La temperatura è uno dei parametri fisici più importanti. È importante misurarlo e controllarlo sia nella vita quotidiana che nella produzione. Ci sono molti dispositivi speciali disponibili per questo scopo. Il termometro a resistenza è uno degli strumenti più comuni usati ampiamente nella scienza e nell'industria. Oggi spiegheremo cos'è un termometro a resistenza, i suoi vantaggi e svantaggi, e capiremo i diversi modelli.
Contenuto
Campo di applicazione
Un termometro a resistenza - Un termometro a resistenza è un dispositivo per misurare la temperatura di mezzi solidi, liquidi e gassosi. Si usa anche per misurare la temperatura dei solidi sfusi.
La loro resistenza termometrica posto trovato nella produzione di gas e petrolio, metallurgia, energia, servizi pubblici e molte altre industrie.
IMPORTANTE! I termometri a resistenza possono essere utilizzati sia in mezzi neutri che aggressivi. Questo contribuisce all'uso diffuso dello strumento nell'industria chimica.
Si prega di notare! Per la misurazione della temperatura nell'industria si usano anche le termocoppie, leggete di più su di esse in nel nostro articolo sulle termocoppie.
Tipi di sensori e loro specifiche
La misurazione della temperatura con un termometro a resistenza avviene utilizzando uno o più elementi di rilevamento a resistenza e collegando filiQuesti sono incapsulati in una custodia protettiva.
Gli RTD sono classificati secondo il tipo di elemento di rilevamento.
Termometro a resistenza metallica secondo GOST 6651-2009
Secondo GOST 6651-2009 Esiste un gruppo di termometri a resistenza metallica, cioè TS, il cui elemento sensibile è una piccola resistenza fatta di filo metallico o pellicola.
Misuratori di temperatura in platino
Gli RTD al platino sono considerati i più comuni degli altri tipi, quindi sono spesso installati per monitorare parametri importanti. Il campo di misura della temperatura è da -200 °C a 650 °C. La curva caratteristica è vicina a una funzione lineare. Uno dei tipi più comuni è Pt100 (Pt è platino, 100 significa 100 ohm a 0 °C.).
IMPORTANTE! Lo svantaggio principale di questo dispositivo è l'alto costo dovuto all'uso di metallo prezioso nella composizione.
Termometri a resistenza al nichel
I termometri a resistenza al nichel non sono quasi mai usati nella produzione a causa del loro ristretto range di temperatura (da -60 °C a 180 °C) e la complessità del funzionamento, tuttavia, va notato che hanno il più alto coefficiente di temperatura di 0,00617 °С-1.
Questi sensori erano precedentemente utilizzati nella costruzione navale, ma ora sono stati sostituiti da sensori di temperatura al platino in questo settore.
Sensori di rame (TCM)
I sensori di rame sembrerebbero avere un campo di rilevamento ancora più stretto dei sensori di nichel (solo da -50 °C a 170 °C), ma sono comunque il tipo di sensore più popolare.
Il segreto è il basso costo di proprietà. Gli elementi di rilevamento in rame sono semplici e senza pretese da usare, e sono eccellenti per misurare le basse temperature o i parametri correlati come la temperatura dell'aria dell'officina.
La vita utile di un tale dispositivo è breve, tuttavia, e il costo medio di un sensore di temperatura in rame non è troppo squallido (circa 1 migliaio di rubli).
Resistenze termiche
I termoresistori sono termometri a resistenza, il cui elemento sensibile è costituito da un semiconduttore. Questo può essere un ossido, un alogenuro o un'altra sostanza con proprietà anfotere.
Il vantaggio di questo dispositivo non è solo il suo alto coefficiente di temperatura, ma anche la possibilità di modellare il futuro prodotto in qualsiasi forma (da tubi sottili a diversi micron di lunghezza). Tipicamente i termistori sono progettati per misurare le temperature tra -100 °C e +200 °C..
Si distingue tra due tipi di termistori:
- Termistori - hanno un coefficiente di temperatura negativo della resistenza, cioè quando la temperatura aumenta, la resistenza diminuisce;
- posistori - hanno un coefficiente di temperatura positivo della resistenza, cioè con l'aumentare della temperatura, aumenta anche la resistenza.
Tabelle di calibrazione per termometri a resistenza
Le tabelle di graduazione sono una griglia riassuntiva, dalla quale si può facilmente determinare a quale temperatura il termometro avrà una certa resistenza. Tali tabelle aiutano il tecnico della strumentazione a stimare il valore della temperatura misurata a partire da un certo valore di resistenza.
All'interno di questa tabella ci sono designazioni speciali di RTD. Potete vederli sulla linea superiore. Il numero indica il valore di resistenza del sensore a 0°C e la lettera il metallo di cui è fatto.
Si usa la designazione del metallo:
- P o Pt - platino
- М - rame;
- N - nichel.
Per esempio, 50M è un TC in rame, con una resistenza di 50 ohm a 0 °C.
Qui sotto c'è un frammento della tabella di graduazione del termometro.
| 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 |
Classe di tolleranza
La classe di tolleranza non deve essere confusa con la classe di precisione. Con un termometro non misuriamo direttamente e non vediamo il risultato della misurazione, ma trasmettiamo il valore di resistenza corrispondente alla temperatura reale alle barriere o agli strumenti secondari. Per questo è stato introdotto un nuovo termine.
La classe di tolleranza è la differenza tra la temperatura corporea reale e la temperatura misurata.
Ci sono 4 classi di precisione di TC (Classi di accuratezza dalle più accurate a quelle con la maggiore incertezza):
- AA;
- А;
- B;
- С.
Ecco un estratto della tabella delle classi di tolleranza, la versione completa si trova in GOST 6651-2009.
| Classe di precisione | Tolleranza, °C | Intervallo di temperatura, °C | ||
|---|---|---|---|---|
| Rame TS | Platino TS | Nichel TS | ||
| AA | ±(0,1 + 0,0017 |t|) | - | 50 °C a +250 °C | - |
| А | ±(0,15+0,002 |t|) | da -50 °C a +120 °C | 100 °C a +450 °C | - |
| В | ± (0,3 + 0,005 |t|) | da -50 °C a +200 °C | da -195 °C a +650 °C | - |
| С | ±(0,6 + 0,01 |t|) | da -180 °C a +200 °C | da -195 °C a +650 °C | da -60 °C a +180 °C |
schema elettrico
Per scoprire il valore della resistenza, bisogna misurarlo. Questo può essere fatto incorporandolo in un circuito di misurazione. In generale, vengono utilizzati 3 circuiti diversi, ognuno dei quali differisce per il numero di fili e la precisione di misurazione raggiunta:
- Circuito a 2 fili. Contiene il numero minimo di fili ed è quindi l'opzione più economica. Tuttavia, optando per questo circuito non si otterrà una precisione ottimale - la resistenza del termometro sarà aggiunta alla resistenza dei fili utilizzati, il che introdurrà un errore che dipende dalla lunghezza dei fili. Nell'industria, un tale schema è usato raramente. Si usa solo per le misure in cui la precisione non è importante e la sonda si trova in prossimità del trasduttore secondario. Circuito a 2 fili mostrato nell'immagine di sinistra.
- Circuito a 3 fili. A differenza della versione precedente, qui si aggiunge un filo in più, cortocircuitato con uno degli altri due fili di misura. Il suo scopo principale è quello di è essere in grado di ottenere la resistenza dei fili collegati e sottrarre questo valore (compensare) dal valore misurato dal sensore. Il dispositivo secondario, oltre alla misurazione di base, misura anche la resistenza tra i fili chiusi, ottenendo così il valore di resistenza dei fili di collegamento dal sensore alla barriera o al dispositivo secondario. Poiché i fili sono chiusi, questo valore dovrebbe essere zero, ma in realtà, a causa della lunga lunghezza dei fili, questo valore può raggiungere diversi ohm. Questo errore viene poi sottratto dal valore misurato, ottenendo una lettura più accurata compensando la resistenza dei fili. Questo collegamento è utilizzato nella maggior parte dei casi, poiché è un compromesso tra la precisione richiesta e un prezzo accettabile. Circuito a 3 fili è mostrato nel disegno centrale.
- Circuito a 4 fili. Lo scopo è lo stesso di un circuito a 3 fili, ma la compensazione dell'errore è data a entrambi i fili di misura. In un circuito a tre fili, si presume che il valore di resistenza di entrambi i puntali sia lo stesso, ma il valore effettivo può differire leggermente. Aggiungendo un altro quarto cavo in un circuito a quattro fili (cortocircuitato con il secondo cavo di misura), è possibile ottenere il suo valore di resistenza separatamente e compensare quasi completamente tutta la resistenza dei fili. Tuttavia, questo circuito è più costoso perché è necessario un quarto conduttore e quindi dovrebbe essere utilizzato in aziende con fondi sufficienti o per applicazioni di misurazione in cui è richiesta una maggiore precisione. Lo schema di connessione a 4 fili si può vedere sulla foto di destra.
Si prega di notare! Il Pt1000 ha già una resistenza di 1000 ohm a zero gradi. Questi possono essere visti, per esempio, su un tubo di vapore, dove la temperatura misurata è di 100-160 °C, che corrisponde a circa 1400-1600 ohm. La resistenza dei fili, a seconda della loro lunghezza, è di circa 3-4 Ω, cioè non hanno quasi nessuna influenza sull'errore e non ha molto senso usare un collegamento a tre o quattro fili.
Vantaggi e svantaggi dei termometri a resistenza
Come ogni dispositivo, l'uso di termometri a resistenza ha una serie di vantaggi e svantaggi. Guardiamoli.
Vantaggi:
- Caratteristica praticamente lineare;
- le misure sono piuttosto esatte (imprecisione max. 1 °C.);
- alcuni modelli sono economici e facili da usare;
- intercambiabilità dei dispositivi;
- stabilità di funzionamento.
svantaggi:
- piccolo campo di misura;
- limite di temperatura piuttosto basso;
- La necessità di utilizzare schemi elettrici speciali per una maggiore precisione, che aumenta i costi di implementazione.
Il termometro a resistenza è un dispositivo comune in quasi tutti i rami dell'industria. È facile misurare le basse temperature senza doversi preoccupare della precisione delle letture. Il termometro non è particolarmente durevole, ma il prezzo ragionevole e la facile sostituzione del sensore compensano questo piccolo svantaggio.
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