4 Х проводная схема подключения термометров сопротивления

4 Х проводная схема подключения термометров сопротивления

В данном разделе мы решили пояснить, как правильно подключаются датчики температуры сопротивления, чем отличаются различные схемы подключения, как проверить датчик температуры, что делать если схема подключения и датчик который есть в наличии не совпадает.

Основные схемы подключения датчиков температуры сопротивления представлены на рис.1-3.

Как видно из рисунков 1-3 датчик представляет из себя некий термоэлемент, сопротивление которого изменяется в зависимости от его собственной температуры. К термоэлементу в зависимости от схемы подключения могут быть подпаяны 2 провода (рис.1), три провода (рис.2), четыре провода (рис.3).

Для чего применяются различные схемы подключения датчиков температуры сопротивления?

Дело в том, что измеряемым параметром при применении таких датчиков является сопротивление датчика, однако провода имеют собственное сопротивление и внсят тем самым определенную погрешность.

Например, если датчик температуры Pt100 при нуле градусов цельсия (сопротивление 100 Ом) подключен по двух проводной схеме медным проводом сечением 0,12 мм2, длина соединительного кабеля 3 м, то два провода в сумме дадут сопротивление около 0,5 Ом в результате набегает погрешность — датчик дает суммарное сопротивление 100,5 Ом, что соответствует температуре примерно 101,2 градуса.

Эту погрешность можно скорректировать прибором (если прибор это позволяет), введя корректировку на 1,2 градуса. Однако такая корректировка не может полностью компенсировать сопротивление проводов датчика. Это связано с тем, что медные провода являются сами по себе термосопротивлениями, т.е. сопротивление проводов так же меняется от темепратуры. Причем в случае например с нагреваемой камерой часть проводов, которая находится вместе с датчиком нагревается и меняет сопротивление, а часть за пределами камеры меняется с изменением температуры в комнате.

В случае рассмотреном выше при сопротивлении проводов 0,5 ома при нагреве на каждые 250 градусов сопротивление проводов может измениться практически вдвое. Дав дополнительно 1,2 градуса цельсия погрешность.

Для исключения влияния сопротивления проводов применяют трехпроводную схему подключения датчика температуры. При такой схеме подключения прибор измеряет суммарное сопротивление датчика с проводами и сопротивление двух проводов (или одного провода и умножает его на 2) и вычитает сопротивление проводов из суммарного, выделяя тем самым чистое сопротивление датчика. Такая схема подключения позволяет получать достаточно высокую точность при значительных влияниях сопротивлений проводов на тчоность измерения. Однако данная схема не учитывает, что провода ввиду погрешностей изготовления могут обладать разным сопротивлением (в следствии неоднородности материала, изменения сечения по длине и пр.) такие погрешности вводят меньшие отклонения в отображаемой температуре чем при двух проводной схеме, однако при больших длинах проводов могут быть существенны. В таких случаях может потребоваться применение четырех проводной схемы подключения, в которой прибор измеряет непосредственно сопротивление датчика без учета соединительных проводов.

В каких случаях можно применять двух проводную схему подключения:

1. Диапазон измерения не большой (например 0. 40 градусов) и требуется невысокая точность (например 1 градус)

2. Соединительные провода имеют большое сечение и длина их не велика, т.е сопротивление проводов мало по сравнению с сопротивлением датчика и не вносит существенной погрешности. Например суммарное сопротивление 2 проводов 0,1 ом, а сопротивление датчика меняется на 0,5 Ома на градус, требуемая точнось 0,5 градуса, таким образом сопротивление проводов вносит погрешность меньше, чем допустимая погрешность.

Трехпроводная схема подключения датчиков температуры сопротивления:

Наиболее распространненная схема подключения, применяемая для измерений на удалении датчика от 3 до 100 м, позволяющая в диапазоне до 300 градусов иметь погрешность порядка 0,5 %, т.е. 0,5 С на 100 С.

Четырех проводная схема подключения:

Применяется как правило для прецизионных измерений с точностью 0,1 С и выше.

Прозвонка (проверка) датчиков температуры сопротивления:

Для прозвонки датчиков температуры требуется обычный тестер показывающий сопротивление, для датчиков с сопротивлением при нуле градусов до 100 ом включительно потимальный диапазон измерения тестера до 200 Ом.

Прозвонку можно производить при комнатной температуре, либо при другой заранее известной температуре входящей в рабочую зону датчика (например поместив датчик в сосуд с водо-ледяной смесью 0 градусов или кипящий чайник примерно, с поправкой на давление, 100 градусов).

