Инженер

Джеллени Родригес, инженер по приложениям, и Мэри Маккарти, инженер по приложениям, Analog Devices.

В этой статье обсуждаются история и проблемы проектирования системы измерения температуры на основе резистивного термометра (RTD). Здесь также рассматриваются компромиссные варианты выбора RTD и конфигурации. Наконец, в нем подробно описана оптимизация и оценка системы RTD.

Измерение температуры играет важную роль во многих различных конечных приложениях, таких как промышленная автоматизация, контрольно-измерительные приборы, CbM и медицинское оборудование. Независимо от того, контролируете ли вы условия окружающей среды или корректируете дрейф системы, высокая точность и точность очень важны. Существует несколько типов датчиков температуры, которые можно использовать, например термопары, термометры сопротивления (RTD), электронные датчики запрещенной зоны и термисторы. Выбор датчика температуры и его конструкции зависит от измеряемого диапазона температур и требуемой точности. Для температур в диапазоне от –200°C до +850°C термометры сопротивления обеспечивают превосходное сочетание высокой точности и хорошей стабильности.

Проблемы включают в себя:

В случае термометра сопротивления сопротивление датчика изменяется в зависимости от температуры точно определенным образом. Наиболее широко используемые термометры сопротивления — платиновые Pt100 и Pt1000, которые доступны в 2-, 3- и 4-проводной конфигурациях. Другие типы РДТ изготавливаются из никеля и меди.

Тип РДТ

Материалы

Диапазон

Пт100, Пт1000

Платина (числовое значение означает устойчивость при 0°C)

от –200°С до +850°С

Пт200, Пт500

Платина (числовое значение означает устойчивость при 0°C)

от –200°С до +850°С

Cu10, Cu100

Медь (числовое значение означает сопротивление при 0°C)

от –100°С до +260°С

Ни120

Никель (числовое значение означает устойчивость при 0°C)

от –80°С до +260°С

Наиболее распространенные термометры сопротивления Pt100 могут иметь две разные формы: проволочную и тонкопленочную. Каждый тип построен по нескольким стандартизированным кривым и допускам. Наиболее распространенной стандартизированной кривой является кривая DIN. DIN расшифровывается как «Deutsches Institut für Normung», что означает «Немецкий институт стандартизации».

Кривая определяет зависимость сопротивления от температуры платинового датчика с сопротивлением 100 Ом, стандартизированные допуски и диапазон рабочих температур. Это определяет точность термометра сопротивления, начиная с базового сопротивления 100 Ом при температуре 0°C. Существуют различные стандартные классы допусков для термометров сопротивления DIN. Эти допуски показаны в таблице 2, они также применимы к термометрам сопротивления Pt1000, которые используются в устройствах с низким энергопотреблением.

Тип датчика

Класс DIN

Толерантность

@ 0°С

Допуск при 50°C

Допуск при 100°C

Pt100 РДТ

Тонкая пленка

Класс Б

±0,30°С

±0,55°С

±0,80°С

Pt100 РДТ

Тонкая пленка

Класс А

±0,15°С

±0,25°С

±0,35°С

Pt100 РДТ

Проволочная намотка/тонкая пленка

1/3 класса Б

±0,1°С

±0,18°С

±0,27°С

При выборе датчика RTD необходимо учитывать как сам RTD, так и его точность. Диапазон температур зависит от типа элемента, а точность, указанная при температуре калибровки (обычно 0°C), зависит от температуры. Таким образом, важно определить диапазон измеряемых температур и принять во внимание, что любая температура ниже или выше температуры калибровки будет иметь более широкий допуск и меньшую точность.

РДТ классифицируются по номинальному сопротивлению при 0°C. Датчик Pt100 имеет температурный коэффициент примерно 0,385 Ом/°C, а температурный коэффициент Pt1000 в 10 раз больше, чем у Pt100. Многие проектировщики систем используют эти коэффициенты для получения приблизительного значения сопротивления изменению температуры, но уравнения Каллендара-Ван Дьюзена обеспечивают более точный перевод.

Уравнение для температуры t ≤ 0°C имеет вид

Уравнение для температуры t ≥ 0°C имеет вид

где: