Кедергі термометрлері және олардың калибрлеу әдістері
Resistance thermometer
Температура сенсорлары: RTD (резистивтік термометрлер) – платина, никель немесе мыс сымнан жасалған, температураны өлшейтін құрылғы. Дәлдігімен ерекшеленеді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Температура датчигінің түрі (термометр)
Type of temperature sensor (thermometer)
Қарсылық термометрлер, сондай-ақ қарсылық температура детекторы (ҚТД) деп аталатын бұл датчиктер температураны өлшеу үшін қолданылады. Көптеген ҚТД элементтері жылуға төзімді керамикалық немесе шыны өзегіне оралған жіңішке сымнан тұрады, бірақ басқа да конструкциялар қолданылады. ҚТД сымы таза материалдан жасалады, әдетте платина (Pt), никель (Ni) немесе мыс (Cu). Материалдың температураға байланысты электр кедергісінің нақты қатынасы бар, ол температураны анықтау үшін пайдаланылады. ҚТД элементтері нәзік болғандықтан, олар көбінесе қорғаушы зондтарға орналастырылады. Жоғары дәлдігі мен қайталанатындығымен ерекшеленетін ҚТД-лер 600 °C төмен температурадағы өнеркәсіптік қолданыстарда терможұптарды баяу алмастыруда.
Resistance thermometers, also called resistance temperature detectors (RTDs), are sensors used to measure temperature. Many RTD elements consist of a length of fine wire wrapped around a heat resistant ceramic or glass core but other constructions are also used. The RTD wire is a pure material, typically platinum (Pt), nickel (Ni), or copper (Cu). The material has an accurate resistance/temperature relationship which is used to provide an indication of temperature. As RTD elements are fragile, they are often housed in protective probes. RTDs, which have higher accuracy and repeatability, are slowly replacing thermocouples in industrial applications below 600 °C.
Калибрлеу
Кез келген ТТҚ-ның R/T қатынасын сипаттау үшін жоспарланған пайдалану диапазонын көрсететін температура диапазонында калибрлеу 0 °C және 100 °C температурадан өзге температураларда жүргізілуі керек. Бұл калибрлеу талаптарын орындау үшін қажет. ТТҚ-лар жұмысында сызықтық деп есептелгенімен, олардың нақты қолданылатын температураларға қатысты дәлдігі дәлелденуі тиіс (қанықтамалы салыстыру калибрлеу опциясын қараңыз). Екі көп қолданылатын калибрлеу әдісі – тұрақты нүкте әдісі және салыстыру әдісі. Ұлттық метрологиялық зертханалар ең жоғары дәлдікті калибрлеу үшін тұрақты нүктелік калибрлеуді пайдаланады. Ол су, мырыш, қалайы және аргон сияқты таза заттардың үштік нүктесін, қату нүктесін немесе балқу нүктесін пайдаланып, белгілі және қайталанатын температура жасайды. Бұл жасушалар пайдаланушыға ITS 90 температуралық шкаласының нақты жағдайларын қайта жасауға мүмкіндік береді. Тұрақты нүктелік калибрлеу өте жоғары дәлдікті (±0,001 °C шегінде) калибрлеуді қамтамасыз етеді. Өнеркәсіптік сападағы зондтарды калибрлеудің кең таралған тұрақты нүктелік әдісі – мұз ваннасы. Бұл жабдық арзан, пайдалануға оңай және бірнеше сенсорды бір уақытта орналастыруға болады. Мұз нүктесі екінші стандарт ретінде белгіленеді, себебі оның дәлдігі ±0,005 °C (±0,009 °F) құрайды, ал негізгі тұрақты нүктелер үшін бұл көрсеткіш ±0,001 °C (±0,0018 °F) шамасында болады. Салыстыру калибрлеуі көбінесе екінші стандартты платиналық кедергі термометрлерімен және өнеркәсіптік ТТҚ-мен қолданылады. Калибрленетін термометрлер температурасы біркелкі тұрақты ванна арқылы калибрленген термометрлермен салыстырылады. Тұрақты нүктелік калибрлеуден айырмашылығы, салыстырулар -100 °C және 500 °C (-148 °F – 932 °F) аралығындағы кез келген температурада жүргізілуі мүмкін. Бұл әдіс тиімдірек болуы мүмкін, өйткені бірнеше сенсорларды автоматтандырылған жабдықпен бір мезгілде калибрлеуге болады. Бұл электрмен қыздырылатын және жақсы араластырылатын ванналар әртүрлі калибрлеу температуралары үшін силикон майларын және балқыған тұздарды орта ретінде пайдаланады.
