Схемы подключения
Используются три основных способа:
- Двухпроводной. Самый простой вариант, применяется тогда, когда высокая точность показателей не важна. Из-за номинального сопротивления проводников при подключении создается дополнительная погрешность. Этот метод неприменим при классах точности А и АА.
- Трехпроводной. Более точный способ, по сравнению с предыдущим. Все потому, что можно определить сопротивление монтажных проводов и понять, насколько сильно они будут влиять на результаты.
- Четырехпроводной. Этот вариант полностью исключает воздействие сопротивления кабелей.
Прежде чем устанавливать датчики сопротивления, нужно определить, что их характеристики соответствуют поставленным задачам, а типы подобраны правильно
Предварительно важно убедиться, что прибор не поврежден и может исправно работать
Некоторые факторы могут негативно влиять на точность результатов. Например, установка датчика в неподходящем месте, не соответствующая условиям монтажная длина, недостаточная теплоизоляция трубопровода, плохое уплотнение.
Предварительно (до установки) проверяется:
- Исправность всех контактов. Если хоть один работает не так, как нужно, показатели не будут точными.
- Обмотка на отсутствие конденсата, влаги.
- Схема соединения. В ней не должно быть подгонки сопротивления, компенсационного кабеля.
- Соответствие градуировок в измерительном аппарате и датчике.
Правильно установить датчики сопротивления сможет только опытный специалист. Потому для этого стоит обратиться в специализированную компанию.
NTC
Основные сведения
Сопротивление NTC-терморезисторов уменьшается при нагреве, их ТКС отрицательный. Зависимость сопротивления от температуры изображена на графике ниже.
Здесь вы можете убедиться, что при нагреве сопротивление NTC-терморезистора уменьшается.
Такие термисторы изготавливают из полупроводников. Принцип действия заключается в том, что с ростом температуры увеличивается концентрация носителей зарядов, электроны переходят в зону проводимости. Кроме полупроводников используются оксиды переходных металлов.
Обратите внимание на такой параметр как бета-коэффициент. Учитывается при использовании терморезистора для измерения температуры, для усреднения графика сопротивления от температуры и проведения расчетов с помощью микроконтроллеров
Бета-уравнение для приближения кривой изменения сопротивления термистора вы видите ниже.
Интересно: в большинстве случаев термисторы используют в диапазоне температур 25-200 градусов Цельсия. Соответственно могут использоваться для измерений в этих диапазонах, в то время как термопары работают и при 600 градусах Цельсия.
Где используется
Терморезисторы с отрицательным ТКС часто используют для ограничения пусковых токов электродвигателей, пусковых реле, для защиты от перегрева литиевых аккумуляторов и в блоках питания для уменьшения зарядных токов входного фильтра (емкостного).
На схеме выше приведен пример использования термистора в блоке питания. Такое применение называется прямым нагревом (когда элемент сам разогревается при протекании тока через него). На плате блока питания NTC-резистор выглядит следующим образом.
На рисунке ниже вы видите, как выглядит NTC-терморезистор. Он может отличаться размерам, формой, а реже и цветом, самый распространенный – это зелёный, синий и черный.
Ограничение пускового тока электродвигателей с помощью NTC-термистора получило широкое распространение в бытовой технике благодаря простоте реализации. Известно, что при пуске двигателя он может потреблять ток в разы и десятки раз превышающий его номинальное потребление, особенно если двигатель пускается не в холостую, а под нагрузкой.
Принцип работы такой схемы:
Когда термистор холодный его сопротивление велико, мы включаем двигатель и ток в цепи ограничивается активным сопротивлением термистора. Постепенно происходит разогрев этого элемента и его сопротивление падает, а двигатель выходит на рабочий режим. Термистор подбирается таким образом, чтобы в горячем состоянии сопротивление было приближено к нулю. На фото ниже вы видите сгоревший терморезистор на плате мясорубки Zelmer, где и используется такое решение.
Недостаток этой конструкции состоит в том, что при повторном пуске, когда термистор еще не остыл – ограничения тока не происходит.
Есть не совсем привычное любительское применение терморезистора для защиты ламп накаливания. На схеме ниже изображен вариант ограничения всплеска тока при включении таких лампочек.
Если терморезистор используется для измерения температуры – такой режим работы называют косвенным нагревом, т.е. он нагревается от внешнего источника тепла.
Интересно: у терморезисторов нет полярности, так что их можно использовать как в цепях постоянного, так и переменного тока не опасаясь переполюсовки.
Маркировка
Терморезисторы могут маркироваться как буквенным способом, так и содержать цветовую маркировку в виде кругов, колец или полос. При этом различают множество способов буквенной маркировки – это зависит от производителя и типа конкретного элемента. Один из вариантов:
На практике, если он применяется для ограничения пускового тока чаще всего встречаются дисковые термисторы, которые маркируются так:
5D-20
Где первая цифра обозначает сопротивление при 25 градусах Цельсия – 5 Ом, а «20» — диаметр, чем он больше – тем большую мощность он может рассеять. Пример такого вы видите на рисунке ниже:
Для расшифровки цветовой маркировки можно воспользоваться таблицей, изображенной ниже.
Из-за обилия вариантов маркировки можно ошибиться в расшифровке, поэтому для точности расшифровки лучше искать техническую документацию к конкретному компоненту на сайте производителя.
Стандарты и нормы
В настоящее время международным стандартом, который устанавливает допуск и отношение температуры к электрическому сопротивлению для платиновых термопреобразователей сопротивления ТСП, является IEC 60751: 2008; ASTM E1137 также используется в США.
Безусловно, наиболее распространенные устройства, используемые в промышленности, имеют номинальное сопротивление 100 Ом при 0 °C и называются датчиками Pt100 («Pt» — символ для платины, «100» для сопротивления в Ом при 0 °C). Также можно получить датчики Pt1000, где 1000 — это сопротивление в омах при 0 °C. Чувствительность стандартного датчика 100 Ом составляет номинальную 0,385 Ом / °C. Также доступны RTD с чувствительностью 0,375 и 0,392 Ом / °C, а также множество других.
Термопреобразователи сопротивления ТСМ конструируются в нескольких формах и в ряде случаев обеспечивают большую стабильность, точность и повторяемость, чем пары. В то время как термопары используют эффект Зеебека для генерации напряжения, вышеупомянутые приборы используют электрическое сопротивление и требуют источника питания для работы. Оно в идеале изменяется почти линейно с температурой в соответствии с уравнением Каллендара – Ван Дюзена. Для его измерения хорошо подходит термопреобразователь сопротивления ДТС.
Типы чувствительных элементов в платиновых термопреобразователях
На сегодняшний день выделяют следующие разновидности чувствительных элементов:
1. В виде «свободной от напряжения спирали».
2. В виде «полой конструкции».
3. Устройство из пленки.
4. Устройство из платины со стеклянной оболочкой.
Самым распространенным и надежным видом является «свободная от напряжения спираль», чаще всего его можно встретить у российских производителей. Внешне этот элемент может выглядеть по-разному – в зависимости от использованных материалов и величины отдельных деталей.
«Полая конструкция» – тип устройства, внедренный сравнительно недавно. Чаще всего он востребован на промышленных предприятиях, связанных с особым производством (например, в атомной промышленности). Тип конструкции данного сенсора обуславливает его значительную точность, надежность и стабильность в эксплуатации. Повышенная себестоимость материалов сборки делает эту деталь весьма дорогостоящей.
К числу чувствительных элементов, широко применяемых за рубежом, относится пленочный тип, при котором на керамическую подложку нанесен тонкий платиновый слой. Данная разновидность имеет массу преимуществ: невысокую стоимость, практичность, небольшие габариты и малый вес. Минусом устройства называют низкую стабильность, однако в последнее время проводятся постоянные разработки и исследования, направленные на устранение этого недостатка.
Устройство, представляющее собой платиновую проволоку с покрытием из стекла, можно назвать одной из наиболее функциональных за счет полной герметизации и устойчивости к высокой влажности. Тем не менее, использовать этот прибор можно лишь при определенном температурном режиме. Стоимость этого типа элемента относится к сегменту выше среднего.
Где находится на схеме
Отображение терморезистора на схеме может различаться. Изделие легко найти по обозначениям t и t0. Внешне оно отражается как сопротивление, через которое проходит полоска по диагонали с «подставкой» под t0 снизу. Главные обозначения — R1, TH1 или RK1.
Если возникают сомнения в сфере применения, терморезистор можно нагреть и посмотреть на его поведение. Если сопротивление будет меняться, это нужный элемент.
Терморезисторы используются почти везде — в плате зарядного устройства, в автомобильных усилителях, блоках питания ПК, в Li-Ion аккумуляторах и других устройства. Найти их на схеме не трудно.
Плюсы и минусы
Датчики сопротивления хороши в следующем:
- обладают практически линейными характеристиками;
- обеспечивают точные сопротивления (возможная погрешность – в пределах 1 градуса);
- есть недорогие, простые в установке и эксплуатации модели;
- взаимозаменяемость;
- стабильность.
Датчики имеют сравнительно небольшой измерительный диапазон и относительно недолговечны, но распространены во многих отраслях и сферах деятельности.
Качественные датчики сопротивления, соответствующие всем стандартам и нормативам, представлены на сайте . Все устройства отличаются оптимальными характеристиками, надежностью и точностью. Модели можно приобрести по доступным ценам.
Чем отличается термосопротивление от термопары
Сопротивление резистора — формула для рассчета
Принцип действия ТС объясняется изменением проводимости контрольного участка цепи. Термопара, несмотря на схожее название, функционирует по-другому. Изделия этой категории создают из двух разных материалов. Соединение (рабочую спайку) помещают в зону измерений. Колебания температуры провоцируют изменение потенциалов на выходах. Эти показания фиксируют вольтметром или другим подходящим прибором.
Принцип действия, функциональные компоненты термопары и способы измерения
К сведению. Приведенные сведения объясняют главные практические отличия датчиков разного рода. Термопара фактически является генератором ЭДС, поэтому дополнительный источник тока не нужен.
Термопарный преобразователь можно применить для измерения вакуума. Для этого обеспечивают контакт чувствительного участка с нитью лампы накаливания. Колбу соединяют трубкой с рабочей зоной. Изменение разряжения газа сопровождается увеличением (уменьшением) ЭДС. После калибровки шкалы достаточно точно можно определять значение контролируемого параметра.
Термометр сопротивления ТСП
Стандартные термометры для замеряющего элемента используют платину, так как она меньше окисляется и точно выдает показания температуры. Но чаще всего применяются более дешевые ТС — из меди и никеля. У этих устройств много преимуществ, они могут замерять большой диапазон различных температур, четко улавливая колебания в ту или иную сторону.
Термометр сопротивления обладает устойчивостью к вибрациям, что разрешает их установку в сейсмических зонах. Эти термометры производятся разнообразных размеров — от самых малых до больших. Потому их используют в различных ситуациях на любых объектах.
Несмотря на все положительные моменты применения устройства, его высокую надежность и практичность, имеются и свои минусы. Надо учесть, приобретая термометр сопротивления — подключение и установка должны производится в 3-х или 4-проводной электрической системе. Если использовать меньше проводов, то показания температуры будут иметь погрешность. Еще одним недостатком прибора считается трудоемкий процесс подбора особенного типа глазури для герметической защиты датчика. При неправильном выборе смазки, когда произойдет резкий скачок температуры, корпус термометра может лопнуть.
Выбор наиболее подходящего типа датчика
При выборе типа датчика, наиболее подходящего для конкретного технологического процесса и поставленной задачи, следует предварительно поставить несколько основных вопросов. Ответы на них предоставят ценную информацию.
Каков диапазон измеряемых температур?
При выборе датчика определение правильного температурного диапазона является очень важным. Если температура будет превышать +850 °C, необходимо использовать ТП. При температурах ниже +850 °C можно выбрать как ТС, так и ТП. Кроме того, не стоит забывать, что проволочные ТС обладают более широким диапазоном измерения температур, чем тонкопленочные (рис. 2).
Рис. 2. Диапазоны измерения температур различными типами термодатчиков
Какова требуемая точность измерения датчика?
Определение требуемого уровня точности является еще одним важным фактором при выборе датчика. Как правило, ТС имеют большую точность по сравнению с ТП, а проволочные ТС — по сравнению с тонкопленочными. Если предположить, что на выбор одной из двух технологий не оказывают влияние другие факторы, это правило помогает сделать выбор наиболее точного датчика.
Вызывает ли опасения вибрация, возникающая в ходе процесса обработки?
Уровень вибрации при технологическом процессе также необходимо учитывать при выборе датчика. ТП обладают наиболее высокой вибростойкостью из всех существующих технологий измерения температуры.
Существуют различные типы термопар, определяющиеся сочетанием используемой в них проволоки. ТП большинства типов могут использоваться для измерения более высоких температур, чем ТС.
Если достоверно известно, что в ходе процесса возникает сильная вибрация, использование ТП позволит достичь максимальной надежности измерения температуры. Тонкопленочные ТС также устойчивы к воздействию вибрации; тем не менее они не обладают достаточной прочностью. Использование проволочных ТС в условиях повышенной вибрации исключено.
Типовые конструкции платиновых термосопротивлений
Производители применяют различные инженерные решения при выпуске продукции этой категории. Для уточнения на стадии сравнения можно изучить официальную сопроводительную документацию либо запросить необходимые данные на сайте компании.
Типовые конструкции ТС
| № | Наименование | Основные данные | Особенности |
| 1 | Strain-free | Основной элемент освобожден от нагрузок порошковой засыпкой из оксида алюминия | Разным цветом глазури, герметизирующей торцевую часть, обозначают соответствие определенному температурному диапазону |
| 2 | Hollow nnulus | Рабочий проводник наматывается на полый цилиндр | Материалы конструкции подбирают с учетом коэффициентов теплового расширения |
| 3 | Thin-film | Из металла формируют тонкий слой на изоляторе (керамической основе) | Эта модель отличается быстродействием, высокой чувствительностью |
| 4 | Проволока в стеклянной оболочке | В такой конструкции обеспечиваются идеальная герметизация проводника, надежная защита от внешних воздействий | Подобные решения используют для изготовления дорогих серий датчиков, которые рассчитаны на сложные условия эксплуатации |
Типичные конструкции датчиков из платины
Термосопротивление
Существует множество радиоэлектронных компонентов, которые изменяют некоторые свои параметры под действием изменения температурного режима. Таким элементом является и термосопротивление, или же как его еще называют – терморезистор. Из названия уже понятно, что деталь увеличивает сопротивление при повышении температуры.
Термосопротивление – это полупроводник, очень зависимый от температурных режимов, именно данный параметр, а также высокий коэффициент сопротивления, позволяет использовать устройство практически во всех отраслях промышленного производства. Термосопротивления (терморезисторы) производят из различных материалов, имеющих разное удельное сопротивление. К основным качественным показателям данного РЭК относят высокий коэффициент температур, химическую стабильность, температуру плавления.
Термосопротивление могут быть различные по конструкции изготовления, но больше всего распространены полупроводниковые стержни, покрытые эмалью. К стержню подводятся выводы и контактные колпачки, использовать их можно только лишь в среде, которая сухая. Множество подобных элементов отлично действуют в определенном температурном промежутке, любой же перегрев их вызывает отрицательное действие и ведет к разрушению терморезистора. Для того, чтобы защитить их от пагубного воздействия от внешнего негативного фактора, конструкцию термосопротивлений помещают в специальные герметичные корпуса. Такие детали можно использовать в любой среде, даже влажной. Если элементы производились из материалов, имеющих плохую проводимость, то изменение температурного режима способно привести к изменениям в сопротивлении в несколько десятков раз. Применение материала изготовления с идеальной проводимостью ведет к соотношению в пределах десяти. Если соблюдать все необходимые нормы, соответствующие техническим характеристиками того или иного типа терморезисторов, можно продлить их эксплуатационный срок до нескольких лет.
Термосопротивления и их типы
Наиболее популярны РЭК, при изготовлении которых используют платину, позволяющую выдерживать широкий диапазон температур: минус 200 – плюс 1200 градусов по Цельсию, иметь высокий температурный коэффициент, стойкость к процессам окисления и технологичность. Также, материалом для производства терморезисторов могут применять никель, медь.
Медные термосопротивления идеальны, когда необходимо продолжительное измерение рабочей температуры, при этом диапазон колеблется в пределах минус 200 – плюс 200 градусов. Достоинства меди, как материала: недорогая, без примесей, технологична, сопротивление линейно зависит от температуры. К недостаткам можно отнести: сопротивление удельное невысоко, сильное окисление. Эти недостатки приводят к ограничениям использования медных термосопротивлений.
Никелевые термосопротивления превосходно подходят, что измерять температуры, находящиеся в пределах минус 100 – плюс 300 градусов. К достоинствам можно отнести невысокую тепловую инерцию, сопротивление номинала идеальное. Недостатки: нелинейные, нестабильные номинальные статические характеристики, невозможность их взаимозаменять, так присутствует значительный разброс сопротивления номинального.
Схемы подключения
Датчики термосопротивлений подключаются по нескольким схемотипам: двухпроводная, трехпроводная, четырехпроводная. Двухпроводная не является распространенной, так как сопротивление соединительных проводов дает значительные погрешности при измерении. Более популярны именно трехпроводные схемы, так как именно такая схема применяется для подключения датчиков к различному виду контроллеров. Схему четырехпроводную применяют для подключения датчиков термосопротивлений к техническим и коммерческим устройствам, чтобы получать наиболее точные данные при потреблении энергоресурсов. Четырехпроводная схема позволяет обеспечить полную компенсацию сопротивления соединительных проводов и высочайшую точность в показаниях.
