ООО ЭФО
Поиск по складу
Программа поставок 2016
Сегодня
www.powel.ru
источники питания
www.korpusa.ru
конструктивы и корпуса РЭА
www.wless.ru
беспроводные технологии
www.mymcu.ru
микроконтроллеры
altera-plis.ru
микросхемы Altera
www.infiber.ru
волоконно-оптические
компоненты в
промышленности
www.efo-power.ru
силовая электроника
www.efo-electro.ru
электротехническая
продукция
www.efometry.ru
контрольно-измерительные приборы
www.golledge.ru
кварцевые резонаторы и генераторы Golledge
www.sound-power.ru
профессиональные усилители класса D
Поиск по сайту
Подписка на новости

Система менеджмента
качества сертифицирована на соответствие требованиям:
ISO 9001, ГОСТ Р ИСО 9001 и СРПП ВТ - подтверждено сертификатами соответствия в системах сертификации Русского Регистра, ГОСТ Р, международной сети IQNet, "Оборонсертифика" и "Военный Регистр".

ООО "ЭФО" в 2011г. получило Лицензию Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на изготовление оборудования для ядерных установок.


Rambler s Top100



ChipFind - поисковая система по электронным компонентам
EEN
webmaster
Санкт-Петербург: (812) 327-86-54  zav@efo.ru Москва: (495) 933-07-43  moscow@efo.ru Екатеринбург: (343) 278-71-36  ural@efo.ru Пермь: (342) 220-19-44  perm@efo.ru
Казань: (843) 518-79-20  kazan@efo.ru Ростов-на-Дону: (863) 220-36-79  rostov@efo.ru Н. Новгород: (831) 434-17-84  nnov@efo.ru Новосибирск: (383) 286-84-96  nsib@efo.ru
о нас склад библиотека статьи
 
Общие сведения о термометрах сопротивления
           
Новости Продукция Склад О компании Контакты    
 

Общие сведения о термометрах сопротивления

Компания IST выпускает несколько сотен различных моделей платиновых и никелевых термометров сопротивления.

Ниже приводятся описание принципа работы датчиков этого типа и обзор основных характеристик термометров сопротивления.

С ассортиментом доступных датчиков можно познакомиться в соответствующем разделе.

 

Обзор существующих решений 

Для приложений, подразумевающих измерение температуры в диапазоне от -200 до 1000 °C, в качестве датчика чаще всего выбирают термометры сопротивления (ТС), термисторы или термопары. Это три основных типа контактных датчиков температуры.

Термисторы дешевле других компонентов, обладают высокой чувствительностью и большим сопротивлением, однако не могут обеспечить сравнимую с термометрами сопротивления надежность, имеют нелинейную характеристику и относительно узкий диапазон рабочих температур. Термопары, напротив, имеют самый широкий диапазон рабочих температур, но также нелинейны и требуют компенсации холодного спая. Термометры сопротивления стоят дороже термопар и термисторов, могут уступать им в быстродействии и чувствительности, однако имеют максимальную стабильность и практически линейную характеристику. Именно этим объясняется их популярность.

Как ясно из их названия, термометры сопротивления в качестве чувствительного элемента используют резистор, сопротивление которого зависит от температуры. Чувствительные элементы термометров сопротивления делятся по типу конструкции на проволочные (намоточные) и пленочные. В первом случае чувствительный элемент представляет собой одну или несколько изолированных металлических проволочных спиралей, во втором – металлическую токопроводящую дорожку (меандр) на керамической подложке.

Намоточные датчики производятся многие десятилетия и на сегодняшний день остаются более известными. Впрочем, технология изготовления тонкопленочных датчиков также хорошо освоена и позволяет изготавливать чувствительные элементы той же ценовой категории. Принципиальных отличий в характеристиках намоточных и пленочных датчиков нет, однако большим преимуществом тонкопленочных чувствительных элементов являются меньшие размеры и масса. Помимо возможности изготовления миниатюрных датчиков, это позволяет обеспечить минимальное время отклика, сравнительно высокую устойчивость к вибрациям и перепадам температуры, и, что самое важное, изготавливать термометры с большим, по сравнению с проволочными датчиками, номинальным сопротивлением – 1000 Ом и более.

