Калибратор может быть использован в качестве как сухоблочного, так и жидкостного термостата. В калибраторе для охлаждения термостата до -100°С используется уникальная технология теплового насоса Стирлинга с газовым теплоносителем (FPSC). Внешний вид рабочего места представлен на рисунке 4.
Рисунок 4 - Внешний вид рабочего места
Термостат калибратора имеет две зоны с раздельным регулированием. Регулятор нижней зоны поддерживает заданное значение температуры, а верхней - "нулевую" разность температуры относительно нижней зоны. Такой метод обеспечивает высокую однородность температуры в рабочей зоне и низкую погрешность ее задания.
Калибратор снабжен схемой измерения сигнала внешнего эталонного термометра сопротивления. Такой термометр устанавливается рядом с поверяемым датчиком и подключается к специальному разъему калибратора. Это существенно упрощает калибровку методом сличения, который обладает значительно меньшей погрешностью.
Калибратор снабжен схемой DLC - динамической компенсации влияния потерь тепла через поверяемые датчики. Термометр DLC устанавливается рядом с поверяемым датчиком, измеряет перепад температуры в рабочей зоне вставной трубки и управляет регулятором верхней зоны термостата. Это обеспечивает высокую однородность распределения температуры в рабочей зоне до 60 мм от дна трубки вне зависимости от количества и/или диаметра вставленных датчиков.
Калибратор позволяет измерять сигналы поверяемых термопар и термометров сопротивления (мВ, Ом, В, мА) по ГОСТ, IEC и DIN.
Уникальные особенности:
Самая низкая граница отрицательной температуры -100°С;
Чрезвычайно высокая стабильность;
Высокая однородность температуры в рабочей зоне до 60 мм от дна вставной трубки;
Низкая погрешность;
Не имеющая аналогов схема динамической компенсации влияния загрузки термостата;
Быстрый нагрев, охлаждение;
Полная компенсация влияния бросков и нестабильности сетевого питания;
Встроенные средства измерения выходных сигналов различных датчиков температуры;
Встроенная схема измерения сигнала внешнего эталонного интеллектуального термометра сопротивления, в памяти которого сохранены коэффициенты индивидуальной калибровки;
Сохранение результатов калибровки/поверки во внутренней памяти калибратора;
Дружественный русифицированный интерфейс пользователя на основе меню;
Полная автоматизация поверки/калибровки датчиков температуры как в автономном режиме, так и при работе с ПК под управлением ПО, в том числе, поверка одновременно нескольких датчиков с использованием коммутаторов ASM-R.
Кроме обеспечения задания уставок по температуре калибратор автоматически реализует поверку/калибровку в ступенчатом режиме изменения температуры, а также (в исполнении В) калибровку термореле.
Русифицированное ПО позволяет:
Поверить в автоматическом режиме датчики температуры или загрузить в калибратор задания на поверку/калибровку и, после ее выполнения в автономном режиме, перенести результаты поверки в ПК.
Рекалибровать калибратор по температуре и электрическим сигналам.
ПО обеспечивает доступ к управлению всеми функциями калибраторов и, крометого, позволяет загрузить в калибратор множественные задания на калибровку и после их выполнения в автономном или автоматическом режимах перенести результаты в персональный компьютер для обработки и хранения.
С помощью ПО можно производить подстройку внутреннего («READ») термометра калибраторов, а также каналов измерений электрических величин, в том числе и канала внешнего («TRUE») термометра. Данное программное обеспечение позволяет загрузить в калибратор градуировочную характеристику для внешнего термопреобразователя сопротивления повышенной точности.
Структура ПО:
Поддержка поверяемых/калибруемых СИ температуры;
Конфигурирование схемы поверки/калибровки СИ температуры;
Планировщик поверки/калибровки СИ температуры;
Поверка/калибровка СИ температуры с помощью ПК.
Разъемы для подключения к компьютеру, а также для подключения внешних устройств представлены на рисунке 5.
Рисунок 5 - Цифровые разъёмы.
Nbsp; ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8 Измерение температуры с помощью термометров сопротивления и мостовых измерительных схем 1. Цель работы. 1.1. Ознакомление с принципом действия и техническим устройством термометров сопротивления. 1.2. Ознакомление с устройством и работой автоматических электронных мостов. 1.3. Изучение двух и трех проводной схемы подключения термометров сопротивления.
Общие сведения.
2.1. Устройство и работа термометров сопротивления.
Термометры сопротивления применяют для измерения температуры в пределах от -200 до +650 0 С.
Принцип действия металлических термометров сопротивления основан на свойстве проводников увеличивать электрическое сопротивление при нагревании. Теплочувствительный элемент термометра сопротивления представляет собой тонкую проволоку (медную или платиновую), спирально намотанную на каркас и заключенную в чехол.
Электрическое сопротивление проволоки при температуре 0 0 С строго определенное. Измеряя прибором сопротивление термометра сопротивления, можно точно определить его температуру. Чувствительность термометра сопротивления определяется температурным коэффициентом сопротивления материала, из которого сделан термометр, т.е. относительным изменением сопротивления теплочувствительного элемента термометра при нагревании его на 100 0 С. Так, например, сопротивление термометра, выполненного из платиновой проволоки, при изменении температуры на 1 0 С изменяется примерно на 36 процентов.
Термометры сопротивления, например, по сравнению манометрическими обладают рядом преимуществ: более высокой точностью измерения; возможностью передачи показаний на большие расстояния; возможностью централизации контроля путем присоединения нескольких термометров к одному измерительному прибору (через переключатель).
Недостаток термометров сопротивления - необходимость в постороннем источнике питания.
В качестве вторичных приборов в комплекте с термометром сопротивления применяются обычно автоматические электронные мосты. Для полупроводниковых термосопротивлений измерительными приборами обычно служат неуравновешенные мосты.
Для изготовления термометров сопротивления, как отмечалось выше, применяются чистые металлы (платина, медь) и полупроводники.
Платина наиболее полно отвечает основным требованиям, предъявляемым к материалу для термометров сопротивления. В окислительной среде она химически инертна даже при очень высоких температурах, но значительно хуже работает в восстановительной среде. В условиях восстановительной среды чувствительный элемент платинового термометра должен быть герметизирован.
Изменение сопротивления платины в пределах температур от 0 до +650 0 С описывается уравнением
R t =R o (1+at+bt 2),
где R t , R o -сопротивление термометра соответственно при 0 0 С и температуре t
a, b -постоянные коэффициенты, значения которых определяются при градуировке термометра по точкам кипения кислорода и воды.
К достоинствам меди, как материала для термометров сопротивления, следует отнести ее дешевизну, легкость получения в чистом виде, сравнительно высокий температурный коэффициент и линейную зависимость сопротивления от температуры:
R t =R o (1+at),
где R t , R o - сопротивление материала термометра, соответственно при 0 0 С и температуре t;
a - температурный коэффициент сопротивления (a =4,26*Е-3 1/град.)
К недостаткам медных термометров относится малое удельное сопротивление и легкая окисляемость при температуре выше 100 0 С. Полупроводниковые термосопротивления. Существенным преимуществом полупроводников является их большой температурный коэффициент сопротивления. Кроме того, вследствие малой проводимости полупроводников из них можно изготовить термометры малых размеров с большим начальным сопротивлением, что позволяет не учитывать сопротивление соединительных проводов и других элементов электрической схемы термометра. Отличительной особенностью полупроводниковых термометров сопротивления является отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Поэтому при повышении температуры сопротивление полупроводников уменьшается.
Для изготовления полупроводниковых термосопротивлений применяют окислы титана, магния, железа, марганца, кобальта, никеля, меди и др. или кристаллы некоторых металлов (например германия) с различными примесями. Для измерения температуры наиболее часто применяют термосопротивления типов ММТ-1, ММТ-4, ММТ-5, КМТ-1 и КМТ-4. Для всех термосопротивлений типов ММТ и КМТ в рабочих интервалах температур сопротивление меняется от температуры по экспоненциальному закону.
Серийно выпускаются платиновые термометры сопротивления (ТСП) для температур от -200 до +180 0 С и медные термометры сопротивления (ТСМ) для температур от-60 до +180 0 С. В этих пределах температур существует несколько стандартных шкал.
Все серийно выпускаемые платиновые термометры сопротивления имеют условные обозначения: 50П, 100П, что соответствует при 0 0 С 50 ом и 100 ом. Медные термометры сопротивления имеют обозначения 50М и 100М.
Как правило, измерение сопротивления термометров сопротивления производится с помощью мостовых измерительных схем (уравновешанные и неуравновешенные мосты).
2.2. Устройство и работа автоматических электронных равновесных мостов.
Автоматические электронные мосты - это приборы, работающие с различными датчиками, в которых измеряемый технологический параметр (температура, давление и т.п.) может быть преобразован в изменение сопротивления. Наиболее широко автоматические электронные мосты применяются в качестве вторичных приборов при работе с термометрами сопротивления.
Принципиальная схема уравновешенного моста приведена на рис.1. На рис.1-а показана схема уравновешенного моста при двухпроводном включении измеряемого сопротивления Rt, являющегося вместе с соединительными проводами плечом моста. Плечи R1 и R2 имеют постоянное сопротивление, а плечо R3 является реохордом (переменным сопротивлением). В диагональ ab включен источник питания схемы, а в диагональ сd-нуль-прибор 2.
Рис.1. Принципиальная схема уравновешенного моста.
а) двухпроводная схема подключения
б) трехпроводная схема подключения.
Шкала моста располагается вдоль реохорда, сопротивление которого при изменении Rt изменяют путем перемещения движка 1 до тех пор, пока стрелка нуль прибора 2 не установится на нулевую отметку. В этот момент ток в измерительной диагонали отсутствует. Движок 1 связан с указателем шкалы.
При равновесии моста имеет место равенство
R1*R3=R2*(Rt+2*Rпр)
Rt=(R1/R2)*R3-2*Rпр
Отношение сопротивлений R1/R2, а также сопротивление соединительных проводов Rпр для данного моста величины постоянные. Поэтому каждому значению Rt соответствует определенное сопротивление реохорда R3, шкала которого градуируется либо в Омах, либо в единицах неэлектрической величины, для измерения которой предназначена схема, например, в градусах Цельсия.
При наличии длинных проводов, соединяющих датчик с мостом по двухпроводной схеме, изменение сопротивления и в зависимости от температуры окружающей среды (воздуха) может внести значительные погрешности в измерение сопротивления Rt. Радикальное средство устранения указанной погрешности - замена двухпроводной схемы трехпроводной (рис.1-б).
В схеме уравновешенного моста изменение напряжения источника питания не влияет на результаты измерения.
В автоматических уравновешенных электронных мостах для уравновешивания схемы используется следующая схема. Принципиальная схема электронного моста типа КСМ изображена на рис.2. В основу работы электронного моста положен принцип измерения сопротивления методом равновесного моста.
Мостовая схема состоит из трех плеч с сопротивлениями R1,R2,R3, реохорда R и четвертого плеча, содержащего измеряемое сопротивление Rt. К точкам с и d подключен источник питания.
При определении значения сопротивления протекающие по плечам моста токи создают в точках a и b напряжение, фиксируемое нуль-индикатором 1, подключенным к этим точкам. Перемещая движок 2 реохорда R с помощью реверсивного двигателя 4, можно найти такое положение равновесия схемы, при котором напряжения в точках a и b будут равны. Следовательно, по положению движка 2 реохорда можно найти величину измеряемого сопротивления Rt.
В момент равновесия измеряемой схемы положение стрелки 3 определяет значение измеряемой температуры (сопротивление Rt). Регистрация измеряемой температуры приводится с помощью пера-5 на диаграмме 6.
Электронные мосты подразделяют по числу точек измерения и записи на одноточечные и многоточечные (3-,6-,12- и 24 точечные), с ленточной диаграммой и приборы с дисковой диаграммой. Электронные мосты выпускаются с классами точности 0,5 и 0,25.
Записывающее устройство многоточечного прибора состоит из печатающего барабана с нанесенными на его поверхности точками и цифрами.
Приборы питаются от сети переменного тока напряжением 127 и 220В, а измерительная цепь моста питается постоянным током напряжением 6,3 В от силового трансформаторного прибора. Приборы с питанием от сухого элемента применяются в тех случаях, когда датчик устанавливается в пожароопасных помещениях.
Калибровка датчиков температуры
Термопреобразователь сопротивления подключают к измерительному прибору с помощью медных (иногда алюминиевых) проводов, сечение, протяженность, а следовательно, и сопротивление которых определяется конкретными условиями измерения.
В зависимости от способа присоединения термопреобразователя сопротивления к измерительному прибору - по двухпроводной или трехпроводной схеме (рис.1. ,вариант "а" и "б"), сопротивление проводов входит целиком в одно плечо мостовой схемы прибора, либо делится поровну между ее плечами. В обоих случаях показания прибора определяются не только сопротивлением термопреобразователя сопротивления, но и соединительных проводов. Степень влияния соединительных проводов на показания прибора зависит от величины их сопротивления. Так, в каждых конкретных условиях измерения, т.е. при каждом конкретном значении этого сопротивления, показания одного и того же прибора, измеряющего одну и ту же температуру (когда термопреобразователь имеет одно и то же сопротивление) будет различными. Для устранения такой неопределенности измерительные приборы градуируют при каком-либо определенном стандартном сопротивлении соединительных проводов, которое обязательно указывается на их шкале записью, например R вн =5Ом. Если при эксплуатации прибора соединительная линия будет иметь такое же сопротивление, показания прибора будут правильными. Поэтому измерениям должна предшествовать операция подгонки соединительной линии, заключающаяся в доведении ее сопротивления до указанного градуировочного значения R вн.
Сопротивление соединительной линии даже при тщательной подгонке равно градуировочному значению только в том случае, когда температура окружающего воздуха не отличается от той, при которой велась подгонка. Изменение температуры линии приведет к изменению сопротивления медных (алюминиевых) проводов, нарушению правильности подгонки и в конечном счете, к появлению температурной погрешности показаний прибора. Эта погрешность особенно сказывается при 2-х проводной линии связи, когда температурное приращение сопротивления линии имеет место только в одном плече мостовой схемы. При 3-х проводной линии температурное приращение сопротивления линии получают два смежных плеча и состояние мостовой схемы изменяется меньше, чем в первом случае. В результате этого, величина температурной погрешности оказывается меньшей. Поэтому 3-х проводная линия оказывается более предпочтительной, несмотря на больший расход материала, применяемого для изготовления соединительных проводов.
Порядок выполнения работы.
4.1. Ознакомиться с принципом действия и конструкцией термометров сопротивления и электротехническими устройствами стенда. Собрать двухпроводную схему измерения в соответствии с рис. 3а.
4.2. Установить тумблер в положение 2-проводная схема, а переключатель в положение 0.
4.3. Установить мостом МС, имитирующим термометр сопротивления, сопротивление в Омах, соответствующие табличным данным (Таблица 1), снять показания температуры в 0 С по шкале МПР51 и провести расчет абсолютной и относительной погрешности измерений, указанных в таблице 1 температур.
Исследование 2- проводной схемы.
4.4. Установить тумблер в положение 2-х проводная схема подключения.
4.5. Установить переключатель сопротивления соединительных проводов в положение 1 (соответствует R пр =1,72 Ом).
4.6. Выполнить пункт 4.3 и результаты измерения занести в таблицу 1 по строкам 5-7, соответствующим 2-х проводной схеме подключения при R пр =1,72 Ом.
4.7. Установить переключатель сопротивления соединительных проводов в положение 2 (соответствует R пр =5 Ом).
4.8. Выполнить пункт 4.3 и результаты измерения занести в таблицу 1 по строкам 8-10 соответствующим 2-х проводной схеме подключения при R пр =5 Ом.
Исследование 3 - х проводной схемы.
4.9. Установить тумблер в положение 3-х проводной схемы подключения (рис3 б).
4.10.Выполнить пункты 4.5-4.8 и занести результаты в строки 11-16 таблицы 1 соответствующие сопротивлениям соединительных проводов R пр =1,72 Ом и R пр =5 Ом.
4.11. Дать анализ точности измерений при двухпроводной и трехпроводной схеме измерения.
4.12. В отчете привести выводы по протоколу испытаний (таблица 1).
Контрольные вопросы.
1. Назовите типы термометров сопротивления и принцип их действия.
2. Назовите достоинства и недостатки термометров сопротивления.
3. Приведите примеры использования термометров сопротивления в системах автоматического контроля и регулирования.
4. Каково назначение автоматических электронных равновесных мостов?
5. Принцип действия уравновешенных мостов.
Согласовано Утверждаю
Руководитель ГЦИ СИ Директор
Зам. Директора ФГУ ВЦСМ
__________ __________
Методика калибровки
датчиков температуры серии КДТ.
Разработал
Гл. технолог ООО«КОНТЭЛ»
Методика калибровки датчиков температуры
КДТ-50, КДТ-200 и КДТ-500.
1. Перед началом калибровки проверить соответствие расположенных на плате компонентов по сборочному чертежу: КДТ50.02.01СБ – для датчиков КДТ-50; КДТ200.02.01СБ – для датчиков КДТ-200; КДТ500.02.01СБ – для датчиков КДТ-500.
2.Калибровка электронного блока датчиков КДТ-50 и КДТ-200.
2.1.Подключить к плате источник питания и эквивалент термометра – сопротивления ТСМ-100 согласно рис.1.
DIV_ADBLOCK62">
2.3.Последовательность операций регулировки.
2.3.1.Установить на вольтметре режим «U=» и предел измерения, соответствующий значению «три знака после запятой».
2.3.2.Установить на эквиваленте ТСМ нижнее значение измеряемой температуры: для КДТ-50–«-500С», для КДТ-200 - «00С».
2.3.3.Подать напряжение питания.
2.3.4.Вращением подстроечного резистора RP1 установить значение выходного тока 4 mA (показания вольтметра 0,400).
2.3.5.Установить на эквиваленте ТСМ верхнее значение измеряемой температуры: для КДТ-50–«+500С», для КДТ-200 - «+2000С».
2.3.6.Вращением подстроечного резистора RP2 установить значение выходного тока 20 mA (показания вольтметра 20,00).
2.3.7.Повторять операции п. п.2.3.4 и 2.3.6 до установления выходного тока соответствующего диапазону
измеряемой температуры в пределах погрешности, не превышающей 0,25% .
2.3.8.Проверить линейность по промежуточным точкам.
2.3.9.Соответствие измеряемой температуры (эквивалентного значения сопротивления) и выходного тока приведены в Приложении 1.
3.Калибровка датчиков температуры КДТ-500.
3.1.Подключить к плате источник питания и эквивалент термометра – сопротивления Pt-100 согласно рис.2.
Полярность подключения источника питания значения не имеет.
-Эквивиалент Pt 100 - специальный магазин сопротивлений, имитирующий термометр-сопротивление типа Pt-100;
-V - Цифровой вольтметр типа В7-40;
-R н – катушка электрического сопротивления Р331;
-ИП – источник постоянного тока стабилизированный типа Б5-45.
3.2.Последовательность операций калибровки.
Ввиду отсутствия в изделии регулировочных элементов операция калибровки сводится к проверке работоспособности и линейности преобразования сопротивления в ток.
3.2.1. Установить на вольтметре режим «U=» и предел измерения, соответствующий значению «три знака после запятой».
3.2.2. Установить на эквиваленте Pt-100 нижнее значение измеряемой температуры: «00С».
3.2.3. Подать напряжение питания.
3.2.4.Показания вольтметра должны соответствовать 4 mA +/-0,25% (показания вольтметра 0,400).
3.3.5.Установить на эквиваленте Pt-100 верхнее значение измеряемой температуры: «+5000С».
3.3.6. Показания вольтметра должны соответствовать 20mA +/-0,25% (показания вольтметра 20,00).
3.3.7.Проверить линейность по промежуточным точкам.
3.3.9.Соответствие измеряемой температуры (эквивалентного значения сопротивления) и выходного тока приведены в Приложении 2.
Примечание. Схема датчика температуры КДТ-500 рассчитана на работу совместно с Pt-100 с W100=1.3910. Применение термометра-сопротивления с W100=1.3850 приводит к увеличению основной погрешности до 0,8% в середине диапазона.
4.После регулировки платы датчиков покрываются лаком. Рекомендуемое время сушки – 2 суток.
После сушки платы подлежат обязательной перепроверке с целью коррекции выходного тока. Во время этой операции достаточно проверить датчик на краях диапазона.
Исполнитель________
Приложение 1
Соответствие температуры, эквивалентного сопротивления и выходного тока датчиков температуры КДТ-50.
Соответствие температуры, эквивалентного сопротивления и выходного тока датчиков температуры КДТ-200.
При отсутствии эквивалента ТСМ-100 следует применить магазин сопротивлений МСР-63 или аналогичный.
Приложение 2
Соответствие температуры, эквивалентного сопротивления и выходного тока датчиков температуры КДТ-500.
(для W100=1.3850)
При отсутствии эквивалента Pt-100 следует применить магазин сопротивлений МСР-63 или аналогичный.
Теоретическая часть
Измерение температуры является наиболее массовым видом измерения. В повседневной практике используются миллионы термометров различных типов на различные диапазоны измерения температуры. Условно по диапазонам термометры можно разделить на следующие группы:
- Термометры для измерения комнатных температур. Сюда же можно отнести приборы для климатических измерений поскольку последние принципиально не отличаются от чисто комнатных термометров. Соответственно, диапазон измеряемых температур составляет от – 50 до – 40 о С до температуры кипения воды + 100 о С.
- Термометры для измерения низких (криогенных) температур. Такие приборы работают по особым принципам, включая эффекты сверхпроводимости. Реально криогенные температуры составляют от близких к нулю до температур, при которых замерзают ртуть и спирт. В этом случае климатические термометры становятся непригодными для измерений.
- Термометры для измерения высоких температур, реально работают в диапазоне от несколько сот градусов Цельсия до температуры плавления золота 1064,18 о С. Чаще всего для измерения таких температур используют термопары и термометры сопротивления.
- Термометры для измерения температур, при которых объекты становятся самосветящимися, т.е. излучают видимый человеческим глазом свет. Такие приборы называют пирометрами, что происходит от слова “пиро” – огонь. Их используют для измерения температур раскалённых объектов, пламени или плазмы. Глаз человека видит температурное излучение, начиная с температуры в 800 – 900 о С, когда излучение объектов видно как темно-вишневое.
- Для измерения температур в тысячи, десятки и сотни тысяч градусов используют специальные спектроскопические методы измерения температур, в которых последняя определяется по интенсивности спектральных линий атомов и ионов, из которых состоит объект. Такое состояние называется плазмой, а методы измерения температуры плазмы называются методами диагностики. Таким же способом определяют температуру небесных самосветящихся объектов – звёзд.
По реализации методов измерения температуры различают следующие методы, когда термометр приводится в непосредственный контакт с телом, температура которого измеряется, и неконтактные методы, когда источником информации о температуре объекта служит светимость, яркость или цвет объекта.
Контактные термометры для измерения комнатных и средних температур можно разделить на следующие типы:
- Волюметрические приборы, в которых информация о температуре, получается, по изменению объема термометрической жидкости или газа. Это наиболее распространённый тип термометра, хорошо знакомый каждому.
- Дилатометрические термометры, в которых температура измеряется по линейному расширению тел. Наиболее массовыми термометрами такого типа являются биметаллические пластины, представляющие собой две полоски из металлов с разными коэффициентами температурного расширения, соединёнными (спаянными) по всей длине (Рис.1).
Биметаллическая пластина – датчик температуры
Биметаллические датчики температуры очень удобны для автоматических регулирующих устройств и широко используются в различных терморегуляторах.
Термопары как датчики температуры. В этих термометрах о температуре судят по ЭДС, возникающей в цепи, состоящей из двух различных проводников, спаянных по концам. Если спаи поддерживать при разных температурах, в цепи (рис. 2) возникает ток, пропорциональный разности температур спаев.
Дифференциальная термопара.
Термосопротивления – датчики температуры в виде металлической проволоки, изменяющей электрическое сопротивление при изменении температуры. Зависимость сопротивления от температуры имеет вид:
где R T - сопротивление при температуре T 1 . R 0 – сопротивление при 0 0 C, a - температурный коэффициент положительный для металлов и отрицательный для графита.
Термометры для измерения низких температур, равно как пирометры и методы диагностики плазмы имеют целый ряд особенностей, сущность которых выходит за пределы поставленной конкретной задачи. Желающие могут ознакомиться с этим более подробно в специальной литературе.
Для понимания сущности поставленной в работе задачи следует подробно остановиться на точностных возможностях контактных термометров.
Наиболее точными из всех типов контактных термометров являются термопары сопротивления. Электрическое сопротивление некоторых металлов, например платины или родия очень стабильны во времени. Это даёт возможность отградуировать терморезистор с уверенностью, что его сопротивление при заданной температуре остаётся постоянным практически в течении всего срока службы термометра. Платиновые термометры сопротивления в измерительной и метрологической практике являются средством передачи размера единицы температуры от эталонов к рабочим средствам измерения, т.е. чаще всего используются как образцовые средства измерения.
Следующими по точности измерения температуры являются некоторые типы термопар. Например, термопара, изготовленная из платины (один из электродов) и сплав платины с 10% родия или с 15% родия (второй элемент термопары) имеет температурную зависимость ЭДС для различных экземпляров, воспроизводящуюся в 4 – 5 знаках. Такая точность гарантированна независимо от размеров термопары, от толщины электродов, от технологии изготовления проволоки и т.д.
Другие типы термопар, например, хромель – алюминий, хромель - …. медь – константан, железо константан и т.д. имеют большие абсолютные значения термо ЭДС, но нуждаются в индивидуальной калибровке, поскольку свойства таких термопар индивидуальны для каждого датчика.
Волюметрические термометры как правило позволяют измерять температуру с погрешностью 0,1 – 0,05 0 С, т.е. гарантируют точность в 1 – 2 знаках после запятой. По этой причине волюметрические приборы используются в большинстве своём в рутинных повседневных измерениях, когда указанная точность является достаточной. Это имеет место при измерениях температуры в помещениях, на улице, при контроле технологических процессов и т.д.
Дилатометрические термометры имеют погрешности измерений на уровне 1 – 2 0 С и по этой причине используются в измерениях, не требующих большой точности. Если речь идёт о регулировании температуры в морозильных камерах, в системах охлаждения двигателей, при нагревании воды и в других аналогичных задачах, то дилатометрические термометры оказываются наиболее предпочтительными ввиду их высокой механической прочности, долговечности, надёжности. Эти качества являются причиной того, что дилатометрические термометры или дилатометрические датчики установлены во многих системах автоматического регулирования температуры - в холодильниках, в автомобилях, в машинах и механизмах, когда требуется информация о температуре.
Завершая краткий обзор контактных методов измерения температуры, напомним основные метрологические категории в любом виде измерений. Начнём с определений:
- эталоном . исходным образцовым средством измерения, устанговкой высшей точности в зависимости от метрологического статуса называется средство измерения, позволяющее воспроизводить единицу физической величины и (или) измерять её с наивысшей возможной точностью
- образцовым средством измерения называют средство измерения, предназначенное для поверки рабочих средств измерения. Образцовым средством измерения может служить один из рабочих приборов с более точно в сравнении с последними определёнными метрологическими характеристиками.
- рабочие приборы – измерительные устройства, непосредственно используемые в измерительных процедурах
- меры – средства измерения, предназначенные для хранения и передачи размера физической величины. Меры используют для передачи размера единицы от эталонов к образцовым средствам измерений или от образцовых средств к рабочим.
Процесс передачи размера единицы может осуществляться с использованием образцовой меры или сравнением (компарированием) показаний рабочего прибора с показаниями образцового прибора. Калибровка и градуировка термометров может также осуществляться:
- По стандартным справочным данным, например об ЭДС термопар или табличных значений сопротивлений образцовых термометров.
- По реперным температурным точкам, т.е. по стандартным значениям температур фазовых переходов – кипения, отвердевания, плавления, чистых веществ. Всего в температурной шкале МПТШ – 90, действующей в системе СИ в настоящее время, содержится 27 значений температур в диапазоне от –259,346 0 С до 33,83 0 С. Среди этих значений 14 реперных точек считаются основными, т.е. имеют погрешность во 2 – 3 знаках после запятой. Остальные 13 реперных точек имеют погрешность в десятые доли градуса 0 С и выше.
Цель работы и описание измерительной установки
Целью данной работы являются ознакомление с метрологическими аспектами температурных измерений – с процедурой передачи размера единицы термодинамической температуры от образцового термометра к рабочему прибору. В качестве образцового средства измерения выбран платиновый термометр сопротивления, аттестованный с погрешностью 0,05 0 С. Рабочим средством измерения служит термосопротивление, предназначенное для использования в термометрах с погрешностью измерения 0,1 0 С. Методом передачи размера единицы служит компарирование – сравнение измерительного сигнала с платинового терморезистора с терморезистором из меди.
Другой целью работы является калибровка рабочего терморезистора и определения для него температурного коэффициента l в формуле 1.
В качестве исходной информации используется паспортное значение сопротивления платинового датчика температуры в диапазоне от –50 0 С до 200 0 С. Эти данные приведены в таблице 1 и изображены на графике на рис. 3.
Сопротивление платинового датчика температуры в диапазоне – 50 0 С - +200 0 С. Паспортные данные.
NTC (терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом) и PTC (терморезисторы с положительным температурным коэффициентом) являются термозависимыми резисторами. Чтобы измерить сопротивление, его включают последовательно с обычным резистором и измеряют падение напряжения на нем. Пример схемы подключения находится здесь.
Микросхема, выдающая 10мВ на каждый градус Кельвина. Доступна в различных исполнениях. Примеры схем подключения приведены в даташите; схема работы с компаратором (вместо "правильного" АЦП) находится здесь.
