Чем измерить омическое сопротивление

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.

Термопреобразователи сопротивления

Термопреобразователи сопротивления Термопреобразователи сопротивления (термометры сопротивления) предназначены для измерения температуры в диапазоне от -200 до +500С в окислительных и нейтральных газовых средах, не содержащих веществ, вступающих во взаимодействие с материалом корпуса термопреобразователей. Основа термопреобразователя -чувствительный элемент, выполненный в виде катушки сопротивления.

Autonics TW серия первичных преобразователей температуры Простота конструкции, удобство монтажа, большие возможности измерения локальной температуры отличают серию Autonics TW — первичных устройств преобразования температуры в унифицированный токовый сигнал.

THERMOCONT TXP термопреобразователь для газовых сред в трубопроводах Преобразователь температуры THERMOCONT TXP может применяться в различных газовых средах и предоставляет возможность быстрого и точного измерения температуры в потоке на трубопроводах и в резервуарах. Производитель: NIVELCO zRT

Модификации и конструктивное исполнение преобразователей сопротивления с коммутационной головкой Термопреобразователи сопротивления предназначены для непрерывного измерения температуры и могут быть использованы во всех отраслях промышленности. Технические характеристики Номинальная статическая характеристика:…………………………………50М; 100М; 50П; 100П

Модификации и конструктивное исполнение преобразователей сопротивления с кабельным выводом Термопреобразователи сопротивления предназначены для измерения температуры и могут быть использованы во всех отраслях промышленности. Технические характеристики Номинальная статическая характеристика:……………………………50М; 100М; 50П; 100П

ОВЕН ДТС-И датчики термосопротивления с встроенным термопреобразователем Температурные датчики-термосопротивления серии ОВЕН ДТС-И изготавливаются на базе производимых компанией ОВЕН термометров сопротивления (50М, 100П, Pt100) и встраиваемых в их головки нормирующих термопреобразователей ОВЕН НПТ-2 (таблетки). Датчики-термосопротивления ОВЕН ДТС-И имеют выходной токовой сигнал 4…20мА.

ПТСВ-1, ПТСВ-2, ПТСВ-3, ПТСВ-4, ПТСВ-5 термометры сопротивления платиновые эталонные Термометры сопротивления платиновые эталонные ПТСВ предназначены для поверки средств измерений температуры в соответствии с Государственной поверочной схемой для средств измерения температуры (ГОСТ 8.558-93) и для использования в качестве средства измерения температуры повышенной точности в различных отраслях промышленности и при проведении научных исследований.

Термометры сопротивления с кабельным выводом Термометры сопротивления с кабельным выводомермометр сопротивления 6 моделей в зависимости от области применения и технических характеристик.

ТПУ 0304 — универсальные термопреобразователи Термопреобразователи модели ТПУ 0304 используются для работы с жидкими, твердыми и газообразными средами. Использование термопреобразователей модели ТПУ 0304 допускается для контроля температуры сыпучих сред.

ТСП-0193-01, ТСП-0193-02 термометры сопротивления с остеклованным термочувствительным элементом Использование остеклованного сенсора в конструктиве термометров ТСП-0193-01, ТСП-0193-02 дает следующие преимущества: Стабильную вибростойкость — 30g в интервале частот 30 … 3000Hz Повышенную стойкость к термоудару; Невозможность межвиткового замыкания; Невосприимчивость к влаге. Технические характеристики термометров сопротивления ТСП-0193-01, ТСП-0193-02 …

ЭТС Термометр сопротивления эталонный 3 разряда

Эталонный термометр сопротивления ЭТС-100 предназначен для поверки рабочих средств измерения температуры в диапазоне температур -196…0 или 0…+660°С согласно ГОСТ 8.558-93. ХарактеристикаЭТС-100 Диапазон измеряемых температур, °С -196…0; 0 … 660

