Застосування термоперетворювачів опору (резистивних термопреобразователей, rtd) з приладами
Застосування резистивних термопреобразователей (термоперетворювачів опору, RTD) для вимірювання температури
Резистивні термопреобразователи (резистивні термодатчики. Resistance-Temperature Detector - RTD) є прилади, чутливі до зміни температури їх чутливого елемента, в якості якого зазвичай використовуються метали мідь, нікель або платина. Опір таких датчиків (зазвичай 100 Ом при температурі 0 O С) збільшується з температурою, тобто вони мають положіельний температурний коефіцієнт опору (ТКС). У порівнянні з іншими датчиками RTD відрізняються високою точністю. Деякі з них дозволяють здійснити вимірювання з точністю 0,026 O С. Найбільш поширені датчики мають тимчасову нестабільність опору менш ніж 0,1 O С в рік, а деякі екземпляри - до 0,0025 O С в рік.
Платина має температурний коефіцієнт електричного опору (ТКС), рівний 3,911 10 -3 1 / O С, мідь - 4,3 10 -3 1 / O С. Таким чином, датчик з опором 100 Ом має температурний коефіцієнт відповідно, 0,39 Ом / O с і 0,43 Ом / O С. У зв'язку з цим при проектуванні пристроїв вимірювання температури за допомогою датчиків опору необхідно враховувати (компенсувати) опір підвідних проводів. Для цього використовують дві пари проводів, одна з яких служить для підведення до датчика каліброваного струму збудження, а друга - для вимірювання падіння напруги на ньому, причому струм по цим провідникам не протікає.
ГОСТ 6651-78 встановлює наступні параметри термопреобразователей:
Номінальний опір при 0 O З
Температурна залежність опору
Опір датчика змінюється з температурою лінійно:
Для обліку більш тонких ефектів, що викликають невеликі відхилення температурної залежності опору від прямої лінії, використовують різні апроксимації. Найбільш хороші результати дає апроксимація Callendar-Van Dusen:
де коефіцієнти знаходяться, наприклад, методом найменших квадратів.
Схема вимірювання температури представлена на рис.1. Струм збудження задається "> термоперетворювач. У цьому випадку напруга на виході диференціального підсилювача дорівнюватиме
"> Незалежно від опору підвідних проводів, оскільки вхідний опір диференціального підсилювача в цих умовах неважко зробити практично нескінченним.
Тоді шукане значення вимірюваної температури може бути отримано у вигляді виразу
Рис.1. Чотирипровідна схема вимірювання температури
Можна заощадити один провід з чотирьох, якщо використовувати для компенсації опорів проводів, що підводять і "> міст Ватсона (рис.2.). При закороченном термодатчика напруга на виході моста підбирають рівним нулю. Це досягається відповідним вибором відносини опорів.
"> При невисоких вимогах до точності вимірювання і в разі, коли термодатчики розташовані недалеко один від іншого, зручна схема їх включення з одним загальним джерелом струму збудження (рис.3). Недолік цієї схеми в тому, що напруга нижнього за схемою датчика є синфазной перешкодою для всіх датчиків, розташованих вище. Тому для отримання хороших результатів у цій схемі необхідно використовувати інструментальний підсилювач з великим коефіцієнтом придушення синфазного сигналу.
Рис.2. Трипровідна схема включення термопреобразователя
Рис.3. Схема включення термопреобразователей із загальним джерелом струму збудження
Для усунення рівня шумів в сигналі від термодатчика використовують фільтр нижніх частот з смугою 4 ... 10 Гц. Для ефективного придушення перешкод з частотою мережі живлення 50 Гц фільтр повинен мати принаймні третій порядок. Серія RealLab! включає в себе фільтр RL-8F3 з названими характеристиками.
При струмі збудження 1 мА і ТКС 0,4 Ом / O З температурний коефіцієнт напруги на термодатчика буде дорівнює 0,4 мВ / O С. Тому для досягнення потенційної роздільної здатності термодатчика 0,026 O С і при використанні 12-розрядного АЦП з величиною МЗР 2 , 5 мВ необхідний підсилювач з коефіцієнтом посилення 240. Цей підсилювач бажано розміщувати в безпосередній близькості від термоперетворювача. щоб передавати по проводах вже посилений сигнал. Описаним вимогам задовольняє двоканальний диференційний підсилювач RL-4A200 з серії RealLab! Підсилювач виконаний в окремому корпусі, що дозволяє розташовувати його поруч з термоперетворювачем.
Найбільш поширені промислові типи провідникових терморезисторов
(ГОСТ 6651-78).
Відповідно до ГОСТ 6651-78 терморезистори бувають п'яти класів точності. У платинових терморезисторів першого класу точності відхилення опору не перевищує ± 0.05 Ом при 0 o C від Ro. Для технічних вимірювань зазвичай використовуються терморезистори другого і третього класу, у яких відхилення не перевищує ± 0.1 Ом і ± 0.2 Ом відповідно.
Постійні точки для калібрування термометрів і термопар
Для калібрування термопреобразховтелей використовують міжнародну практичну температурну шкалу. У цій шкалі температура виражається в градусах стоградусной шкали o С. В основі шкали лежать 6 основних постійних точок (відзначені в таблиці зірочкою). Точки, що не позначені, належать до числа вторинних постійних точок шкали.
Температура o С
Температура рівноваги між рідким киснем і його парою (точка кипіння кисню)
Температура рівноваги між твердим вугільним ангідридом і його парою
Температура затвердіння ртуті
Точка плавлення водяного льоду
Температура рівноваги між льодом, водою і її парою (потрійна точка)
Температура перетворення Na2 SO4 * 10H2 O
Точка кипіння води
Температура потрійний точки бензойної кислоти
Температура рівноваги між нафталіном і його парою
Температура затвердіння олова
Температура рівноваги між Бензофенон і його парою
Температура затвердіння кадмію
Температура затвердіння свинцю
Температура рівноваги між ртуттю і її парою
Температура затвердіння цинку
Точка кипіння сірки
Температура затвердіння алюмінію
Точка плавлення срібла
Точка плавлення золота
Температура затвердіння міді в відновної середовищі
Температура затвердіння нікелю
Температура затвердіння кобальту
Температура затвердіння паладію
Температура затвердіння платини
Температура затвердіння родію
Температура затвердіння іррідія
Температура затвердіння вольфраму
Примітка: температура кипіння залежить від тиску.
Співвідношення між значеннями температури в різних шкалах
Еквівалент за шкалою
x o C (шкала Цельсія)
x o R (шкала Ре o Мюра)
x o F (шкала Фаренгейта)
x o K (шкала Кельвіна)
x o Rank (шкала Ренкіна)