Термометр сопротивления: подключение и принцип действия

Термометр сопротивления, принцип действия которого состоит в замере инструментом сопротивления нагревательного элемента прибора, является устройством, замеряющим температуру.

Нагревательный компонент термометра создан в виде особого резистора из чувствительной пленки или металлического стержня, реагирующих на малейшее изменение температуры. Металлический элемент смонтирован на прочный корпус, созданный из фарфора или кварца и помещенный в защитную колбу, которая может быть из металла или стекла.

Термометр сопротивления ТСП

Стандартные термометры для замеряющего элемента используют платину, так как она меньше окисляется и точно выдает показания температуры. Но чаще всего применяются более дешевые ТС - из меди и никеля. У этих устройств много преимуществ, они могут замерять большой диапазон различных температур, четко улавливая колебания в ту или иную сторону.

Термометр сопротивления обладает устойчивостью к вибрациям, что разрешает их установку в сейсмических зонах. Эти термометры производятся разнообразных размеров - от самых малых до больших. Потому их используют в различных ситуациях на любых объектах.

Несмотря на все положительные моменты применения устройства, его высокую надежность и практичность, имеются и свои минусы. Надо учесть, приобретая термометр сопротивления - подключение и установка должны производится в 3-х или 4-проводной электрической системе. Если использовать меньше проводов, то показания температуры будут иметь погрешность. Еще одним недостатком прибора считается трудоемкий процесс подбора особенного типа глазури для герметической защиты датчика. При неправильном выборе смазки, когда произойдет резкий скачок температуры, корпус термометра может лопнуть.

Термометр сопротивления: принцип действия различных датчиков

Основное требование к термометру – четкость и точность показания температуры при различных условиях работы, которые могут быть и неблагоприятными: вибрации, резкие перепады температуры, агрессивная окружающая среда и так далее.

Для примера возьмем три типа ТС, распространенных в использовании, и сравним их характеристики и возможности.

Устройство из платины

Рекомендуемый рабочий диапазон: от -200 до +600 градусов. Некоторые модели могут использоваться в диапазоне -260…+1000 ⁰С. Такие ТС характеризуются высокоточными и стабильными показаниями температуры, широким диапазоном замера и высоким удельным сопротивлением.

Термометр сопротивления платиновый массово применяют в промышленном секторе всех стран, благодаря его высоким показателям и надежности. В некоторых государствах Западной Европы чувствительный элемент термометра изготавливают из специальной пленочной подложки, сверху покрытой платиновым напылением.

Термометр из никеля

Специалисты советуют использовать этот термометр сопротивления в диапазоне -60…+180 градусов.

Устройство характеризуется высоким температурным коэффициентом с максимально допустимым термическим показателем в 350 ⁰С. Если эту температурную точку превысить, то может произойти нарушение всей структуры термометра и он придет в негодность.

Этот прибор применяют реже, чем платиновый, из-за их невысоких показателей. В недавнем прошлом его часто использовали на кораблях в системах контроля.

Термометр медный

Оптимальные рабочие параметры -50…+150 градусов. Обладает наиболее линейной характеристикой, но контролирует небольшой диапазон температур. Также у этого ТС низкое сопротивление, из-за чего необходимо применять медную проволоку большой длины.

Термометр сопротивления медный в основном применяют на электростанциях, электрогенераторах и в некоторых секторах промышленности.

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.

Создание термометров

Лучший способ сборки термометров сопротивления – использовать обыкновенную сварку. Такой метод разрешает минимизировать загрязнение элементов устройства различными металлами. Ведь внутренние компоненты прибора состоят из меди, никеля и их соединений. Термометр сопротивления, работая с разными температурными режимами, может иметь внешний корпус из других металлов. Так, при пониженной или комнатной температуре хорошо подходит корпус из латуни или обыкновенной стали. Большая стойкость к коррозии замечена у никеля.

Длина термометра

Чем длиннее устройство, тем на большую глубину его можно опускать. Также размер термометра и глубина погружения учитываются при расчете измерения температуры.

Процесс измерения температуры

Следует иметь в виду, что термометр измеряет не температуру жидкой среды, в которую помещен, а градусы, идущие от его чувствительного компонента. Точность показания температуры устройства и замеряемой среды зависит от сопротивления контрольного датчика.

Достоинства термометров

Подводя итог всему вышеописанному можно сделать вывод, что устройства обладают следующими преимуществами:

- высокая точность установления температуры внутренней среды (погрешность меньше 1 ⁰С);

- линейные характеристики приборов;

- возможность применения 3-х или 4-проводной системы замеров.

Минусы устройств

Если сравнивать термометры сопротивления с известными термоэлементами, называемыми «термопарами», то устройства из платины стоят намного дороже, имеют небольшой диапазон температурных измерений, а также им необходим вспомогательный источник питания для установления температуры.

Вывод

По мнению ведущих отечественных и иностранных специалистов, точность работы и надежность термометров сопротивления с каждым годом растет. Если необходим температурный датчик высокой надежности и долгой работоспособности для температур диапазоном от 200 ⁰С до 600 ⁰С, то лучше, чем платиновый термометр, найти что-либо тяжело. Эти устройства могут служить многие годы без замены чувствительного элемента.

И пускай такой термометр стоит недешево, зато качество его работы, точность показаний и надежность находятся на высоком уровне, что положительно оценили не только наши промышленники, но и специалисты ведущих зарубежных компаний.

Большинство случаев выхода из строя современных датчиков сопротивления связано не со сборкой устройства, а с их неправильным креплением на измерительном объекте и ошибочным подключением к электрической сети. Также следует при эксплуатации прибора придерживаться рекомендованных рабочих температур, иначе с каждым «перебором» точность показаний начнет идти все с большей погрешностью.