Все о датчиках температуры.
Первый универсальный русскоязычный портал

Символ нового года

Термометры сопротивления

Общие сведения

Термоизмеритель ТМ-12

Термометр сопротивления ТС это термометр, как правило, в металлическом или керамическом корпусе, чувствительный элемент которого представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или пленки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Самый популярный тип термометра – платиновый термометр сопротивления, это объясняется высоким температурным коэффициентом платины, ее устойчивостью к окислению и хорошей технологичностью. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Российский (межгосударственный) стандарт на технические требования к рабочим термометрам сопротивления: ГОСТ 6651-2009. Ознакомиться со стандартом и скачать текст можно в разделе Российские стандарты. В стандарте приведены диапазоны, классы допуска ТС, таблицы НСХ и стандартные зависимости сопротивление-температура. Эти данные приведены также на нашем сайте в разделе справочник. Главное преимущество термометров сопротивления – широкий диапазон температур, высокая стабильность, близость характеристики к линейной зависимости, высокая взаимозаменяемость. Пленочные платиновые термометры сопротивления отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Изготавливаются также герметичные чувствительные элементы термометров сопротивления различных размеров, что позволяет их использовать в местах, где важно устанавливать миниатюрный датчик температуры. Недостаток термометров и чувствительных элементов сопротивления – необходимость использования для точных измерений трех- или четырех- проводной схемы включения, т.к. при подключении датчика с помощью двух проводов, их сопротивление включается измеренное сопротивление термометра. Важнейшей технологической проблемой для ТС проволочного типа является герметизация корпуса ЧЭ специальной глазурью, состав глазури должен быть подобран так, чтобы при колебаниях температуры в пределах рабочего диапазона не происходило разрушение герметизирующего слоя. программа TCal-8-461
Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев используются со стандартной зависимостью сопротивление-температура (НСХ), что обуславливает допуск не лучше 0,1 °С (класс АА при 0 °С). Однако высокая стабильность некоторых термометров позволяет делать их индивидуальную градуировку и определять характерную именно для них зависимость сопротивление-температура. Такая градуировка может повысить точность до нескольких сотых градуса. Следует отметить, что использование функции МТШ-90 (что возможно сейчас для многих цифровых термометров) может точнее описать индивидуальную зависимость ТС. Использование квадратичного уравнения Каллендара Ван Дьюзена ограничивает точность аппроксимации до 0,01-0,03 °С в зависимости от диапазона температур.

Эталонные платиновые термометры (ПТС, ТСПН) первого и второго разряда по точности превосходят промышленные термометры сопротивления (расширенная неопределенность ПТС 1 разряда при 0 °С равна 0,002 °С), но они требуют очень осторожного обращения, не выносят тряски и резких тепловых ударов. Кроме того, их стоимость в несколько раз выше стоимости рабочих термометров сопротивления. Стандарт на образцовые ПТС первого и второго разряда: ГОСТ Р 51233-98 «Термометры сопротивления платиновые эталонные 1 и 2 разрядов. Общие технические требования» (см. раздел Российские стандарты). Подробная информация о свойствах эталонных платиновых термометров сопротивления и методах работы с ними приводится в разделе "Платиновый термометр сопротивления - основной интерполяционный прибор МТШ-90"

См. также материалы семинара ВНИИМ "Термометры сопротивления и комплекты термометров для измерения разности температур. Производство, стандартизация, поверка, эксплуатация"

Для точного изменения криогенных температур с успехом применяются железо-родиевые термометры сопротивления. Их действие основано, на эффекте аномальной температурной зависимости сплава 0,5 ат.% железа к родию при низких температурах с положительным коэффициентом сопротивления. Опыт работы с термометрами показал, что их стабильность может достигать 0,15 мК/год при 20 К. Зависимость сопротивление - температура в диапазоне 0,5-27 К хорошо аппроксимируется полиномами не высоких степеней (8 -11 степень). Однако, сложности возникают при попытке аппроксимировать диапазоны, включающие 28 К, т.к. в этой точке «низкотемпературное» сопротивление, обусловленное примесями, уступает место «высокотемпературному» сопротивлению, обусловленному рассеянием на фононах.

Свойства термометров сопротивления трех наиболее распространенных типов.

Металл Температурный коэффициент Рекомендуемый рабочий диапазон температур Описание Использование
Платина 0.00385, 0,00391 °C-1 – рабочие ТС
(ГОСТ 6651-2009, МЭК 60751)

0.003925 °C-1 – эталонные ТС
–196°C до 600°C Высокая точность и стабильность. Характеристика сопротивление-температура близка к линейной. Самый широкий диапазон температур. Высокое удельное сопротивление. Для изготовления ЧЭ требуется небольшое количество платины. Возможно изготовление ЧЭ методом напыления платины на подложку (пленочные ЧЭ). Очень широко используется в промышленности всех стран, существует стандарт МЭК 60751 на платиновые термометры сопротивления и ЧЭ. Последняя редакция включает требования к проволочным и пленочным ЧЭ.
Никель 0,00617 °C-1
(ГОСТ 6651-2009)

0.0067 °C –1 (DIN)
–60°C до 180°C Наиболее высокий температурный коэффициент; наибольший выходной сигнал сопротивления. Однако, если превышена точка Кюри (352°C), может возникать непредсказуемый гистерезис характеристики. Используются значительно реже, чем платиновые термометры сопротивления. Никелевые термометры сопротивления устанавливались раньше на корабельных системах контроля в комплекте с самописцами.
Медь 0.00428 °C-1
(ГОСТ 6651-2009)
–50°C до 150°C Имеют наиболее линейную характеристику, но очень ограниченный диапазон температур. Очень низкое удельное сопротивление, что обуславливает необходимость использования проволоки значительной длины. Это привело к тому, что в американском стандарте, медные термометры имеют номинальное сопротивление 10 Ом. Используются в электрических генераторах, на электростанциях и в некоторых других отраслях промышленности

НСХ и перечень международных нормативов для термометров сопротивления см. по ссылке>>> 

Особенности конструкции платиновых чувствительных элементов (ЧЭ)

1.Самая распространенная конструкция – так называемая «свободная от напряжения спираль» (Strain-free). Эта конструкция выпускается многими российскими предприятиями и считается самой надежной. Вариации основного дизайна заключаются в размерах деталей и материалах, используемых для герметизации корпуса чувствительног элемента (ЧЭ). Для различных диапазонов температур используются разные виды глазури. Эта конструкция ЧЭ также очень распространена за рубежом. Приводим примерную схему данного типа ЧЭ.

свободная от напряжения спираль

ЧЭ представляет собой платиновую спираль, четыре отрезка которой укладываются в каналы трубки из оксида алюминия и засыпаются мелкодисперсным порошком из оксида алюминия высокой чистоты. Таким образом, обеспечивается изоляция витков спирали друг от друга, амортизация спирали при термическом расширении и вибропрочность. Герметизация концов ЧЭ проводится с помощью цемента, приготовленного на основе оксида алюминия, или специальной глазури.

2. Вторая конструкция – это новая разработка, которая используется в ЧЭ значительно реже из-за высокой стоимости. Так называемая полая конструкция «hollow annulus». Эта конструкция применяется на особо важных объектах, в атомной промышленности, т.к. обладает повышенной надежностью и стабильностью метрологических параметров.

hollow annulus

Чувствительный элемент наматывается на поверхность полого металлического цилиндра, изолированную слоем оксида алюминия, образованным способом горячего распыления. Для изготовления цилиндра используется специальный металл, температурный коэффициент расширения которого очень близок к температурному коэффициенту платины. После специальных процедур отжига и обработки поверхности платины изолирующим слоем оксида алюминия ЧЭ вставляется в тонкую металлическую трубку, которая герметизируется с обоих концов. Коэффициент тепловой инерции такого элемента составляет около 350 мс, для погружаемого ЧЭ, до 11 с для ЧЭ, монтированного в корпус термометра. Недостатком данной конструкции, препятствующим ее широкому распространению в промышленности, является высокая стоимость ЧЭ.

3. Пленочные чувствительные элементы типа “thin-film”

Пленочные чувствительные элементы типа thin-film

Технология изготовления пленочного ЧЭ очень сложная. Подложка имеет толщину порядка 0,3-0,6 мм. Как правило, попытка просто напылять чистую платину на подложку не приводит к успеху, т.к свойства напыленной платиновой пленки не позволяют получить температурный коэффициент a = 0,00385, необходимый для выполнения требований стандарта МЭК 60751. Проблема также возникает при термоциклировании, когда может нарушаться адгезия пленки с подложкой. Поэтому первые пленочные термометры были пригодны только в очень узком температурном диапазоне. В результате научных исследований был подобран состав подложки, позволивший повысить ее температурный коэффициент расширения до значения, близкого к коэффициенту платины. Толщина пленки была уменьшена до нескольких сотен нанометров. Кроме того, были разработаны технологии преднамеренного легирования платины, что позволило обеспечить соответствие температурного коэффициента сопротивления стандарту МЭК 60751.  В настоящее время пленочный платиновый ЧЭ – это самый дешевый и самый широко продаваемый сенсор. Большим преимуществом является малый размер и масса ЧЭ, это позволяет устанавливать такие ЧЭ в миниатюрные корпуса и получать быструю скорость реагирования на изменение температуры объекта. Благодаря малым размерам, пленочные ЧЭ могут изготавливаться с повышенным номинальным сопротивлением. Уже разработаны и производятся ЧЭ с сопротивлением 1000 Ом. Это позволяет значительно снизить влияние сопротивления выводов при подключении по 2-х проводной схеме. По стабильности пленочные ЧЭ все еще уступают проволочным, но их технология постоянно совершенствуется, и в последнее время отчетливо наблюдается прогресс в повышении стабильности сопротивления ЧЭ и расширении температурного диапазона.

4. Платиновая спираль в стеклянной изоляции.

Некоторые фирмы выпускают ЧЭ из платиновой проволоки, покрытой стеклом. Это обычно довольно дорогие термометры сопротивления. Преимуществом является полная герметизация чувствительного элемента, стойкость к условиям повышенной влажности, недостатком – ограниченный диапазон рабочих температур.

Дополнительную информацию о конструкции и методах работы с платиновыми термометрами сопротивления публикуем в материалах семинара « Термометры сопротивления и комплекты термометров для измерения разности температур. Производство, стандартизация, поверка, эксплуатация»

Классы точности (допуска)

В  стандарте МЭК 60751 (редакция 2008 г., а также новая редакция 2022 г) и в ГОСТ 6651-2009 (введен в России с 1 января 2011) были приняты значения предельных отклонений ТС от стандартной функции сопротивление-температура, а также температурные диапазоны, для которых нормируется точность по стандарту. В классификацию допусков включены проволочные и пленочные термометры сопротивления. В стандарте МЭК 6651 нормируются отдельно допуски для чувтсвительных элементов (резисторов) и для термометров.

Классы допуска для платиновых термометров и чувствительных элементов по ГОСТ 6651-2009

Класс допуска Допуск, °С Диапазон измерений, °С
Платиновый ТС, ЧЭ Медный ТС, ЧЭ Никелевый ТС, ЧЭ
проволочный пленочный
АА
W 0.1
F 0.1
± (0,1+0,0017|t|) От -50 до +250 От 0 до +150 - -
А
W 0.15
F 0.15
± (0,15+0,002|t|) От -100 до +450 От -30 до +300 От -50 до +120 -
В
W 0.3
F 0.3
± (0,3+0,005|t|) От -196 до +660 От -50 до +500 От -50 до +200 -
С
W 0.6
F 0.6
± (0,6+0,01|t|) От -196 до +660 От -50 до +600 От -180 до +200 От -60 до +180

 Классы допуска для чувствительных элементов (резисторов) платиновых термометров по МЭК 60751(22)

Проволочные платиновые резисторы

Пленочные платиновые резисторы

Допуск(°С)

Класс допуска

Диапазон температур (°С)

Класс допуска

Диапазон температур (°С)

W 0,1

От -100  до +350

F 0,1

От 0 до +150

± (0,1 + 0,0017 | t |)

W 0,15

От -100  до +450

F 0,15

От -30 до +300

± (0,15 + 0,002 | t |)

W 0,3

От -196 до +660

F 0,3

От -50 до +500

± (0,3 + 0,005 | t |)

W 0,6

От -196  до +660

F 0,6

От -50 до +600

± (0,6 + 0,01 | t |)

 Классы допуска для платиновых термометров по МЭК 60751(22)

Класс допуска

Термометры с проволочными резисторами

Термометры с пленочными резисторами

Допуск(°С)

Диапазон температур (°С)

Диапазон температур (°С)

АА

От -50  до +250

От 0 до +150

± (0,1 + 0,0017 | t |)

А

От -100  до +450

От -30 до +300

± (0,15 + 0,002 | t |)

В

От -196 до +600

От -50 до +500

± (0,3 + 0,005 | t |)

С

От -196  до +600

От -50 до +600

± (0,6 + 0,01 | t |)

 

Необходимо отметить, что  производитель, согласно п. 5.7 ГОСТ 6651, имеет право расширить диапазон измерений и устанавить допуски вне диапазона измерений по своим ТУ. (п. 5.7 Допуски для платиновых ТС при температурах вне диапазона измерений, указанного в таблице 2, должны быть установлены техническими документами  на ТС конкретного типа.) О верхнем диапазоне платиновых термометров см. статью Моисеевой Н. П. "Предельная температура для термометра сопротивления"

Самым распространенным в промышленности является класс В. Класс допуска является, прежде всего, показателем точности подгонки ЧЭ под номинальное сопротивление при изготовлении. Стабильность, сопротивление изоляции, нагрев измерительным током и другие параметры, влияющие на точность измерения температуры, могут быть идентичными у термометров разных классов допуска.

Стандарт МЭК и российский стандарт допускает задание производителем специальных допусков для платиновых термометров сопротивления, на основе допуска класса В. Эти допуски гарантируются заводом и составляют обычно 1/3 В или 1/6 В. Однако необходимо иметь ввиду, что эти допуски могут реально означать только приближение термометра к номинальному сопротивлению при 0 °С, гарантировать стабильность рабочих термометров на этом уровне точности очень трудно.

Стабильность термометра сопротивления

Стабильность определяется как изменение сопротивления в какой-либо постоянной температурной точке (чаще всего 0 °С) за определенный период времени. Данные по стабильности не всегда приводятся в каталогах зарубежных фирм. В большинстве случаев они приводятся для проволочных платиновых ЧЭ при нормальных условиях применения, в пределах номинальных рабочих температур и уровня вибрации. Некоторые фирмы считают, что хорошим показателем является стабильность сопротивления 0,05 °С/год. Большинство фирм дает другую оценку - стабильность ТС по их мнению составляет не более 0,1 °С. Однако стабильность может сильно снизится при отклонении от нормальных условий, использовании ТС в среде, подверженной резким колебаниям температуры. Стандартные требования к стабильности ТС и ЧЭ меняются с совершенствованием конструкций и технологии изготовления термометров. После обсуждения в рабочей группе экспертов по температуре, в новый стандарт ГОСТ 6651-2009 (п.6.5) были включены следующие требования:

«…6.5 Стабильность чувствительных элементов и термометров сопротивления

6.5.1 После выдержки ЧЭ при температуре верхнего предела рабочего диапазона температур в течение 1000 ч сопротивление ЧЭ при 0 °С должно оставаться в пределах допуска соответствующего класса.

6.5.2 После выдержки термометра сопротивления при температуре верхнего предела рабочего диапазона температур в течение 250 ч сопротивление ТС при 0 °С должно оставаться в пределах допуска соответствующего класса. Сопротивление изоляции ТС должно соответствовать требованиям 6.3.

Примечания

1 Время проверки стабильности 250 ч устанавливают только для термометров сопротивления, ЧЭ которых предварительно были испытаны на стабильность в течение 1000 ч.

2 Для ТС, предназначенных для длительного использования без поверки, и для термометров сопротивления, устанавливаемых на особо важных объектах, требования к стабильности должны быть повышены, время температурной выдержки при верхнем пределе рабочего диапазона температур увеличено. Данные требования должны быть установлены техническими документами на ТС конкретных типов.»


Важнейшим показателем надежности конструкции является стабильность сопротивления в процессе термоциклирования. К сожалению, конкретные данные по термоциклированию не приводятся в описании типа и каталогах на импортные ЧЭ и ТС. Чаще всего технические характеристики декларируются соответствующими стандарту МЭК. В ГОСТ 6651-2009 (п.6.6) установлены следующие требования к стабильности ТС при циклическом изменении температуры:

«…6.6 Устойчивость термометров сопротивления к циклическому изменению температуры После 10 циклов изменения температуры термометра сопротивления от верхнего до нижнего предела рабочего диапазона сопротивление при 0 °С должно оставаться в пределах допуска соответствующего класса. Примечание - Для термометров сопротивления, предназначенных для работы в условиях быстроменяющейся температуры и для термометров, устанавливаемых на особо важных объектах, требования к устойчивости к температурным циклам должны быть повышены, число циклов увеличено. Данные требования должны быть установлены техническими документами на ТС конкретных типов.»

Схемы подключения 

Существует большое количество измерительных мостов и потенциометров, работающих в комплекте с термометрами сопротивления. Причем отечественные приборы не уступают, а иногда превосходят по качеству импортные установки. Для измерения сопротивления термометров возможны три типа подключения к измерительному мосту.

Первая схема самая простая – двухпроводное подключение. В этой схеме измеренное сопротивление будет включать сопротивление как самого чувствительного элемента, так и сопротивление внутренних и внешних выводов (удлинительных проводов).

 

Иногда сопротивление выводов указывают в паспорте термометра, для того, чтобы его можно было вычесть из результата измерения. Однако данный метод не дает полной компенсации погрешности, возникающей из-за применения двух проводной схемы, т.к. сопротивление внутренних и внешних выводов не является постоянным, оно изменяется с изменением температуры. Поэтому данная схема подключения не пригодна для термометров классов АА и А.

Следует заметить, что погрешность, возникающая от применения двух проводов, сильно зависит от номинального сопротивления термометра. Для 100-омного термометра вклад подводящих проводов в общее измеренное сопротивление будет намного существеннее, чем для высокоомных пленочных термометров номиналом 1000 Ом. Термисторы, сопротивление которых обычно составляет несколько десятков кОм можно подключать по двухпроводной схеме, не опасаясь потери точности. 

Вторая распространенная схема подключения – трехпроводная схема.

 

Эта схема позволяет во время проведения измерения исключить из результата сопротивление выводов. Для этого используют двухэтапное измерение. Сначала измеряют сопротивление чувствительного элемента ЧЭ с двумя выводами, затем сопротивление двух выводов, выходящих из одной точки. Из первого результата вычитают второй.

 1)     R1 = RЧЭ + Rв1 + Rв2  

2)     R2 = Rв2+ Rв3

3)     R = R1- R2 = RЧЭ 

Трехпроводная схема дает точный результат в том случае, если выводы термометра имеют одинаковое сопротивление Rв1 = Rв3. Однако даже если есть незначительная разница в сопротивлении выводов, она не может привести к существенной для промышленных термометров погрешности.

Самая безопасная, с точки зрения возникновения погрешности измерения схема – четырехпроводная. В данной схеме два провода используются как токовые. Два другие – как измерительные (потенциальные).

 четырехпроводная схема

Таким образом, измеренное сопротивление соответствует сопротивлению ЧЭ. Незначительная погрешность может быть связана с сопротивлением двух контактных выводов ЧЭ, которые производитель приваривает к ЧЭ и к которым в дальнейшем привариваются четыре проводника при формировании термометра. Контактные выводы входят в состав сопротивления ЧЭ. Поэтому производителю ЧЭ, рекомендуется указывать в каком месте выводов, а именно на какой длине, должно быть выполнено соединение с четырехпроводной схемой.

Измерительный ток

Для того чтобы измерить сопротивление термометра, необходимо, чтобы через чувствительный элемент ЧЭ термометра протекал измерительный ток. При этом на резисторе выделяется тепло, термометр нагревается, и возникает погрешность из-за несоответствия температуры измеряемой среды и температуры ЧЭ.

Нагрев термометра зависит от величины тока. Согласно закону Джоуля - Ленца, выделяемая на проводнике мощность пропорциональна сопротивлению проводника и квадрату тока. Q = I2R. Изменение температуры ЧЭ под влиянием нагрева измерительным током зависит также от интенсивности теплообмена термометра с окружающей средой. Например, при поверке в термостате с перемешиваемой жидкостью изменение температуры ЧЭ 100-омного термометра обычно составляет 2-20 мК (ток 1 мА). При использовании в воздухе нагрев током может быть значительно больше – до нескольких десятых градуса.

На нагрев током влияет также конструкция термометра. Было отмечено, что пленочные термометры нагреваются более интенсивно, чем проволочные.

Для того, чтобы уменьшить погрешность от нагрева термометра током, стандарты устанавливают ограничения на величину измерительного тока. Согласно стандарту МЭК 60751 для рабочих платиновых термометров сопротивления должен нормироваться коэффициент самонагрева, имеющий размерность °С/мВт. Он определяется при температуре от 0 до 30 °С в потоке воздуха со скоростью 3 ± 0,3 м/с или воды со скоростью 0,3 ± 0,01 м/с. Измерительный ток не должен приводить к увеличению сопротивления более, чем на 25% от допуска. Согласно ГОСТ 6651, максимальный измерительный ток не должен приводить к увеличению сопротивления более, чем на 20% от допуска. (скачать ГОСТ 6651-2009)

Сопротивление изоляции

Корпус термометра сопротивления обычно заполняется неорганической изоляцией из оксида алюминия или магния. Эти материалы в большой степени гигроскопичны, и как только небольшое количество влаги проникает в термометр, происходит эффект шунтирования чувствительного элемента термометра. Проверка сопротивления изоляции ТС – одно из важнейших испытаний при выпуске из производства. Проверка происходит путем измерения сопротивления между корпусом ТС и выводами при испытательном напряжении 100 В при  температуре 15-35 °С и от 10 до 50 В при повышенных температурах. При комнатной температуре сопротивление изоляции должно быть более 100 МОм.

Падение сопротивления изоляции – основная причина снижения точности термометра или даже выхода его из строя. Важное значение для предотвращения этого эффекта имеет надежная герметизация ЧЭ, особенно при работе термометра в условиях повышенной влажности.

Тепловая инерционность датчика

Скорость реакции ЧЭ на изменение температуры процесса зависит от конструкции ЧЭ, материала корпуса термометра, изоляции между ЧЭ и корпусом. Для снижения инерции используются специальные способы точной подгонки размеров корпуса и ЧЭ, специальные изолирующие теплопроводящие материалы.

Примерное время термической реакции для платиновых термометров сопротивления различного диаметра


Описание ТС Время термической реакции (63% от полного изменения)
ЧЭ 0,3 – 3 с
Диаметр 3,5 мм 2 – 3 с
Диаметр 5,0 мм 4 – 5 с
Диаметр 6,0 мм 5 – 7 с
Диаметр 6,0 мм, монтированный в гильзу 15 – 20 с



Тепловой контакт с объектом

Необходимо всегда учитывать, что термометр фактически регистрирует температуру его собственного чувствительного элемента, а не температуру среды или объекта в которую он погружен. То, на сколько температура ЧЭ близка к измеряемой температуре объекта зависит от суммарного теплового сопротивления между ЧЭ и объектом. Монтаж термометра в измерительный канал осуществляется, как правило, с помощью прижимающей пружины, канал иногда заполняется теплопроводящим материалом. Если контакт с объектом нарушен, то это может привести к ложным значениям регистрируемой температуры. Для проверки теплового контакта разработаны специальные методики, наиболее распространенная из которых – исследование времени реагирования ТС на импульсный нагрев током.

Сборка термометра сопротивления

Предпочтительный способ для соединения выводов ЧЭ и внутренних проводов термометра – сварка. Это предотвращает загрязнение выводных проводников другими металлами, возникающее при пайке, что может привести к возникновению паразитной ТЭДС. Внутренние выводы изготавливают обычно из меди, никеля, константана, меди с никелевым покрытием, меди со стальным покрытием и других металлов и сплавов. Выводы изолируют трубками из оксида алюминия, стекловолоконными трубками или пластиковыми трубками, если позволяет рабочая температура ТС.

Примерная схема сборки ЧЭ, приведена на рисунке.

схема сборки ЧЭ

В данной конструкции материалом для внутренних выводов служит медь покрытая никелем (27%), путем холодного прессования (так называемый материал Kulgrid) или корозионностойкий высокотемпературный сплав (Oxalloy). Для внешних выводов используется изолированная тефлоном многожильная медь с никелевым покрытием.

Сборка ЧЭ с внутренними выводами помещается в цилиндрическую металлическую трубку-корпус термометра и засыпается мелкодисперсным гигроскопическим порошком из оксида алюминия или магния. Конец трубки, в месте выхода проводников герметизируется. Для надежной герметизации при высоких температурах используется специальная «крышка» с встроенным переходом металл-стекло или керамика-стекло. Выводы, предварительно вваренные в крышку свариваются с выводами термометра, крышка сваривается с корпусом. Такой способ обеспечивает полную герметизацию термометра и значительно повышает его долговечность и надежность.

Материалом корпуса ТС служит латунь (для низких и комнатных температур), сталь 314, сталь 316, инконель 600. Наилучшую коррозионную стойкость обеспечивает инконель 600.

Длина термометра сопротивления

Длина термометра сопротивления должна выбираться исходя из необходимой глубины погружения термометра. Глубина погружения термометра в объект измерения является важным фактором, влияющим на погрешность измерения температуры объекта, возникающую из-за тепловых потерь от ЧЭ в окружающую среду. В стандарте МЭК определен критерий достаточной глубины погружения: при погружении ниже этой глубины ТС должен менять показания не более допуска. Минимальная глубина погружения в высокой степени зависит от условий теплообмена, состава среды (жидкость, газ), скорости потока. Для предварительного выбора необходимой длины ТС предлагается следующая таблица, задающая коэффициент, на который необходимо умножить диаметр корпуса ТС, чтобы получить минимальную глубину погружения:

Среда Динамический поток Статические условия
жидкая 5-10 10-20
воздушная 10-20 20-40



К полученной глубине следует прибавить длину ЧЭ термометра, которая может составлять от 5 до 60 мм. Если диаметр трубы с теплоносителем, в которую должен быть вставлен ТС, меньше рассчитанной минимальной глубины погружения применяют установку ТС под углом к поверхности трубы, или в месте изгиба трубы.

Более подробно о глубине погружения термометра в термостат см. в разделе "Проблемы поверки" а также в статье "Влияние длины термометра на результат поверки в калибраторе"


Источники неопределенности измерения температуры на объекте

В новом стандарте ГОСТ 6651-2009 приведены правила отбраковки термометра сопротивления потребителем. В них установлено, что забраковать термометр можно только, если отклонение сопротивления термометра от НСХ лежит полностью вне диапазона, обусловленного расширенной неопределенностью измерения температуры в рабочих условиях. Поэтому становится очень актуальной проблема оценки неопределенности, возникающей при измерении температуры на объекте. Источники неопределенности измерения температуры промышленным термометром сопротивления можно разделить на источники, связанные с физическими условиями работы ТС и электрическим преобразованием сигнала.

- теплопроводящие свойства данной конструкции термометра и монтажных элементов;
- перенос тепла излучением в окружающую среду;
- теплоемкость датчика температуры;
- скорость изменения измеряемой температуры;
- утечки тока (качество заземления);
- электрические шумы;
- точность измерителя или преобразователя сигнала.

Поверка промышленных термометров сопротивления проводится по ГОСТ 8.461-2009 (см. раздел "Поверка термометров сопротивления").

Неопределенность поверки термометров можно рассчитать, используя различные программные средства, например, программу расчета TCal-8-461, сертифицированную во ВНИИМ.

Расчет индивидуальной функции рабочих и образцовых термометров сопротивления рекомендуем проводить с использованием программы TermoLab . (cм. также раздел "Программы расчета")

Для обработки результатов измерения при поверке комплектов (пар) термометров разработана программа KTC-Tab


Вывод

По оценкам российских и зарубежных специалистов надежность современных датчиков температуры растет. Если стоит вопрос выбора контактного датчика повышенной надежности и стабильности для температур от 200 до 600 °С, то очень сложно найти что-то более подходящее, чем платиновый термометр сопротивления. Превалирующая часть выходов из строя современных термометров сопротивления уже связана с проблемами их крепления на объекте и проблемами во внешней измерительной цепи, а не с проблемой нестабильности ЧЭ.

Прочитайте на нашем сайте также о других типах датчиков температуры:

Термопары (термоэлектрические термометры)
Термисторы
Радиационные термометры (пирометры)
Волоконно-оптические датчики температуры
Кварцевые датчики температуры
Интегральные датчики температуры (IC temperature sensors)