При прозвонке определяется, какие провода соединены между собой накоротко возле датчика, сопротивление между такими проводами как правило существенно меньше чем сопротивление датчика (это сопротивление между выводами 1,3 и 2,4). Сопротивление между такими выводами для стандартных датчиков составляет от 0 до 5 Ом, в зависимости от сечения и длинны соединительных проводов. Найдя провода с таким значением сопротивления мы однозначно можем определить какие выводы куда подключать. При трехпроводной схеме выводы 1 и 3 равнозначны т.е. если их подключить наоборот на измерение это никак не повлияет. При четырехпроводной схеме пары проводов 1,3 и 2,4 между собой равнозначны, и внутри пары между собой провода тоже равнозначны, т.е. первый с третим можно переставлять между собой, и второй с четвертым можно переставлять, и целиком пару 1,3 можно переставить с парой 2,4 на результаты измерений это не повлияет.

Кроме этого проверяется, что датчик рабочий, т.е. выдает то сопротивление которое должен при данной температуре (измерение между выводами 1 и 2).

Таблицу значений сопротивлений для основных типов датчиков при разных температурах можно посмотреть тут.

Кроме этого нужно убедиться, что датчик не замыкает на корпус термопреобразователя, прозвонив на мегаомном диапазоне (20. 200 МОм) сопротивление между проводами и корпусом датчика, при этом руками касаться контактов корпуса, проводов и щупов нельзя. Если на мегаомах тестер показывает не бесконечное сопротивление, то скорее всего в корпус датчика попал жир или влага, такой датчик может работать некоторое время, но точность показаний будет снижаться, показания могут плавать.

Каким образом можно подключить датчик температуры сопротивления если его схема подключения не совпадает со схемой на приборе?

Рассмотрим различные варианты:

1. в наличии есть двухпроводный датчик температуры

Соответственно если подключить требуется к прибору с трехпроводной или четырехпроводной схемой, то можно установить соответственно одну или две перемычки на контактах прибора, в местах, где подключаются короткозамкнутые провода. На рисунках 4 и 5 это обозначено перемычками на контактах 1,3 и 2,4.

Несомненно такое подключение приведет к погрешности измерения, и если прибор не позволяет её скомпенсировать, то можно в требуемом диапазоне измерения определить погрешность показаний используя образцовый термометр и рассчитать корректировку, которую нужно прибавлять к показаниям. Это позволит временно решить проблему и не останавливать технологический процесс.

2. в наличии есть трехпроводный датчик температуры

Если подключать такой датчик по двухпроводной схеме рекомендуется соединить два короткозамкнутых у датчика провода вместе, для уменьшения споротивления соединительных проводов (так же можно один из короткозамкнутых проводов заизолировать и не подключать или откусить кусачками). Датчик будет работать в двухпроводной схеме не внося никакой дополнительной погрешности.

4-х проводная схема подключения

В современном мире электронная техника развивается семимильными шагами. Каждый день появляется что-то новое, и это не только небольшие улучшения уже существующих моделей, но и результаты применения инновационных технологий, позволяющих в разы улучшить характеристики.

Не отстает от электронной техники и приборостроительная отрасль – ведь чтобы разработать и выпустить на рынок новые устройства, их необходимо тщательно протестировать, как на этапе проектирования и разработки, так и на этапе производства. Появляются новая измерительная техника и новые методы измерения, а, следовательно – новые термины и понятия.

Для тех, кто часто сталкивается с непонятными сокращениями, аббревиатурами и терминами и хотел бы глубже понимать их значения, и предназначена эта рубрика.

4-х проводная схема подключения – это наиболее распространённый метод повышения точности измерения сопротивления.

Метод подразумевает пропускание тока и измерение напряжения. Однако ток протекает через один набор подводящих проводов, в то время как напряжение воспринимается другим набором проводников. Напряжение измеряется непосредственно на резистивном элементе (RTD), а не в той точке, где подключен источник тока. Это означает, что сопротивление подводящих проводов полностью исключается из измерительной схемы.

Типовая четырехпроводная схема измерения сопротивления помогает исключить большую часть случайных и систематических погрешностей.

Режим относительных измерений позволяет исключить из результатов измерений заданную постоянную величину (например, сопротивление соединённых измерительных щупов). Цифровые мультиметры позволяют задать в качестве базовой величины для относительных измерений любое текущее измеренное значение.

Различие материалов проводников в измерительной цепи вызывает при прохождении тока нагрев в местах контактов (образуется термопара). Возникающая при этом термо-ЭДС вызывает погрешность при измерении малых сопротивлений. Для исключения данного фактора тестовый ток отключается на половину цикла измерения, остаточная разность потенциалов в этот момент характеризует величину термо-ЭДС и вычитается из результатов измерений.