To characterize the R vs T relationship of any RTD over a temperature range that represents the planned range of use, calibration must be performed at temperatures other than 0 °C and 100 °C. This is necessary to meet calibration requirements. Although RTDs are considered to be linear in operation, it must be proven that they are accurate with regard to the temperatures with which they will actually be used (see details in Comparison calibration option). Two common calibration methods are the fixed point method and the comparison method. Fixed point calibration is used for the highest accuracy calibrations by national metrology laboratories. It uses the triple point, freezing point or melting point of pure substances such as water, zinc, tin, and argon to generate a known and repeatable temperature. These cells allow the user to reproduce actual conditions of the ITS 90 temperature scale. Fixed point calibrations provide extremely accurate calibrations (within ±0.001 °C). A common fixed point calibration method for industrial grade probes is the ice bath. The equipment is inexpensive, easy to use, and can accommodate several sensors at once. The ice point is designated as a secondary standard because its accuracy is ±0.005 °C (±0.009 °F), compared to ±0.001 °C (±0.0018 °F) for primary fixed points. Comparison calibrations is commonly used with secondary standard platinum resistance thermometers and industrial RTDs. The thermometers being calibrated are compared to calibrated thermometers by means of a bath whose temperature is uniformly stable. Unlike fixed point calibrations, comparisons can be made at any temperature between −100 °C and 500 °C (−148 °F to 932 °F). This method might be more cost effective, since several sensors can be calibrated simultaneously with automated equipment. These electrically heated and well stirred baths use silicone oils and molten salts as the medium for the various calibration temperatures.
Элемент түрлері
RTD сенсорларының үш негізгі санаты – жұқа пленкалы, сыммен оралған және орамдалған элементтер. Бұл типтер өнеркәсіпте ең көп қолданылатын болса да, басқа экзотикалық пішіндер де қолданылады; мысалы, көміртекті резисторлар өте төмен температурада қолданылады (-273 °C -173 °C). Көміртекті резистор элементтері арзан және кеңінен қолданылады. Олар төмен температурада жоғары дәлдік көрсетеді. Өте кең температуралық диапазонда ең сенімді болып табылады. Әдетте гистерезистен немесе деформациядан зардап шекпейді. Деформациясыз элементтер инертті газбен толтырылған, жабық корпуста минималды түрде бекітілген сымды катушканы пайдаланады. Бұл сенсорлар 961,78 °C (1763 °F) дейін жұмыс істейді және ITS 90 стандартын анықтайтын SPRT-ларда қолданылады. Олар платина сымынан тұрады, ол тірек құрылымымен еркін оралған, сондықтан элемент температураға байланысты кеңейіп, жиырылады. Платинаның иілгіш тізбектері алға-артқа қозғалып, деформацияға себеп болғандықтан, олар соққыға және дірілге сезімтал. Жұқа пленка элементтерінде керамикалық субстратқа (пластинаға) өте жұқа резистивті материал қабатын, әдетте платинаны, жағу арқылы жасалған сенсорлық элемент болады. Бұл қабаттың қалыңдығы әдетте 10-100 ангстрем (1-10 нанометр) құрайды. Содан кейін