 

Тонкопленочная технология изготовления датчиков

Технология изготовления тонкопленочных датчиков берет начало в полупроводниковой промышленности: на керамическую подложку напыляется тонкий слой металла из которого формируется токопроводящая дорожка – резистор. Для формирования геометрической структуры резистора используются методы фотолитографии, а максимальная точность нанесения достигается благодаря лазерной подгонке. Токопроводящая дорожка покрывается изолирующим (пассивационным) слоем из стекла, устойчивого к температурному и химическому воздействию. Специально подобранный состав стекла также используется для фиксации выводов, которые могут иметь разную форму, длину и выполняться из различных материалов.

 

 

Компания IST выпускает датчики температуры используя несколько сортов платины и никеля. Традиционно для термометров сопротивления используются эти два металла или медь.

Медь обладает наиболее линейной характеристикой, но из-за сравнительно узкого диапазона рабочих температур и низкого удельного сопротивления используется относительно редко.

Никелевые ТС также востребованы меньше чем платиновые платиновые датчики, так как их рабочий температурний диапазон ограничен значением +300 °C. Однако в ряде случаев оптимальными являются именно никелевые датчики – их высокие температурный коэффициент и выходное сопротивление позволяют обеспечить наиболее высокое разрешение.

Характеристики платины являются наиболее подходящими для термометров сопротивления. Платиновые элементы имеют самый широкий – от -200 до 1000 °C – диапазон рабочих температур, высокую точность и стабильность, а также практически линейную характеристику и высокое удельное сопротивление.

 

Характеристики термометров сопротивления

Характер зависимости сопротивления датчика от температуры, или номинальная статическая характеристика (НСХ), определяется составом металла, наличием в нем различных примесей.

Эта зависимость характеризуется следующими понятиями:

  • Номинальное сопротивление. R0 – нормированное производителем сопротивление при температуре 0 °C. Датчики IST выпускаются со значениями R0 в 100, 500 или 1000 Ом. Впрочем, производитель имеет возможность изготавливать датчики и с другим номинальным сопротивлением.
  • Температурный коэффициент. Коэффициент определяется по формуле

, где R0 – сопротивление при 0 °C, а R100 – при +100 °C.

Коэффициент описывает крутизну графика зависимости сопротивления от температуры и является основной характеристикой металла, из которого изготавливается чувствительный элемент. В российских стандартах и документации зарубежных производителей коэффициент может быть выражен по-разному – в °C-1 или ppm/K. Во втором случае для обозначения температурного коэффициента применяется название TCR (Temperature Coefficient of Resistance). Соответственно значения коэффициентов для одного и того же металла могут в различных источниках отличаться на шесть порядков, например α = 0,00385 °C-1 и TCR = 3850 ppm/K.

Компания IST выпускает датчики температуры из платины и никеля с различными температурными коэффициентами. Наиболее популярными являются платиновые датчики с коэффициентами 3850 и 3911 ppm/K, их характеристики нормированы в том числе в стандартах ГОСТ для тонкопленочных датчиков. Нелинейность номинальной статической характеристики термометров сопротивления лучше всего аппроксимируется полиномами, степень и коэффициенты которых известны для различных металлов. Зависимость сопротивления платины от температуры в диапазоне от 0 до +850 °C обычно описывается полиномом второй степении

R(T) = R0 (1 + A x T + B x T2),

для отрицательных температур используется полином

R(T) = R0 (1 + A x T + B x T2 + C x (T-100) x T3)

Полиномиальные коэффициенты для некоторых платиновых датчиков приведены в таблице 1.

Платина 3850 ppm/K Платина 3911 ppm/K Платина 3750 ppm/K
A = 3.9083 x 10-3 °C-1 A = 3.9692 x 10-3 °C-1 A = 3.8102 x 10-3 °C-1
B = -5.775 x 10-7 °C-2 B = -5.829 x 10-7 °C-2 B = -6.01888 x 10-7°C-2
C = -4.183 x 10-12°C-4 C = -4.3303 x 10-12°C-4 C = -6 x 10-12 °C-4

Никелевые датчики, как было сказано ранее, обладают большей нелинейностью. Они описываются полиномом шестой степени:

R(T) = R0 (1 + A x T + B x T2 + C x T3 + D x T4 + E x T5 + F x T6).

Полиномиальные коэффициенты для некоторых никелевых датчиков приведены в таблице 2.

Никель 6180 ppm/K Никель 5000 ppm/K Никель 6370 ppm/K Никель 6720 ppm/K
A = 5.485 x 10-3 °C-1 A = 4.427 x 10-3 °C-1 A = 5.64742 x 10-3 °C-1 A = 5.88025 x 1-3 °C-1
B = 6.65 x 10-6 °C-2 B = 5.172 x 10-6 °C-2 B = 6.69504 x 10-6 °C-2 B = 8.28385 x 10-6 °C-2
C = 0 C = 5.585 x 10-9 °C-3 C = 5.68816 x 10-9 °C-3 C = 0
D = 2.805 x 10-11 °C-4 D = 0 D = 0 D =7.67175 x 10-12 °C-4
E = 0 E = 0 E = 0 E = 0
F = -2 x 10-17°C-6 F = 0 F = 0 F = -1.5 x 10-16 °C-6

Значение температуры рассчитывается посредством решения уравнения, определяемого полиномом и коэффициентами. На подключенном к датчику контроллере для каждой контрольной точки значение температуры либо вычисляется заново, либо выбирается из заранее подготовленных таблиц «Сопротивление / Температура».

 

Точность термосопротивлений определяется классами допуска. Класс допуска описывает максимальное доупстимое отклонение реальной характеристики датчика от расчетной.

Российские и международные стандарты нередко расходятся в описании классов допуска. В таблице приведены описания классов допуска для наиборее популярного типа термосопротивлений - платиновых датчиков 3850 ppm/K. Для этого типа термосопротивлений российские ГОСТы совпадают с европейским стандартом DIN 60751.

Важно также отметить, что диапазоны температур, на которых определяются классы допуска, различаются для датчиков, выполненных по тонкопленочной и по намоточной технологии. В таблице приведены диапазоны для тонкопленочных датчиков, данные по намоточным датчикам доуспуны в справочной литературе.

Класс допуска
(указаны все альтернативные названия)

Допуск, ±°С

Диапазон рабочих температур, для которого определен максимальный допуск

Действующие российские и европейские стандарты для тонкопленочных датчиков Pt 3850 ppm/K

Платиновые ТС

Class K
1/10 DIN

0.03 + 0.0005 x |t|

По запросу

DIN 60751 (МЭК 60751)

Class K
1/5 DIN

0.06 + 0.001 x |t|

По запросу

DIN 60751 (МЭК 60751)

Class АА 
Class Y
F 0.1
1/3 DIN

0,1 + 0,0017 |t|

от -50 до +150 °C

DIN 60751 (МЭК 60751) / ГОСТ 6651-2009

Class А 
F 0.15

0,15 + 0,002 |t|

от -30 до +150 °C

DIN 60751 (МЭК 60751) / ГОСТ 6651-2009

Class В 
F 0.3
DIN

0,3 + 0,005 |t|

от -30 до +500 °C

DIN 60751 (МЭК 60751) / ГОСТ 6651-2009

Никелевые ТС

Class A
1/2 DIN

0,2 + 0,014 |t| (для t < 0 °С)

0,2 + 0,0035 |t| (для t > 0 °С)

от -60 до +260 °C

DIN 43760

Class B
DIN

0,4 + 0,028 |t| (для t < 0 °С)

0,4 + 0,007 |t| (для t > 0 °С)

от -60 до +260 °C

DIN 43760

 

Допуски служат одним из параметров для расчета максимальной погрешности датчика. Среди характеристик чувствительного элемента, также влияющих на точность измерений также можно отметить стабильность (дрейф характеристик) датчика, сопротивление изоляции, время термического срабатывания, коэффициент саморазогрева и другие. Все параметры необходимо уточнять в документации от производителя.

Помимо характеристик чувствительного элемента, на точность измерений влияют схема подключения, длина выводов, свойства монтажных элементов, скорость изменения измеряемой температуры, утечки тока, электрические шумы и другие «внешние» факторы.

Говоря о схеме подключения, заметим, что для термометров сопротивления используются двух-, трех- и четырехпроводная схемы включения. Недостатком первой схемы является потеря в точности вычислений – в измеряемое сопротивление неизбежно включается сопротивление проводов. Трехпроводная схема позволяет измерить и учесть сопротивление проводов, а четырехпроводная – полностью его исключить. 

 

Перейти к разделу Термометры сопротивления от компании IST.

 

 

© 1999-2016 All Right Reserved. EFO Ltd. При использовании материалов ссылка на источник обязательна.
Контактная информация