Технология измерений «сухой схемой» позволяет исключить из результатов измерений контактного сопротивления погрешность, вызванную пробоем плёнки окисла на поверхности контактов. Снижение тестового напряжения за счёт шунта RSH в четырехпроводной схеме измерений до величины не более 20 мВ решает данную задачу.

Почему 4-проводная схема измерений позволяет избавиться от паразитного сопротивления проводов и контактов?

Дело в том, что при 2-х проводной схеме измерений общее напряжение, поступающее на клеммы вольтметра состоит из суммы падений напряжений тока в измеряемом объекте плюс падение напряжения на проводах и плюс падение напряжений на контактах, через которые течет заметный измерительный ток. Т.е. ток в измеряемой цепи задается той же парой проводов, которой измеряется и падение напряжения на измеряемом сопротивлении.

В 4-проводной схеме измерительный ток течет через одну пару проводов, а напряжение измеряется на другой паре, через которую ток практически не течет, т.е. нет тока, нет и его падения на проводах и контактах. Поэтому и паразитное сопротивление проводов и контактов на результаты измерений практически не влияет.

Аналогично работает 4-проводная схема подклоючения термосопротивления — по одной паре проводов течет измерительный ток с генератора тока измерительной схемы, а другая пара проводов подключается к вольтметру с высоким входным сопротивлением (т.е. с очень низким током измерения).

Методы измерений

1) Режим относительных измерений позволяет снизить погрешность 2-х проводной схемы измерений, однако даёт погрешность контактного сопротивления при закорачивании щупов, которая в ряде случаев (особенно при измерении малых сопротивлений) может оказаться сравнимой с измеряемым значением.

2) Цифровой фильтр, встроенный в некоторые мультиметры, позволяет видеть на дисплее прибора более стабильные показания, за счёт вычисления усреднённого значение. В режиме скользящего среднего пересчитывается усреднённое значение после каждого нового замера, а в режим повтора – после заполнения всех ячеек усредняемых значений. При большой скорости измерений данная функция обеспечивает более точное определение измеренного значения и увеличивает число разрядов результата.

3) 4-х проводная схема приближает результат измерений к истинному значению на несколько порядков, что весьма существенно при измерениях малых величин! Благодаря данному методу, хорошая точность достигается даже при использовании бюджетных приборов.

4) При наличии разности температур между стыками разнородных металлов генерируется термоэлектродвижущая сила (термо-э.д.с. или термоэлектрический потенциал). Это паразитное напряжение может превышать уровень сигнала, который способен измерять мультиметр. Термоэлектрические эффекты могут служить причиной нестабильности или значительного смещения нуля, а так же изменению показаний прибора.

Компенсация термо-ЭДС исключает влияние контактной разности потенциалов при соединении разнородных проводников в измерительной цепи, за счёт снижения нагрева, ограничивая время протекания тестового тока.

5) С помощью метода «сухой цепи» результат измерений оказывается максимально приближен к величине измеряемого контактного сопротивления в реальных условия.

Термометры сопротивления: особенности, принцип действия и применение

Для определения температуры различных веществ широко применяются термометры сопротивления. В статье мы рассмотрим принципы действия платинового и других приборов, определим их достоинства, недостатки и области применения, а также рассмотрим самые популярные на сегодняшний день модели.

Что это такое?

Термометры сопротивления – это устройства для определения температуры в диапазоне от -263 до +1000 градусов Цельсия. Они состоят из датчика, усилителя сигнала, регистрирующего и вспомогательных устройств, а также их соединителей. Эти устройства обладают неоспоримыми достоинствами:

• широкий диапазон измерения температуры (у дорогих моделей);
• высокая точность;
• стабильность работы;
• стойкость в вибрации;
• компактные размеры;
• возможность работать в агрессивных средах;
• некоторые модели имеют небольшую стоимость.

Но вместе с тем им присущи и некоторые недостатки:

• высокая стоимость точных устройств;
• необходимость соблюдать четкие требования при подключении;
• наличие источника питания;
• невозможность ремонта самостоятельно.

Для грамотного применения таких термометров нужно использовать их преимущества и учитывать недостатки, а также знать устройство и принцип действия.

Принцип действия

Работа термометров основана на том, что некоторые металлы и полупроводники меняют свое электрическое сопротивление при изменении температуры окружающей среды. При этом у металлов при увеличении температуры сопротивление возрастает, их называют позисторами. У полупроводников оно падает, поэтому их название – термисторы. Измерение проводимости чувствительного элемента и является принципом действия. При этом различные материалы обладают разным температурным коэффициентом. Это значит, что одни реагируют на изменения больше, другие меньше. Этот параметр влияет на точность прибора. Всего существует несколько классов точности измерителей:

• АА, допуск точности – 0,1 градуса;
• A – 0,15;
• B – 0,3;
• C – 0,6.

Самый точный – АА. Но он и самый дорогой, так как содержит платину. Немаловажную роль при измерении имеет соединение чувствительного элемента с измерителем. Обычно используется мостовая схема. При подключении питания ток, идущий от отрицательного полюса батареи, попадает на узловую точку А. Далее он разделяется на 2 равные части, поскольку сопротивление резисторов R1 и R2 одинаково. Из точек B и С через резисторы R3 и R4 он попадает в узел D и затем на плюс аккумулятора.

Если сопротивление всех резисторов одинаковое, то через резистор R5 ток не проходит. Это можно доказать законами Киргофа. Заменим один из резисторов, например, R3, на чувствительный элемент RTD. При комнатной температуре его сопротивление идентично другим резисторам. При изменении температуры оно меняется, и мост выходит из равновесия.

В этом случае через R5 начинает проходить ток. Если мы поменяем его на вольтметр, тогда по его показаниям можно судить, насколько изменилось сопротивление RTD. По этому изменению можно определить значение температуры. Данная схема широко применяется, поскольку она проста в реализации и обеспечивает хорошую точность. Компоненты моста скрыты в одном корпусе, а наружу выходит только чувствительный элемент RTD.

Отличия от термопары

Несмотря на схожесть термометров сопротивления и термопар, у них разные принципы действия. В термопарах используются 2 проволоки из разных металлов, соединенные между собой. При изменении температуры в месте контакта образуется разность потенциалов и возникает термо-ЭДС (электродвижущая сила). Далее она фиксируется вольтметром и переводится в значение температуры. Таким образом, для использования термопары не нужен источник питания, и она проще в применении. Но возникает резонный вопрос, а что точнее? Производитель аппаратуры «Тесей» провел и опубликовал исследования на этот счет.

Из графика можно определить, что при температуре до +300 градусов термопары класса «к0» точнее, чем термометры класса В. Если температура выше, то лучше применять термопары класса «к1». Так что при выборе измерителя нужно в первую очередь смотреть на его точность и стоимость, а не на принципы работы.

Область применения

Термометры сопротивления можно использовать практически повсеместно. Основные области применения:

• в промышленности – для определения нагрева печей;
• в трубопроводах – для веществ, состояние которых зависит от температуры;
• в медицине;
• в бытовых и других помещениях;
• в жилищно-коммунальном хозяйстве;
• везде, где нужно знать температуру.

Виды и их характеристика

Основное различие между термометрами – устройство датчика. Они сделаны из разных материалов, отличаются толщиной чувствительного элемента и имеют различную стоимость.

Металлические

Они бывают платиновые, никелевые и медные. Рассмотрим подробнее элементы их этих металлов.

• Платина. Самый дорогой материал, из нее изготавливаются самые точные лабораторные и эталонные приборы. Достоинства – очень высокая точность и широкий диапазон измерений, стабильность работы, практически линейная зависимость электропроводности от температуры (номинальная статическая характеристика, НСХ). Недостаток – высокая стоимость, хотя сейчас развитие технологий уменьшает количество платины, а значит, и цену. Все плюсы при этом сохраняются. Приборы с датчиком из платины обозначаются как ТСП (Термометр Сопротивления с платиновым датчиком).

• Никель. Наиболее сильно реагирует на изменение температуры, что упрощает регистрацию сигнала. По сравнению с платиной, диапазон измерений уже – от -60 до +180 градусов. Прибор абсолютно недееспособен при 350 градусах и выше. Несмотря на преимущества, в большинстве случаев никель можно заменить на медь.

• Медь. Диапазон температур – от -50 до +150. Достоинства – простота использования, низкая цена и почти линейная зависимость «температура-сопротивление». Но область применения таких датчиков ограничена диапазоном. Их обозначение – ТСМ (М – медь).

Также существуют различные конструкции чувствительного элемента.

• Проволочный. Чувствительный элемент – проволока, намотанная на каркас из металла, керамики, кварца, слюды или пластмассы. Во избежание потерь на индукцию намотка бифилярная (это когда провод складывается вдвое и только затем наматывается). Между витками есть мелкодисперсный наполнитель из Al2O3, который нужен для дополнительной изоляции витков и амортизации при колебаниях. Катушка заключена в металлический корпус и загерметизирована.

• Пленочный. В этом типе датчика активный металл напыляется тонким слоем на основание из керамики или пластмассы. Далее на него наносится стеклянное, эпоксидное или пластиковое покрытие. Оно защищает элемент от внешних воздействий. Преимущества такого исполнения – небольшие габариты, умеренная стоимость, низкая инертность и высокое внутреннее сопротивление. Последнее нужно для того, чтобы сопротивлением соединительных проводов можно было пренебречь. А еще они лучше переносят вибрацию. Недостаток – стабильность измерений меньше, чем в проволочных. Но такие термопреобразователи постоянно совершенствуются, и вскоре этот недостаток полностью исчезнет.

Металлические датчики можно покупать отдельно от прибора. Они взаимозаменяемые (в идентичных устройствах), и у разных датчиков одной модели одинаковая номинальная статическая характеристика. Это значительно облегчает использование таких устройств.

Полупроводниковые

Обычно они изготавливаются из германия и кремния. В качестве легирующей добавки выступает сурьма. Также есть кобальто-марганцевые (КМТ) и медно-марганцевые (ММТ) приборы, работающие в пределах от -90 до +180 градусов. Благодаря большому внутреннему сопротивлению датчика проводимостью соединителей можно пренебречь. Чувствительный элемент расположен в защитном корпусе.

Преимущества – высокое быстродействие, возможность работы в сверхнизких температурах – от -270 градусов по Цельсию. Точность и стабильность измерений большие. Недостатки – нелинейная характеристика НСХ и невоспроизводимость градуировочной характеристики.

Это значит, что датчики индивидуально настраиваются под конкретный измеритель, заменить их в дальнейшем нельзя.

Благодаря нелинейной зависимости «температура-сопротивление» такие устройства скачкообразно меняют проводимость при определенной температуре. Это называется релейным эффектом и позволяет использовать данные приборы в системах сигнализации. Датчики по-разному крепятся на поверхность. Варианты креплений делятся на:

• ввинчивающиеся;
• поверхностные;
• вставные;
• с присоединительными проводами;
• с байонетными соединениями (это осевое перемещение и поворот, как в боксах для дисков).

Расшифровка обозначений термометров сопротивления не составит труда. Обычно латиницей или кириллицей указывается его тип, далее цифрами – сопротивление в Ом при температуре 0 градусов Цельсия. Например, Pt100 – термометр платиновый, сопротивление термопреобразователя – 100 Ом при 0 градусов. Также есть несколько общепринятых сокращений:

• ТПТ – технический платиновый термометр;
• ТСПН – термометр, предназначенный для регистрации низких температур;
• ЭТС – эталонные термометры сопротивления, которые используются для калибровки других датчиков.

Градуировка

Она выполняется тремя способами.

• На шкалу наносятся значения температуры, которые соответствуют величине сопротивления датчика. Это более наглядный способ. Нелинейность зависимости можно компенсировать с помощью неравномерной разметки шкалы. Недостаток – погрешность равна цене деления шкалы.
• Фиксируется действительное значение сопротивления, которое затем по специальным таблицам переводится в температуру. Более трудоемкий способ индикации, но более точный. Если нужного значения нет в таблице, результат измерения интерполируется, получается точное значение температуры. Нелинейность характеристик измерителя не оказывает влияния на результат. Интерполяция – метод нахождения промежуточных значений величины по готовому дискретному набору ее значений. Не представляет большой сложности и выполняется по формулам.
• Фиксирование с помощью вычислительной техники. Совмещает все достоинства предыдущих способов. Результат выводится на дисплее.

Термометр сопротивления – датчик для измерения температуры: что это такое, описание и виды

Температура – один из основных физических параметров. Измерять и контролировать его важно как в бытовой жизни, так и на производстве. Для этого существует множество специальных устройств. Термометр сопротивления – один из самых распространенных приборов, активно применяющийся в науке и промышленности. Сегодня мы расскажем что такое термометр сопротивления, его преимущества и недостатки, а также разберемся в различных моделях.

Область применения

Термометр сопротивления – это устройство, предназначенное для измерения температуры твердых, жидких и газообразных сред. Также его используют и при измерении температуры сыпучих веществ.

Свое место термометр сопротивления нашел в газо- и нефтедобыче, металлургии, энергетике, сфере ЖКХ и многих других отраслях.

ВАЖНО! Термометры сопротивления можно использовать как в нейтральных средах, так и в агрессивных. Это способствует распространению прибора в химической промышленности.

Обратите внимание! Для измерения температур в промышленности также используют термопары, про них подробнее узнаете из нашей статьи про термопары.

Виды датчиков и их характеристики

Измерение температуры термометром сопротивления происходит с помощью одного или нескольких чувствительных элементов сопротивления и соединительных проводов, которые надежно спрятаны в защитном корпусе.

Классификация ТС происходит именно по типу чувствительного элемента.

Металлический термометр сопротивления по ГОСТ 6651-2009

Согласно ГОСТ 6651-2009 выделяют группу металлических термометров сопротивления, то есть ТС, чей чувствительный элемент – это небольшой резистор из металлической проволоки или пленки.

Платиновые измерители температуры

Платиновые ТС считаются самым распространёнными среди других видов, поэтому их часто устанавливают для контроля важных параметров. Диапазон измерения температуры лежит от -200 °С до 650 °С. Характеристика близка к линейной функции. Один из самых распространённых видов – Pt100 (Pt – платиновый, 100 – означает 100 Ом при 0 °С).

ВАЖНО! Основной недостаток этого устройства – дороговизна за счет использования драгоценного металла в составе.

Никелевые термометры сопротивления

Никелевые ТС почти не используются в производстве за счет узкого температурного диапазона (от -60 °С до 180 °С) и сложностей эксплуатации, однако, следует отметить, что именно они имеют самый высокий температурный коэффициент 0,00617 °С -1 .

Ранее такие датчики использовались в кораблестроении, однако, сейчас в этой отрасли их заменили на платиновые ТС.

Медные датчики (ТСМ)

Казалось бы, у медных датчиков диапазон использования еще уже, чем у никелевых (всего от -50 °С до 170 °С), но, тем не менее, именно они являются более популярным типом ТС.

Секрет в дешевизне прибора. Медные чувствительные элементы просты и неприхотливы в использовании, а также отлично подходят для измерения невысоких температур или сопутствующих параметров, например, температуры воздуха в цехе.

Срок службы такого устройства невелик, однако, и средняя стоимость медной ТС не слишком бьет по карману (около 1 тыс. рублей).

Терморезисторы

Терморезисторы – это термометр сопротивления, чей чувствительный элемент сделан из полупроводника. Это может быть оксид, галогенид или другие вещества с амфотерными свойствами.

Преимуществом данного прибора является не только высокий температурный коэффициент, но и возможность придать любую форму будущему изделию (от тонкой трубки до устройства длиной в несколько микрон). Как правило терморезисторы рассчитаны для измерения температуры от -100 °С до +200 °С.

Различают два вида терморезисторов:

• термисторы – имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть при росте температуры, сопротивление уменьшается;
• позисторы – имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, то есть при увеличении температуры, сопротивление также возрастает.

Градуировочные таблицы термометров сопротивления

Градуировочные таблицы – это сводная сетка, по которой можно легко определить при какой температуре термометр будет иметь определенное сопротивление. Такие таблицы помогают работникам КИПиА оценить значение измеряемой температуры по определённому значению сопротивления.

В рамках этой таблицы существуют специальные обозначения ТС. Их вы можете увидеть в верхней строчке. Цифра означает значение сопротивления датчика при 0°С, а буква металл, из которого оно создано.

Для обозначения металла используют:

• П или Pt – платина;
• М – медь;
• N – никель.

Например, 50М – это медный ТС, с сопротивлением 50 Ом при 0 °С.

Ниже представлен фрагмент градуировочной таблицы термометров.

Класс допуска

Класс допуска не стоит путать с понятием класса точности. С помощью термометра мы не напрямую измеряем и видим результат измерения, а передаем на барьеры или вторичные приборы значение сопротивления соответствующее фактической температуры. Именно поэтому введено новое понятие.

Класс допуска – это разница между фактической температурой тела и температурой, которую получили при измерении.

Существует 4 класса точности ТС (от наиболее точного к приборам с большей погрешностью):

Приведем фрагмент таблицы классов допуска, полную версию вы можете увидеть в ГОСТ 6651-2009.

Схема подключений

Для того, чтобы узнать значение сопротивления его надо измерить. Сделать это можно с помощью включения его в измерительную цепь. Для этого используют 3 типа схем, которые отличаются между собой количеством проводов и достигаемой точностью измерений:

• 2-проводная цепь. Содержит минимальное количество проводов, а значит, самый дешевый вариант. Однако, при выборе данной схемы достичь оптимальной точности измерений не получится – к сопротивлению термометра будет прибавляться сопротивление используемых проводов, которые и будут вносить погрешность, зависимую от длины проводов. В промышленности такая схема применяется редко. Используется лишь для измерений, где не важна особая точность, а датчик находится в непосредственной близости от вторичного преобразователя. 2-проводная схема изображена на левом рисунке .
• 3-проводная цепь. В отличии от предыдущего варианта здесь добавляется дополнительный провод, накоротко соединённый с одним из двух других измерительных. Его основная цель – возможность получить сопротивление подключенных проводов и вычесть это значение (компенсировать) из измеренного значения от датчика. Вторичный прибор, кроме основного измерения, дополнительно измеряет сопротивление между замкнутыми проводами, получая тем самым значение сопротивления проводов подключения от датчика до барьера или вторичника. Так как провода замкнуты, то это значение должно быть равно нулю, но по факту из-за большой длины проводов, это значение может достигать нескольких Ом. Далее эта погрешность вычитается из измеренного значения, получая более точные показания, за счёт компенсации сопротивления проводов. Такое подключение применяется в большинстве случаев, поскольку является компромиссом между необходимой точностью и приемлемой ценой. 3-х проводная схема изображена на центральном рисунке .
• 4-проводная цепь. Цель такая же, что и при использовании трехпроводной схемы, но компенсация погрешности идёт обоих измерительных проводов. В трехпроводной схеме значение сопротивления обоих измерительных проводов принимается за одинаковое значение, но по факту оно может незначительно отличаться. За счет добавления ещё одного четвёртого провода в четырехпроводной схеме (закороченного со вторым измерительным проводом), удается получить отдельно его значение сопротивления и почти полностью компенсировать всё сопротивление от проводов. Однако, данная цепь является более дорогой, так как требуется четвёртый проводник и поэтому реализуется или на предприятиях с достаточным финансированием, или при измерении параметров, где нужна большая точность. 4-х проводную схему подключений вы можете увидеть на правом рисунке .

Обратите внимание! У датчика Pt1000 уже при нуле градусов сопротивление равно 1000 Ом. Увидеть их можно, например, на паровой трубе, где измеряемая температура равна 100-160 °С, что соответствует примерно 1400-1600 Ом. Сопротивление же проводов в зависимости от длины равно примерно 3-4 Ом, т.е. на погрешность они практически не влияют и смысла в использовании трёх или четырёх проводной схемы подключения особо нет.

Преимущества и недостатки термометров сопротивления

Как и любой прибор, использование термометров сопротивления имеет ряд преимуществ и недостатков. Рассмотрим их.

Преимущества:

• практически линейная характеристика;
• измерения достаточно точны (погрешность не более 1°С);
• некоторые модели дешёвые и просты в использовании;
• взаимозаменяемость приборов;
• стабильность работы.

Недостатки:

• малый диапазон измерений;
• довольно низкая предельная температура измерений;
• необходимость использования специальных схем подключения для повышенной точности, что увеличивает стоимость внедрения.

Термометр сопротивления – распространенное устройство практически во всех отраслях промышленности. Этим прибором удобно измерять невысокие температуры, не опасаясь за точность полученных данных. Термометр не отличается особой долговечностью, однако, приемлемая цена и простота замены датчика перекрывают этот небольшой недостаток.

4 Х проводная схема подключения термометров сопротивления

• Вы здесь:
• Главная
• Уроки начинающим
• Часть1 — Постоянный ток
• 7. Измерительные приборы
• 9. Четырехпроводное измерение сопротивления (методом Кельвина)

9. Четырехпроводное измерение сопротивления (методом Кельвина)

Четырехпроводное измерение сопротивления (методом Кельвина)

Предположим, что мы захотели измерить сопротивление некоего компонента, расположенного на значительном расстоянии от омметра. Сделать это обычным способом весьма проблематично, так как омметр измерит все сопротивления цепи, включая сопротивления соединительных проводов (R_{провода}) и сопротивление самого компонента (R_{компонента}):

Сопротивление провода, как правило, очень мало (всего несколько Ом на сотни метров, в зависимости от сечения), но, если провода очень длинные, а тестируемый компонент имеет небольшое сопротивление, то ошибка измерения будет существенной.

Выход из сложившейся ситуации можно найти в использовании амперметра и вольтметра. Из закона Ома мы знаем, что сопротивление равно напряжению поделенному на силу тока (R = U/I). Таким образом, мы сможем рассчитать сопротивление компонента, если измерим силу проходящего через него тока и напряжение на его выводах:

Так как наша цепь является последовательной, сила тока в любой ее точке будет одинаковой. В связи с этим место подключения амперметра принципиального значения не имеет. Напряжение-же, в отличие от силы тока, на разных компонентах будет различным. Поскольку нам нужно рассчитать сопротивление определенного компонента, то и напряжение мы будем измерять именно на этом компоненте.

По условиям задачи, замер сопротивления необходимо произвести на некотором расстоянии от тестируемого компонента, а это значит, что вольтметр будет подключен к тестируемому компоненту посредством длинных проводов, обладающих некоторым сопротивлением:

Поначалу может показаться, что мы потеряли все преимущества от измерения сопротивления таким способом, потому что длинные провода подключения вольтметра внесут в схему дополнительные паразитные сопротивления. Однако, при детальном рассмотрении ситуации можно прийти к выводу, что это не так. По проводам подключения вольтметра будет идти очень незначительный ток, а следовательно, падение напряжения на них будет таким маленьким, что его можно не принимать во внимание. Иными словами, вольтметр покажет такое же напряжение, какое он показал бы при непосредственном подключении к компоненту:

Любое падение напряжения на проводах цепи, по которым течет основной ток, не будет измерено нашим вольтметром, и никаким образом не повлияет на расчет сопротивления тестируемого компонента. Точность измерения можно повысить, если свести к минимуму поток электронов через вольтметр. Достигается это при помощи использования более чувствительного (рассчинанного на небольшой ток) индикатора, и/или потенциомерического инструмента (инструмента нулевого балланса).

Такой метод измерения сопротивления (позволяющий избежать ошибок, вызванных дополнительным сопротивлением провода) называется методом Кельвина. Специальные соединительные зажимы, облегчающие соединение с тестируемым компонентом, называются разъемами Кельвина:

Зажим разъема Кельвина в целом похож на зажим типа «крокодил», но между ними существуют небольшие различия. Если две половины зажима «крокодил» электрически связаны друг с другом посредством шарнира, то две половины зажима Кельвина такой связи не имеют (они изолированы друг от друга). Электрический контакт между ними возникает только в точке присоединения к проводу или выводу тестируемого компонента. Благодаря этому ток, проходящий через провод «Т» (ток), не попадает в провод «Н» (напряжение) и не создает ошибок, вызывающих падение напряжения в последнем:

Аналогичный принцип используется для измерения силы тока с помощью вольтметра и шунтирующего резистора. Как уже говорилось ранее, шунтирующий резистор в этом случае будет определять, сколько вольт или милливольт напряжения будет приходиться на ампер тока. Иными словами, резистор «преобразует» величину тока в пропорциональную величину напряжения. Таким образом, сила тока может быть точно определена путем измерения напряжения на шунтирующем резисторе:

Измерение тока при помощи вольтметра и шунтирующего резистора особенно актуально в цепях с токами большой величины. В таких цепях сопротивление шунта будет, вероятно, в пределах милли или микроом, чтобы падение напряжения при полном токе было минимальным. Сопротивление такой малой величины можно сравнить с сопротивлением соединительных проводов, а это значит, что замер напряжения на шунтирующем резисторе нужно произвести так, чтобы избежать измерения падения напряжения на токонесущих проводах . Для того, чтобы вольтметр измерял только напряжение на шунте, без всяких паразитных напряжений, возникающих из проводов и т.д., шунт оснащают четырьмя контактами:

В метрологических приборах (метрология — наука об измерениях), точность которых имеет первостепенное значение, высокоточные резисторы также оборудованы четырьмя контактами: два — для измерения силы тока, и два — для передачи напряжения вольтметру. С помощью этих контактов вольтметр измеряет напряжение только на резисторе, не учитывая остальные паразитные напряжения.

На следующей фотографии показан погруженный в масляную ванну (с контролируемой температурой) высокоточный резистор номиналом 1 Ом. На этом резисторе вы можете увидеть два больших контакта для тока, и два маленьких — для напряжения:

Ниже показан еще один, более старый высокоточный резистор, немецкого производства. Он имеет сопротивление 0,001 Ом и четыре контакта, выполненных в виде черных ручек. Две большие ручки предназначены для подключения основных проводов исследуемой цепи, а две маленькие — для подключения вольтметра:

Стоит отметить, что совместное использование вольтметра и амперметра для измерения сопротивления увеличит ошибку в конечном результате. Поскольку точность этих приборов оказывает непосредственное влияние на результаты измерения, общая их точность может быть хуже, чем точность любого из приборов по отдельности. Например, если и амперметр и вольтметр имеют точность +/- 1%, любое измерение, проведенное с помощью этих приборов, может потерять в точности +/- 2%.

Более высокую точность измерения можно получить путем замены амперметра на высокоточный резистор, используемый в качестве токоизмерительного шунта. Некоторая погрешность в этом случае все равно будет иметь место, но она будет значительно меньшей, так как точность резистора превышает точность амперметра. После произведенной замены схема, использующая разъемы Кельвина, примет следующий вид:

Жирными линиями на этой схеме обозначены токонесущие провода, их легко отличить от проводов, соединяющих вольтметр с обоими сопротивлениями (R_{компонента} и R_{высокоточ}).