Temperatura jest jednym z najważniejszych parametrów fizycznych. Ważne jest, aby je mierzyć i kontrolować zarówno w życiu codziennym, jak i w produkcji. Istnieje wiele specjalnych urządzeń przeznaczonych do tego celu. Termometr oporowy jest jednym z najpowszechniej stosowanych przyrządów w nauce i przemyśle. Dzisiaj wyjaśnimy, czym jest termometr oporowy, jakie są jego zalety i wady oraz poznamy różne modele.
Spis treści
Obszar zastosowania
Termometr oporowy - Termometr oporowy jest urządzeniem służącym do pomiaru temperatury ciała stałego, cieczy i gazów. Jest on również używany do pomiaru temperatury ciał stałych luzem.
Termometry oporowe znajdują zastosowanie w produkcji gazu i ropy naftowej, metalurgii, energetyce, gospodarce komunalnej i wielu innych gałęziach przemysłu.
WAŻNE! Termometry oporowe mogą być stosowane zarówno w mediach neutralnych, jak i agresywnych. Przyczynia się to do szerokiego zastosowania przyrządu w przemyśle chemicznym.
Uwaga! Do pomiaru temperatury w przemyśle stosuje się również termopary, więcej informacji na ich temat można znaleźć w w naszym artykule o termoparach.
Rodzaje czujników i ich specyfikacje
Pomiar temperatury za pomocą termometru rezystancyjnego odbywa się przy użyciu jednego lub więcej rezystancyjnych elementów pomiarowych i podłączeniu przewodySą one zamknięte w obudowie ochronnej.
Czujniki RTD są klasyfikowane w zależności od typu elementu pomiarowego.
Metalowy termometr oporowy zgodny z normą GOST 6651-2009
Według GOST 6651-2009 Istnieje grupa metalowych termometrów oporowych, tj. TS, których elementem czułym jest mały opornik wykonany z drutu metalowego lub folii.
Platynowe mierniki temperatury
Platynowe czujniki RTD są uważane za najbardziej rozpowszechnione spośród pozostałych typów, dlatego są często instalowane w celu monitorowania ważnych parametrów. Zakres pomiaru temperatury wynosi -200 °C do 650 °C. Krzywa charakterystyki jest zbliżona do funkcji liniowej. Jednym z najczęstszych typów jest Pt100 (Pt to platyna, 100 oznacza 100 omów w temperaturze 0 °C.).
WAŻNE! Główną wadą tego urządzenia jest wysoki koszt wynikający z zastosowania metalu szlachetnego w jego składzie.
Termometry oporowe niklowe
Niklowe termometry oporowe są rzadko stosowane w produkcji ze względu na wąski zakres temperatur (od -60 °C do 180 °C) i złożoność działania, należy jednak zauważyć, że mają one najwyższy współczynnik temperaturowy 0,00617 °С-1.
Czujniki te były wcześniej stosowane w przemyśle stoczniowym, ale obecnie zostały zastąpione przez platynowe czujniki temperatury w tym przemyśle.
Czujniki miedziowe (TCM)
Wydaje się, że czujniki miedziane mają jeszcze węższy zakres pomiarowy niż czujniki niklowe (tylko w zakresie temperatur od -50 °C do 170 °C), ale mimo to są one bardziej popularnym typem czujnika.
Sekretem jest niski koszt posiadania. Miedziane elementy czujnikowe są proste i bezpretensjonalne w użyciu oraz doskonale nadają się do pomiaru niskich temperatur lub parametrów pokrewnych, takich jak temperatura powietrza w warsztacie.
Okres eksploatacji takiego urządzenia jest jednak krótki, a średni koszt miedzianego czujnika temperatury nie jest zbyt wygórowany (około 1 tys. rubli).
Oporniki termiczne
Termorezystory to termometry oporowe, których element czuły jest wykonany z półprzewodnika. Może to być tlenek, halogenek lub inna substancja o właściwościach amfoterycznych.
Zaletą tego urządzenia jest nie tylko jego wysoki współczynnik temperaturowy, ale także możliwość formowania przyszłego produktu w dowolny kształt (od cienkich rurek do kilku mikronów długości). Zazwyczaj termistory są przeznaczone do pomiaru temperatury w zakresie temperatur od -100 °C do +200 °C..
Rozróżnia się dwa typy termistorów:
- Termistory - mają ujemny temperaturowy współczynnik oporu, tzn. gdy temperatura rośnie, opór maleje;
- pozystory - mają dodatni temperaturowy współczynnik rezystancji, tzn. wraz ze wzrostem temperatury rośnie również ich rezystancja.
Tabele kalibracji termometrów rezystancyjnych
Tabele gradacji to zestawienie, na podstawie którego można łatwo określić, przy jakiej temperaturze termometr będzie miał określoną rezystancję. Tabele takie pomagają technikowi pomiarowemu oszacować wartość mierzonej temperatury na podstawie określonej wartości rezystancji.
W tej tabeli znajdują się specjalne oznaczenia RTD. Można je zobaczyć w górnym wierszu. Liczba oznacza wartość rezystancji czujnika w temperaturze 0°C, a litera - metal, z którego jest wykonany.
Stosuje się oznaczenie metalu:
- P lub Pt - platyna
- М - miedzi;
- N - nikiel.
Na przykład 50M to miedziany czujnik TC o rezystancji 50 omów w temperaturze 0°C.
Poniżej przedstawiono fragment tabeli z podziałką termometru.
| 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 |
Klasa tolerancji
Klasy tolerancji nie należy mylić z klasą dokładności. Za pomocą termometru nie dokonujemy bezpośredniego pomiaru i nie widzimy wyniku pomiaru, lecz przekazujemy wartość rezystancji odpowiadającą rzeczywistej temperaturze do barier lub przyrządów pomocniczych. Dlatego też wprowadzono nowy termin.
Klasa tolerancji to różnica między rzeczywistą temperaturą ciała a temperaturą zmierzoną.
Istnieją 4 klasy dokładności TC (Klasy dokładności od najdokładniejszych do tych z największą niepewnością):
- AA;
- А;
- B;
- С.
Poniżej znajduje się wyciąg z tabeli klas tolerancji, pełną wersję można znaleźć w GOST 6651-2009.
| Klasa dokładności | Tolerancja, °C | Zakres temperatur, °C | ||
|---|---|---|---|---|
| Miedź TS | Platinum TS | Nikiel TS | ||
| AA | ±(0,1 + 0,0017 |t|) | - | 50 °C do +250 °C | - |
| А | ±(0,15+0,002 |t|) | od -50 °C do +120 °C | 100 °C do +450 °C | - |
| В | ± (0,3 + 0,005 |t|) | od -50 °C do +200 °C | -195 °C do +650 °C | - |
| С | ±(0,6 + 0,01 |t|) | -180 °C do +200 °C | -195 °C do +650 °C | -60 °C do +180 °C |
schemat połączeń
Aby poznać wartość rezystancji, należy ją zmierzyć. Można to zrobić, włączając go do obwodu pomiarowego. Zazwyczaj stosuje się 3 różne układy, różniące się liczbą przewodów i dokładnością pomiaru:
- Obwód dwuprzewodowy. Zawiera najmniejszą liczbę przewodów i dlatego jest najtańszą opcją. Jednak wybór takiego układu nie zapewni optymalnej dokładności - opór termometru zostanie dodany do oporu użytych przewodów, co wprowadzi błąd zależny od długości przewodów. W przemyśle taki system jest rzadko stosowany. Stosuje się ją tylko do pomiarów, w których dokładność nie jest istotna, a sonda znajduje się w bezpośredniej bliskości przetwornika wtórnego. Obwód dwuprzewodowy pokazane na lewej ilustracji.
- Obwód trójprzewodowy. W przeciwieństwie do poprzedniej wersji, w tym przypadku dodano dodatkowy przewód, zwarty z jednym z dwóch pozostałych przewodów pomiarowych. Jego głównym celem jest jest możliwość uzyskania informacji o rezystancji podłączonych przewodów i odjąć tę wartość (wyrównać) od wartości zmierzonej przez czujnik. Urządzenie dodatkowe, oprócz pomiaru podstawowego, mierzy dodatkowo rezystancję między zamkniętymi przewodami, uzyskując w ten sposób wartość rezystancji przewodów łączących czujnik z barierą lub urządzeniem dodatkowym. Ponieważ przewody są zwarte, wartość ta powinna wynosić zero, ale w rzeczywistości, ze względu na dużą długość przewodów, wartość ta może sięgać kilku omów. Błąd ten jest następnie odejmowany od zmierzonej wartości, dzięki czemu uzyskuje się dokładniejszy odczyt poprzez kompensację rezystancji przewodów. Takie połączenie jest stosowane w większości przypadków, ponieważ stanowi kompromis między wymaganą dokładnością a akceptowalną ceną. Obwód trójprzewodowy jest pokazany na rysunku środkowym.
- Obwód 4-przewodowy. Cel jest taki sam, jak w przypadku obwodu trójprzewodowego, ale kompensacja błędów jest zapewniona dla obu przewodów pomiarowych. W obwodzie trójprzewodowym przyjmuje się, że wartość rezystancji obu przewodów pomiarowych jest taka sama, ale rzeczywista wartość może się nieznacznie różnić. Dodanie kolejnego, czwartego przewodu w obwodzie czteroprzewodowym (zwarty z drugim przewodem pomiarowym), możliwe jest uzyskanie wartości jego rezystancji oddzielnie i prawie całkowite skompensowanie całej rezystancji przewodów. Układ ten jest jednak droższy, ponieważ wymaga zastosowania czwartego przewodnika, dlatego powinien być stosowany w firmach dysponujących odpowiednimi środkami finansowymi lub w zastosowaniach pomiarowych, w których wymagana jest większa dokładność. Schemat połączeń 4-przewodowych można zobaczyć na prawym zdjęciu.
Uwaga! Pt1000 ma już rezystancję 1000 omów w temperaturze zero stopni. Można je zaobserwować na przykład na rurze parowej, gdzie zmierzona temperatura wynosi 100-160 °C, co odpowiada ok. 1400-1600 omom. Rezystancja przewodów, w zależności od ich długości, wynosi ok. 3-4 Ω, tzn. nie mają one prawie żadnego wpływu na błąd i nie ma większego sensu stosowanie połączenia trzy- lub czteroprzewodowego.
Zalety i wady termometrów oporowych
Jak każde urządzenie, stosowanie termometrów oporowych ma szereg zalet i wad. Przyjrzyjmy się im.
Zalety:
- Praktycznie liniowa charakterystyka;
- pomiary są dość dokładne (niedokładność maks. 1 °C.);
- Niektóre modele są tanie i łatwe w użyciu;
- wymienność urządzeń;
- stabilność działania.
wady:
- mały zakres pomiarowy;
- dość niski limit temperatury;
- Konieczność stosowania specjalnych schematów elektrycznych w celu zwiększenia dokładności, co zwiększa koszty wdrożenia.
Termometr oporowy jest urządzeniem powszechnie stosowanym w prawie wszystkich gałęziach przemysłu. Można łatwo mierzyć niskie temperatury, nie martwiąc się o dokładność odczytów. Termometr nie jest szczególnie trwały, ale rozsądna cena i łatwa wymiana czujnika rekompensują tę niewielką wadę.
Powiązane artykuły:
