine optimale Genauigkeit erreicht, da der Widerstand des Thermometers zum Widerstand der verwendeten Drähte addiert wird, was zu einem Fehler führt, der von der Länge der Drähte abhängt. In der Industrie wird ein solches System nur selten verwendet. Sie wird nur für Messungen verwendet, bei denen die Genauigkeit keine Rolle spielt und die Sonde sich in unmittelbarer Nähe des sekundären Messwertaufnehmers befindet. 2-Draht-Schaltung auf dem linken Bild zu sehen.
- 3-Leiter-Schaltung. Im Gegensatz zur vorherigen Version wird hier ein zusätzlicher Draht hinzugefügt, der mit einem der beiden anderen Messdrähte kurzgeschlossen ist. Sein Hauptzweck ist es ist es, den Widerstand der angeschlossenen Drähte zu ermitteln und subtrahieren diesen Wert (kompensieren) aus dem Messwert des Sensors. Das Sekundärgerät misst neben der Basismessung zusätzlich den Widerstand zwischen den geschlossenen Drähten und erhält so den Widerstandswert der Verbindungsdrähte vom Sensor zur Schranke oder zum Sekundärgerät. Da die Drähte geschlossen sind, sollte dieser Wert gleich Null sein, aber aufgrund der großen Länge der Drähte kann dieser Wert mehrere Ohm erreichen. Dieser Fehler wird dann vom gemessenen Wert abgezogen, um eine genauere Messung zu erhalten, indem der Widerstand der Drähte kompensiert wird. Diese Verbindung wird in den meisten Fällen verwendet, da sie einen Kompromiss zwischen der erforderlichen Genauigkeit und einem akzeptablen Preis darstellt. 3-Leiter-Schaltung ist in der zentralen Zeichnung dargestellt.
- 4-Leiter-Schaltung. Der Zweck ist derselbe wie bei der 3-Draht-Schaltung, aber die Fehlerkompensation ist für beide Messleitungen gegeben. In einem Dreileiter-Schaltkreis wird davon ausgegangen, dass der Widerstandswert der beiden Messleitungen gleich ist, der tatsächliche Wert kann jedoch leicht abweichen. Durch Hinzufügen einer weiteren vierten Leitung in einer Vierdrahtschaltung (kurzgeschlossen mit der zweiten Messleitung), ist es möglich, seinen Widerstandswert separat zu ermitteln und den gesamten Widerstand der Drähte fast vollständig zu kompensieren. Diese Schaltung ist jedoch teurer, da ein vierter Leiter erforderlich ist, und sollte daher entweder in Unternehmen mit ausreichenden finanziellen Mitteln oder für Messanwendungen verwendet werden, bei denen eine höhere Genauigkeit erforderlich ist. Der 4-Draht-Anschlussplan sehen Sie auf dem rechten Bild.
Bitte beachten Sie! Der Pt1000 hat bereits bei Null Grad einen Widerstand von 1000 Ohm. Diese sind z. B. an einer Dampfleitung zu erkennen, bei der die gemessene Temperatur 100-160 °C beträgt, was ca. 1400-1600 Ohm entspricht. Der Widerstand der Drähte beträgt je nach Länge ca. 3-4 Ω, d.h. sie haben fast keinen Einfluss auf den Fehler und es macht wenig Sinn, eine Drei- oder Vierdrahtverbindung zu verwenden.
Vor- und Nachteile von Widerstandsthermometern
Wie jedes Gerät hat auch die Verwendung von Widerstandsthermometern eine Reihe von Vor- und Nachteilen. Schauen wir sie uns an.
Vorteile:
- Praktisch lineare Kennlinie;
- die Messungen sind ziemlich genau (Ungenauigkeit max. 1 °C.);
- einige Modelle sind billig und einfach zu bedienen;
- Austauschbarkeit der Geräte;
- Stabilität des Betriebs.
Nachteile:
- kleiner Messbereich;
- eher niedrige Temperaturgrenze;
- Die Notwendigkeit, für eine höhere Genauigkeit spezielle Schaltpläne zu verwenden, was die Implementierungskosten erhöht.
Das Widerstandsthermometer ist ein gängiges Gerät in fast allen Industriezweigen. Es ist einfach, niedrige Temperaturen zu messen, ohne sich um die Genauigkeit der Messwerte sorgen zu müssen. Das Thermometer ist nicht besonders langlebig, aber der günstige Preis und der einfache Austausch des Sensors machen diesen kleinen Nachteil wieder wett.
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