Die Temperatur ist eine der wichtigsten physikalischen Größen. Es ist wichtig, sie sowohl im Alltag als auch in der Produktion zu messen und zu kontrollieren. Dafür gibt es viele spezielle Geräte. Das Widerstandsthermometer ist eines der am häufigsten in Wissenschaft und Industrie aktiv eingesetzten Instrumente. Heute erklären wir Ihnen, was ein Widerstandsthermometer ist, welche Vor- und Nachteile es hat und lernen auch die verschiedenen Modelle kennen.
Inhalt
Anwendungsgebiet
Widerstandsthermometer ist ein Gerät zur Messung der Temperatur fester, flüssiger und gasförmiger Medien. Es wird auch zur Messung der Temperatur von Schüttgütern verwendet.
Das Widerstandsthermometer hat seinen Platz in der Gas- und Ölförderung, Metallurgie, Energie, Wohnungs- und Kommunalwirtschaft und vielen anderen Branchen gefunden.
WICHTIG! Widerstandsthermometer können sowohl in neutraler als auch in aggressiver Umgebung eingesetzt werden. Dies trägt zur Verbreitung des Geräts in der chemischen Industrie bei.
Beachten Sie! Thermoelemente werden auch in der Industrie zur Temperaturmessung eingesetzt, erfahren Sie mehr darüber unser Artikel über Thermoelemente.
Arten von Sensoren und ihre Eigenschaften
Die Temperaturmessung mit einem Widerstandsthermometer erfolgt über ein oder mehrere Widerstandsmesselemente und deren Beschaltung Drähte, die in einer Schutzhülle sicher versteckt sind.
Die Klassifizierung des Fahrzeugs erfolgt exakt nach Art des sensitiven Elements.
Metall-Widerstandsthermometer nach GOST 6651-2009
Entsprechend GOST 6651-2009 Sie unterscheiden eine Gruppe von Metallwiderstandsthermometern, dh TS, deren empfindliches Element ein kleiner Widerstand aus Metalldraht oder -folie ist.
Platin-Temperaturmesser
Platinum TS gelten unter anderen Typen als die gebräuchlichsten, daher werden sie häufig installiert, um wichtige Parameter zu steuern. Temperaturmessbereich liegt von -200 °С bis 650 °С. Die Kennlinie liegt nahe an einer linearen Funktion. Eine der häufigsten Arten ist Pt100 (Pt - Platin, 100 - bedeutet 100 Ohm bei 0°C).
WICHTIG! Der Hauptnachteil dieses Geräts sind die hohen Kosten aufgrund der Verwendung von Edelmetall in der Zusammensetzung.
Nickel-Widerstandsthermometer
Nickel-TS werden aufgrund des engen Temperaturbereichs fast nie in der Produktion verwendet (von -60 °С bis 180 °С) und Betriebsschwierigkeiten, jedoch ist zu beachten, dass sie den höchsten Temperaturkoeffizienten aufweisen 0,00617 °C-1.
Früher wurden solche Sensoren im Schiffbau eingesetzt, jetzt wurden sie in dieser Branche durch Platinfahrzeuge ersetzt.
Kupfersensoren (TCM)
Es scheint, dass der Einsatzbereich von Kupfersensoren noch enger ist als der von Nickel (nur von -50 °С bis 170 °С), sind aber dennoch der beliebtere Fahrzeugtyp.
Das Geheimnis liegt in der Billigkeit des Geräts. Kupfer-Sensorelemente sind einfach und unprätentiös zu verwenden und eignen sich auch hervorragend zum Messen niedriger Temperaturen oder verwandter Parameter, wie z. B. der Lufttemperatur im Geschäft.
Die Lebensdauer eines solchen Geräts ist jedoch kurz, und die durchschnittlichen Kosten eines Kupfer-TS sind nicht zu hoch (etwa 1 Tausend Rubel).
Thermistoren
Thermistoren sind Widerstandsthermometer, deren Messelement aus einem Halbleiter besteht. Es kann ein Oxid, ein Halogenid oder andere Substanzen mit amphoteren Eigenschaften sein.
Der Vorteil dieses Geräts ist nicht nur ein hoher Temperaturkoeffizient, sondern auch die Möglichkeit, dem zukünftigen Produkt jede Form zu geben (von einer dünnen Röhre bis zu einem wenige Mikrometer langen Gerät). Thermistoren sind in der Regel zur Temperaturmessung ausgelegt von -100 °С bis +200 °С.
Es gibt zwei Arten von Thermistoren:
- Thermistoren - einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands haben, dh mit steigender Temperatur nimmt der Widerstand ab;
- Positoren - haben einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands, dh mit steigender Temperatur steigt auch der Widerstand.
Kalibriertabellen für Widerstandsthermometer
Graduierungstabellen sind ein zusammenfassendes Raster, anhand dessen Sie leicht feststellen können, bei welcher Temperatur das Thermometer einen bestimmten Widerstand hat. Solche Tabellen helfen Instrumentierungsarbeitern, den Wert der gemessenen Temperatur gemäß einem bestimmten Widerstandswert zu bewerten.
Innerhalb dieser Tabelle gibt es spezielle Fahrzeugbezeichnungen. Sie können sie in der obersten Zeile sehen. Die Zahl steht für den Widerstandswert des Sensors bei 0°C und der Buchstabe für das Metall, aus dem er besteht.
Um Metall zu bezeichnen, verwenden Sie:
- P oder Pt - Platin;
- M - Kupfer;
- N -Nickel.
Beispielsweise ist 50M ein Kupfer-RTD mit einem Widerstand von 50 Ohm bei 0 ° C.
Unten ist ein Fragment der Kalibriertabelle von Thermometern.
| 50M (Ohm) | 100 M (Ohm) | 50P (Ohm) | 100P (Ohm) | 500P (Ohm) | |
|---|---|---|---|---|---|
| -50 Grad | 39.3 | 78.6 | 40.01 | 80.01 | 401.57 |
| 0 °С | 50 | 100 | 50 | 100 | 500 |
| 50 Grad | 60.7 | 121.4 | 59.7 | 119.4 | 1193.95 |
| 100 °С | 71.4 | 142.8 | 69.25 | 138.5 | 1385 |
| 150 °С | 82.1 | 164.2 | 78.66 | 157.31 | 1573.15 |
Toleranzklasse
Die Toleranzklasse darf nicht mit dem Konzept der Genauigkeitsklasse verwechselt werden. Mit Hilfe eines Thermometers messen wir nicht direkt und sehen das Messergebnis, sondern übertragen den der tatsächlichen Temperatur entsprechenden Widerstandswert an die Barrieren oder Sekundärgeräte. Deshalb wurde ein neues Konzept eingeführt.
Die Toleranzklasse ist die Differenz zwischen der tatsächlichen Körpertemperatur und der Temperatur, die bei der Messung gemessen wurde.
Es gibt 4 Klassen der TS-Genauigkeit (von den genauesten zu Geräten mit einem größeren Fehler):
- AA;
- ABER;
- B;
- AUS.
Hier ist ein Fragment der Tabelle der Toleranzklassen, Sie können die vollständige Version in sehen GOST 6651-2009.
| Genauigkeitsklasse | Toleranz, °С | Temperaturbereich, °С | ||
|---|---|---|---|---|
| Kupfer TS | Platin-TS | Nickel-TS | ||
| AA | ±(0,1 + 0,0017 |t|) | - | von -50 °С bis +250 °С | - |
| ABER | ±(0,15+0,002 |t|) | von -50 °С bis +120 °С | von -100 °С bis +450 °С | - |
| BEI | ±(0,3 + 0,005 |t|) | von -50 °С bis +200 °С | von -195 °С bis +650 °С | - |
| AUS | ±(0,6 + 0,01 |t|) | von -180 °С bis +200 °С | von -195 °С bis +650 °С | -60 °С bis +180 °С |
Schaltplan
Um den Widerstandswert zu ermitteln, muss dieser gemessen werden. Dies kann durch Einbeziehung in den Messkreis erfolgen. Dazu werden 3 Arten von Schaltungen verwendet, die sich in der Anzahl der Adern und der erreichten Messgenauigkeit unterscheiden:
- 2-Leiter-Schaltung. Es enthält eine minimale Anzahl von Drähten, was bedeutet, dass es die billigste Option ist. Bei der Auswahl dieses Schemas ist es jedoch nicht möglich, eine optimale Messgenauigkeit zu erreichen - der Widerstand der verwendeten Drähte wird zum Widerstand des Thermometers addiert, wodurch je nach Länge der Drähte ein Fehler entsteht. In der Industrie wird ein solches Schema selten verwendet. Es wird nur für Messungen verwendet, bei denen es nicht auf besondere Genauigkeit ankommt und der Sensor in unmittelbarer Nähe des sekundären Konverters angeordnet ist. 2-adrig im linken Bild dargestellt.
- 3-Leiter-Schaltung. Im Gegensatz zur Vorgängerversion wird hier ein zusätzlicher Draht hinzugefügt, der kurz mit einem der anderen beiden Messkabel verbunden wird. Sein Hauptziel ist die Fähigkeit, den Widerstand der angeschlossenen Drähte zu erhalten und subtrahiere diesen Wert (kompensieren) aus dem Messwert des Sensors. Das Sekundärgerät misst zusätzlich zur Hauptmessung zusätzlich den Widerstand zwischen geschlossenen Drähten und erhält so den Wert des Widerstands der Verbindungsdrähte vom Sensor zur Barriere oder Sekundär. Da die Drähte geschlossen sind, sollte dieser Wert Null sein, aber aufgrund der großen Länge der Drähte kann dieser Wert tatsächlich mehrere Ohm erreichen.Außerdem wird dieser Fehler vom gemessenen Wert subtrahiert, wodurch aufgrund der Kompensation des Widerstands der Drähte genauere Messwerte erhalten werden. Eine solche Verbindung wird in den meisten Fällen verwendet, da sie einen Kompromiss zwischen der erforderlichen Genauigkeit und einem akzeptablen Preis darstellt. 3-adrig in der mittleren Figur dargestellt.
- 4-Leiter-Schaltung. Das Ziel ist dasselbe wie bei Verwendung der Dreileiterschaltung, aber die Fehlerkompensation erfolgt auf beiden Messleitungen. In einer Dreileiterschaltung wird angenommen, dass der Widerstandswert beider Messleitungen gleich ist, tatsächlich kann er sich jedoch geringfügig unterscheiden. Durch Hinzufügen eines weiteren vierten Leiters in einer Vierleiterschaltung (mit zweiter Messleitung kurzgeschlossen), ist es möglich, seinen Widerstandswert separat zu erhalten und den gesamten Widerstand der Drähte fast vollständig zu kompensieren. Diese Schaltung ist jedoch teurer, da ein vierter Leiter erforderlich ist, und wird daher entweder in Unternehmen mit ausreichender Finanzierung oder bei der Messung von Parametern implementiert, wo eine höhere Genauigkeit erforderlich ist. 4-adriges Anschlussschema sieht man auf dem rechten bild.
Beachten Sie! Bei einem Pt1000-Sensor beträgt der Widerstand bereits bei null Grad 1000 Ohm. Sie können sie zum Beispiel an einer Dampfleitung sehen, wo die gemessene Temperatur 100-160 ° C beträgt, was ungefähr 1400-1600 Ohm entspricht. Der Widerstand der Drähte beträgt je nach Länge ca. 3-4 Ohm, d.h. sie wirken sich praktisch nicht auf den Fehler aus, und es macht nicht viel Sinn, ein drei- oder vieradriges Verbindungsschema zu verwenden.
Vor- und Nachteile von Widerstandsthermometern
Wie jedes Instrument hat auch der Einsatz von Widerstandsthermometern eine Reihe von Vor- und Nachteilen. Betrachten wir sie.
Vorteile:
- nahezu lineare Kennlinie;
- Messungen sind ziemlich genau (Fehler nicht mehr als 1°С);
- einige Modelle sind billig und einfach zu bedienen;
- Austauschbarkeit von Geräten;
- Arbeitsstabilität.
Mängel:
- kleiner Messbereich;
- eher niedrige Grenztemperatur der Messungen;
- die Notwendigkeit, spezielle Verbindungsschemata für eine erhöhte Genauigkeit zu verwenden, was die Implementierungskosten erhöht.
Ein Widerstandsthermometer ist ein gängiges Gerät in fast allen Branchen. Es ist bequem, mit diesem Gerät niedrige Temperaturen zu messen, ohne Angst um die Genauigkeit der erhaltenen Daten zu haben. Das Thermometer ist nicht sehr langlebig, jedoch machen der günstige Preis und die einfache Austauschbarkeit der Sensorabdeckung dieses kleine Manko aus.
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