Резистивні датчики температури. Принципи роботи та характеристики

11.07.2015

Резистивні датчики температури.
Принципи роботи і характеристики

Завдання отримання правильних результатів вимірювання температури в більшості випадків може бути вирішена при застосуванні резистивних датчиків температури (РТД), які представлені на ринку у великій кількості конструктивних виконань і точнісних характеристик. Вони є одними з найбільш стабільних і точних температурних датчиків, що працюють в температурному діапазоні приблизно від -200 до 800 °C, і використовуються там, де потрібна хороша повторюваність результатів вимірювань при їх високої точності.

Принцип дії

Робота РТД заснована на властивості металів до зміни свого електричного опору при зміні температури. Відомо, що всі метали змінюють свій опір при зміні температури. Цей факт і визначив появу РТД.

Опір відрізка проводу прямо пропорційно його довжині і обернено пропорційно площі поперечного перерізу:

де p — питомий опір матеріалу.

Кожен метал має певне і унікальне питомий опір, яке може бути визначено експериментально. РТД виготовляють з металів, опір яких зростає з температурою. У межах обмеженого температурного діапазону питомий опір лінійно зростає з ростом температури:

де pt — питомий опір при температурі t, p 0 — питомий опір при стандартній температурі t 0. a — температурний коефіцієнт опору (°C -1).

Вважаючи t 0 =0 °C, вирішимо спільно рівняння 1 і 2. Після приведення рішення до стандартної лінійної формі (y =mx +b) стає ясно, що зміна опору в залежності від температури є лінійною функцією з нахилом, рівним a :

Теоретично, будь-який метал може бути використаний в якості датчика температури, проте ідеальний метал повинен мати специфічні характеристики:

  • високу точку плавлення;
  • стійкість до корозії;
  • мати лінійну характеристику R=F(t);
  • бути довговічним.

Платиновий дріт крихкий, але матеріал стійкий до забруднення і має тільки злегка нелінійної характеристикою dR/dt, тому платина і була обрана для застосування в РТД. До її позитивних характеристик слід віднести хімічну стабільність, можливість достатньо легкого отримання матеріалу в хімічно чистій формі, а також електричні властивості, які мають високу повторюваність.

РТД виготовляють або з сплаву IEC/DIN (американський стандарт) або з хімічно чистої платини (європейський стандарт). Відмінність — у ступені чистоти. Якщо стандарт IEC/DIN визначає, що датчик виготовляється з платини, яка навмисно забруднена іншими металами платинової групи, то платина, що застосовується в датчиках, що виготовляються за європейським стандартом, має ступінь чистоти не менше 99,99%. Якщо датчики, зроблені з різних матеріалів, будуть мати опір 100 Ом при 0 °C, то при 100 °C датчик, виготовлений зі сплаву IEC/DIN, буде мати опір 138,5 Ом, а датчик, виготовлений за європейським стандартом, — 139,02 Ом.

Міжнародними комітетами були встановлені стандартні криві для РТД. Вони визначили середній температурний коефіцієнт a. який визначає нахил функції R =F (t) в діапазоні температур між 0 і 100 °C. З рівняння 3 отримуємо вираз для a :

Для платини стандарту IEC/DIN a =0,00385 Ом/(Ом ·°C). Для платини європейського стандарту — 0,003926 Ом/(Ом ·°C)(максимально).

Залежність між опором і температурою може бути наближено описана рівнянням Каллендар —Ван Дусена:

де T — температура (°C), R — опір при температурі T, R 0 — опір при температурі танення льоду, a =постійний коефіцієнт (визначає нахил функції R =F(T)при T =0 °C), d — постійний коефіцієнт, b — постійний коефіцієнт ( b =0 при T >0 °C).

Фактичні значення коефіцієнтів a. d і b визначаються експериментально шляхом вимірювання значення РТД при різних температурах і рішення рівняння 5.

Рівняння Каллендар — Вана Дусена може бути спрощено:

за ожительных температурах поведінка платинового РТД спрощується, так як коефіцієнт C стає рівним нулю, і може бути визначено як

Як було сказано вище,рівняння були отримані Каллендар — Ван Дусеном з експериментальних даних. Він використовував для калібрування три точки:0 °C і ще дві довільно вибраних за ожительных температури:

  • точку кипіння води — 100 °C;
  • потрійну точку цинку — 419,58 °C.

Коефіцієнти A, B, і C залежать від матеріалу проводу та його чистоти. Ніщо не вічне, навіть дуже хороші датчики іноді виходять з ладу, і їх необхідно міняти. Для того щоб ця операція була безболісною для користувача, датчики повинні мати ідентичні характеристики, тому міжнародний стандарт IEC 751 в цілях взаємозамінності датчиків визначив коефіцієнти рівняння Каллендар — Ван Дусена, які повинен мати будь випускається РТД. Значення коефіцієнтів наведені нижче.

Коефіцієнти для платинових датчиків за стандартом IEC 751-2 (ITS90):

Короткий опис статті: температурний датчик Довідкові дані по електронним компонентам

Джерело: Резистивні датчики температури. Принципи роботи і характеристики

Також ви можете прочитати