Термины
- Полупроводник – вещество с электрическими свойствами, которые характеризируют его как хорошего проводника или изолятора.
- Температурный коэффициент удельного сопротивления – эмпирическая величина (α), описывающая изменение сопротивления или удельного сопротивления с температурным показателем.
- Удельное сопротивление – степень, с которой материал сопротивляется электрическому потоку.
Сопротивление материалов основывается на температуре, поэтому получается проследить зависимость удельного сопротивления от температуры. Некоторые способны стать сверхпроводниками (нулевое сопротивление) при очень низких температурах, а другие – при высоких. Скорость вибрации атомов повышается на больших дистанциях, поэтому перемещающиеся сквозь металл электроны чаще сталкиваются и повышают сопротивление. Удельное сопротивление меняется с изменением температуры ΔT:
Сопротивление конкретного образца ртути достигает нуля при крайне низком температурном показателе (4.2 К). Если показатель выше этой отметки, то наблюдается внезапный скачек сопротивления, а далее практически линейный рост с температурой
p = p (1 + αΔT), где ρ – исходное удельное сопротивление, а α – температурный коэффициент удельного сопротивления. При серьезных переменах температуры α способно меняться, а для поиска p возможно потребуется нелинейное уравнение. Именно поэтому иногда оставляют суффикс температуры, при которой изменилось вещество (к примеру, α15).
Стоит отметить, что α положительно для металлов, а удельное сопротивление растет вместе с температурным показателем. Обычно температурный коэффициент составляет +3 × 10-3 К-1 до +6 × 10-3 К-1 для металлов с примерно комнатной температурой. Есть сплавы, которые разрабатывают специально, чтобы снизить зависимость от температуры. Например, у манганина α приближено к нулю.
Советуем изучить — Удельное электрическое сопротивление
Не забывайте также, что α выступает отрицательным для полупроводников, то есть, их удельное сопротивление уменьшается с ростом температурной отметки. Это отличные проводники при высоких температурах, потому что повышенное температурное смешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для транспортировки тока.
Сопротивление объекта также основывается на температуре, так как R располагается в прямой пропорциональности p. Мы знаем, что для цилиндра R = ρL/A. Если L и A сильно не изменяются с температурой, то R обладает одинаковой температурной зависимостью с ρ. Выходит:
R = R (1 + αΔT), где R – исходное сопротивление, а R – сопротивление после изменения температуры T.
Давайте рассмотрим сопротивление датчика температуры. Очень многие термометры функционируют по этой схеме. Наиболее распространенный пример – термистор. Это полупроводниковый кристалл с сильной зависимостью от температуры. Устройство небольшое, поэтому быстро переходит в тепловой баланс с человеческой частью, к которой прикасается.
Термометры основаны на автоматическом измерении температурного сопротивления термистора
Обзор
Электрический ток
Батарея Измерения тока и напряжения в цепях Микроскопический вид: скорость дрейфа
Сопротивление и резисторы
Закон Ома Температура и сверхпроводимость Сопротивление и удельное сопротивление Зависимость сопротивления от температуры
Электрическая энергия и энергия
Переменные токи
Фазоры Средниеквадратное значение корня Меры предосторожности в домашнем хозяйстве
Электричество в мире
Люди и электрическая опасность Проводимость нервов и электрокардиограммы Электрическая активность в сердце
Типовые конструкции платиновых термосопротивлений
Производители применяют различные инженерные решения при выпуске продукции этой категории. Для уточнения на стадии сравнения можно изучить официальную сопроводительную документацию либо запросить необходимые данные на сайте компании.
Типовые конструкции ТС
| № | Наименование | Основные данные | Особенности |
| 1 | Strain-free | Основной элемент освобожден от нагрузок порошковой засыпкой из оксида алюминия | Разным цветом глазури, герметизирующей торцевую часть, обозначают соответствие определенному температурному диапазону |
| 2 | Hollow nnulus | Рабочий проводник наматывается на полый цилиндр | Материалы конструкции подбирают с учетом коэффициентов теплового расширения |
| 3 | Thin-film | Из металла формируют тонкий слой на изоляторе (керамической основе) | Эта модель отличается быстродействием, высокой чувствительностью |
| 4 | Проволока в стеклянной оболочке | В такой конструкции обеспечиваются идеальная герметизация проводника, надежная защита от внешних воздействий | Подобные решения используют для изготовления дорогих серий датчиков, которые рассчитаны на сложные условия эксплуатации |
Типичные конструкции датчиков из платины