Точность 1 градус (при 25°C) даже без калибровки
в случае длинных соединительных проводов наводится слишком много пульсаций
Микросхема, подобная LM335, с той разницей, что ток, протекающий через микросхему, пропорционален температуре. С помощью "схемы" (два сопротивления) из даташита можно изменить ток таким образом, что на каждый градус Кельвина будет выдаваться 1 мВ. Так как преобразование тока/напряжения происходит на плате (и следовательно, вблици от АЦП) и измерение производится с помощью тока, то помехи из-за пульсаций в сети значительно меньше, чем в случае LM335
точность 1° (при 25°C) даже без калибровки
относительно низкая цена (Reichelt 0,90 EUR)
необходим АЦП
DS1621 - это температурный сенсор, объединенный с АЦП. Он передает результаты измерений по шине I2C. Схема электронного термометра с использованием этой микросхемы находится здесь.
Преимущества:
уже откалиброван
не нужен АЦП
так как I2C является шиной, с помощью всего двух портов ввода-вывода можно подключить и использовать несколько DS1621 и других I2C-микросхем
LM75 подобна DS1621, но доступна только в SMD-корпусе и имеет более низкую точность. Однако, его чаще можно увидеть на системных платах ПК, так что при разборке старой машины можно бесплатно получить термосенсор в свое распоряжение. Схема подключения находится здесь.
относительно дорогой (Reichelt 5,45 EUR)
SHT11 - это сенсор температуры и влажности от Sensirion .
Как определить тип датчика температуры SKS Sensors®?
Тип датчика температуры SKS Sensors® представлен набором символов - кодом. Код для каждого типа датчика указан в документации по продукции, см. информацию по отдельным типам от 1 до 22 в разделе Продукция > Датчики температуры .
Создайте свой код продукта SKS Sensors ® с инструментом подбора продукции
Вы можете создать пошагово правильный код продукта для вашего применения, выбирая последовательно свойства и указывая основные данные по размерам в соответствующие поля инструмента подбора продукции.
Если вам требуется помощь в переводе старого типа датчика на новый, просим обращаться к вашему дилеру датчиков SKS Sensors ® .
Приложение №4: Калибровка датчика температуры.
При выпуске из производства встроенный в амперометрический сенсор датчик температуры калибруется по методике, алгоритм выполнения которой записан в служебном меню анализатора. Прибегать к калибровке датчика температуры следует только при замене сенсора на новый. В этом случае подключите новый сенсор к измерительному устройству и включите анализатор. Для проведения калибровки датчика температуры Вам необходимо собрать установку показанную на рисунке. С помощью этой установки необходимо обеспечить три отметки шкалы температуры в диапазоне 5 -50 о С. Если в вашей лаборатории нет термостата, можно три отметки шкалы температуры обеспечить более простым способом. Для этого Вам необходим термос, стакан с дистиллированной водой комнатной температуры и пластиковый стакан со льдом. В термос налейте дистиллированную воду подогретую до 50 +5 о С. В стакане со льдом выполните отверстие диаметром 10 мм. Для увеличения диаметра этого отверстия до 16 мм залейте в него теплой воды. Через 5-10 минут вода в лунке будет иметь температуру таяния льда ~ 0 о С.
Для проведения калибровки датчика температуры необходимо перейти в служебное меню калибровок. Для этого войдите в меню Калибровок и, удерживая клавишу «ВНИЗ», нажать клавишу «ВВОД». В появившемся служебном меню, выберите опцию «ТЕМПЕРАТУРЫ», нажмите «ВВОД». 
В открывшемся окне выберите опцию «Нижней точки» и нажмите «ВВОД».
Погрузите сенсор и образцовый термометр в термостатируемый стакан с температурой нижней отметки шкалы: 5+1 о С или в лунку в стакане со льдом. 
В открывшемся окне введите температуру нижней точки с помощью клавиш перемещения курсора и нажмите «ВВОД».
После сообщения об успешной калибровке нижней точки на экране вновь появится меню калибровки датчика температуры. Выберите опцию «Верхней точки» и нажмите «ВВОД».
Погрузите сенсор и образцовый термометр в термостатируемый стакан или термос с температурой верхней отметки шкалы и, дождавшись установления показаний термометра, нажмите «ВВОД». 
Считайте показание образцового термометра и с помощью клавиш перемещения курсора введите это значение.
сообщения об успешной калибровке верхней точки на экране вновь появится меню калибровки датчика температуры. Выберите опцию «Поправка Т» и нажмите «ВВОД».
Выполните инструкцию показанную на дисплее анализатора и нажмите «ВВОД».
Дождитесь установления показаний термометра и нажмите «ВВОД». 
Считайте показание температуры с образцового термометра и введите это значение с клавиатуры. Нажмите «ВВОД».
