Термометр сопротивления

Условное графическое обозначение термометра сопротивления

Термо́метр сопротивле́ния — электронный прибор, предназначенный для измерения температуры и основанный на зависимости электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводниковых материалов от температуры[1]. В последнем случае называется термосопротивле́нием, терморези́стором или термистором[2]

.

Содержание

Металлический термометр сопротивления

Представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или плёнки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Наиболее распространённый тип термометров сопротивления — платиновые термометры. Это объясняется тем, что платина имеет высокий температурный коэффициент сопротивления и высокую стойкость к окислению. Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным коэффициентом не менее 0, 003925. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Действующий стандарт на технические требования к рабочим термометрам сопротивления: ГОСТ 6651-2009 (Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний). В стандарте приведены диапазоны, классы допуска, таблицы НСХ и стандартные зависимости сопротивление-температура. Стандарт соответствует международному стандарту МЭК 60751 (2008). В стандарте впервые отказались от нормирования конкретных номинальных сопротивлений. Сопротивление изготовленного термометра может быть любым. Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев используются со стандартной зависимостью сопротивление-температура (НСХ), что обуславливает погрешность не лучше 0, 1 °C (класс АА при 0 °C). Термометры сопротивления на основе напыленной на подложку плёнки отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Максимальный диапазон, в котором установлены классы допуска платиновых термометров для проволочных чувствительных элементов составляет 660 °C (класс С), для плёночных 600 °C (класс С

).

Термисторы

Термистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления , простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени

.

Зависимость сопротивления от температуры

Для промышленных платиновых термометров сопротивления используется уравнение Каллендара-Ван Дьюзена (en), с известными коэффициентами, которые установлены экспериментально и нормированы в международном стандарте МЭК 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}).

Здесь, R_T сопротивление при T °C, R_0 сопротивление при 0 °C, и константы (для платинового сопротивления

) -
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}.

Поскольку коэффициенты B и C относительно малы, сопротивление растёт почти линейно по мере роста температуры

.

Для термометров повышенной точности выполняется градуировка в ряде температурных точек и определяются индивидуальные коэффициенты вышеприведенной зависимости.[3]

Существуют полупроводниковые термометры сопротивления — при увеличении температуры, сопротивление этих датчиков уменьшается. Применяются обычно на транспорте. Для подключения используют обычно 2-х проводную схему подключения

.

Существует 3 схемы включения датчика в измерительную цепь

:
Two Wire Resistance Thermometer

В схеме подключения простейшего термометра сопротивления используется два провода. Такая схема используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление выводов включается в измеренное сопротивление и приводит к появлению дополнительной погрешности. Такая схема не применяется для термометров класса А и АА

.
  • 3-х проводная обеспечивает значительно более точные измерения, за счёт того, что появляется возможность измерить отдельно сопротивление подводящих проводов и вычесть его из суммарного измеренного сопротивления.
  • 4-х проводная — наиболее точная схема, обеспечивает полное исключение влияния подводящих проводов. Недостаток — увеличение объёма используемого материала, стоимости и габаритов сборки. Невозможно использовать в четырехплечем мосте Уинстона.

В промышленности наиболее распространенной является трёхпроводная схема. Для точных, эталонных измерений используется только четырёхпроводная схема

.

Преимущества термометров сопротивления

  • Высокая точность измерений (обычно лучше ±1 °C), может доходить до 0, 13м °C(0, 00013).
  • Возможноcть исключения влияния изменения сопротивления линий связи на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы измерений
  • Практически линейная характеристика

Недостатки термометров сопротивления

Таблица сопротивлений некоторых термометров сопротивления

Сопротивление в Омах (Ω)
Температура
в °C
Pt100 Pt1000 немPTC немNTC 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

Функция получения значения температуры (C++)

Приведённый ниже код позволяет получить значение температуры датчика Pt100 или Pt1000 из его текущего сопротивления

.
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);
}

Примечания

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.