Θερμόμετρο αντίστασης - αισθητήρας μέτρησης θερμοκρασίας: τι είναι, περιγραφή και τύποι

Η θερμοκρασία είναι μία από τις σημαντικότερες φυσικές παραμέτρους. Είναι σημαντικό να το μετράμε και να το ελέγχουμε τόσο στην καθημερινή ζωή όσο και στην παραγωγή. Υπάρχουν πολλές ειδικές συσκευές που διατίθενται για το σκοπό αυτό. Το θερμόμετρο αντίστασης είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα όργανα που χρησιμοποιούνται ευρέως στην επιστήμη και τη βιομηχανία. Σήμερα θα εξηγήσουμε τι είναι το θερμόμετρο αντίστασης, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του και θα κατανοήσουμε τα διάφορα μοντέλα.

Πεδίο εφαρμογής

Ένα θερμόμετρο αντίστασης - Το θερμόμετρο αντίστασης είναι μια συσκευή για τη μέτρηση της θερμοκρασίας στερεών, υγρών και αέριων μέσων. Χρησιμοποιείται επίσης για τη μέτρηση της θερμοκρασίας των χύδην στερεών.

Το θερμόμετρο αντίστασης της θέσης τους βρίσκεται στην παραγωγή φυσικού αερίου και πετρελαίου, στη μεταλλουργία, στην ενέργεια, στις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας και σε πολλές άλλες βιομηχανίες.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ! Τα θερμόμετρα αντίστασης μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο σε ουδέτερα όσο και σε επιθετικά μέσα. Αυτό συμβάλλει στην ευρεία χρήση του οργάνου στη χημική βιομηχανία.

Παρακαλώ σημειώστε! Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας στη βιομηχανία χρησιμοποιούνται επίσης θερμοστοιχεία, διαβάστε περισσότερα για αυτά στο στο άρθρο μας για τα θερμοζεύγη.

Τύποι αισθητήρων και προδιαγραφές τους

Η μέτρηση της θερμοκρασίας με ένα θερμόμετρο αντίστασης πραγματοποιείται με τη χρήση ενός ή περισσότερων στοιχείων ανίχνευσης αντίστασης και τη σύνδεση καλώδιαΑυτά είναι εγκιβωτισμένα σε προστατευτικό περίβλημα.

Τα RTD ταξινομούνται ανάλογα με τον τύπο του στοιχείου ανίχνευσης.

Θερμόμετρο μεταλλικής αντίστασης σύμφωνα με το GOST 6651-2009

Σύμφωνα με GOST 6651-2009 Υπάρχει μια ομάδα μεταλλικών θερμομέτρων αντίστασης, δηλαδή TS, των οποίων το ευαίσθητο στοιχείο είναι μια μικρή αντίσταση από μεταλλικό σύρμα ή φιλμ.

Μετρητές θερμοκρασίας πλατίνας

Τα RTD πλατίνας θεωρούνται τα πιο συνηθισμένα από τους άλλους τύπους, γι' αυτό και συχνά εγκαθίστανται για την παρακολούθηση σημαντικών παραμέτρων. Το εύρος μέτρησης της θερμοκρασίας είναι -200 °C έως 650 °C. Η χαρακτηριστική καμπύλη είναι κοντά σε μια γραμμική συνάρτηση. Ένας από τους πιο συνηθισμένους τύπους είναι Pt100 (Το Pt είναι πλατίνα, το 100 σημαίνει 100 ωμ στους 0 °C.).

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ! Το κύριο μειονέκτημα αυτής της συσκευής είναι το υψηλό κόστος λόγω της χρήσης πολύτιμου μετάλλου στη σύνθεση.

Θερμόμετρα αντίστασης νικελίου

Τα θερμόμετρα αντίστασης νικελίου δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν ποτέ στην παραγωγή λόγω του στενού θερμοκρασιακού τους εύρους (από -60 °C έως 180 °C) και την πολυπλοκότητα της λειτουργίας, ωστόσο πρέπει να σημειωθεί ότι έχουν τον υψηλότερο συντελεστή θερμοκρασίας 0,00617 °С^-1.

Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούνταν παλαιότερα στη ναυπηγική βιομηχανία, αλλά τώρα έχουν αντικατασταθεί από αισθητήρες θερμοκρασίας πλατίνας σε αυτή τη βιομηχανία.

Αισθητήρες χαλκού (TCM)

Οι αισθητήρες χαλκού φαίνεται να έχουν ακόμη στενότερο εύρος ανίχνευσης από τους αισθητήρες νικελίου (μόνο από -50 °C έως 170 °C), αλλά είναι ωστόσο ο πιο δημοφιλής τύπος αισθητήρα.

Το μυστικό είναι το χαμηλό κόστος ιδιοκτησίας. Τα χάλκινα αισθητήρια στοιχεία είναι απλά και ανεπιτήδευτα στη χρήση και είναι εξαιρετικά για τη μέτρηση χαμηλών θερμοκρασιών ή συναφών παραμέτρων, όπως η θερμοκρασία του αέρα του εργαστηρίου.

Ωστόσο, η διάρκεια ζωής μιας τέτοιας συσκευής είναι σύντομη και το μέσο κόστος ενός χάλκινου αισθητήρα θερμοκρασίας δεν είναι και τόσο ευκαταφρόνητο (περίπου 1.000 ρούβλια).

Θερμικές αντιστάσεις

Τα θερμοαντισώματα είναι θερμόμετρα αντίστασης, των οποίων το ευαίσθητο στοιχείο είναι κατασκευασμένο από ημιαγωγό. Αυτό μπορεί να είναι ένα οξείδιο, ένα αλογονίδιο ή άλλη ουσία με αμφοτερικές ιδιότητες.

Το πλεονέκτημα αυτής της συσκευής δεν είναι μόνο ο υψηλός συντελεστής θερμοκρασίας, αλλά και η δυνατότητα να διαμορφωθεί το μελλοντικό προϊόν σε οποιοδήποτε σχήμα (από λεπτούς σωλήνες μήκους μερικών μικρομέτρων). Συνήθως τα θερμίστορ σχεδιάζονται για τη μέτρηση θερμοκρασιών μεταξύ -100 °C και +200 °C..

Γίνεται διάκριση μεταξύ δύο τύπων θερμίστορ:

• Θερμίστορ - έχουν αρνητικό θερμοκρασιακό συντελεστή αντίστασης, δηλαδή όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, η αντίσταση μειώνεται,
• posistors - έχουν θετικό θερμοκρασιακό συντελεστή αντίστασης, δηλαδή με την αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνεται και η αντίσταση.

Πίνακες βαθμονόμησης για θερμόμετρα αντίστασης

Οι πίνακες διαβάθμισης είναι ένα συνοπτικό πλέγμα από το οποίο μπορεί κανείς εύκολα να προσδιορίσει σε ποια θερμοκρασία ένα θερμόμετρο θα έχει μια συγκεκριμένη αντίσταση. Τέτοιοι πίνακες βοηθούν τον τεχνικό οργάνων να εκτιμήσει την τιμή της μετρούμενης θερμοκρασίας από μια συγκεκριμένη τιμή αντίστασης.

Μέσα σε αυτόν τον πίνακα υπάρχουν ειδικές ονομασίες RTD. Μπορείτε να τα δείτε στην επάνω γραμμή. Ο αριθμός υποδεικνύει την τιμή αντίστασης του αισθητήρα στους 0°C και το γράμμα το μέταλλο από το οποίο είναι κατασκευασμένος.

Χρησιμοποιείται η ονομασία του μετάλλου:

• P ή Pt - πλατίνα
• М - χαλκός,
• N - νικέλιο.

Για παράδειγμα, το 50M είναι ένα χάλκινο TC, με αντίσταση 50 Ω στους 0 °C.

Ακολουθεί ένα τμήμα του πίνακα διαβάθμισης του θερμομέτρου.

Κατηγορία ανοχής

Η κατηγορία ανοχής δεν πρέπει να συγχέεται με την κατηγορία ακρίβειας. Με ένα θερμόμετρο δεν μετράμε άμεσα και δεν βλέπουμε το αποτέλεσμα της μέτρησης, αλλά μεταδίδουμε την τιμή της αντίστασης που αντιστοιχεί στην πραγματική θερμοκρασία στα εμπόδια ή στα δευτερεύοντα όργανα. Για το λόγο αυτό έχει εισαχθεί ένας νέος όρος.

Η κατηγορία ανοχής είναι η διαφορά μεταξύ της πραγματικής θερμοκρασίας του σώματος και της μετρούμενης θερμοκρασίας.

Υπάρχουν 4 κατηγορίες ακρίβειας της TC (Κατηγορίες ακρίβειας από τις πιο ακριβείς σε εκείνες με τη μεγαλύτερη αβεβαιότητα):

• AA,
• А;
• B;
• С.

Ακολουθεί ένα απόσπασμα από τον πίνακα των τάξεων ανοχής, μπορείτε να δείτε την πλήρη έκδοση στο GOST 6651-2009.

διάγραμμα καλωδίωσης

Για να βρεθεί η τιμή της αντίστασης, πρέπει να μετρηθεί. Αυτό μπορεί να γίνει με την ενσωμάτωσή του σε ένα κύκλωμα μέτρησης. Γενικά, χρησιμοποιούνται 3 διαφορετικά κυκλώματα, τα οποία διαφέρουν ως προς τον αριθμό των καλωδίων και την ακρίβεια της μέτρησης που επιτυγχάνεται:

• Κύκλωμα 2 καλωδίων. Περιέχει τον ελάχιστο αριθμό καλωδίων και, επομένως, είναι η φθηνότερη επιλογή. Ωστόσο, η επιλογή αυτού του κυκλώματος δεν θα επιτύχει τη βέλτιστη ακρίβεια - η αντίσταση του θερμομέτρου θα προστεθεί στην αντίσταση των χρησιμοποιούμενων καλωδίων, γεγονός που θα εισάγει ένα σφάλμα που εξαρτάται από το μήκος των καλωδίων. Στη βιομηχανία, ένα τέτοιο σύστημα χρησιμοποιείται σπάνια. Χρησιμοποιείται μόνο για μετρήσεις όπου η ακρίβεια δεν είναι σημαντική και ο αισθητήρας βρίσκεται σε κοντινή απόσταση από τον δευτερεύοντα μετατροπέα. Κύκλωμα 2 καλωδίων στην αριστερή εικόνα.
• Κύκλωμα 3 καλωδίων. Σε αντίθεση με την προηγούμενη έκδοση, εδώ προστίθεται ένα επιπλέον καλώδιο, βραχυκυκλωμένο με ένα από τα άλλα δύο καλώδια μέτρησης. Ο κύριος σκοπός του είναι να είναι να είναι σε θέση να πάρει την αντίσταση των συνδεδεμένων καλωδίων και να αφαιρέσετε αυτή την τιμή (αντιστάθμιση) από τη μετρούμενη τιμή του αισθητήρα. Η δευτερεύουσα συσκευή, εκτός από τη βασική μέτρηση, μετρά επιπλέον την αντίσταση μεταξύ των κλειστών καλωδίων, λαμβάνοντας έτσι την τιμή αντίστασης των καλωδίων σύνδεσης από τον αισθητήρα στο φράγμα ή τη δευτερεύουσα συσκευή. Δεδομένου ότι τα καλώδια είναι κλειστά, η τιμή αυτή θα έπρεπε να είναι μηδέν, αλλά στην πραγματικότητα, λόγω του μεγάλου μήκους των καλωδίων, η τιμή αυτή μπορεί να φτάσει αρκετά Ω. Το σφάλμα αυτό αφαιρείται στη συνέχεια από τη μετρούμενη τιμή, επιτυγχάνοντας μια ακριβέστερη μέτρηση με αντιστάθμιση της αντίστασης των καλωδίων. Αυτή η σύνδεση χρησιμοποιείται στις περισσότερες περιπτώσεις, καθώς αποτελεί συμβιβασμό μεταξύ της απαιτούμενης ακρίβειας και μιας αποδεκτής τιμής. Κύκλωμα 3 καλωδίων φαίνεται στο κεντρικό σχέδιο.
• Κύκλωμα 4 καλωδίων. Ο σκοπός είναι ο ίδιος όπως σε ένα κύκλωμα 3 καλωδίων, αλλά η αντιστάθμιση σφάλματος παρέχεται και στα δύο καλώδια μέτρησης. Σε ένα κύκλωμα τριών καλωδίων, η τιμή της αντίστασης και των δύο καλωδίων δοκιμής υποτίθεται ότι είναι η ίδια, αλλά η πραγματική τιμή μπορεί να διαφέρει ελαφρώς. Προσθέτοντας άλλο ένα τέταρτο καλώδιο σε ένα κύκλωμα τεσσάρων καλωδίων (βραχυκυκλωμένο στο δεύτερο καλώδιο μέτρησης), είναι δυνατόν να ληφθεί η τιμή της αντίστασής του ξεχωριστά και να αντισταθμιστεί σχεδόν πλήρως όλη η αντίσταση από τα καλώδια. Ωστόσο, αυτό το κύκλωμα είναι πιο ακριβό, καθώς απαιτείται τέταρτος αγωγός, και γι' αυτό θα πρέπει να χρησιμοποιείται είτε σε εταιρείες με επαρκή κεφάλαια είτε για εφαρμογές μέτρησης όπου απαιτείται μεγαλύτερη ακρίβεια. Το διάγραμμα σύνδεσης 4 καλωδίων μπορείτε να δείτε στη δεξιά εικόνα.

Παρακαλώ σημειώστε! Το Pt1000 έχει ήδη αντίσταση 1000 Ω στους μηδέν βαθμούς. Αυτά μπορούν να παρατηρηθούν, για παράδειγμα, σε ένα σωλήνα ατμού, όπου η μετρούμενη θερμοκρασία είναι 100-160 °C, η οποία αντιστοιχεί σε περίπου 1400-1600 ωμ. Η αντίσταση των καλωδίων, ανάλογα με το μήκος τους, είναι περίπου 3-4 Ω, δηλαδή δεν επηρεάζουν σχεδόν καθόλου το σφάλμα και δεν έχει ιδιαίτερο νόημα η χρήση σύνδεσης τριών ή τεσσάρων καλωδίων.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των θερμομέτρων αντίστασης

Όπως κάθε συσκευή, η χρήση των θερμομέτρων αντίστασης έχει ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Ας τα δούμε.

Πλεονεκτήματα:

• Πρακτικά γραμμικό χαρακτηριστικό,
• οι μετρήσεις είναι μάλλον ακριβείς (ανακρίβεια max. 1 °C.);
• ορισμένα μοντέλα είναι φθηνά και εύχρηστα,
• ανταλλαξιμότητα των συσκευών,
• σταθερότητα λειτουργίας.

μειονεκτήματα:

• μικρό εύρος μέτρησης,
• μάλλον χαμηλό όριο θερμοκρασίας,
• Η ανάγκη χρήσης ειδικών διαγραμμάτων καλωδίωσης για αυξημένη ακρίβεια, γεγονός που αυξάνει το κόστος υλοποίησης.

Το θερμόμετρο αντίστασης είναι μια κοινή συσκευή σε όλους σχεδόν τους κλάδους της βιομηχανίας. Είναι εύκολο να μετράτε χαμηλές θερμοκρασίες χωρίς να χρειάζεται να ανησυχείτε για την ακρίβεια των μετρήσεων. Το θερμόμετρο δεν είναι ιδιαίτερα ανθεκτικό, αλλά η λογική τιμή και η εύκολη αντικατάσταση του αισθητήρα αντισταθμίζουν αυτό το μικρό μειονέκτημα.

Σχετικά άρθρα: