Температурная таблица для Pt100 + Amplifier для Arduino DUE с ‘подтяжкой 4.7к’
Звучит то как заголовок… аж сам перечитал.Кратко — после отказа выходного ключа Lerdge-S для хотэнда на моем Tough-steel (да и не жалко, в общем то… злая китаяса год назад продал мне плату без распаянного чипа для подключения термопары, и потому температуры хотэнда с этой платой выше 340 С были недостижимы), пересобрал электронику с Arduino DUE + RAMPS Smart + AZSMZ12864 дисплеем.
В качестве датчика температуры из запасов был извлечен ТСП формата Pt100.
Проанализировав возможности его подключения к плате — стало понятной не лучшая идея прямого подключения 100-Омного сопротивления к аналоговому входу с подтяжкой на 4.7к, которая дозволяется штатными средствами Marlin’а.
Дополнительно из запасов был извлечен усилитель-аналог платы от E3D производства Поднебесной.
Ознакомившись с документацией на подключение — встал в тупичок
Вот так рекомендует подключать разработчик:
Попробовал переназначить pin на 26 ‘ногу’, которая вроде как у Due является и входом A7 — но безуспешно. Не ‘взлетело’.
Более того — штатный конфиг RAMPS Smart в Marlin 2.0, как оказалось, не совпадает с экземпляром моей платы.
Разъемы под термисторы в конфиге — соответствуют подключению при раскладке 1523 термистора греющего стола к разъему T2.
Попробовал переназначить на замер температуры хотэнда входа 2 (который Xmax, и этот же Xmax отключил, где нашел, но нашел, наверное, не везде) — прошивка не заработала и не скомпилировалась.
Подключил обратно контакты S и Gnd к разъему T0 и опытным путем перебора назначил тип ‘термистора’ 20. При этом, по ходу экспериментов, пару раз ‘ловил’ сразу ERRORTemp после загрузки платы и перешивать ее приходилось со снятием шилда.
Далее — назначив тип измерителя ’20’, вероятно, из-за подтяжки разъема термистора штатным резистором на 4.7к, показания врут — при комнатной температуре в 21 С температура хотэнда показывается в 44 С. Поверенный контактный термометр на работе, а запустить хотелось бы сейчас. И выпаивать резистор нет желания.
Может, найдется у кого калибровочная таблица температур, откорректированная с учетом ‘подтяжки’ и базового напряжения в 3.3 В между +V и Gnd контактами? Ну а вдруг?
Особенности термосопротивления Pt100 и принцип работы
Термодатчики являются основными элементами во многих системах управления. Термосопротивление PT100 – это один из видов приборов, которые могут использоваться. Существуют также приборы Pt-500, Pt-100, 10K. Конкретно этот вид изготавливается на основе платины, но можно встретить и медные, и никелевые. В нашей статье мы рассмотрим особенности датчиков измерения температуры.
Основные особенности прибора
Платиновое термосопротивление Pt100 является достаточно распространенным элементом, так как у него очень хорошее соотношение качества и цены. Его можно использовать как отдельный прибор для измерения. Но можно встроить в гильзу иного устройства, чтобы осуществлять учет данных изменения температуры. Главное при этом – правильно учесть диаметр гильзы, чтобы не было большой разницы диаметров. В этом случае удастся обеспечить наилучшее условие для того, чтобы анализировать температуру сред.
Обычно такие датчики применяются для того, чтобы контролировать температуру в системах вентиляции, теплоэнергетических установках, а также иных отраслях.
Принцип функционирования
В основе лежат элементы из платины, у которых сопротивление при 0 градусов равно 100 Ом. Стоит отметить, что у платины имеется положительный коэффициент. А это означает, что сопротивление растет при увеличении температуры. У некоторых приборов в одном корпусе может быть заключено сразу три термоэлемента. Но чаще всего в промышленности используют термосопротивление Pt100 «Овен» с одним элементом. «Овен» — это отечественная компания, которая занимается производством и продажей оборудования для автоматизации и измерения данных.
В зависимости от разновидности измерительной цепи, используется определенный способ подключения – двух-, трех-, четырехпроводной. От того, где и для чего используется устройство, вы можете подобрать наиболее приемлемую характеристику. Термосопротивления Pt-100 можно использовать для измерения температуры газов или жидкостей. Впрочем, его можно применять и для контроля температуры продуктов в пищевой промышленности.
Эти приборы могут быть совместимы с устройствами, у которых аналогичное входное сопротивление. Максимальная температура, которую позволяет измерять датчик – около 350 градусов. Но в пике может выдерживать скачки до 400 градусов. Но это усредненные значения, зависят они от производителя. Для одних датчиков рабочий диапазон -40..+90, для других уже -50..+250. Но есть и модели, которые работают и в диапазоне -100..+600.
Когда нельзя сделать монтаж?
Не допускается монтаж устройств в таких условиях:
- Если слишком высокий уровень вибрации.
- Большая вероятность нанесения повреждения корпуса.
- Агрессивная химическая среда.
- Взрывоопасная среда.
- В непосредственной близости к источникам электрических помех.
Технические характеристики прибора
Технические особенности датчика (в пример взято термореле):
- Корпус изготавливается из нержавеющей стали.
- Масса – 600 гр.
- Размеры 62х66х67 см. Не учитывается размер непосредственно чувствительного элемента датчика.
- Может измерять температуры в диапазоне -50..+100 градусов.
- Максимальное значение погрешности – 2%.
- Максимальная потребляемая мощность – 2 Вт.
- Влажность среды, в которой происходит работа – 80% при температуре 35 градусов.
- Давление – 0,01..1,6 МПа.
При проведении монтажных работ крайне важно соблюдать требования техники безопасности. На предприятиях монтаж этих устройств осуществляется лицами, прошедшими соответствующий инструктаж. Они также должны быть обучены работе с оборудованием. Установка, демонтаж и проведение осмотра возможно только при условии отключения питания от устройства.
Почему ломаются датчики?
Всего можно выделить три причины, по которым происходит выход из строя элемента:
- Нарушены правила эксплуатации.
- Отказ одного или нескольких элементов реле.
- Слабый крепеж датчика.
Чтобы избежать преждевременного выхода из строя, нужно перед установкой и обслуживанием изучить внимательно инструкцию.
Как происходит работа датчика?
Принцип работы не очень сложный. Как мы говорили, в основе находится платиновый элемент, у которого при 0 градусов сопротивление равно 100 Ом. Если речь идет о датчике, например, Pt1000, то у него, соответственно, сопротивление уже будет 1000 Ом (1 кОм). У платиновых приборов коэффициент положительный, поэтому при возрастании температуры увеличивается и сопротивление.
На рисунке вы можете видеть подключение термосопротивления Pt100. Мы упоминали о том, что существует несколько вариантов подключений – с двумя, тремя или четырьмя проводами. Какой выбрать – решать только вам. Но нужно отметить, что наилучшая точность будет у четырехпроводного прибора. Но если вам не нужна высокая точность, то разумнее использовать двухпроводные датчики.
Существует также два класса точности – А и В. Последний разделяется на два подкласса – В1/3DIN и В1/10DIN. Они не могут самостоятельно использоваться на целиковом диапазоне температур.
Подведем итоги
Очень часто датчики Pt-100 используются в теплоэнергетике, чтобы поддерживать заданную температуру в измеряемой среде. Также часто их используют для автоматической системы регулировки обогрева. Это позволяет автоматизировать производство и снизить затраты на управление системами.
Нередко датчики устанавливаются в подводных и подземных трубопроводах. У изделия очень высокое качество, что гарантирует большой срок службы. Если правильно проведен монтаж, конечно. Характеристики термосопротивления Pt100 достаточно хорошие, что позволяет использовать прибор в любых сферах.
Диапазон рабочих температур достаточно большой, что позволяет использовать прибор практически в любой отрасли. Также датчик может контролировать состояние воздушной среды. Поэтому может использоваться в складских и производственных помещениях, у которых имеются определенные требования к среде и климату. Утилизация должна проводиться по правилам, которые относятся к переработке электроотходов.
Термометры сопротивления (Pt50, Pt100, Pt500, Pt1000, 46П, 50П, 100П, 50М, 53М, 100М) и термопреобразователи сопротивления — КРИОТЕРМ
Термометры сопротивления — датчики измерения температуры. Принцип действия основан на измерении калиброванного медного или платинового сопротивления. Самая распространённые градуировки в промышленности: 50П, 100П, 50М, 100М. Наиболее точными и стабильными являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику. Наибольшее распространение получили PT100 и PT1000. Температурный диапазон -200 +800°С.
К сведению заказчиков: по вашему требованию
Технологии:
Металлообработка любой сложности, лазерная сварка, пайка серебряным припоем.
Материалы:
Термоэлементы пленочные и проволочные: Pt50, Pt100, Pt500, Pt1000.
Термоэлементы проволочные: 46П, 50П, 100П, 50М, 53М, 100М.
Тонкостенные трубы из нержавеющей стали.
Металлорукав из нержавеющей стали.
Номинальные статические характеристики (НСХ)
| НСХ | Относительное сопротивление W0=R100/R0 | Измерительные токи не должны превышать |
| 50М, 53М, 100М | 1,428 | 10 мА |
| 46П, 50П, 100П | 1,391 | 5 мА |
| Pt50, Pt100 | 1,385 | |
| Pt500, Pt1000 | 1,385 | 0,5 мА |
Классы допуска по ГОСТ 6651-94
Термометры сопротивления платиновые
| Измеряемая температура, °С | Абсолютная погрешность, °С, для класса | ||
| А | В | С | |
| -200 | ±0,55 | ±2,2 | |
| -100 | ±0,35 | ±0,8 | ±1,4 |
| 0 | ±0,15 | ±0,3 | ±0,6 |
| 100 | ±0,35 | ±0,8 | ±1,4 |
| 200 | ±0,55 | ±2,2 | |
| 300 | ±0,75 | ±1,8 | ±3,0 |
| 400 | ±0,95 | ±2,3 | ±3,8 |
| 500 | ±1,15 | ±2,8 | ±4,6 |
| 600 | ±1,45 | ±5,4 | |
| Расчетная формула | Ut = 0,15 + 0,002t | Ut = 0,3 + 0,005t | Ut = 0,6 + 0,008t |
Термометры сопротивления медные
| Измеряемая температура, °С | Абсолютная погрешность, °С, для класса | |
| В | C | |
| ±0,6 | ±1,15 | |
| -50 | ±0,42 | ±0,88 |
| 0 | ±0,25 | ±0,5 |
| 50 | ±0,42 | ±0,83 |
| 100 | ±0,6 | ±1,15 |
| 150 | ±0,77 | ±1,47 |
| 200 | ±0,95 | ±1,8 |
| Расчетная формула | Ut = 0,25 + 0,0033t | Ut = 0,5 + 0,0065t |
НСХ термометров сопротивления
НСХ — номинальная статическая характеристика термометра сопротивления, которая представляет собой стандартную функцию сопротивление-температура R(t) . Для промышленных термометров функция установлена стандартами МЭК 60751 и ГОСТ 6651. Ввиду того, что таблицы функции объемные, мы предоставляем возможность посетителям сайта скачать их в формате pdf.
Скачать таблицы сопротивление-температура (НСХ) по ГОСТ 6651-2009>> (pdf)
Интерполяционные зависимости для рабочих термометров >>
Расчет температуры по показаниям термометра>>
Международные и национальные спецификации на термометры сопротивления
| Организация, страна | стандарт | тип проволоки (альфа) | Номинальное сопротивление при 0 °С |
| Платиновые термометры | |||
| Росстандарт (Россия) | ГОСТ 6651-2009 | 0.00385 0.00391 | 100 100 |
Commission (IEC) | IEC 60751 | 0.00385 | 100 |
| British Standards Association (BS) | BS 1904 | 0.00385 | 100 |
| FachnormenausschuB Elektrotchnek im Deutschen NormenausschuB (DIN) | DIN 43760 DIN IEC751 | 0.00385 | 100 |
| Japanese Standard Association (JIS) | JIS C 1604 | 0.00392 | 100 |
| МОЗМ (OIML) | OIML R84 | 0.00385 0.00391 | — |
| ASTM International | ASTM E 1137 | 0.00385 | 100 |
| American Scientific Apparatus Makers Association (SAMA) | RC21-4 | 0.003923 | 98.129 |
| US Department of Defense | MIL-T-24388 | 0.00392 | 100 |
| Медные термометры | |||
| Россия | ГОСТ 6651-2009 | 0.00426 0.00428 | 100 |
| МОЗМ (OIML) | OIML R84 | 0.00428 0.00426 | — |
| Minco (USA) | стандарт Minco | 0.00427 0.00427 | 9.035 100 |
| Thermometrics Corporation (USA) | отраслевой стандарт | 0.00427 0.00427 0.00427 0.00421 0.00421 | 10 9.035 100 (25 °C) 100 1000 |
| Никелевые термометры | |||
| Россия | ГОСТ 6651-2009 | 0.00617 | 100 |
| МОЗМ (OIML) | OIML R84 | 0.00617 | — |
| FachnormenausschuB Elektrotchnek im Deutschen NormenausschuB (DIN) | DIN 43760 | 0.00618 | 100 |
| Minco (USA) | Standard Minco nickel («Nickel A») | 0.00672 | 100 |
| Никель-железные термометры | |||
| Minco (USA) | стандарт Minco | 0.00518 0.00527 0.00527 | 604 908.4 1816.81 |
Прямой и обратный расчет зависимости сопротивление-температура реализован в программе TermoLab
Измерение температуры. Датчики термосопротивления | КИПиА от А до Я
Конструктивно датчики термосопротивления представляют собой катушку, намотанную очень тонкой (0,05 или 0,063) медной или платиновой проволокой. Катушка помещается внутрь завальцованной с одной стороны металлической гильзы с герметизирующей засыпкой или заливкой, имеющей электрическое сопротивление более 10 МОм. Выводы катушки соединены с клеммами, расположенными в головке датчика. Совокупность катушки, гильзы и клемм называется чувствительным элементом. Все остальное – корпусом или головкой датчика. По сути дела, датчик термосопротивления является переменным резистором, сопротивление которого меняется по определенному закону в зависимости от температуры среды. Закон изменения сопротивления зависит от градуировки датчика. С эксплуатационной точки зрения можно считать, что закон изменения сопротивления является линейной функцией.
Любая линейная функция, как известно, описывается двумя точками. В случае датчика термосопротивления первой точкой является точка R0 (сопротивление датчика при 0°С), второй точкой – W100 (коэффициент определяющий сопротивление датчика при 100°С).
Основными градуировками датчиков термосопротивления являются 50М, 50П, 100М, 100П, Pt100, 500М и 500П. Цифра в обозначении градуировки указывает на сопротивление датчика в омах при 0°С, то есть определяет упомянутую ранее точку R0. Буква в обозначении указывает на материал проволоки чувствительного элемента (М – медь, П и Pt — платина). Датчики градуировки 100П и Pt100 несмотря на одинаковое R0 и материал проволоки все же имеют разные характеристики. Это различие определяется коэффициентом W100. Платиновые датчики градуировки 100П отечественного производства чаще всего имеют коэффициент W100=1,3910 или W100=1,3850, медные датчики отечественного производства имеют W100=1,4280. Импортные платиновые и медные датчики термосопротивления имеют W100=1,3850 и W100=1,4260 соответственно. Коэффициент W100 показывает во сколько раз измениться сопротивление R0 датчика термосопротивления при его нагревании с 0 до 100°С.
Так сопротивление датчика градуировки 100П с W100=1,3910 при температуре чувствительного элемента равной 100°С составит:
R100=R0*W100=100(Ом)*1,3910=139,10(Ом)
Таким образом, для прикидочных расчетов, можно принять что на 1 Ом сопротивления датчиков градуировок 100П и Pt100 приходиться 2,5°С. Так при сопротивлении датчика 108 Ом измеряемая им температура равна 20°С. Измерение сопротивления датчика можно производить любым мультиметром, предварительно отсоединив от датчика соединительные провода, чтобы исключить влияние вторичного прибора. Для более точного определения температуры по сопротивлению датчика можно воспользоваться градуировочными таблицами. Для измерения температуры природного и технических газов наиболее часто применяются датчики 50М и 100М, а для измерения температуры воды и пара — 100П и 500П.
С 1 января 2008 года вступил в силу новый ГОСТ Р 8.625—2006 на датчики термосопротивления. Этот ГОСТ отменил понятие W100, заменив его на коэффициентом «альфа». Кроме того, ГОСТ Р 8.625—2006 установил однозначное соответствие между типом чувствительного элемента (М, П или Pt) и коэффициентом «альфа». Так для элемента 50М (100М и т.д) значение «альфа» равно 0,00428, что соответствует старому обозначению W100=1.428, для элемента Pt100 «альфа» равно 0,00385 (W100=1.385), для элемента 100П «альфа» равно 0,00391 (W100=1.391). Поэтому значение «альфа» и W100 в заводских паспортах и на шильдиках новых датчиков термосопротивления могут не указываться.
Подключение датчиков термосопротивления производиться по двух, трех или четырех проводной схеме. Двухпроводная схема подключения используется крайне редко, так как в этом случае сопротивление соединительных проводов вносит существенную погрешность в измерение. Наиболее часто используется трехпроводная схема подключения – именно по этой схеме датчики термосопротивления подключаются к контроллерам Siemens серии S300 как впрочем и к контроллерам других серий и других производителей. Четырехпроводная схема в основном используется при подключении датчиков термосопротивления к приборам технического и коммерческого учета потребления энергоресурсов, где важно максимально точное измерение температуры. Именно при четырехпроводной схеме осуществляется полная компенсация сопротивления соединительных проводов и наибольшая точность показаний. Датчики термосопротивления чаще всего имеют четыре клеммы для подключения соединительных проводов, широко распространены и датчики с тремя клеммами. Датчики с двумя клеммами встречаются редко и, как правило, они имеют соединительные провода фиксированной длины заводского изготовления, с помощью которых датчик присоединяется к вторичному прибору.
Погрешность измерения температуры ΔТ при применении двухпроводной линии связи датчика термосопротивления с вторичным прибором может быть рассчитана по следующей формуле.
Увеличение длины линии связи L приводит к возрастания погрешности, применение провода с большим сечение жилы S приводит к уменьшению погрешности. Удельное сопротивление меди ρ равно 0,0171 Ом*мм2/м. Через множитель 2 учитывается суммарное сопротивление обоих (двух) жил кабеля.
Коэффициент К зависит от градуировки применяемого датчика термосопротивления. Коэффициенты К, приведенные в таблице, были рассчитаны для W100=1,391 (платиновые датчики) и W100=1,428 (медные датчики).
Как видно из таблицы при двухпроводной линии связи с датчиком термосопротивления целесообразно применение провода с большим сечением жилы. Расчет выполнен для одножильных и многожильных проводов и кабелей 3 класса (по ГОСТ 22483-77). Реальная погрешность вносимая в результат измерения двухпроводной линией связи с длиной отличной от 10 метров будет отличаться от расчетной табличной величины.
В случае применения двухпроводной схемы подключения, предпочтительнее использовать датчики сопротивлением 100 или даже 500 Ом, так как сопротивление соединительных проводов в этом случае, вносит меньшую погрешность в результат измерения температуры, чем при применении 50-омного датчика. В некоторых случаях целесообразнее использовать встроенный в головку датчика нормирующий преобразователь.
При подключении датчика температуры к контроллеру Siemens S300 может возникнуть следующая ситуация. При ослаблении контакта от одного или нескольких выводов термометра сопротивления, например, в проходной клеммной коробке наблюдается рост показаний температуры. Причем возрастание показаний температуры происходит медленно и так же медленно потом уменьшается в зависимости от того, как изменяется сопротивление самого термометра. То есть все указывает на то, что происходит реальный нагрев датчика. Но при измерении сопротивления датчика цифровым мультиметром видно, что на самом деле датчик имеет температуру меньшую, чем показывает контроллер. Протяжка всех клеммных соединений устраняет данную проблему.
Платиновые датчики термосопротивления ТСП и Pt100 теоретически имеют диапазон измеряемых температур от -200 до 1100°С. Наиболее распространены датчики с диапазоном -50…350°С. Работа датчиков термосопротивления в этом диапазоне обеспечивает измерение температуры воды, пара и всевозможных технических газов, получивших распространение в промышленности и не требует применения специальных жаростойких марок сталей при их изготовлении. Медные датчики способны работать в диапазоне -200…200°С. Выпускаемые промышленностью датчики ТСМ имеют температурный диапазон -50…150°С. Для того чтобы датчик термосопротивления можно было заменить, выкрутив из трубы, не перекрывая трубопровод при их монтаже используют защитные гильзы (стаканы). Защитная гильза также предохраняет термометр сопротивления от высокого давления и скоростного напора в трубопроводе.
Гильза вкручивается в вваренную в трубопровод бобышку, а уже в нее вставляется датчик термосопротивления и фиксируется гайкой. Для лучшего теплообмена внутрь гильзы должно быть залито масло. У некоторых датчиков стакан является конструктивной единицей корпуса датчика, поэтому такой датчик вворачивается напрямую в бобышку. При выходе из строя датчика его чувствительный элемент вынимается из корпуса и заменяется новым. Корпус при этом остается на месте и герметичность трубопровода не нарушается. При измерении температуры агрессивных сред на поверхность защитной гильзы наносят полимерное защитное покрытие. Для измерения температуры свыше 300°С как правило используют термопары.
Дополнительную информацию вы можете найти в разделе «Вопрос-ответ».
Посмотреть другие статьи в том числе про измерение температуры.
PT100 резистивный датчик температуры (RTD) поддерживает диапазон экстремальных температур
Мы опробовали измерение температуры на нескольких аппаратных платформах, таких как Texas Instruments eZ430-Chronos Watch, монитор окружающей среды Sonoff SC , плата Wemos D1 с датчиком температуры aDHT21 и, совсем недавно, термометр ANAVI с тремя последними платформами на основе ESP8266 WiSoC.
Все четыре устройства/платы, упомянутые выше, имеют датчики температуры, предназначенные для измерения температуры окружающей среды, например, с DHT22, имеет диапазон от -40 до +125 °C. Мы также сталкивались с водонепроницаемым датчиком температуры DS18B20, которым несколько раз измеряли температуру жидкости в диапазоне от -55 до 125 °C. Подходит для большинства случаев использования, и, например, вы можете проверить им кипящую воду.
Но, мы никогда не задумывались об измерении данных для гораздо более низких или намного более высоких температур, и этим утром мы наткнулись на IC Station на два температурных датчика «PT100», а именно WZP-187 (4,89 долларов США) и датчик без имени (3,42 долларов США). Эти датчики могут работать в диапазонах от -200 до + 400° С и от 0 до 800° С.
Технические характеристики температурных датчиков PT100
WZP-187
Как обычно, на сайте IC Station очень мало деталей. WZP-187 технические характеристики/описание:
- Тип датчика: тип K
- Диапазон измерения — -200°C — 400°C
- Размеры — датчик длиной 5 см, кабель длиной 1,5 м с тремя контактами
- Водонепроницаемый