Измерение температуры с помощью ntc термистора / блог им. antonluba / сообщество easyelectronics.ru

PTC

В отличие от рассмотренных выше терморезисторов, PTC — термисторы, имеющие положительный коэффициент сопротивления. Это означает, что в случае нагрева детали увеличивается и ее сопротивление. Такие изделия активно применялись в старых телевизорах, оборудованных цветными телескопами.

Сегодня выделяется два типа PTC-терморезисторов (от числа выводов) — с двумя и тремя отпайками. Отличие трехвыводных изделий заключается в том, что в их состав входит два позитрона, имеющих вид «таблеток», устанавливаемых в одном корпусе.

Внешне может показаться, что эти элементы идентичны, но на практике это не так. Одна из «таблеток» имеет меньший размер. Отличается и сопротивление — от 1,3 до 3,6 кОм в первом случае, и от 18 до 24 Ом для второй такой таблетки.

Двухвыводные терморезисторы производятся с применением полупроводникового материала (чаще всего Si — кремний). Внешне изделие имеет вид небольшой пластинки с двумя выводами на разных концах.

Терморезисторы PTC применяются в разных сферах. Чаще всего их используют для защиты силового оборудования от перегруза или перегрева, а также поддержания температуры в безопасном режиме.

Главные направления применения:

Защита электрических двигателей. Задача изделия состоит в защите обмотки от перегорания при клине ротора или в случае поломки системы охлаждения. Позистор играет роль датчика, подключаемого к управляющему прибору с исполняющим реле, контакторами и пускателями. При появлении форс-мажорной ситуации сопротивление растет, а сигнал направляется к управляющему элементу, дающему команду на отключение мотора.
Защита трансформаторных обмоток от перегрева или перегруза. В такой схеме позистор устанавливается в цепи первичной обмотки.
Нагревательный узел в пистолетах для приклеивания.
В машинах для нагрева тракта впуска.
Размагничивание ЭЛТ-кинескопов и т. д.

Как это работает

Если двигатель инжекторный, то значения температуры нужны контроллеру двигателя (ЭБУ, электронный блок управления), чтобы управлять вентилятором охлаждения и работой мотора. На датчик температуры ОЖ подается постоянное (опорное) напряжение (5 вольт), ток проходит через него, и напряжение падает. Чем больше сопротивление датчика температуры охлаждающей жидкости, тем выше напряжение на нем, тем меньше напряжение будет на выходе. Контроллер замеряет его и на основании заложенной в него программы рассчитывает температуру. К такому датчику подведено два провода: по одному ток идет из ЭБУ, по второму – обратно.
Если в Вашей машине цифровой указатель температуры охлаждающей жидкости, то свои показания он берет с блока управления. Обычно он показывает цифрами, условными обозначениями (количество «палочек»), или используются сигнальные лампочки.
Но иногда устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости, если индикатор температуры охлаждающей жидкости – стрелочный. Обычно к нему подходит один провод. Отклонение стрелки зависит от силы тока, протекающего через терморезистор, которая тоже зависит от его сопротивления. Холодно – большое сопротивление – малый ток – стрелка наклонена влево, и наоборот.

Стрелочный указатель температуры охлаждающей жидкости

На карбюраторных автомобилях, и редко на инжекторах, есть еще отдельный датчик включения вентилятора. Он ничего не измеряет, а только включает вентилятор системы охлаждения при определенной температуре.

Градуировка 22 платинового термометра сопротивления

ГОСТ 6651-59

T°C	-200	-190	-180	-170	-160	-150	-140	-130	-120	-110
ом	17,28	21,65	25,98	30,29	34,56	38,80	43,02	47,21	51,38	55,52
T°C	-100	-90	-80	-70	-60	-50	-40	-30	-20	-10
ом	59,65	63,75	67,84	71,91	75,96	80,00	84,03	88,04	92,04	96,03
T°C	10	20	30	40	50	60	70	80	90
ом	100,00	103,96	107,91	111,85	115,78	119,70	123,10	127,49	131,37	135,24
T°C	100	110	120	130	140	150	160	170	180	190
ом	139,10	142,95	146,78	150,60	154,41	158,21	162,00	165,78	169,54	173,29
T°C	200	210	220	230	240	250	260	270	280	290
ом	177,03	180,76	184,48	188,18	191,88	195,56	199,23	202,89	206,53	210,17
T°C	300	310	320	330	340	350	360	370	380	390
ом	213,79	217,40	221,00	224,59	228,17	231,73	235,29	238,83	242,36	245,88
T°C	400	410	420	430	440	450	460	470	480	490
ом	249,38	252,88	256,36	259,83	263,29	266,74	270,18	273,60	277,01	280,41

Принцип – действие – термометр – сопротивление

Конструкция термометра сопротивления типа ТСМ-277-01.

Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Достоинством термометров сопротивления является простота конструкции и высокая надежность в эксплуатации. Термометры сопротивления изготовляют из медной или платиновой проволоки диаметром от 0 03 до 0 1 мм. Промышленность выпускает медные термометры сопротивления типа ТСМ с сопротивлением 0 100 Ом при температуре О С и платиновые – типа ТСП с сопротивлением R0 10, 46 или 100 Ом при температуре О С. Ом оказывается недостаточным, поэтому промышленностью разработано и освоено производство взрывозащищенных медных высоко-омных термометров сопротивления типа ТСМ-277-01 ( рис. 3.19) с начальным сопротивлением, равным 1000 и 2000 Ом при температуре О С.

Принцип действия термометров сопротивления ( табл. 18) основан на изменении электрического сопротивления ряда металлов и их окислов в зависимости от температуры.

Принцип действия термометра сопротивления ( ТС) основан на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. ТС – это чувствительный элемент ( проводник или полупроводник), зависимость которого от температуры известна. Зная эту зависимость, можно, помещая термометр в среду с неизвестной температурой и замеряя его сопротивление, определить температуру среды. Сопротивление термометра измеряется вторичными приборами типа догометр и уравновешенный мост. Основной деталью ТС является каркас, на который наматывается проволока чувствительного элемента.

Принцип действия термометров сопротивления основан на изменении электрического сопротивления материалов при изменении температуры.

Принцип действия термометров сопротивления основан на изменении электрического сопротивления материалов с температурой. В проводниковых термометрах сопротивления электрическое сопротивление увеличивается с повышением температуры, в полупроводниковых – уменьшается.

Принцип действия термометра сопротивления основан на изменении электрического сопротивления металлов при изменении их температуры. В качестве прибора для измерения электрического сопротивления термометра применяется логометр. Термометр сопротивления помещается в защитном стальном кожухе в месте замера температур. Соединительные провода, проложенные от термометра до щита управления, где установлен лого-метр, должны иметь определенное сопротивление, указанное в паспорте логометра.

Чувствительный элемент.

Принцип действия термометров сопротивления основан на изменении удельного сопротивления проводников, полупроводников и диэлектриков под действием температуры.

Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве металлических проводников увеличивать электрическое сопротивление при нагревании. Термочувствительный элемент термометра сопротивления представляет собой тонкую проволоку ( медную или платиновую), намотанную бифилярно на каркас и заключенную в чехол.

Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве металлов изменять электрическое сопротивление с изменением температуры. Термосопротивления для измерения стационарных температур различных сред в производственных и лабораторных условиях изготовляют стандартными по установившимся формам, габаритам и электрическим параметрам. Термочувствительные элементы выполняют из платины, меди и никеля.

Оправы стеклянных термометров.| Термометры электроконтактные.

Принцип действия термометров сопротивления основан на использовании зависимости электрического сопротивления металлов и полупроводниковых материалов от температуры. Изменяющееся при изменении температуры электрическое сопротивление такого термометра измеряется логометром или уравновешенным мостом, рабочая шкала которого отградуирована в С.

Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Зная зависимость сопротивления проводника от температуры и измеряя JTO сопротивление каким-либо прибором, можно судить о температуре среды, в которую помещен этот проводник.

Принцип действия термометра сопротивления основан на изменении сопротивления проводника при изменении его температуры.

Виды термометров сопротивления

Металлический.

Предназначен для измерений в широком интервале температур в зависимости от применяемого типа металла. Обычно он составляет от значений выше температуры кипения воды до -260С.Конструктивное его исполнение может быть различным в зависимости от условий измеряемой среды. Чаще всего он представляет собой тонкую проволоку с диаметром до 0.1 мм, которая надёжно закреплена в изолирующем корпусе. Длина проволоки выбирается из расчёта необходимой величины сопротивления.

Полупроводниковый.

Обладает высокой точностью измерения, стабильностью и чувствительностью. Способен регистрировать быстропротекающие процессы. Для измерений не требуется пропускание больших измерительных токов, что способствует проведению низкотемпературных измерений. Конструктивно представляет собой чувствительный полупроводниковый элемент, размещённый в герметичном медном корпусе. Обеспечивает работоспособность вплоть до -272С.

Угольный.

Имеет характеристики, сходные с полупроводниковым типом термометров сопротивления. Их получают путём спекания мелких частиц угля при высоких давлениях промышленным способом. Это делает их наиболее доступными и дешевыми, так как технология изготовления достаточно проста. Однако они обладают низкой стабильностью. Поэтому для проведения точных измерений температуры ихнужно калибровать либо проводить плановые проверки стабильности. Другой проблемой является установление температурного равновесия в самом термометре.

Сверхпроводящий.

Используется для низкотемпературной термометрии и основан на резком изменении сопротивления в металлах при сверхпроводящем переходе. В состав температурных датчиков к чистым металлам добавляют некоторые сорта фосфористой бронзы. Они позволяют расширить переход из нормального состояния в сверхпроводящее, увеличивая при этом точность измерений. Применяется для измерений температур от -265С до – 272С. Термометры обладают высокой стабильностью и точностью, поэтому их используют для калибровки других датчиков при температурах сверхпроводящего перехода.

Заключение

Термометры сопротивления являются весьма надёжными датчиками температуры, которые по своим характеристикам и различным конструктивным исполнениям существенно превосходят другие их типы.

Поэтому их подобрать под конкретные условия измерений достаточно просто. Однако они требуют тщательной калибровки, без которых их использование становится невозможным.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Скетч для DS18B20

Алгоритм получения информации о температуре в скетче состоит из следующих этапов:

Определение адреса датчика, проверка его подключения.
На датчик подается команда с требованием прочитать температуру и выложить измеренное значение в регистр. Процедура происходит дольше остальных, на нее необходимо примерно 750 мс.
Подается команда на чтение информации из регистра и отправка полученного значения в «монитор порта»,
Если требуется, то производится конвертация в градусы Цельсия/Фаренгейта.

Пример простого скетча для DS18B20

Самый простой скетч для работы с цифровым датчиком выглядит следующим образом. (в скетче мы используем библиотеку OneWire, о которой поговорим подробнее чуть позже).

Принцип действия

Работа термометров основана на том, что некоторые металлы и полупроводники меняют свое электрическое сопротивление при изменении температуры окружающей среды. При этом у металлов при увеличении температуры сопротивление возрастает, их называют позисторами. У полупроводников оно падает, поэтому их название – термисторы. Измерение проводимости чувствительного элемента и является принципом действия. При этом различные материалы обладают разным температурным коэффициентом. Это значит, что одни реагируют на изменения больше, другие меньше. Этот параметр влияет на точность прибора. Всего существует несколько классов точности измерителей:

АА, допуск точности – 0,1 градуса;
A – 0,15;
B – 0,3;
C – 0,6.

Самый точный – АА. Но он и самый дорогой, так как содержит платину. Немаловажную роль при измерении имеет соединение чувствительного элемента с измерителем. Обычно используется мостовая схема. При подключении питания ток, идущий от отрицательного полюса батареи, попадает на узловую точку А. Далее он разделяется на 2 равные части, поскольку сопротивление резисторов R1 и R2 одинаково. Из точек B и С через резисторы R3 и R4 он попадает в узел D и затем на плюс аккумулятора.

Если сопротивление всех резисторов одинаковое, то через резистор R5 ток не проходит. Это можно доказать законами Киргофа. Заменим один из резисторов, например, R3, на чувствительный элемент RTD. При комнатной температуре его сопротивление идентично другим резисторам. При изменении температуры оно меняется, и мост выходит из равновесия.

В этом случае через R5 начинает проходить ток. Если мы поменяем его на вольтметр, тогда по его показаниям можно судить, насколько изменилось сопротивление RTD. По этому изменению можно определить значение температуры. Данная схема широко применяется, поскольку она проста в реализации и обеспечивает хорошую точность. Компоненты моста скрыты в одном корпусе, а наружу выходит только чувствительный элемент RTD.

Техника безопасности

Схема подключения датчиков температуры.

Устройство разбирать нельзя, все работы необходимо проводить в резиновых перчатках, если оборудование повреждено, если на кабелях электропитания отсутствует изоляция или она повреждена, то установку осуществлять нельзя. Нужно помнить о том, что с электричеством шутки плохи, и если не соблюдать технику безопасности, все может закончиться очень плохо.
Такие приборы могут осуществлять помехи, они отрицательным образом могут сказаться на работе других устройств, которые находятся поблизости. Это нужно учитывать, поэтому все аппараты, которые работают на электричестве, во время проведения работ должны быть отключены.
Если возникли какие-то сложности, необходимо, чтобы все работы осуществляли квалифицированные специалисты. Используя приведенные выше инструкции, все можно сделать самостоятельно, однако если возникли проблемы, то лучше не рисковать и доверить их устранение специалистам.
После завершения всех работ нужно убедиться в том, что прибор прочно закреплен в определенном месте. Этот фактор является очень важным, забывать об этом не стоит.
При осуществлении таких работ нужно не забывать о том, что оборудование обладает крайней чувствительностью к воде и к влажности.
Любые работы, связанные с электричеством, категорически запрещены во время грозы.

Когда устройство надлежащим образом подключено, необходимо время от времени осуществлять проверку того, насколько качественно оно функционирует. Таким образом, ничего сложного в процессе нет, и если все делать согласно инструкции, это займет небольшое количество времени, а качество работы будет отличным.

Применение

Стоит понимать, что каждый из типов датчиков создан для использования в специальных условиях. Практически во всех сферах производства и жизни требуется знать температуру. Так применять термисторы необходимо для получения абсолютных показателей, для сбора показателей в помещениях – шумовые, для получения максимально точных данных – цифровые и так далее.

Мир датчиков температур охватывает все сферы жизни, где требуется измерение показателей. Это может быть помещение, жидкость или предмет с совершенно различными нюансами. В одних помещениях высокая влажность, в другие нельзя попадать. Аналогичные параллели можно проводить с жидкостями и объектами

При выборе подходящего термометра необходимо обращать внимание на нюансы условий измерения

Типовые конструкции платиновых термосопротивлений

Наиболее распространение получило исполнение ЧЭ в ПТС, называемое «свободной от напряжения спиралью», у зарубежных изготовителей оно проходит под термином «Strain free». Упрощенный вариант такой конструкции представлен ниже.

Конструктивное исполнение «Strain free»

Обозначения:

А – Выводы термоэлектрического элемента.
В – Защитный корпус.
С – Спираль из платиновой проволоки.
D – Мелкодисперсный наполнитель.
E – Глазурь, герметизирующая ЧЭ.

Как видно из рисунка, четыре спирали из платиновой проволоки, размещают в специальных каналах, которые потом заполняются мелкодисперсным наполнителем. В роли последнего выступает очищенный от примесей оксид алюминия (Al₂O₃). Наполнитель обеспечивает изоляцию между витками проволоки, а также играет роль амортизатора при вибрациях или когда происходит ее расширение, вследствие нагрева. Для герметизации отверстий в защитном корпусе применяется специальная глазурь.

На практике встречается много вариаций типового исполнения, различия могут быть в дизайне, герметизирующем материале и размерах основных компонентов.

Исполнение Hollow Annulus.

Данный вид конструкции относительно новый, она разрабатывалась для использования в атомной индустрии, а также на объектах особой важности. В других сферах датчики данного типа практически не применяются, основная причина этого высокая стоимость изделий

Отличительные особенности высокая надежность и стабильные характеристики. Приведем пример такой конструкции.

Пример исполнения «Hollow Annulus»

Обозначения:

А – Выводы с ЧЭ.
В – Изоляция выводов ЧЭ.
С – Изолирующий мелкодисперсный наполнитель.
D – Защитный корпус датчика.
E – Проволока из платины.
F – Металлическая трубка.

ЧЭ данной конструкции представляет собой металлическую трубку (полый цилиндр), покрытый слоем изоляции, сверху которой наматывается платиновая проволока. В качестве материала цилиндра используется сплав с температурным коэффициентом близким к платине. Изоляционное покрытие (Al₂O₃) наносится горячим напылением. Собранный ЧЭ помещается с защитный корпус, после чего его герметизируют.

Для данной конструкции характерна низкая инерционность, она может быть в диапазоне от 350,0 миллисекунд до 11,0 секунд, в зависимости от того используется погружаемый или монтированный ЧЭ.

Пленочное исполнение (Thin film).

Основное отличие от предыдущих видов заключается в том, что платина тонким слоем (толщиной в несколько микрон) напыляется на керамическое или пластиковое основание. На напыление наносится стеклянное, эпоксидное или пластиковое защитное покрытие.

Миниатюрный пленочный датчик

Это наиболее распространенный тип конструкции, основные достоинства которой заключаются в невысокой стоимости и небольших габаритах. Помимо этого пленочные датчики обладают низкой инерционностью и относительно высоким внутренним сопротивлением. Последнее практически полностью нивелирует воздействие сопротивления выводов на показания прибора (таблицы термосопротивлений можно найти в сети).

Что касается стабильности, то она уступает проволочным датчикам, но следует учитывать, что пленочная технология усовершенствуется год от года, и прогресс довольно ощутим.

Стеклянная изоляция спирали.

В некоторых дорогих ТС платиновую проволоку покрывают стеклянной изоляцией. Такое исполнение обеспечивает полную герметизацию ЧЭ и увеличивает влагостойкость, но сужает диапазон измеряемой температуры.

Технические характеристики

Метрологические характеристики ТС приведены в таблице 1.

Таблица 1
Наименование характеристик	Значение характеристик
Диапазоны измерений температуры для ТС без ИП, оС	Представлены в таблице 2
Условное обозначение номинальной статической характеристики (НСХ) преобразования по ГОСТ 6651-20091)	50М, 100М, 50П, 100П, Pt100, Pt500, Pt1000
Класс допуска ТС без ИП по ГОСТ 6651 для НСХ1): -50М, 100М, -50П, 100П, Pt100, Pt500, Pt1000	А, В, С АА, А, В, С
Пределы допускаемого отклонения сопротивления ТС без ИП от НСХ в температурном эквиваленте (допуск) по ГОСТ 6651-2009, оС	Представлены в таблице 2
Диапазоны измерений температуры, для ТС с ИП, оС3)	от +10 до +100 включительно свыше +100 до +856 включительно
Пределы допускаемой основной погрешности ТС с ИП, , оС1): – для диапазона от +10 до +100 включительно; – для диапазона свыше +100 до +856 включительно;	±0,1; ±0,25; ±0,5; ±1,0 ±0,001-At2); ±0,0025-At; ±0,005-At; ±0,01-At
Пределы допускаемой дополнительной абсолютной погрешности измерений ТС с ИП, вызванный влиянием изменения температуры окружающей среды от нормальной 1 оо^л 1) на каждый 1 С , С : – для диапазона от +10 до +100 включительно; – для диапазона свыше +100 до + 856 включительно;	±0,05; ±0,1 ±0,00005-At; ±0,0001-At
Напряжение питания ИП от источника постоянного тока, В	от 8 до 36
Максимальный измерительный ток, мА для ЧЭ с номинальным сопротивлением 50 и 100 Ом для ЧЭ с номинальным сопротивлением 500 Ом	1 0,2
Электрическое сопротивление изоляции при температуре от +15 до +35 оС и относительной влажности воздуха от 30 до 80%, МОм (при 100 В), не менее	100
Маркировка взрывозащиты по ГОСТ 30852.0-2002	0Ех1а11СТ1.. T6(Ga)X, 1ExdIICT1…T6(Gb)X,
Габаритные размеры, не более, мм: Длина монтажной части Диаметр монтажной части измерительной вставки Габаритные размеры коммутационного устройства, ширина х высота	от 10 до 30 000 от 2 до 50 300х500
Масса, кг, не более	15

Наименование характеристик	Значение характеристик
Нормальные условия: о/~’ -температура окружающего воздуха, С -относительная влажность воздуха, %, не более	20±5 80
Рабочие условия для ТС без ИП: -Общепромышленного и взрывозащищенного (Т4) исполнений -Взрывозащищенного (Т5… Т6) исполнения с ИП: Общепромышленного и взрывозащищенного (Т4) исполнений Взрывозащищенного (Т5… Т6) исполнения	От -60 до +120 От -60 до +85 От -60 до +85 От -55 до +60
Минимальная глубина погружения, мм, не менее	10
Время термической реакции измерительной вставки, с, не более	30 1)
Устойчивость к воздействию синусоидальной вибрации по ГОСТ Р 52931-2008	группа V3, F3, G1 1)
Сейсмостойкость по MSK-64, балл	9
Диапазон температур при транспортировании, °С	от -50 до +50
Максимальная влажность окружающего воздуха в транспортной таре при температуре +35 °С, %	95
Степень защиты от влаги и пыли по ГОСТ 14254 -151)	IP40, IP54, IP66, IP68
Средний срок службы, лет1)	2,4,6,10
Примечания : 1) – Конкретное значение устанавливается в зависимости от модификации и указано в паспорте на ТС; 2) At = tmax-tmin, где tmax и tmin – верхний и нижний предел диапазона измерений (указано в паспорте и приводится на шильдике); 3) В таблице указаны предельные значения, конкретный диапазон измерений устанавливается в зависимости от модификации и наличия ИП указан в паспорте и приводится на шильдике ТС.

Метрологические характеристики ТС без ИП приведены в таблице 2

Таблица 2

Класс допуска	Допуск, °С	Диапазон измерений*, °С
Платиновый ТС	Медный ТС
Проволочный ЧЭ	Пленочный ЧЭ
АА	±(0,1+0,00171)	От -50 до +250	От 0 до +150	–
А	±(0,15+0,0021)	От -100 до +450	От -30 до +300	От -50 до +120
В	±(0,3+0,005 t)	От -196 до +660	От -50 до +500	От -50 до +200
С	±(0,6+0,011)	От -50 до +600	От -180 до +200
Примечание – * – в таблице указаны предельные значения, конкретный диапазон измерений в зависимости от модификации указывается в паспорте и на шильдике ТС.

SMD и встроенные терморезисторы

Существует также еще два вида терморезисторов, которым стоит уделить внимание:

SMD — детали с особым типом монтажа (для внешнего крепления). Внешне они не сильно отличаются от конденсаторов SMD, изготовленных из керамики. Габариты соответствуют стандартному ряду — 1206, 0805, 0603 и т. д. По виду отличить такие изделия от терморезисторов SMD почти невозможно.
Встроенные. Применяются в паяльных станциях (для контроля температуры жала), в том числе термовоздушного типа.

В дополнение стоит сказать, что в электронике вместе с терморезисторами используются термореле и термические предохранители, которые работают на похожем принципе и также устанавливаются в электронных приборах.

Список источников