Термосопротивление, понятие, типы, схемы подключения
Существует множество радиоэлектронных компонентов, которые изменяют некоторые свои параметры под действием изменения температурного режима. Таким элементом является и термосопротивление, или же как его еще называют – терморезистор. Из названия уже понятно, что деталь увеличивает сопротивление при повышении температуры.
Термосопротивление – это полупроводник, очень зависимый от температурных режимов, именно данный параметр, а также высокий коэффициент сопротивления, позволяет использовать устройство практически во всех отраслях промышленного производства. Термосопротивления (терморезисторы) производят из различных материалов, имеющих разное удельное сопротивление. К основным качественным показателям данного РЭК относят высокий коэффициент температур, химическую стабильность, температуру плавления.
Термосопротивление могут быть различные по конструкции изготовления, но больше всего распространены полупроводниковые стержни, покрытые эмалью. К стержню подводятся выводы и контактные колпачки, использовать их можно только лишь в среде, которая сухая. Множество подобных элементов отлично действуют в определенном температурном промежутке, любой же перегрев их вызывает отрицательное действие и ведет к разрушению терморезистора. Для того, чтобы защитить их от пагубного воздействия от внешнего негативного фактора, конструкцию термосопротивлений помещают в специальные герметичные корпуса. Такие детали можно использовать в любой среде, даже влажной. Если элементы производились из материалов, имеющих плохую проводимость, то изменение температурного режима способно привести к изменениям в сопротивлении в несколько десятков раз. Применение материала изготовления с идеальной проводимостью ведет к соотношению в пределах десяти. Если соблюдать все необходимые нормы, соответствующие техническим характеристиками того или иного типа терморезисторов, можно продлить их эксплуатационный срок до нескольких лет.
Термосопротивления и их типы
Наиболее популярны РЭК, при изготовлении которых используют платину, позволяющую выдерживать широкий диапазон температур: минус 200 – плюс 1200 градусов по Цельсию, иметь высокий температурный коэффициент, стойкость к процессам окисления и технологичность. Также, материалом для производства терморезисторов могут применять никель, медь.
Медные термосопротивления идеальны, когда необходимо продолжительное измерение рабочей температуры, при этом диапазон колеблется в пределах минус 200 – плюс 200 градусов. Достоинства меди, как материала: недорогая, без примесей, технологична, сопротивление линейно зависит от температуры. К недостаткам можно отнести: сопротивление удельное невысоко, сильное окисление. Эти недостатки приводят к ограничениям использования медных термосопротивлений.
Никелевые термосопротивления превосходно подходят, что измерять температуры, находящиеся в пределах минус 100 – плюс 300 градусов. К достоинствам можно отнести невысокую тепловую инерцию, сопротивление номинала идеальное. Недостатки: нелинейные, нестабильные номинальные статические характеристики, невозможность их взаимозаменять, так присутствует значительный разброс сопротивления номинального.
Схемы подключения
Датчики термосопротивлений подключаются по нескольким схемотипам: двухпроводная, трехпроводная, четырехпроводная. Двухпроводная не является распространенной, так как сопротивление соединительных проводов дает значительные погрешности при измерении. Более популярны именно трехпроводные схемы, так как именно такая схема применяется для подключения датчиков к различному виду контроллеров. Схему четырехпроводную применяют для подключения датчиков термосопротивлений к техническим и коммерческим устройствам, чтобы получать наиболее точные данные при потреблении энергоресурсов. Четырехпроводная схема позволяет обеспечить полную компенсацию сопротивления соединительных проводов и высочайшую точность в показаниях.
2.2.6. Уравновешенные мосты
Мост(рис. 12) состоит
из двух постоянных сопротивлений R1 и R3,
сопротивления R2 (реохорда) и сопротивления термометра
Rt.
Сопротивления двух соединительных
проводов 2Rnp прибавляются
к сопротивлению R
Рис. 12. Принципиальная схема уравновешенного моста с термометром сопротивления. (двухпроводная схема)
При
равновесии моста, которое достигается
перемещением движка по реохорду, ток в
диагонали мостаIо = 0. В этом случае потенциалы на вершинах
моста b и d равны, ток от источника
питания I
разветвляется в вершине моста на две
ветви R1 и R
R1I1 = R3I3. (1)
Падения напряжения на плечах моста bc и cd также равны:
I2R2 = It(Rt + 2Rnp). (2)
Разделив равенство (1) на равенство (2), получим
. (3)
При Iо = 0, Ii = I2 и Iз = It уравнение (3) примет вид
R1 (Rt + 2Rпр) = R2
Сопротивление термометра будет составлять:
Если считать, что температура окружающей среды не изменяется, то 2Rпp будет постоянным. Тогда уравнение (4) примет вид
При изменении сопротивления Rt мост можно уравновесить изменением величины сопротивления реохорда R2.
Это была, так называемая, двухпроводная схема включения ТС в измерительный мост.
2.2.7. Преимущества трехпроводной схемы подсоединения термопреобразователя сопротивления
Втех случаях, когда колебания температуры среды, в которой находятся соединительные провода, значительны и погрешность при измерении может превысить допустимую величину, применяют трехпроводную систему подключения термометра (рис. 13). При таком присоединении сопротивление одного проводаRnp прибавляется к сопротивлению Rt,сопротивление второго провода — к переменному сопротивлению R2 [1].
Рис. 13. Трехпроводная система включения термометра сопротивления в измерительный мост
Уравнение равновесия моста принимает вид
Rt + Rпр = (R2 + Rпр)* (R3/R1).
В случае симметричного моста (R1 = R3,) получим:
Rt +Rпр = R2 + Rпр, т.е. Rt=R2.
Таким образом, нет необходимости при изменении температуры в помещении учитывать изменение Rпр.
2.2.8. Автоматический уравновешенный мост. Назначение основных элементов схемы. Принцип работы прибора
В автоматических электронных уравновешенный мостах движок реохорда перемещается не вручную, а автоматически (рис. 14). Измерительная схема таких мостов питается как постоянным, так и переменным током. В автоматических мостах переменного тока решающее значение имеют активные сопротивления, поэтому выведенные выше соотношения для мостов постоянного тока сохраняются и для автоматических мостов переменного тока. Последние имеют ряд преимуществ перед мостами постоянного тока: измерительная схема питается от одной из обмоток силового трансформатора электронного усилителя, т. е. не требуется дополнительного источника питания (сухого элемента) и отпадает необходимость в применении вибрационного преобразователя. [1].
Существуют различные модификации автоматических уравновешенных мостов, однако принцип их работы одинаков. В качестве примера здесь рассматривается принципиальная схема электронного автоматического уравновешенного моста на переменном токе (рис. 14). Постоянные сопротивления
Напряжение разбаланса на вершинах моста а и Ь подается на вход электронного усилителя. В нем оно усиливается до величины, достаточной для приведения в действие реверсивного электродвигателя
Рис. 14. Принципиальная схема автоматического уравновешенного моста, работающего на переменном токе
Серийно изготовляемые электронные автоматические уравновешенные мосты могут быть использованы и при измерении температуры полупроводниковыми термосопротивлениями. В связис большой разницей в характеристиках металлических термометров сопротивления и полупроводниковых термосопротивлений измерительную схему моста следует рассчитать.
9. Четырехпроводное измерение сопротивления (методом Кельвина) | 7. Измерительные приборы | Часть1
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 (Rпровода) и сопротивление самого компонента (Rкомпонента):
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 (Rкомпонента и Rвысокоточ).
Схемы включения термометров сопротивления и их монтаж — КиберПедия
Термопреобразователи сопротивления (терморезистивные преобразователи) являются измерительными преобразователями сопротивления, преобразующие температуру среды в электрическое сопротивление. Терморезистивные преобразователи могут быть металлическими и полупроводниковыми.
ТС конструктивно выполняются с различными конфигурациями внутренних соединительных проводов .
Двухпроводная схема может использоваться при условии, что сопротивление соединительных проводников ТС не должно превышать 0,1% номинальных значений сопротивлений при 00С.
Включение ТС в измерительные каналы может производиться различными способами. Наиболее популярными являются мостовые схемы включения. При этом необходимо учитывать возможные влияния температуры на соединительные проводники. При незначительных длинах проводников и стабильном температурном поле окружающей среды можно рекомендовать двухпроводное включение ТС в мостовую схему.
Конфигурация внутренних соединений ТС
а) – двухпроводная схема; б) – трехпроводная схема; в) – четырехпроводная схема с компенсацией изменения сопротивления выводов; г) – четырехпроводная схема
Условие баланса мостовой схемы включает сопротивление соединительных проводников (Rл):
R1 R3 =R2 (Rt + Rл + Rл).
Духпроводная схема включения ТС
Очевидно, что в показаниях измерительного канала будет присутствовать погрешность, вносимая изменением сопротивления проводников Rл не зависимо от режимов работы мостовой схемы (сбалансированный или несбалансированный).
Наиболее часто реализуемой схемой включения ТС является трехпроводная схема включения. Условие баланса моста: — для схемы а,
— для схемы б.
Трехпроводная схема включенияОбе схемы реализуют включение сопротивлений соединительных проводников в левую и правую части уравнения, тем самым при идентичности параметров линий связи и внешних условий происходит взаимная компенсация влияния соединительных проводников. Схема а менее предпочтительна, т.к. включено в диагональ питания и своим изменением изменяет напряжение питания моста, тем самым снижает чувствительность в несбалансированном режиме работы моста.
Варианты четырёхпроводной схемы включения ТС.
а) б)
Четырехпроводная схема включения
Условие баланса для схемы а — . Поскольку величины сопротивлений соединительных проводников присутствуют в разных частях уравнения баланса, то происходит взаимная компенсация их изменений.
Условие баланса для схемы б — . Инвариантности к влиянию внешних факторов можно добиться только при условии, что и . Тогда уравнение баланса можно представить в виде .
Монтаж ТС.
ТС устанавливается непосредственно в трубопровод или в карман на глубину (0,3…0,7)D. Наилучшим способом установки ТС является его радиальное расположение, допускается наклонная установка. Если длина ТС превышает 0,13 D, то допускается при установке ТС применять расширитель.
Установка ТС в карман. При длине монтажной части более 500 мм и установки его в горизонтальном или наклонном положении обеспечивают дополнительное крепление, в противном случае могут быть прогибы и вибрации, что приведет к выходу из строя ТС.
Электрическое включение осуществляется соединительными линиями с сечением жил не менее 1…1,5 мм2 с подгонкой сопротивления линий до значения (номинальное сопротивление) указанного в технической документации на вторичный прибор (0 Ом…15 Ом).
При двухпроводной схеме подключения ТС для подгонки отключают концы линии от ТС, надежно закорачивают их и измерительным мостом измеряют сопротивление шлейфа.
Подключение датчиков температуры
Подключение датчиков температуры
При использовании термопреобразователей сопротивления для измерения температуры внести дополнительную погрешность могут провода подключения датчиков, так как провода также имеют свое собственное сопротивление, которое зависит от температуры окружающей среды.
Термопреобразователи сопротивления подключаются по двухпроводной и по трехпроводной схеме.
Термопреобразователи сопротивления подключаются медными проводами, т.к. медные провода имеют низкое удельное сопротивление.
При двухпроводной схеме подключения сопротивление датчика температуры и сопротивление проводов складываются, что вносит погрешность в результат измерения:
Rизм= Rt+ r1+ r2,
где:
Rизм — измеренное сопротивление;
Rt — сопротивление датчика;
r1, r2 — сопротивления проводов подключения.
Сопротивление проводов подключения датчиков зависит от температуры, окружающей среды, поэтому эта погрешность зависит от температуры. Поэтому двухпроводную схему подключения используют только при небольшой длине проводов, в тех случаях, когда сопротивление проводов намного меньше погрешности измерительного преобразователя.
При удалении датчика на большие расстояния следует применять трехпроводную схему подключения. Все три провода должны быть выполнены из одного и того же медного кабеля с одинаковым сечением и длиной. Максимальная длина проводов не должна превышать 150 м.
При трехпроводной схеме подключения измерительный преобразователь по очереди измеряет сопротивление цепи «датчик+ провода подключения» (Rt+r2+r3) и цепи «провода подключения» (r1+r2), вычисляет разность этих значений и получает точное значение сопротивления датчика.
Иногда заказчики стараются сэкономить на стоимости проводов подключения и подключают датчики двумя проводами, даже если оборудование поддерживает трехпроводную схему подключения. Рассмотрим на примере, к чему это может привести.
Предположим, датчик температуры расположен в центре помещения, где диапазон изменения температур небольшой. Длина провода подключения составляет 20 м, удельное сопротивление провода 0,1 Ом/м, относительное изменение сопротивления меди равно примерно 0,004/°С. Сопротивление проводов подключения будет равно r1+r2 = 20*0,1+20*0,1 = 4,0 Ом при 20 °С; 3,92 Ом при 15 ° С; 4,08 Ом при 25 ° С. Это приведет к погрешности, вносимой проводами: 10,0 ° С при 20 ° С; 9,8 ° С при 15 ° С; 10,2 ° С при 25 ° С. Если же провода или часть проводов проходят по помещению, в котором температуры не регулируется, погрешность из-за двухпроводной схемы подключения будет еще выше.
Как правило, приборы позволяют ввести коррекцию показаний датчика температуры, в наших приборах это называется «смещение характеристики преобразования». В вышеизложенном случае при использовании двухпроводной схемы подключения следует ввести в прибор коррекцию показаний датчика на 10 °С, но погрешность, вызванная температурными изменениями сопротивления проводов подключения, останется и составит 0,2 °С.
Все приборы, изготавливаемые нашим предприятием, позволяют выполнять преобразование сопротивления в температуру с погрешностью не больше 0,1°С. Это позволяет после окончания монтажа системы ввести в прибор поправки, компенсирующие как погрешность датчика, так и погрешность, вносимую проводами подключения. Для этого после окончания прокладки кабелей подключения датчиков следует выполнить сравнение показаний прибора по каждому каналу с показанием образцового термометра (см. “Проверка правильности показаний датчиков температуры” ). Полученные поправки нужно ввести в прибор и убедиться, что отклонение показаний датчиков от показаний образцового термометра не превышает 0,1 °С.
Nothing found for Wp-Content Uploads 2018 04 Tsp_Tsm_Aes Pdf
Новые схемы подключения оповещателей…
Уважаемые заказчики! Сообщаем об изменении схем подключения оповещателей световых ЕхОППС-1В и звуковых ЕхОППЗ-2В с питанием постоянным током 12В. Выпуск изделий с новой схемотехникой запланирован на начало 2020г. За более подробной информацией о сроках и изменениях просьба обр…
25-я международная выставка Securika Moscow 2019
Цифровые датчики давления «Эталон-17″…
Обзор отечественных производителей цифровых датчиков давления, которые не только создали интересный и перспективный продукт, но и закрепились с ним на рынке, сумев вывести в серийное производство и составить конкуренцию зарубежным приборам. Опубликовано — Отраслевой научно-те…
ЗАО НПК «ЭТАЛОН» награждено Почетной грамотой ПАО «О…
ЗАО НПК «ЭТАЛОН» награждено Почетной грамотой ПАО «ОДК-Сатурн» за значительный вклад в реализацию опытно-конструкторских работ шифр «М90ФР» и шифр «М70ФРУ реверс», выполненных в рамках реализации программы «Ускоренное развитие оборонно-промышленного комплекса «Государственной пр…
ЕхИП535-1В класса В…
С 1 февраля 2018 года извещатели пожарные взрывозащищенные ЕхИП535-1В выпускаются по классу В согласно ГОСТ 53325-2012….
Оборудование ЗАО НПК «ЭТАЛОН» в проекте «Сахалин-2″…
По итогам проведения квалификационного отбора российских производителей и поставщиков нефтегазового оборудования для строительства третьей технологической линии завода СПГ в рамках нефтегазового проекта «Сахалин-2» ЗАО НПК «Эталон» включено в список рекомендованных производителей…
ТСП-8040 и Дон-17 в систему КСУ ТС «Manager-300″…
Датчики давления и термопреобразователь сопротивления ТСП-8040 применены в корабельной системе управления техническими средствами «Manager-300» разработанной АО «Морские Навигационные Системы». Свидетельство о типовом одобрении морского регистра…
Новый этап партнёрства с ГК ЭРВИСТ…
Группа компаний ЭРВИСТ и НПК «Эталон» заключили новый договор о сотрудничестве, консигнационном складе и совместной разработке и продвижении продукции. Группа компаний ЭРВИСТ – ведущий поставщик оборудования систем безопасности во взрывозащищенном и специальных исполнениях …
Новая конструкция ручных извещателей….
В связи с требованиями ГОСТ 53325-2012 в части ручных извещателей ЗАО НПК «ЭТАЛОН» были разработаны приборы в новой конструкции: 1) извещатель ручной ЕхИП535-1В 2) устройство дистанционного пуска ЕхУДП1, ЕхУДП2 (на фото) Конструктивные особенности: 1) Соответствие классу В — …
Датчики давления Дон17М в составе азотных станций…
Датчики давления Дон-17М производства ЗАО НПК «Эталон» теперь в составе высокотехнологичных азотных станций модульного типа для выделения азота в газообразном виде из атмосферного воздуха. Установки данной категории представляют единый блок-бокс, внутри которого расположено необ…
Получен новый патент на полезную модель…
Извещатель пожарный ручной, содержащий корпус, в полости которого размещены, схемная плата с выключателем с подпружиненным нажимным элементом и подключенными к схемной плате электрическими контактами и приводным механизмом. Читать полностью…
Новая статья в разделе «Публикации» для материалов…
Ввод в действие новой редакции ГОСТ Р 53325-2012 в части требований к извещателям пожарным ручным вызывает у разработчиков данных изделий немало вопросов. Читать статью…
ЗАО НПК «ЭТАЛОН» аккредитовано выполнять работы и ок…
В соответствии с постановлением правительства Российской Федерации от 17 октября 2011г. №845 «О Федеральной службе по аккредитации» и на основании результатов экспертизы представленных документов Федеральной службой по аккредитации принято решение выдать ЗАО НПК «ЭТАЛОН» аттестат…
ЗАО НПК «ЭТАЛОН» — участник выставки «Нефть и Газ / …
С 23 по 26 июня приглашаем вас в ЦВК «Экспоцентр» на стенд Н311 в павильон 8 зал 2. …
Компания «ЭТАЛОН» — участник выставки «Газ.Нефть.Тех…
Приглашаем вас посетить наш стенд и получить актуальную информацию о наших изделиях и новых разработках. …