Источники неопределенности измерения температуры на объекте

В новом стандарте ГОСТ Р 8.625-2006 приведены правила отбраковки термометра сопротивления потребителем. В них установлено, что забраковать термометр можно только, если отклонение сопротивления термометра от НСХ лежит полностью вне диапазона, обусловленного расширенной неопределенностью измерения температуры в рабочих условиях. Поэтому становится очень актуальной проблема оценки неопределенности, возникающей при измерении температуры на объекте. Источники неопределенности измерения температуры промышленным термометром сопротивления можно разделить на источники, связанные с физическими условиями работы ТС и электрическим преобразованием сигнала:

– теплопроводящие свойства данной конструкции термометра и монтажных элементов; – перенос тепла излучением в окружающую среду; – теплоемкость датчика температуры; – скорость изменения измеряемой температуры; – утечки тока (качество заземления); – электрические шумы; – точность измерителя или преобразователя сигнала.

Характеристики соединений

Чистая платина имеет α = 0,003925 Ω / (Ω · ° C) в диапазоне от 0 до 100 °C и используется при создании RTD лабораторного уровня. И, наоборот, два широко признанных стандарта для промышленных термопреобразователей сопротивления IEC 60751 и ASTM E-1137 определяют α = 0,00385 Ом / (Ом · °C). До того как эти стандарты получили широкое распространение, использовалось несколько различных значений. Еще можно найти более старые датчики, изготовленные из платины, которые имеют α = 0,003916 Ом / (Ом · °C) и 0,003902 Ом / (Ом · °C).

Эти различные значения α для платины достигаются легированием: в основном, осторожно вводя примеси в платину. Последние, добавленные во время этого процесса, внедряются в решетчатую структуру платины и приводят к другой кривой R относительно T и, следовательно, к значению α

Преимущества и недостатки термометров сопротивления

Как и любой прибор, использование термометров сопротивления имеет ряд преимуществ и недостатков. Рассмотрим их.

Преимущества:

• практически линейная характеристика;
• измерения достаточно точны (погрешность не более 1°С);
• некоторые модели дешёвые и просты в использовании;
• взаимозаменяемость приборов;
• стабильность работы.

Недостатки:

• малый диапазон измерений;
• довольно низкая предельная температура измерений;
• необходимость использования специальных схем подключения для повышенной точности, что увеличивает стоимость внедрения.

Термометр сопротивления — распространенное устройство практически во всех отраслях промышленности. Этим прибором удобно измерять невысокие температуры, не опасаясь за точность полученных данных. Термометр не отличается особой долговечностью, однако, приемлемая цена и простота замены датчика перекрывают этот небольшой недостаток.

Определение номинального значения сопротивления резистора по маркировке цветовыми полосами: онлайн калькулятор

Для чего нужен пирометр и как измерять температуру бесконтактным методом

Что такое термистор, их разновидности, принцип работы и способы проверки на работоспособность

Что такое термопара, принцип действия, основные виды и типы

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

Что такое петля фаза-ноль простым языком — методика проведения измерения

Особенности конструкции устройств

Самый распространенный конструкторский вариант имеет термометр в виде «свободной от напряжения спирали», который производится многими отечественными компаниями. Разница в моделях этого типа заключается в различных размерах используемых деталей и применении разнообразных материалов, использующихся при герметизации чувствительного компонента. Для различных температур необходимо использовать свой тип глазури. Этот тип ТС распространен не только в нашей стране, но и заграницей. Схема термометра сопротивления этого распространенного вида показана ниже.

Второй вид ТС менее популярен из-за своей дороговизны. Он называется на языке специалистов «полой конструкцией». Такой термометр можно найти на важных государственных предприятиях или объектах атомной и оборонной промышленности. Полый тип чувствительного элемента обладает высокой надежностью и стабильностью в работе.

Третий вид ТС – пленочные контрольные элементы. На керамическую основу наносят тонкий слой платины. Такой тип устройства широко распространен за рубежом. Этот термометр сопротивления дешевле предыдущих приборов и практичен, так как имеет меньшие размер и вес. Однако есть и свой минус – низкие стабильность и устойчивость к изменениям окружающей среды и резким перепадам температуры.

Четвертый вариант – платиновый стержень, покрытый массой из стекла. Такой ТС получается дорогим, но зато обеспечивается полная герметизация чувственного компонента и повышается устойчивость к влаге. Но у этого термометра низкий диапазон замера температур.

Заказать ТС

Возможно Вам будут интересны другие приборы из подкатегории Термометры сопротивления:

ТС-1088 термометр (термопреобразователь) сопротивления медный и платиновый	Платиновый и медный термометр (термопреобразователь) сопротивления ТС-1088 предназначается для измерений температуры жидких, газообразных сред, не разрушающих материал защитного чехла.
ТС-1187Exd термометр (термопреобразователь) сопротивления медный и платиновый	Платиновый и медный термометр (термопреобразователь) сопротивления ТС-1187Exd предназначается для измерений температуры жидких и газообразных сред во взрывоопасных зонах и помещениях, в которых могут содержаться аммиак, азото-водородная смесь, углеродный или природный газ.

Аналоговые микросхемы термометров

Вместо использования термистора с постоянным резистором в делителе напряжения, альтернативным решением может стать аналоговый низкотемпературный датчик, такой как TMP36 от Analog Devices. В отличие от термистора, эта аналоговая микросхема обеспечивает выходное напряжение, которое почти линейно; наклон составляет 10 мВ/°C в температурном диапазоне от -40 до +125°C, а его точность равна ±2°C. Смотрите рисунок 6 ниже.

Рисунок 6 – График зависимости выходного напряжения TMP36 от температуры из технического описания

Хотя эти устройства и крайне просты в использовании, но они значительно дороже комбинации термистор-плюс-резистор.

Виды термодатчиков

Наиболее распространенными считаются следующие типы термометров сопротивления (далее ТС):

1. Полупроводниковые датчики. Отличительные особенности этих приборов заключается в высокой точности и стабильной чувствительности, а также в возможности измерения быстротечных процессов. Благодаря низкому измерительному току имеется возможность работы со сверхнизкими температурами (до -270°С). Пример конструкции полупроводникового ТС.

   Конструкция термистора

Обозначения:

• А – Выводы измерителя.
• В – Стеклянная пробка, закрывающая защитную гильзу.
• С – Защитная гильза, наполненная гелием.
• D – Электроизоляционная пленка, покрывающая внутреннюю часть гильзы.
• E – Полупроводниковый чувствительный элемент (далее ЧЭ), в приведенном примере это германий, легированный сурьмой.

1. Металлические датчики. У таких измерителей в качестве ЧЭ выступает проволочный или пленочный резистор, помещенный в керамический или металлический корпус. Металл, используемый для изготовления чувствительного элемента, должен быть технологичен и устойчив к окислению, а также обладать достаточным температурным коэффициентом. Таким критериям практически идеально отвечает платина. Там, где не столь высокие требования к измерениям, может использоваться никель или медь. В качестве примера можно привести термодатчики: PT1000, PT500, ТСП 100 П, ТСП pt100, ТСП 50П, ТСМ 296, ТСМ 045, ТС 125, Jumbo, ДТС Овен и т.д.

Виды и их характеристика

Основное различие между термометрами – устройство датчика. Они сделаны из разных материалов, отличаются толщиной чувствительного элемента и имеют различную стоимость.

Металлические

Они бывают платиновые, никелевые и медные. Рассмотрим подробнее элементы их этих металлов.

Платина. Самый дорогой материал, из нее изготавливаются самые точные лабораторные и эталонные приборы. Достоинства – очень высокая точность и широкий диапазон измерений, стабильность работы, практически линейная зависимость электропроводности от температуры (номинальная статическая характеристика, НСХ). Недостаток – высокая стоимость, хотя сейчас развитие технологий уменьшает количество платины, а значит, и цену. Все плюсы при этом сохраняются. Приборы с датчиком из платины обозначаются как ТСП (Термометр Сопротивления с платиновым датчиком).

Также существуют различные конструкции чувствительного элемента.

Проволочный. Чувствительный элемент – проволока, намотанная на каркас из металла, керамики, кварца, слюды или пластмассы. Во избежание потерь на индукцию намотка бифилярная (это когда провод складывается вдвое и только затем наматывается). Между витками есть мелкодисперсный наполнитель из Al2O3, который нужен для дополнительной изоляции витков и амортизации при колебаниях. Катушка заключена в металлический корпус и загерметизирована.

Полупроводниковые

Обычно они изготавливаются из германия и кремния. В качестве легирующей добавки выступает сурьма. Также есть кобальто-марганцевые (КМТ) и медно-марганцевые (ММТ) приборы, работающие в пределах от -90 до +180 градусов. Благодаря большому внутреннему сопротивлению датчика проводимостью соединителей можно пренебречь. Чувствительный элемент расположен в защитном корпусе.

Преимущества – высокое быстродействие, возможность работы в сверхнизких температурах – от -270 градусов по Цельсию. Точность и стабильность измерений большие. Недостатки – нелинейная характеристика НСХ и невоспроизводимость градуировочной характеристики.

Благодаря нелинейной зависимости «температура-сопротивление» такие устройства скачкообразно меняют проводимость при определенной температуре. Это называется релейным эффектом и позволяет использовать данные приборы в системах сигнализации. Датчики по-разному крепятся на поверхность. Варианты креплений делятся на:

• ввинчивающиеся;
• поверхностные;
• вставные;
• с присоединительными проводами;
• с байонетными соединениями (это осевое перемещение и поворот, как в боксах для дисков).

Расшифровка обозначений термометров сопротивления не составит труда. Обычно латиницей или кириллицей указывается его тип, далее цифрами – сопротивление в Ом при температуре 0 градусов Цельсия. Например, Pt100 – термометр платиновый, сопротивление термопреобразователя – 100 Ом при 0 градусов. Также есть несколько общепринятых сокращений:

• ТПТ – технический платиновый термометр;
• ТСПН – термометр, предназначенный для регистрации низких температур;
• ЭТС – эталонные термометры сопротивления, которые используются для калибровки других датчиков.

Основные особенности прибора

Платиновое термосопротивление Pt100 является достаточно распространенным элементом, так как у него очень хорошее соотношение качества и цены. Его можно использовать как отдельный прибор для измерения. Но можно встроить в гильзу иного устройства, чтобы осуществлять учет данных изменения температуры. Главное при этом – правильно учесть диаметр гильзы, чтобы не было большой разницы диаметров. В этом случае удастся обеспечить наилучшее условие для того, чтобы анализировать температуру сред.

Обычно такие датчики применяются для того, чтобы контролировать температуру в системах вентиляции, теплоэнергетических установках, а также иных отраслях.

Как это работает

Если двигатель инжекторный, то значения температуры нужны контроллеру двигателя (ЭБУ, электронный блок управления), чтобы управлять вентилятором охлаждения и работой мотора. На датчик температуры ОЖ подается постоянное (опорное) напряжение (5 вольт), ток проходит через него, и напряжение падает. Чем больше сопротивление датчика температуры охлаждающей жидкости, тем выше напряжение на нем, тем меньше напряжение будет на выходе. Контроллер замеряет его и на основании заложенной в него программы рассчитывает температуру. К такому датчику подведено два провода: по одному ток идет из ЭБУ, по второму – обратно.
Если в Вашей машине цифровой указатель температуры охлаждающей жидкости, то свои показания он берет с блока управления. Обычно он показывает цифрами, условными обозначениями (количество «палочек»), или используются сигнальные лампочки.
Но иногда устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости, если индикатор температуры охлаждающей жидкости – стрелочный. Обычно к нему подходит один провод. Отклонение стрелки зависит от силы тока, протекающего через терморезистор, которая тоже зависит от его сопротивления. Холодно – большое сопротивление – малый ток – стрелка наклонена влево, и наоборот.