бұл пленка жиналған пленканы қорғауға және сыртқы қосылым сымдарын деформациядан сақтауға көмектесетін эпоксид немесе шынымен қапталады. Бұл типтің кемшілігі – олар сыммен оралған немесе орамдалған аналогтарына қарағанда тұрақсыз. Сонымен қатар, олар субстрат пен резистивті қабаттың әртүрлі кеңею жылдамдықтарына байланысты шектеулі температура диапазонында ғана қолданылуы мүмкін, бұл резистивті температура коэффициентінде көрінетін "деформация өлшегіш" әсерін тудырады. Бұл элементтер қосымша қаптамасыз температурамен жұмыс істейді, бірақ шыны немесе керамикаға оралғанда жоғары температурада да жұмыс істей алады. Арнайы жоғары температуралы RTD элементтерін дұрыс қаптамамен бірге қолдануға болады. Сыммен оралған элементтер, әсіресе кең температуралық диапазон үшін, жоғары дәлдікке ие. Катушканың диаметрі сымның кеңеюіне мүмкіндік беру және соның салдарынан туындайтын дрейфті азайту үшін механикалық тұрақтылық арасындағы компромисті қамтамасыз етеді. Сенсорлық сым оқшаулағыш мандрел немесе өзекке оралады. Орау өзегі дөңгелек немесе жазық болуы мүмкін, бірақ электрлік оқшаулағыш болуы керек. Механикалық деформацияны азайту үшін орау өзегінің материалдарының жылулық кеңею коэффициенті сенсорлық сымға сәйкес келуі тиіс. Элемент сымындағы деформация жылу өлшеу қатесіне әкеледі. Сенсорлық сым әдетте элемент жетегі немесе сым деп аталатын үлкен сымға қосылады. Бұл сым сенсорлық сыммен үйлесімді болу үшін таңдалады, сондықтан комбинация жылу өлшемін бұрмалайтын ЭМЖ (электрмоторлық күш) тудырмайды. Бұл элементтер 660 °C температурада жұмыс істейді. Орамдалған элементтер өнеркәсіпте сыммен оралған элементтерді көптеген жағдайларда алмастырды. Бұл конструкцияда температураның өзгеруіне байланысты еркін кеңейе алатын сымды катушка бар, ол механикалық қолдаумен ұсталады, бұл катушкаға пішінін сақтауға мүмкіндік береді. Бұл "деформациясыз" конструкция сенсорлық сымның басқа материалдардың әсерінен еркін кеңейіп, жиырылуына мүмкіндік береді; бұл жағынан ол ITS 90 стандартына негізделген негізгі стандарт SPRT-ге ұқсас, сонымен бірге өнеркәсіптік қолдануға қажетті беріктікті қамтамасыз етеді. Сенсорлық элементтің негізі – платинадан жасалған шағын катушка. Бұл катушка қыздырғыш шамның іштегі сүзіне ұқсайды. Корпус немесе мандрел – осьтерге көлденең жүретін, біркелкі арақашықтықтағы тесіктері бар қатты күйдірілген қыш оксидті түтік. Катушка мандрельдің тесіктеріне енгізіліп, өте ұсақ керамикалық ұнтақпен толтырылады. Бұл сенсорлық сымның процеске жақсы жылу байланысында бола отырып, қозғалуына мүмкіндік береді. Бұл элементтер 850 °C температурада жұмыс істейді. Платиналық кедергілі термометрлер (PRT) үшін толеранттылықты және температураның электрлік кедергіге қатынасын анықтайтын қазіргі халықаралық стандарт IEC 60751:2008 болып табылады; ASTM E1137 АҚШ-та да қолданылады. Өндірісте қолданылатын ең көп таралған құрылғылардың номиналды кедергісі 100 Ом 0 °C және Pt100 сенсорлары деп аталады ("Pt" платинаның символы, "100" 0 °C-те Омдағы кедергіге арналған). Сонымен қатар Pt1000 сенсорларын алуға болады, онда 1000 0 °C-те Омдағы кедергіге арналған. Стандартты 100 Ω сенсордың сезімталдығы 0,385 Ω/°C шамасында. 0,375 және 0,392 Ω/°C сезімталдығы бар RTD, сондай-ақ басқа да түрлері бар.
The three main categories of RTD sensors are thin film, wire wound, and coiled elements. While these types are the ones most widely used in industry, other more exotic shapes are used; for example, carbon resistors are used at ultra low temperatures (−273 °C to −173 °C). Carbon resistor elements are cheap and widely used. They have very reproducible results at low temperatures. They are the most reliable over extremely wide range of temperatures. They generally do not suffer from significant hysteresis or strain gauge effects. Strain free elements use a wire coil minimally supported within a sealed housing filled with an inert gas. These sensors work up to 961.78 °C (1763 °F) and are used in the SPRTs that define ITS 90. They consist of platinum wire loosely coiled over a support structure, so the element is free to expand and contract with temperature. They are very susceptible to shock and vibration, as the loops of platinum can sway back and forth, causing deformation. Thin film elements have a sensing element that is formed by depositing a very thin layer of resistive material, normally platinum, on a ceramic substrate (plating). This layer is usually just 10 to 100 ångströms (1 to 10 nanometers) thick. This film is then coated with an epoxy or glass that helps protect the deposited film and also acts as a strain relief for the external lead wires. Disadvantages of this type are that they are not as stable as their wire wound or coiled counterparts. They also can only be used over a limited temperature range due to the different expansion rates of the substrate and resistive deposited giving a "strain gauge" effect that can be seen in the resistive temperature coefficient. These elements work with temperatures to without further packaging, but can operate up to when suitably encapsulated in glass or ceramic. Special high temperature RTD elements can be used up to with the right encapsulation. Wire wound elements can have greater accuracy, especially for wide temperature ranges. The coil diameter provides a compromise between mechanical stability and allowing expansion of the wire to minimize strain and consequential drift. The sensing wire is wrapped around an insulating mandrel or core. The winding core can be round or flat, but must be an electrical insulator. The coefficient of thermal expansion of the winding core material is matched to the sensing wire to minimize any mechanical strain. This strain on the element wire will result in a thermal measurement error. The sensing wire is connected to a larger wire, usually referred to as the element lead or wire. This wire is selected to be compatible with the sensing wire, so that the combination does not generate an emf that would distort the thermal measurement. These elements work with temperatures to 660 °C. Coiled elements have largely replaced wire wound elements in industry. This design has a wire coil that can expand freely over temperature, held in place by some mechanical support, which lets the coil keep its shape. This “strain free” design allows the sensing wire to expand and contract free of influence from other materials; in this respect it is similar to the SPRT, the primary standard upon which ITS 90 is based, while providing the durability necessary for industrial use. The basis of the sensing element is a small coil of platinum sensing wire. This coil resembles a filament in an incandescent light bulb. The housing or mandrel is a hard fired ceramic oxide tube with equally spaced bores that run transverse to the axes. The coil is inserted in the bores of the mandrel and then packed with a very finely ground ceramic powder. This permits the sensing wire to move, while still remaining in good thermal contact with the process. These elements work with temperatures to 850 °C. The current international standard that specifies tolerance and the temperature to electrical resistance relationship for platinum resistance thermometers (PRTs) is IEC 60751:2008; ASTM E1137 is also used in the United States. By far the most common devices used in industry have a nominal resistance of 100 ohms at 0 °C and are called Pt100 sensors ("Pt" is the symbol for platinum, "100" for the resistance in ohms at 0 °C). It is also possible to get Pt1000 sensors, where 1000 is for the resistance in ohms at 0 °C. The sensitivity of a standard 100 Ω sensor is a nominal 0.385 Ω/°C. RTDs with a sensitivity of 0.375 and 0.392 Ω/°C, as well as a variety of others, are also available.
Функция
Қарсылық термометрлер түрлі конструкцияларда жасалады және кейбір жағдайларда терможұптардан гөрі тұрақтырақ, дәл және қайталанатын нәтижелер береді. Терможұптар Зеебек эффектісін пайдаланып кернеу тудырса, қарсылық термометрлер электр кедергісін пайдаланады және жұмыс істеу үшін қуат көзі қажет. Қарсылық, Каллендар-Ван Дузен теңдеуіне сәйкес, температураға байланысты дерлік сызықты түрде өзгереді. Платиналық детекторлық сымның тұрақты болуы үшін оны ластанудан таза ұстау қажет. Платина сымы немесе пленкасы тірегіне осылай бекітіледі, осылайша ол тірегінен минималды дифференциалдық кеңеюге немесе басқа деформацияларға ұшырамайды, сонымен қатар дірілге төзімді болады. Темірден немесе мыстан жасалған ҚТД жиналымдары да кейбір қолдануларда қолданылады. Саудалық платинаның температуралық кедергі коэффициенті 0,00385/°C (0,385%/°C) құрайды (Еуропалық негізгі интервал). Датчик әдетте 0 °C-та 100 Ом кедергіге ие. Бұл BS EN 60751:1996 (IEC 60751:1995 стандартынан алынған) стандартында белгіленген. Америкалық негізгі интервал 0,00392/°C, ол Еуропалық стандартқа қарағанда таза платинаны пайдалануға негізделген. Америка стандарты ғылыми аппараттар өндірушілер қауымдастығынан (SAMA) шыққан, ол енді осы стандарттау саласында жұмыс істемейді. Осының салдарынан, "американдық стандарт" тіпті АҚШ-та да стандарт болып саналмайды. Сымның кедергісі де маңызды фактор болуы мүмкін; екі сымның орнына үш және төрт сымды қолдану, өлшеулерден сымның кедергісінің әсерін жоюға мүмкіндік береді (төменде қараңыз); үш сымдық қосылым көптеген мақсаттар үшін жеткілікті және өнеркәсіптік практикада кеңінен қолданылады. Төрт сымдық қосылымдар ең жоғары дәлдік талап етілетін жағдайларда қолданылады.
Resistance thermometers are constructed in a number of forms and offer greater stability, accuracy and repeatability in some cases than thermocouples. While thermocouples use the Seebeck effect to generate a voltage, resistance thermometers use electrical resistance and require a power source to operate. The resistance ideally varies nearly linearly with temperature per the Callendar–Van Dusen equation. The platinum detecting wire needs to be kept free of contamination to remain stable. A platinum wire or film is supported on a former in such a way that it gets minimal differential expansion or other strains from its former, yet is reasonably resistant to vibration. RTD assemblies made from iron or copper are also used in some applications. Commercial platinum grades exhibit a temperature coefficient of resistance 0.00385/°C (0.385%/°C) (European Fundamental Interval). The sensor is usually made to have a resistance of 100 Ω at 0 °C. This is defined in BS EN 60751:1996 (taken from IEC 60751:1995). The American Fundamental Interval is 0.00392/°C, based on using a purer grade of platinum than the European standard. The American standard is from the Scientific Apparatus Manufacturers Association (SAMA), who are no longer in this standards field. As a result, the "American standard" is hardly the standard even in the US. Lead wire resistance can also be a factor; adopting three and four wire, instead of two wire, connections can eliminate connection lead resistance effects from measurements (see below); three wire connection is sufficient for most purposes and is an almost universal industrial practice. Four wire connections are used for the most precise applications.
ҒТЖ және терможапқыш
Өнеркәсіптік қолданбалар үшін температураны өлшеудің екі ең көп таралған әдісі – кедергілік температура детекторы (RTD) және терможұптар. Олардың арасындағы таңдау әдетте төрт фактормен анықталады. Температура. Егер процестің температурасы болса, өнеркәсіптік RTD артықшылықты нұсқа болып табылады. Терможұптардың диапазоны , сондықтан 500 °C (932 °F) жоғары температурада олар физика зертханаларында жиі кездесетін контактілік температураны өлшеу құрылғысы болып табылады. Жауап беру уақыты. Егер процеске температура өзгерісіне өте жылдам жауап беру қажет болса (секундтарға қарағанда секундтың үлесі), терможұп ең жақсы таңдау болып табылады. Уақыт жауабы 63,2% қадамдық өзгеріспен қозғалатын суға сенсорды батыру арқылы өлшенеді. Өлшем. Стандартты RTD қабығының диаметрі ; терможұптар үшін қабықтың диаметрі кішірек болуы мүмкін. Дәлдік және тұрақтылық талаптары. Егер 2 °C толеранттылық қанағаттанарлық болса және қайталанатындықтың ең жоғары деңгейі қажет болмаса, терможұп жеткілікті. RTD жоғары дәлдікке ие және көп жылдар бойы тұрақтылығын сақтай алады, ал терможұптар пайдаланудың алғашқы сағаттарында қатеуліктерге ұшырауы мүмкін.
The two most common ways of measuring temperatures for industrial applications are with resistance temperature detectors (RTDs) and thermocouples. The choice between them is typically determined by four factors. Temperature If process temperatures are between , an industrial RTD is the preferred option. Thermocouples have a range of , so for temperatures above 500 °C (932 °F) it is the contact temperature measurement device commonly found in physics laboratories. Response time If the process requires a very fast response to temperature changes (fractions of a second as opposed to seconds), then a thermocouple is the best choice. Time response is measured by immersing the sensor in water moving at with a 63.2% step change. Size A standard RTD sheath is in diameter; sheath diameters for thermocouples can be less than Accuracy and stability requirements If a tolerance of 2 °C is acceptable and the highest level of repeatability is not required, a thermocouple will serve. RTDs are capable of higher accuracy and can maintain stability for many years, while thermocouples can drift within the first few hours of use.
Құрылыс
Бұл элементтерге көбінесе оқшауланған сымдар қосылуы қажет. 250°C төмен температурада ПВХ, силикон резеңкесі немесе ПТФЕ изоляторлары қолданылады. Одан жоғары температурада шыны талшық немесе керамика пайдаланылады. Өлшеу нүктесі және әдетте сымдардың көп бөлігіне бақыланатын процеске химиялық тұрақты металл қорытпасынан жасалған қап немесе қорғаныш қабықша қажет. Қорғаныш қабықшаларды таңдау және жобалау нақты сенсорды таңдаудан гөрі көбірек күтімді талап етеді, себебі қабықша химиялық немесе физикалық әсерге төтеп беруі керек және қолайлы бекіту нүктелерін қамтамасыз етуі тиіс. RTD конструкциясын соққыға және дірілге төтеп беру үшін қабықшаның ішіне тығыздалған магний оксиді (MgO) ұнтағын қосу арқылы жақсартуға болады. MgO өткізгіштерді сыртқы қабықшадан және бір-бірінен оқшаулау үшін қолданылады. MgO өзінің диэлектрлік тұрақтылығы, дөңгелек пішіндес дәнді құрылымы, жоғары температураға төтеп беру қабілеті және химиялық инерттілігі үшін қолданылады.
These elements nearly always require insulated leads attached. PVC, silicone rubber or PTFE insulators are used at temperatures below about 250 °C. Above this, glass fibre or ceramic are used. The measuring point, and usually most of the leads, require a housing or protective sleeve, often made of a metal alloy that is chemically inert to the process being monitored. Selecting and designing protection sheaths can require more care than the actual sensor, as the sheath must withstand chemical or physical attack and provide convenient attachment points. The RTD construction design may be enhanced to handle shock and vibration by including compacted magnesium oxide (MgO) powder inside the sheath. MgO is used to isolate the conductors from the external sheath and from each other. MgO is used due to its dielectric constant, rounded grain structure, high temperature capability, and its chemical inertness.
Екі сымдық конфигурация
Ең қарапайым қарсылық термометрінің конфигурациясы екі сымды пайдаланады. Бұл конфигурация жоғары дәлдік қажет болмаған жағдайда ғана қолданылады, себебі сенсордың кедергісіне қосылатын жалғау сымдарының кедергісі өлшеу қателіктерін тудырады. Бұл конфигурация 100 метрлік кабельді пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл теңгерілген және тұрақты көпір жүйелеріне де бірдей қатысты. Теңгерілген көпірде әдеттегі орнату R2 = R1, ал R3 РТД-нің кедергі диапазонының ортасында болады. Мысалы, егер РТД кедергісі 100 Ω-тан 138,5 Ω-қа дейін өзгеретін болса, R3 = 120 Ω деп таңдаймыз. Осылайша көпірде шағын өлшенген кернеу аламыз.
The simplest resistance thermometer configuration uses two wires. It is only used when high accuracy is not required, as the resistance of the connecting wires is added to that of the sensor, leading to errors of measurement. This configuration allows use of 100 meters of cable. This applies equally to balanced bridge and fixed bridge system. For a balanced bridge usual setting is with R2 = R1, and R3 around the middle of the range of the RTD. So for example, if we are going to measure between , RTD resistance will range from 100 Ω to 138.5 Ω. We would choose R3 = 120 Ω. In that way we get a small measured voltage in the bridge.
Үш сымдық конфигурация
Қорғасын кедергілерінің әсерін азайту үшін үш сымдық конфигурация қолданылуы мүмкін. Көрсетілген конфигурация үшін ұсынылатын параметр – R1 = R2, ал R3 РТД диапазонының ортасында болуы керек. Көрсетілген Уитстон көпірінің схемасын қарастыратын болсақ, сол төменгі жақтағы кернеу түсуі V rtd + V lead, ал оң төменгі жақтағы кернеу түсуі V R3 + V lead болады. Сондықтан көпір кернеуі (V b) – бұл айырмашылық, яғни V rtd − V R3. Осылайша, қорғасын кедергісінен туындаған кернеудің төмендеуі өтелді. Бұл әрқашан R1=R2 және R1, R2 >> RTD, R3 шарты орындалғанда қолданылады. R1 және R2 РТД арқылы өтетін токты шектеу үшін қолданылуы мүмкін. Мысалы, PT100 үшін 1 мА және 5 В шегінде, R1 = R2 = 5/0,001 = 5,000 Ом шамасындағы шектеу кедергісі ұсынылады.
In order to minimize the effects of the lead resistances, a three wire configuration can be used. The suggested setting for the configuration shown, is with R1 = R2, and R3 around the middle of the range of the RTD. Looking at the Wheatstone bridge circuit shown, the voltage drop on the lower left hand side is V rtd + V lead, and on the lower right hand side is V R3 + V lead, therefore the bridge voltage (V b) is the difference, V rtd − V R3. The voltage drop due to the lead resistance has been cancelled out. This always applies if R1=R2, and R1, R2 >> RTD, R3. R1 and R2 can serve the use of limiting the current through the RTD, for example for a PT100, limiting to 1 mA, and 5 V, would suggest a limiting resistance of approximately R1 = R2 = 5/0.001 = 5,000 Ohms.
Төрт сымдық конфигурация
Төрт сымды кедергі конфигурациясы кедергіні өлшеудің дәлдігін арттырады. Төрт терминалды сезіну жүйесі өлшеу сымдарындағы кернеудің төмендеуін қателікке әсер ететін фактор ретінде жояды. Дәлдікті одан да арттыру үшін, әртүрлі сым түрлерінен немесе бұрандалы қосылыстардан туындаған қалдық термоэлектрлік кернеулер 1 мА ток пен DVM (цифрлық вольтметрге) қосылған сымдардың бағытын кері аудару арқылы жойылады. Термоэлектрлік кернеулер тек бір бағытта ғана пайда болады. Кері өлшемдердің орташасы алыну арқылы термоэлектрлік қате кернеулері өшіріледі.
The four wire resistance configuration increases the accuracy of measurement of resistance. Four terminal sensing eliminates voltage drop in the measuring leads as a contribution to error. To increase accuracy further, any residual thermoelectric voltages generated by different wire types or screwed connections are eliminated by reversal of the direction of the 1 mA current and the leads to the DVM (digital voltmeter). The thermoelectric voltages will be produced in one direction only. By averaging the reversed measurements, the thermoelectric error voltages are cancelled out.
ҒТЖ жіктеуі
Барлық PRT-лердің ең жоғары дәлдігі – ультра дәл платиналық кедергі термометрлері (UPRT). Бұл дәлдікке төзімділік пен құн есебінен қол жеткізіледі. UPRT элементтері эталондық сападағы платина сымынан оралған. Ішкі қосымша сымдары әдетте платинадан, ал ішкі тіректері кварцтан немесе балқытылған кремнийден жасалады. Қабықтары әдетте кварцтан немесе кейде температура диапазонына байланысты Инконелден жасалады. Платина сымының диаметрі үлкендеу келеді, бұл құнды арттырады және зондтың кедергісінің төмендеуіне (әдетте 25,5 Ом) әкеледі. UPRT-тердің температура диапазоны кең (−200 °C-ден 1000 °C-ға дейін) және температура диапазоны бойынша шамамен ±0,001 °C-қа дейін дәлдікке ие. UPRT тек зертханалық қолдануға ғана жарамды. Зертханалық PRT-лердің тағы бір жіктелуі – стандартты платиналық кедергі термометрлері (стандартты SPRT). Олар UPRT сияқты құрастырылған, бірақ материалдары тиімдірек. SPRT-лерде әдетте эталондық сападағы, жоғары тазалықтағы, кіші диаметрлі платина сымдары, металл қабықтар және керамикалық типтегі оқшаулағыштар қолданылады. Ішкі қосымша сымдары әдетте никель негізіндегі қорытпадан жасалады. Стандартты PRT-тердің температура диапазоны шектеулі (−200 °C-ден 500 °C-ға дейін) және температура диапазоны бойынша шамамен ±0,03 °C-қа дейін дәлдікке ие. Өнеркәсіптік PRT-лер өндірістік ортаға төзуге арналған. Олар терможұптардай берік болуы мүмкін. Қолданылуына байланысты өнеркәсіптік PRT-лер жұқа пленкалы немесе оралмалы элементтерді пайдалана алады. Ішкі қосымша сымдар сенсордың өлшемі мен қолданылуына байланысты PTFE оқшауланған, никельмен қапталған мыстан күміс сымға дейін болуы мүмкін. Қабықтың материалы әдетте тот баспайтын болаттан жасалады; жоғары температурада қолданылатын жағдайларда Инконел қажет болуы мүмкін. Арнайы қолданулар үшін басқа материалдар да қолданылады.
The highest accuracy of all PRTs are the Ultra Precise Platinum Resistance Thermometers (UPRTs). This accuracy is achieved at the expense of durability and cost. The UPRT elements are wound from reference grade platinum wire. Internal lead wires are usually made from platinum, while internal supports are made from quartz or fused silica. The sheaths are usually made from quartz or sometimes Inconel, depending on temperature range. Larger diameter platinum wire is used, which drives up the cost and results in a lower resistance for the probe (typically 25.5 Ω). UPRTs have a wide temperature range (−200 °C to 1000 °C) and are approximately accurate to ±0.001 °C over the temperature range. UPRTs are only appropriate for laboratory use. Another classification of laboratory PRTs is Standard Platinum Resistance Thermometers (Standard SPRTs). They are constructed like the UPRT, but the materials are more cost effective. SPRTs commonly use reference grade, high purity smaller diameter platinum wire, metal sheaths and ceramic type insulators. Internal lead wires are usually a nickel based alloy. Standard PRTs are more limited in temperature range (−200 °C to 500 °C) and are approximately accurate to ±0.03 °C over the temperature range. Industrial PRTs are designed to withstand industrial environments. They can be almost as durable as a thermocouple. Depending on the application, industrial PRTs can use thin film or coil wound elements. The internal lead wires can range from PTFE insulated stranded nickel plated copper to silver wire, depending on the sensor size and application. Sheath material is typically stainless steel; higher temperature applications may demand Inconel. Other materials are used for specialized applications.
Тарих
Сибек эффектісімен бір уақытта, металдардың резистивтілігі температураға тәуелді екендігі 1821 жылы сэр Хамфри Дэви жариялады. Электр өткізгіштердің температураның көтерілуімен электр кедергісін арттыру бейілімін практикалық қолдануды алғаш рет 1871 жылы Ұлыбритания Корольдік қоғамы алдындағы Бейкериан лекциясында сэр Уильям Сименс сипаттады, платинаны қолайлы элемент ретінде ұсынды. Ғарыш шаттлдары платиналық кедергі термометрлерін кеңінен пайдаланды. Ғарыш шаттлының негізгі қозғалтқышының ұшу кезіндегі жалғыз тоқтауы – STS 51F миссиясы – көптеген жылу және салқындау циклдарынан сынып, сенімсіз болған RTD-лердің бірнеше істен шығуына байланысты болды. (Датчиктердің бұзылуы отын сорғысының қатты қызып кеткенін қате көрсетті, нәтижесінде қозғалтқыш автоматты түрде тоқтатылды.) Қозғалтқыштың істен шығуынан кейін RTD-лер терможұптармен ауыстырылды.
Contemporary to the Seebeck effect, the discovery that resistivity in metals is dependent on the temperature was announced in 1821 by Sir Humphry Davy. The practical application of the tendency of electrical conductors to increase their electrical resistance with rising temperature was first described by Sir William Siemens at the Bakerian Lecture of 1871 before the Royal Society of Great Britain, suggesting platina as a suitable element. The Space Shuttle made extensive use of platinum resistance thermometers. The only in flight shutdown of a Space Shuttle Main Engine – mission STS 51F – was caused by multiple failures of RTDs which had become brittle and unreliable due to multiple heat and cool cycles. (The failures of the sensors falsely suggested that a fuel pump was critically overheating, and the engine was automatically shut down.) Following the engine failure incident, the RTDs were replaced with thermocouples.