Резистивные датчики температуры. Принципы работы и характер...

/ Просмотров: 1162
Резистивные датчики температуры. Принципы работы и характер... датчик

Чистяков Алексей

Задача получения правильных результатов измерения температуры в большинстве случаев может быть решена при применении резистивных датчиков температуры (РТД), которые представлены на рынке в большом количестве конструктивных исполнений и точностных характеристик. Они являются одними из наиболее стабильных и точных температурных датчиков, работающих в температурном диапазоне приблизительно от -200 до 800 °C, и используются там, где требуется хорошая повторяемость результатов измерений при их высокой точности.

Принцип действия

Работа РТД основана на свойстве металлов к изменению своего электрического сопротивления при изменении температуры. Известно, что все металлы изменяют свое сопротивление при изменении температуры. Этот факт и определил появление РТД.

Сопротивление отрезка провода прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения:

где p — удельное сопротивление материала.

Каждый металл имеет определенное и уникальное удельное сопротивление, которое может быть определено экспериментально. РТД изготавливают из металлов, сопротивление которых растет с температурой. В пределах ограниченного температурного диапазона удельное сопротивление линейно растет с ростом температуры:

где p t — удельное сопротивление при температуре t, p 0 — удельное сопротивление при стандартной температуре t 0. a — температурный коэффициент сопротивления (°C –1).

Считая t 0 =0 °C, решим совместно уравнения 1 и 2. После приведения решения к стандартной линейной форме (y =mx +b) становится ясно, что изменение сопротивления в зависимости от температуры является линейной функцией с наклоном, равным a :

Теоретически, любой металл может быть использован в качестве датчика температуры, однако идеальный металл должен иметь специфические характеристики:

  • высокую точку плавления;
  • устойчивость к коррозии;
  • иметь линейную характеристику R=F(t);
  • быть долговечным.

Резистивные датчики температуры. Принципы работы и характер... температура

Платиновый провод хрупок, но материал высокоустойчив к загрязнению и обладает только слегка нелинейной характеристикой dR/dt, поэтому платина и была выбрана для применения в РТД. К ее положительным характеристикам следует отнести химическую стабильность, возможность достаточно легкого получения материала в химически чистой форме, а также электрические свойства, которые имеют высокую повторяемость.

РТД изготавливают или из сплава IEC/DIN (американский стандарт) или из химически чистой платины (европейский стандарт). Отличие — в степени чистоты. Если стандарт IEC/DIN определяет, что датчик изготавливается из платины, которая преднамеренно загрязнена другими металлами платиновой группы, то платина, применяемая в датчиках, изготавливаемых по европейскому стандарту, имеет степень чистоты не менее 99,99%. Если датчики, сделанные из разных материалов, будут иметь сопротивление 100 Ом при 0 °C, то при 100 °C датчик, изготовленный из сплава IEC/DIN, будет иметь сопротивление 138,5 Ом, а датчик, изготовленный по европейскому стандарту, — 139,02 Ом.

Международными комитетами были установлены стандартные кривые для РТД. Они определили средний температурный коэффициент a. который определяет наклон функции R =F (t) в диапазоне температур между 0 и 100 °C. Из уравнения 3 получаем выражение для a.

Для платины стандарта IEC/DIN a =0,00385 Ом/(Ом ·°C). Для платины европейского стандарта — 0,003926 Ом/(Ом ·°C)(максимально).

Зависимость между сопротивлением и температурой может быть приближенно описана уравнением Каллендар —Ван Дусена:

где T — температура (°C), R — сопротивление при температуре T, R 0 — сопротивление при температуре таяния льда, a =постоянный коэффициент (определяет наклон функции R =F(T)при T =0 °C), d — постоянный коэффициент, b — постоянный коэффициент ( b =0 при T >0 °C).

Фактические значения коэффициентов a. d и b определяются экспериментально путем измерения значения РТД при разных температурах и решения уравнения 5.

Уравнение Каллендар — Вана Дусена может быть упрощено:

При по ожительных температурах поведение платинового РТД упрощается, так как коэффициент C становится равным нулю, и может быть определено как

Как было сказано выше,уравнения были получены Каллендар — Ван Дусеном из экспериментальных данных. Он использовал для калибровки три точки:0 °C и еще две произвольно выбранных по ожительных температуры:

  • точку кипения воды — 100 °C;
  • тройную точку цинка — 419,58 °C.

Коэффициенты A, B, и C зависят от материала провода и его чистоты. Ничто не вечно, даже очень хорошие датчики иногда выходят из строя, и их необходимо менять. Для того чтобы эта операция была безболезненной для пользователя, датчики должны иметь идентичные характеристики, поэтому международный стандарт IEC 751 в целях взаимозаменяемости датчиков определил коэффициенты уравнения Каллендар — Ван Дусена, которые должен иметь любой выпускаемый РТД. Значения коэффициентов приведены ниже.

Коэффициенты для платиновых датчиков по стандарту IEC 751-2 (ITS90):


Оставьте комментарий!

grin LOL cheese smile wink smirk rolleyes confused surprised big surprise tongue laugh tongue rolleye tongue wink raspberry blank stare long face ohh grrr gulp oh oh downer red face sick shut eye hmmm mad angry zipper kiss shock cool smile cool smirk cool grin cool hmm cool mad cool cheese vampire snake excaim question

Комментарий будет опубликован после проверки

Вы можете войти под своим логином или зарегистрироваться на сайте.

Выберите человечка с поднятой рукой!