Стрелочный указатель температуры охлаждающей жидкости

На карбюраторных автомобилях, и редко на инжекторах, есть еще отдельный датчик включения вентилятора. Он ничего не измеряет, а только включает вентилятор системы охлаждения при определенной температуре.

Виды термометров сопротивления

Металлический.

Предназначен для измерений в широком интервале температур в зависимости от применяемого типа металла. Обычно он составляет от значений выше температуры кипения воды до -260С.Конструктивное его исполнение может быть различным в зависимости от условий измеряемой среды. Чаще всего он представляет собой тонкую проволоку с диаметром до 0.1 мм, которая надёжно закреплена в изолирующем корпусе. Длина проволоки выбирается из расчёта необходимой величины сопротивления.

Полупроводниковый.

Обладает высокой точностью измерения, стабильностью и чувствительностью. Способен регистрировать быстропротекающие процессы. Для измерений не требуется пропускание больших измерительных токов, что способствует проведению низкотемпературных измерений. Конструктивно представляет собой чувствительный полупроводниковый элемент, размещённый в герметичном медном корпусе. Обеспечивает работоспособность вплоть до -272С.

Угольный.

Имеет характеристики, сходные с полупроводниковым типом термометров сопротивления. Их получают путём спекания мелких частиц угля при высоких давлениях промышленным способом. Это делает их наиболее доступными и дешевыми, так как технология изготовления достаточно проста. Однако они обладают низкой стабильностью. Поэтому для проведения точных измерений температуры ихнужно калибровать либо проводить плановые проверки стабильности. Другой проблемой является установление температурного равновесия в самом термометре.

Сверхпроводящий.

Используется для низкотемпературной термометрии и основан на резком изменении сопротивления в металлах при сверхпроводящем переходе. В состав температурных датчиков к чистым металлам добавляют некоторые сорта фосфористой бронзы. Они позволяют расширить переход из нормального состояния в сверхпроводящее, увеличивая при этом точность измерений. Применяется для измерений температур от -265С до – 272С. Термометры обладают высокой стабильностью и точностью, поэтому их используют для калибровки других датчиков при температурах сверхпроводящего перехода.

Заключение

Термометры сопротивления являются весьма надёжными датчиками температуры, которые по своим характеристикам и различным конструктивным исполнениям существенно превосходят другие их типы.

Поэтому их подобрать под конкретные условия измерений достаточно просто. Однако они требуют тщательной калибровки, без которых их использование становится невозможным.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Конструкция

Обычные чувствительные элементы RTD, изготовленные из платины, меди или никеля, имеют повторяемое соотношение сопротивления к температуре (R против T) и диапазон рабочих температур. Отношение Rs к T определяется как величина изменения сопротивления датчика на градус преобразования температуры. Относительное изменение сопротивления (температурный коэффициент сопротивления) изменяется незначительно в пределах полезного диапазона датчика.

Платина была предложена сэром Уильямом Сименсом в качестве элемента для резистивного температурного детектора на лекции Бейкера в 1871 году: это благородный металл и имеет наиболее стабильное соотношение сопротивление-температура в наибольшем диапазоне температур.

Никелевые элементы имеют ограниченный температурный диапазон, потому что величина изменения сопротивления на градус преобразования температуры становится очень нелинейной при температурах выше 300 ° C (572 ° F). Медь имеет очень линейное отношение сопротивления к температуре, однако она окисляется при умеренных температурах и не может использоваться при нагреве выше 150 ° C (302 ° F).