ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ

 РОБОТЫ

 ЭНЦИКЛОПЕДИЯ АСУ ТП

 КАК КУПИТЬ

 ВНЕДРЕНИЯ

 О НАС

 СЕРТИФИКАТЫ

Мы обеспечиваем безопасность технологических процессов

СДЕЛАНО В РОССИИ

Биржевой Спуск, 8, г. Таганрог, 347900, Россия, тел.: (8634) 47-70-40, 47-70-44, e-mail: info@rlda.ru

 

www.RealLab.ru


ПРОДУКЦИЯ

  Микро-ПЛК серии MC

  Слотовый ПЛК и модули
     ввода-вывода серии NS

  Панельные ПЛК

  ПЛК (промышленные
     контроллеры
)

  Модули ввода-вывода
     серии NL

  Взрывозащищенная искробезопасная серия NL-Ex

  Конвертеры интерфейсов

  Измерительные преобра-
     зователи и датчики

   Источники питания

  Готовые АСУ ТП

  Программное обеспечение


ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА

  Импортозамещение

  Примеры применения

  Статьи

  Консультации, обучение

  Словарь терминов

Поиск на нашем сайте

 

Применение резистивных термопреобразователей (термопреобразователей сопротивления, RTD) для измерения температуры

Введение

Введение

Резистивные термопреобразователи (резистивные термодатчики, Resistance-Temperature Detector - RTD) представляют собой приборы, чувствительные к изменению температуры их чувствительного элемента, в качестве которого обычно используются металлы медь, никель или платина. Сопротивление таких датчиков (обычно 100 Ом при температуре 0 OС) увеличивается с температурой, т.е. они имеют положиельный температурный коэффициент сопротивления (ТКС). По сравнению с другими датчиками RTD отличаются высокой точностью. Некоторые из них позволяют осуществить измерения с точностью 0,026 OС. Наиболее распространенные датчики имеют временную нестабильность сопротивления менее чем 0,1 OС в год, а некоторые экземпляры - до 0,0025 OС в год.

Платина имеет температурный коэффициент электрического сопротивления (ТКС), равный 3,911 10-3 1/ OС, медь - 4,3 10-3 1/ OС. Таким образом, датчик с сопротивлением 100 Ом имеет температурный коэффициент соответственно, 0,39 Ом/ OС и 0,43 Ом/ OС. В связи с этим при проектировании устройств измерения температуры с помощью датчиков сопротивления необходимо учитывать (компенсировать) сопротивление подводящих проводов. Для этого используют две пары проводов, одна из которых служит для подведения к датчику калиброванного тока возбуждения, а вторая - для измерения падения напряжения на нем, причем ток по этим проводникам не протекает.

Более высокий ток возбуждения, с одной стороны, увеличивает температурную чувствительность датчика, пропорциональную току возбуждения, с другой стороны, вызывает саморазогрев датчика, что приводит к дополнительной погрешности. Поэтому величину тока возбуждения выбирают исходя из конкретных условий измерения. В частности, приципиальное значение имеет теплопроводность среды (воздух, вода, контакт с металлом), в которой находится датчик. Рекомендуемое значение тока возбуждения указывается изготовителем датчика. Типовые значения составляют 250 мкА для платиновых и никелиевых преобразователей и 1 мА для медных. Предельная величина рабочего тока для термопреобразователей типа ТС004 и ТС005 составляет 5 мА.

ГОСТ 6651-78 устанавливает следующие параметры термопреобразователей:

Таблица 1

Тип

Номинальное сопротивление при 0 OС

Условное обозначение характеристики преобразования

Допустимое отклонение сопротилвения от номинального при 0 OС, %

Диапазон измеряемых температур

ТСП

50

100

50П

100П

-250 OС…+1000 OС

то же

ТСМ

50

100

50М

100М

-50 OС…+200 OС

-200 OС…+200 OС

Температурная зависимость сопротивления

Сопротивление датчика изменяется с температурой линейно:

, (1)

где - сопротивление при температуре , - ТКС.

Для учета более тонких эффектов, вызывающих небольшие отклонения температурной зависимости сопротивления от прямой линии, используют различные аппроксимации. Наиболее хорошие результаты дает аппроксимация Callendar-Van Dusen:

, (2)

где коэффициенты находятся, например, методом наименьших квадратов.

Схемы измерения

Схема измерения температуры представлена на рис.1. Ток возбуждения задается с помощью источника тока, чтобы его внутреннее сопротивление и сопротивление подводящих проводов не влияло на величину тока через термопреобразователь. В этом случае напряжение на выходе дифференциального усилителя будет равно

независимо от сопротивления подводящих проводов, поскольку входное сопротивление дифференциального усилителя в этих условиях нетрудно сделать практически бесконечным.

Тогда искомое значение измеряемой температуры может быть получено в виде выражения

.

Рис.1. Четырехпроводная схема измерения температуры

Можно сэкономить один провод из четырех, если использовать для компенсации сопротивлений подводящих проводов и мост Ватсона (рис.2.). При закороченном термодатчике напряжение на выходе моста подбирают равным нулю. Это достигается соответствующим выбором отношения сопротивлений .

При невысоких требованиях к точности измерения и в случае, когда термодатчики расположены недалеко один от другого, удобна схема их включения с одним общим источником тока возбуждения (рис.3). Недостаток этой схемы в том, что напряжение нижнего по схеме датчика является синфазной помехой для всех датчиков, расположенных выше. Поэтому для получения хороших результатов в этой схеме необходимо использовать инструментальный усилитель с большим коэффициентом подавления синфазного сигнала.

Рис.2. Трехпроводная схема включения термопреобразователя

Рис.3. Схема включения термопреобразователей с общим источником тока возбуждения

Для устранения уровня шумов в сигнале от термодатчика используют фильтр нижних частот с полосой 4…10 Гц. Для эффективного подавления помех с частотой питающей сети 50 Гц фильтр должен иметь по крайней мере третий порядок. Серия RealLab! включает в себя фильтр RL-8F3 с названными характеристиками.

При токе возбуждения 1 мА и ТКС 0,4 Ом/ OС температурный коэффициент напряжения на термодатчике будет равен 0,4 мВ/ OС. Поэтому для достижения потенциальной разрешающей способности термодатчика 0,026 OС и при использовании 12-разрядного АЦП с величиной МЗР 2,5 мВ необходим усилитель с коэффициентом усиления 240. Этот усилитель желательно располагать в непосредственной близости от термопреобразователя, чтобы передавать по проводам уже усиленный сигнал. Описанным требованиям удовлетворяет четырехканальный дифференциальный усилитель RL-4A200 из серии RealLab! Усилитель выполнен в отдельном корпусе, что позволяет располагать его рядом с термопреобразователем.

Наиболее распространенные промышленные типы проводниковых терморезисторов

(ГОСТ 6651-78).

Тип материала

Rном при 0 oC, Ом

Обозначение характеристики

Пределы преобразования oC

ТСП(платина)

1

1

-50÷+400

ТСП

5

5

-100÷+1100

ТСП

10

10

-200÷+1000

ТСП

(46)

Градуировка 21

-260÷+1000

ТСП

50

50

-260÷+1000

ТСП

100

100

-260÷+1000

ТСП

500

500

-260÷+300

ТСМ

10

10

-50÷+200

ТСМ

50

50

-50÷+180

ТСМ

(53)

Градуировка 23

-50÷+180

ТСМ

100

100

-100÷+200

В соответствии с ГОСТ 6651-78 терморезисторы бывают пяти классов точности. У платиновых терморезисторов первого класса точности отклонение сопротивления не превышает ±0.05 Ом при 0oC от Ro. Для технических измерений обычно используются терморезисторы второго и третьего класса, у которых отклонение не превышает ±0.1 Ом и ±0.2 Ом соответственно.

Постоянные точки для калибрования термометров и термопар

Для калибровки термопреобразховтелей используют международную практическую температурную шкалу. В этой шкале температура выражается в градусах стоградусной шкалы oС. В основе шкалы лежат 6 основных постоянных точек (отмечены в таблице звездочкой). Точки, не отмеченные звездочкой, принадлежат к числу вторичных постоянных точек шкалы.

Постоянные точки

Температура oС

Температура равновесия между жидким кислородом и его паром ( точка кипения кислорода )

-182.97*

Температура равновесия между твердым угольным ангидридом и его паром

-78.5

Температура затвердевания ртути

-38.87

Точка плавления водяного льда

0.000

Температура равновесия между льдом, водой и ее паром (тройная точка)

+0.01*

Температура превращения Na2SO4*10H2O

32.38

Точка кипения воды

100*

Температура тройной точки бензойной кислоты

122.36

Температура равновесия между нафталином и его паром

218.0

Температура затвердевания олова

231.91

Температура равновесия между бензофеноном и его паром

305.9

Температура затвердевания кадмия

321.03

Температура затвердевания свинца

327.3

Температура равновесия между ртутью и ее паром

356.58

Температура затвердевания цинка

419.505

Точка кипения серы

444.6*

Температура затвердевания алюминия

660.1

Точка плавления серебра

960.8*

Точка плавления золота

1063*

Температура затвердевания меди в восстановительной среде

1083

Температура затвердевания никеля

1453

Температура затвердевания кобальта

1492

Температура затвердевания палладия

1552

Температура затвердевания платины

1769

Температура затвердевания родия

1960

Температура затвердевания ирридия

2443

Температура затвердевания вольфрама

3380

Примечание: температура кипения зависит от давления.

Соотношения между значениями температуры в различных шкалах

Температура

Эквивалент по шкале

 

Цельсия

Кельвина

xoC (шкала Цельсия)

xoC

(x+273.15)oK

xoR (шкала Реoмюра)

(5/4)*xoC

((5/4)*x+273.15)oK

xoF (шкала Фаренгейта)

(5/9)*(x-32)oC

((5/9)*x+255.38)oK

xoK (шкала Кельвина)

(x-273.15)oC

xoK

xoRank (шкала Ренкина)

(5/9)*(x-491.69)oC

(5/9)*xoK

 

 

 

 

 


©НИЛ АП, 2013              

© Microsoft, Windows, and the Windows CE are registered trademarks of Microsoft Corporation in the United States and/or other countries

НИЛ АП, Биржевой спуск, 8, г. Таганрог, 347900   
тел.
(8634) 47-70-40, 47-70-44, моб. +7 928-132-1161, e-mail: info@RLDA.ru