Датчик сопротивления: Термометр сопротивления, принцип действия, принцип работы термопары и схема термометра сопротивления, подключение термометра сопротивления

Как работают термометры сопротивления. Статьи. Поддержка. ТД Эталон

Измерение температуры — один из самых распространенных и важных параметров, контролируемых в любом технологическом процессе. И это не случайно, так как перегрев производственных систем грозит самыми разрушительными последствиями.

В целом, температуру измеряют различными способами, контактным и бесконтактным методами, при помощи термометров.

С особенностями использования термоэлектрических термометров или термопар вы можете ознакомиться в других наших статьях. В этом материале рассмотрим, как устроены термометры сопротивления, на какие типы подразделяются, когда целесообразней использовать тот или иной вид ТС.

Принцип работы термопреобразователей сопротивления отражен в названии датчиков и основан на методе изменения электрического сопротивления в металлах, согласно которому, электрическое сопротивление элемента растет с увеличением температуры окружающей среды и наоборот.

Металлические проводники термометров сопротивления должны удовлетворять следующим условиям:

• Стабильность градуировочной характеристики;
• Взаимозаменяемость, то есть возможность замены вышедшего из строя датчика на аналогичный без повторной юстировки системы;
• Нечувствительность к малым примесям;
• Наилучшую линейность зависимости сопротивления от температуры;
• Высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления;
• Большое удельное сопротивление;
• Невысокая стоимость материала.

Известно, что чем чище металл, тем более он соответствует указанным требованиям. Поэтому самыми распространенными металлами для изготовления термометров сопротивления являются платина Pt и медь Cu.

Межгосударственный стандарт ГОСТ 6651-94 «Термопреобразователи сопротивления. Общие технические условия» выделяет три типа термопреобразователей сопротивления.

Тип  термопреобразователя	Номинальное сопротивление R0 при 0°C	Условное обозначение  градуировочной характеристики		Диапазон измеряемых  температур
		РФ	Международная
Термометр сопротивления платиновый ТСП	1 Ом 10 Ом 50 Ом 100 Ом 500 Ом	1П 10П 50П 100П 500П	Pt1 Pt10 Pt50 Pt100 Pt500	-200…+850°С
Термометр сопротивления медный ТСМ	1 Ом 10 Ом 50 Ом 100 Ом	1П 10П 50П 100П	Cu1 Cu10 Cu50 Cu100	-200…+200°С
Термометр сопротивления никелевый ТСН	100 Ом	100Н	Ni100	-60…+180°С

Конструктивно термометры сопротивления состоят из чувствительного элемента (ТСП – платиновый, ТСМ – медный, ТСН — никелевый) и внутренних соединительных проводов, помещенных в герметичный защитный корпус, а также внешних клемм и выводов, предназначенных для подключения к измерительному прибору. Выпускается большое количество исполнений ТС. Бывают термометры сопротивления с двумя одинаковыми чувствительными элементами для подключения к двум отдельным вторичным приборам, установленным в разных местах.

На рисунке представлен один из вариантов конструкции термопреобразователя.

1 — фарфоровый изолятор; 2, 3 — штуцер; 4 — головка; 5 — прокладка; 6 — крышка; 7 — контактная клемма; 8 — контакт для подсоединения измерительного прибора; 9 — компаунд; 10 – защитная гильза; 11 — окись алюминия; 12 — чувствительный элемент

 

Разнообразие исполнений термопреобразователей сопротивления под любые задачи представлено на сайте td-etalon.com

ТСМ-9620	Тип датчика температуры: ТСМ Номинальная статическая характеристика: 50М Диапазон измеряемых температур: -50. ..+150°C; 0…+150°C Контролируемая среда: вода и другие жидкости, не разрушающие защитную арматуру; воздух и другие газы, не разрушающие защитную арматуру
ТСП-9418	Тип датчика температуры: ТСП Номинальная статическая характеристика: 50П; 100П; 2000П Диапазон измеряемых температур: -50…+150°C; -50…+200°C; -200…+500°C Тип контролируемой среды: агрессивные жидкости, пары, газы; вода и другие жидкости, не разрушающие защитную арматуру; воздух и другие газы, не разрушающие защитную арматуру Маркировка взрывозащиты: 1ExdIICT4
ТСМ-9204	Тип датчика температуры: ТСМ Номинальная статическая характеристика: 50М Диапазон измеряемых температур: -50. ..+150°C Контролируемая среда: поверхности твердых тел; подшипники качения, скольжения
ТСП-9201	Тип датчика температуры: ТСП Номинальная статическая характеристика: 50П; 100П Диапазон измеряемых температур: -50…+400°C; -50…+500°C; -50…+600°C; -200…+200°C4 -200…+500°C; -200…+600°C Тип контролируемой среды: вода и другие жидкости, не разрушающие защитную арматуру; воздух и другие газы, не разрушающие защитную арматуру; поверхности твердых тел

Подводя итоги, еще раз отметим главное отличие термопреобразователей сопротивления от других датчиков температуры. Безусловно, основная особенность — это линейная выходная характеристика. Линейность характеристики, а также гораздо более высокие показатели точности и повторяемости результатов измерений, делают термометры сопротивления востребованными. Если говорить о типах ТС, то никелевые термопреобразователи (ТСН) имеют высокую чувствительность, платиновые (ТСП) – стабильность, то есть неизменность показаний с течением времени, медные (ТСМ) – низкую цену и наилучшую линейность зависимости сопротивления от температуры.

ДТСХХ5М.И термопреобразователи сопротивления с выходным сигналом 4…20 мА

Датчики изготавливаются на базе термометров сопротивления ДТСхх5 (50М, 100М, 100П, PT100) и используются, когда расстояние от точки измерения до вторичного прибора более 100 метров, а также в тех случаях, когда вторичные приборы (например, контроллеры) работают только с унифицированными сигналами. 

Использование в составе изделия преобразователя аналоговых сигналов НПТ-3 позволяет получать данные об измеренной температуре по 4…20 мА в пределах всего диапазона измерения соответствующего сенсора (его НСХ) с указанной точностью.

	015	D = 8 мм	60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000
	025	D = 10 мм
Подвижный штуцер	035	D = 8 мм, M = 20х1,5 мм**, S = 22 мм	60, 80, 100, 120,160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000
	045	D = 10 мм, M = 20х1,5 мм**, S = 22 мм
	145	D = 6 мм, M = 20х1,5 мм**, S = 22 мм
Подвижный штуцер	335	D = 8 мм, M = 20х1,5 мм**, S = 22 мм
Подвижный штуцер	055	D = 10 мм, M = 20х1,5 мм**, S = 22 мм	80, 100, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000
	065	D = 8 мм, M = 20х1,5 мм**, S = 27 мм	60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000
	075	D = 10 мм, M = 20х1,5 мм**, S = 27 мм
	085	D = 10 мм, M = 27х2 мм**, S = 32 мм
Подвижный штуцер	095	D = 10 мм, D1 = 18 мм, M = 20х1,5**, S = 22 мм
	105	D = 8 мм, M = 20х1,5 мм**, S = 27 мм
	325	Датчик может крепиться на трубопровод диаметром от 80 до 100 мм. См. ниже «Особенности монтажа ДТС325М»	50, 80, 100, 120
	405	D = 5 мм	80, 100, 120, 160, 200, 250, 320
DIN 32676	305	DN 25, DN 32, DN 40 (50,5 мм) DN 50 (64 мм) Давление измеряемой среды, не более 1,6 МПа	40, 50, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 440, 460, 480, 500, 520, 540, 560, 580, 600, 630
	125	D = 6 мм	60, 80, 100

Совместите механическое присоединение датчика и ответную часть, обязательно установив между ними уплотнительное кольцо. Прижмите датчик хомутом.

Пластмассовая	Металлическая	Металлическая ДТС305М
Кабельный ввод М16×1,5	Кабельный ввод М20×1,5	Кабельный ввод М20×1,5
Диаметр подключаемого кабеля до 10 мм	Диаметр подключаемого кабеля до 10 мм	Диаметр подключаемого кабеля до 12 мм

Как работают резистивные датчики — основы схем

Резистивный датчик представляет собой преобразователь или электромеханическое устройство, которое преобразует механическое изменение, такое как смещение, в электрический сигнал, который можно отслеживать после обработки. Термисторы, фоторезисторы и потенциометры являются некоторыми примерами распространенных резистивных датчиков.

Факторы, влияющие на сопротивление

Сопротивление материала зависит от четырех факторов:

• Площадь поперечного сечения или толщина
• Длина
• Температура
• Проводимость

Согласно принципу резистивных датчиков длина проводника прямо пропорциональна сопротивлению проводника и обратно пропорциональна площади проводник. L обозначает длину проводника, A — площадь проводника, а R — сопротивление проводника. ρ — удельное сопротивление, постоянное для материала, используемого в конструкции проводника. Таким образом, это представлено уравнением ниже:

R — сопротивление проводника, A — площадь проводника, l — длина проводника, ρ — удельное сопротивление проводника.

Если вам нужно изменить сопротивление материала, вы должны изменить значение вышеуказанных факторов. При изменении длины сопротивление изменяется напрямую. Удвоение длины материала также удвоит сопротивление. Однако, если вы удвоите площадь поперечного сечения провода, его удельное сопротивление уменьшится вдвое. Изменение проводимости и температуры не повлияет на удельное сопротивление.

Обнаружение изменений сопротивления с помощью резистивных датчиков

Резистивные датчики обнаруживают изменения сопротивления. На рынке доступны различные датчики, которые учитывают различные факторы при определении сопротивления.

Примеры некоторых основных резистивных датчиков:

• Термисторы
• Датчики изгиба
• Датчики силы
• Светозависимые резисторы (фоторезисторы)

Пример фоторезистора показан на схеме выше. Он состоит из длинного материала, сопротивление которого изменяется в зависимости от уровня освещенности. В этом примере чем ярче свет, тем меньше сопротивление.

Мы не можем получить сопротивление напрямую, но можем найти его, рассчитав напряжение. Сопротивление дна остается постоянным. Верхний — датчик. Напряжение делится на резисторы, идущие в двух направлениях. Следовательно, если сопротивление изменяется, напряжение будет увеличиваться и уменьшаться. Мы можем обнаружить эти изменения сопротивления, используя закон Ома.

Фоторезисторы

Также известные как светозависимые резисторы (LDR), фоторезисторы являются светочувствительными устройствами. Они чаще всего используются для обозначения наличия или отсутствия света. При слабом освещении сопротивление очень велико и резко падает при воздействии света. Он сделан из полупроводника с высоким сопротивлением, так что, когда свет достаточно высокой частоты попадает на устройство, фотоны, поглощаемые полупроводником, дают связанным электронам достаточно энергии, чтобы перейти в зону проводимости. Когда это происходит, образовавшиеся свободные электроны проводят электричество, тем самым снижая сопротивление.

Символ фоторезистора в стандарте IECФоторезистор в цепи делителя напряжения

Сопротивление фоторезистора уменьшается по мере увеличения количества света, падающего на поверхность фоторезистора. Поместив фоторезистор в верхнюю часть делителя напряжения, выход делителя напряжения увеличивается по мере увеличения интенсивности света.

Термисторы

Термистор представляет собой датчик температуры, изготовленный из полупроводникового материала, который обеспечивает значительное изменение сопротивления пропорционально незначительному изменению температуры. Его можно использовать для получения аналогового выходного напряжения при изменении температуры окружающей среды, называемого датчиком. Это создает изменение его электрических свойств из-за внешних и физических изменений тепла.

Термисторы представляют собой твердотельные термочувствительные преобразователи с двумя выводами. Они построены с использованием чувствительных полупроводников на основе оксидов металлов с металлизированными или спеченными соединительными выводами, сформированными в виде керамического диска или шарика. Это позволяет термистору изменять свое значение сопротивления пропорционально небольшим изменениям температуры окружающей среды. Его сопротивление зависит от температуры. При изменении температуры сопротивление термистора будет нестабильным. Термисторы состоят из керамических и полупроводниковых материалов, таких как оксиды марганца, никеля и кобальта.

Типовой термистор

Типы термисторов

• Отрицательный температурный коэффициент (NTC) — наиболее распространенный тип термистора, сопротивление которого падает при повышении температуры. Он имеет отрицательную зависимость электрического сопротивления от температуры (R/T). Это означает, что даже небольшие изменения температуры могут вызвать значительные изменения их электрического сопротивления. Это делает их идеальными для точного измерения и контроля температуры.
• Положительный температурный коэффициент (PTC) имеет сопротивление, которое увеличивается с температурой.

Символ NTC Символ PTC
Делитель напряжения с термисторной цепью NTC

Если вы измеряете выходное напряжение на постоянном резисторе R2 в приведенном выше примере, номинал термистора составляет 10 кОм при 25 °C. Допустим, вы попытались изменить температуру до 100 °C, тогда его сопротивление упадет до 674 Ом. Таким образом, выходное напряжение изменяется при изменении температуры и определяется приведенным ниже стандартным уравнением делителя напряжения.

Надеюсь, эта статья помогла вам лучше понять, как работают резистивные датчики. Просто оставьте комментарий ниже, если у вас есть вопросы о чем-либо!

Типы резистивных датчиков — преобразователь, потенциометр и тензодатчик

EE-Tools, Instruments, Devices, Components & MeasurementsResistors

Содержание

Что на самом деле означает датчик?

Датчики — это устройства, которые обнаруживают физические или химические изменения, которые могут включать давление, силу или любую электрическую величину. Другими словами, датчики — это устройства, которые помогают воспринимать сигнал от объекта или человека. После обнаружения сигналы отправляются в процессор. Наконец, датчик выдает выходной сигнал, соответствующий входному сигналу.

• Запись по теме: Емкостный датчик и преобразователь и их применение

Однако что такое преобразователь?

Преобразователь — это устройство/прибор, преобразующее одну форму энергии в другую. Как правило, он производит только электрическую мощность. Он подразделяется на различные типы преобразователей, а именно резистивные, индуктивные, емкостные, ультразвуковые, пьезоэлектрические, преобразователи давления и т. д.

Ниже приведены некоторые типы резистивных датчиков и преобразователей, которые мы подробно обсудим.

Типы резистивных датчиков и преобразователей

• Резистивные преобразователи
• Потенциометры
• Тензодатчики

Связанная запись: Что такое датчик? Различные типы датчиков с приложениями

Работа резистивного датчика:

Наиболее часто используемым типом датчика является датчик переменного сопротивления. Его иначе называют резистивным датчиком. Он измеряет температуру, давление, смещение, силу, вибрации и т. д. Чтобы понять принцип работы, рассмотрим проводящий стержень. Резистивные датчики работают по принципу, что длина проводника прямо пропорциональна сопротивлению проводника и обратно пропорциональна площади проводника. Следовательно, L обозначает длину проводника, A — площадь проводника, а R — сопротивление проводника. ρ — удельное сопротивление, и оно постоянно для всех материалов, используемых для изготовления проводников.

Сопротивление преобразователя зависит от факторов внешней среды и физических свойств проводника. Устройства переменного или постоянного тока используются для измерения изменения сопротивления. Этот преобразователь действует как первичный и вторичный преобразователь. Как первичный преобразователь, он преобразует физическую величину в механический сигнал. В качестве вторичного преобразователя полученный механический сигнал преобразуется в электрический сигнал.

• Связанная статья: Схема инфракрасного детектора движения — блок-схема и принципиальная схема, работа и приложения

Примеры:

Устройства со скользящими контактами:

Каждый датчик сопротивления со скользящими контактами состоит из длинного проводника, длина которого может варьироваться. Один конец проводника будет закреплен, а другой конец проводника соединен с ползуном или щеткой, которая перемещается по всей длине проводника. Ползунок связан с объектом, смещение которого необходимо измерить. Когда к объектам прикладывается сила для перемещения их из исходного положения, ползунок также перемещается по всей длине проводника. За счет этого изменяется длина проводника, что отражается на изменении сопротивления проводника. Потенциометр представляет собой датчик, работающий по принципу скользящего контакта. Потенциометры используются для измерения линейного и углового смещения.

Потенциометры:

Что такое потенциометр?

Потенциометр также называется потенциометром. Это переменный резистор, который имеет 3 вывода. Две фиксированные клеммы и одна регулируемая клемма. В этом устройстве ток регулируется путем изменения сопротивления вручную. Потенциометр выполняет функцию регулируемого делителя напряжения.

Как работает потенциометр?

Потенциометр — это пассивный компонент, работающий при перемещении ползунка по всей длине проводника. Входное напряжение питания подается на всю длину резистора. Выходное напряжение измеряется как падение напряжения между неподвижным и подвижным контактом, как показано на рисунке ниже. Ползунок регулируется вручную над резистивной полосой, чтобы изменить значение сопротивления от нуля до более высокого значения. Когда сопротивление изменяется, ток, протекающий через цепь, изменяется. Следовательно, по закону Ома изменяется и резистивный материал.

Предположим, две батареи соединены параллельно через гальванометр. Отрицательные концы обеих батарей соединены вместе, и аналогичным образом оба положительных конца соединены вместе. Поскольку обе батареи имеют одинаковый электрический потенциал, через гальванометр не будет течь ток, и он не покажет отклонения. Горшок также работает на том же явлении.

• Связанная публикация: датчик дождя – детектор снега, воды и дождя, проект

Типы потенциометров:

1. Поворотный потенциометр
2. Линейный потенциометр

Поворотный потенциометр:

Регулируемое напряжение питания можно получить с помощью поворотного потенциометра. Знакомый пример — регулятор громкости радиотранзистора, в котором питание усилителя поддерживается поворотной ручкой потенциометра. Другие приложения используются, когда конечному пользователю требуется плавное регулирование напряжения.

Линейный потенциометр:

Работает так же, как поворотный потенциометр, но с той лишь разницей, что ползунок перемещается линейно на резисторе. Концы резистора подключены поперек напряжения питания. Два конца выходной цепи подключены к скользящей клемме и клемме резистора

Применение потенциометров:

1. Потенциометр в качестве делителя напряжения:
2. Управление звуком
3. Телевидение
4. Датчики
5. Горшки в качестве измерительных приборов:
6. Потенциометры в качестве тюнеров и калибраторов
7. Для сравнения ЭДС элемента батареи с эталонным элементом
8. Для измерения внутреннего сопротивления элемента батареи
9. Для измерения напряжения на ветви заданной цепи

Тензодатчики

Что такое напряжение и деформация?

Когда к материалу прикладывается сила, измеряется внутреннее давление материала, которое называется напряжением . Из-за внутреннего давления будет деформация формы. Напряжение определяется как изменение силы на единицу площади.

Деформация возникает из-за стресса. Из-за приложенного напряжения материал будет удлиняться или сжиматься. Итак, деформация определяется как отношение изменения длины под действием силы к исходной длине материала.

• Связанная публикация: LVDT: дифференциальный трансформатор с линейной переменной характеристикой — индуктивные датчики

Принцип работы тензодатчика:

Тензодатчик представляет собой датчик, сопротивление которого изменяется под действием приложенной силы. Такие параметры, как сила, давление и т. д., преобразуются в измеряемое электрическое сопротивление. К неподвижному объекту при приложении внешних сил возникает напряжение и деформация. Итак, здесь напряжение определяется как внутреннее сопротивление объекта, а деформация определяется как смещение и деформация. Если L ₁ — начальная длина проводника, а L ₂ — длина проводника после приложения силы.

ε = (L ₂ – L ₁ ) / L ₁

При приложении к проводнику напряжения длина и площадь проводника изменяются, вследствие чего изменяется и сопротивление.