Датчики температуры Pt100

Сегодня мы познакомимся с температурными датчиками Pt100, узнаем о принципах их работы и использовании в промышленных измерениях.

Датчики термосопротивления на основе платины, особенно Pt100, Pt1000, получили широкое распространение на самых различных объектах промышленности.

Хотя RTD могут быть изготовлены из разных металлов, включая никель и медь, платина обладает физическими свойствами, которые делают ее наиболее оптимальной для использования в температурных датчиках.

Так, например, платина имеет достаточно большой температурный коэффициент сопротивления, высокое удельное сопротивление, кроме того она химически инертна в окислительной среде при высоких температурах.

Также  датчики на основе платины, могут использоваться в большом температурном диапазоне — от -2600С до +11000С.

Принцип их действия основан на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление, в зависимости от внешней температуры. Эта зависимость называется номинальной статической характеристикой — НСХ.

Что такое датчик Pt100?

Термосопротивления, или RTD, представляют собой класс датчиков, которые изменяют сопротивление при изменении температуры среды, в которой они находятся. Изменение пропорционально температуре и изменяется линейным образом.

Это означает, что с повышением температуры сопротивление RTD также увеличивается. Таким образом, если мы сможем измерить сопротивление датчика, мы сможем определить и температуру.

Насколько же изменяется сопротивление датчиков в зависимости от температуры?

Это зависит от температурного коэффициента сопротивления α (альфа), который характеризует зависимость электрического сопротивления вещества от его текущей температуры.

Так, для термодатчиков Pt100 сопротивление будет меняться примерно на  0,385 Ом при каждом повышении температуры на один градус Цельсия.

Мы знаем, что сопротивление датчика Pt100 при 0 °C составляет 100 Ом, поэтому сопротивление, при 100 °C, составит 138,5 Ом.

Коэффициент 385 получается из уравнения, которое аппроксимирует сопротивление RTD на основе его физических свойств.

Уравнение связывает сопротивление термодатчика при измеряемой температуре с сопротивлением при нулевом градусе Цельсия. Коэффициент альфа в этом уравнении описывает скорость изменения сопротивления относительно температуры.

Для Pt100, который мы описывали, если подставить значение сопротивления  при нуле и при 100 градусах, мы обнаружим, что значение коэффициента альфа равно 0,00385.

Используя это значение, мы можем рассчитать сопротивление, которое будет иметь RTD при любой температуре в пределах своего диапазона.

Это уравнение является лишь приблизительным, поэтому, чтобы узнать истинную температуру при любом измеренном сопротивлении, необходимо обратиться к стандартной таблице сопротивлений для различных типов температурных датчиков, приведенной ниже.

Далее рассмотрим, что же из себя представляют датчики Pt100.

Изготавливаются они обычно путем намотки тонкого платинового провода на непроводящий сердечник, который помогает поддерживать провод. Весь узел помещается в оболочку, для защиты датчика и придания ему стабильности.

В промышленном применении RTD обычно помещаются внутри защитных металлических гильз — термооболочек. Длина датчика и конструкция защитной гильзы являются проектными параметрами, определяемыми на стадии разработки.

В коммутационную головку датчика могут быть встроены нормирующие преобразователи, преобразующие значение измеренной температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, как правило, 4-20мА.

Либо выводы могут подключаться непосредственно к измерительным приборам.

Измерение сопротивления при помощи моста Уитстона

Для измерения параметров терморезистора, используется специальная мостовая схема, называемая мостом Уитстона.

Мостовая схема состоит из четырех сопротивлений, соединенных последовательно в виде четырехугольника.

Резисторы Ra, Rb и Rc равнозначны. Четвертый резистор — это сам датчик RTD, его сопротивление можно определить по напряжению, измеренному на двух ветвях моста.

Такая схема является двухпроводной.

Минусом  схемы является значительную погрешность, особенно на больших расстояниях и при малых номиналах сопротивлений. Вызвано это влиянием сопротивления проводов.

Чтобы компенсировать это дополнительное сопротивление, применяется трехпроводная схема.

Третий вывод используется для определения сопротивления самого провода, затем это значение вычитается из общего измеряемого сопротивления, чтобы получить более точный результат.