Czujniki rezystancyjne.pdf

Czujniki Rezystancyjne

Czujniki rezystancyjne są to

przyrządy reagujące na zmianę

temperatury zmianą rezystancji

wbudowanego w nie rezystora.

wartości stałych w tych równaniach

są następujące:

Tolerancje błędów

Dopuszczalne tolerancje błędów dla

platynowych czujników

rezystancyjnych zostały dokładnie

opisane w normie PN-EN

60751:1997+A2. Norma ta

rozróżnia dwie klasy dokładności: A

i B.

Poniżej zostały podane wzory na

obliczanie dopuszczalnej odchyłki.

A = 3,9083 x 10 -3 o C -1

B = -5,775 x 10 -7 o C -2

C = -4,183 x 10 -12 o C -4

Zasada działania czujników

rezystancyjnych polega na

wykorzystaniu zjawiska zmiany

rezystancji

metali

wraz

Wg PN-EN 60751 przy

temperaturze 0 o C nominalna

wartość

rezystancji

wynosi

temperaturą.

Ze wzrostem temperatury wzrasta

amplituda drgań jąder atomów oraz

prawdopodobieństwo zderzeń

elektronów swobodnych i jonów, co

ze względu na hamowanie ruchu

elektronów

100.000Ω.

Dostępne są również czujniki

rezystancyjne o nominalnych

wartościach 500Ω (Pt500) oraz

1000Ω (Pt1000) przy temperaturze

0 o C. Charakteryzują się one

znacznie większą dokładnością

(większa rozdzielczość rezystancji

w stosunku do temperatury).

Klasa A: t = ± (0.15 + 0.002 x |t|)

Klasa B: t = ± (0.30 + 0.005 x |t|)

t = temperatura w o C

powoduje

wzrost

Tolerancja klasy A dotyczy

temperatur rzędu –200 do +600 o C.

Tolerancja klasy B dotyczy

temperatur rzędu –200 do +850 o C.

rezystancji.

Platynowe termorezystory

Platynowe termorezystory są

szeroko wykorzystywane w

przemyśle ze względu na wysoką

temperaturę topnienia, stałość

własności fizycznych, ciągłość

zależności rezystancji od

temperatury bez wystąpienia

histerezy.

Równania określające zależność

między temperaturą a rezystancją

są następujące:

- w zakresie od –200 o C do 0 o C

400

4,5

350

300

3,5

250

200

2,5

150

Klasa B

1,5

100

R t = R 0 [1+At+Bt 2 +C (t-100 o C)t 3 ]

- w zakresie od 0 o C do +850 o C

0,5

Klasa A

R t = R 0 (1+At+Bt 2 )

-200 0 200 400 600 800

Temperatura (st.C)

Dla platyny o jakości zwykle

stosowanej w przemysłowych

czujnikach

rezystancyjnych

Rys. 1. Charakterystyka Pt100

Rys. 2. Tolerancje

Tolerancja

Temperatura

[ o C ]

Klasa A

Klasa B

( ± o C )

( ± Ω )

( ± o C )

( ± Ω )

-200

0,55

0,24

1,3

0,56

-100

0,35

0,14

0,8

0,32

0,15

0,06

0,3

0,12

100

0,35

0,13

0,8

0,30

200

0,55

0,20

1,3

0,48

300

0,75

0,27

1,8

0,64

400

0,95

0,33

2,3

0,79

500

1,15

0,38

2,8

0,93

600

1,35

0,43

3,3

1,06

650

1,45

0,46

3,6

1,13

700

3,8

1,17

800

4,3

1,28

850

4,6

1,34

Tabela 1. Tolerancje dla czujników rezystancyjnych platynowych

Czujniki rezystancyjne z głowicą

przyłączeniową

Wykonania czujników z głowicami

przyłączeniowymi stanowią

konstrukcję modułową co oznacza,

że składają się z elementów, które

można dobierać w zależności od

potrzeb.

Czujniki te zbudowane są z wkładu

pomiarowego, rury ochronnej,

głowicy przyłączeniowej oraz kostki

ceramicznej

Głowice z podwyższoną pokrywką

(typ DANW) przeznaczone są do

montażu

przetwornika

pomiarowego.

Układy pomiarowe

Najczęściej stosowanymi w

praktyce układami czujnika

rezystancyjnego są układy

dwuprzewodowe, jednak przy

dłuższych połączeniach pomiędzy

czujnikiem a miernikiem powodują

błędy pomiarowe. Błędy te można

wyeliminować stosując układy

trójprzewodowe.

Głowicowe czujniki rezystancyjne

mają w głowicy trzy zaciski

podłączeniowe.

zamontowanej

wewnątrz głowicy.

Wkład pomiarowy składa się z

kostki ceramicznej oraz rurki

ochronnej o średnicy od 3 mm do 8

mm, wykonanej najczęściej z

materiału 1H18N9T (1.4541), w

której znajduje się termorezystor.

Wkład pomiarowy stanowi element

wymienny kompletnego czujnika, co

umożliwia znaczne zredukowanie

kosztów modernizacji aparatury

pomiarowej na obiekcie.

Sprężynujące mocowanie kostki

ceramicznej zapewnia idealny

docisk wkładu pomiarowego do dna

zewnętrznej rury ochronnej, krótki

czas reakcji, kompensację w

przypadku różnic wymiarów oraz

zmniejszenie drgań własnych przez

obustronne ustalenie w rurze

ochronnej.

Dostępne są wykonania pojedyncze

(1xPt100)

oraz

podwójne

(2xPt100).

Wszystkie wymiary dotyczące

wkładów

pomiarowych

są

wykonane zgodnie z DIN 43 762.

Głowice przyłączeniowe

Istnieje wiele wykonań głowic

przyłączeniowych czujnika, różnią

się one formą (A, B wg DIN 43

729), materiałem (aluminium,

żeliwo, plastik) oraz wymiarami.

Średnice otworów na rury ochronne

są następujące:

Forma A: 22, 24, 32 mm, M24x1.5

Forma B: 15 mm, gwint M20x1.5

lub M24x1.5

5 6

Legenda do rysunku:

1) – Przetwornik pomiarowy

2) – Głowica przyłączeniowa

3) – Wkład pomiarowy

4) – Element dystansowy

5) – Rura ochronna

6) – Osłona ciśnieniowa

Rys. 3. Schemat modułowy

czujników głowicowych

Wykonania przewodowych

czujników rezystancyjnych

Czujniki przewodowe używane są

do pomiaru temperatury części

maszyn, elementów konstrukcyj-

nych w przemyśle maszynowym,

obrabiarkowym, w energetyce oraz

w procesach przetwórstwa tworzyw

sztucznych i gumy.

Oprócz nieograniczonej ilości

specjalnych wykonań przewodo-

wych czujników rezystancyjnych,

istnieją standardowe wersje, które

zostały przedstawione w tym

katalogu.

Przewodowy czujnik rezystancyjny

stanowią: przewód połączeniowy

bezpośrednio połączony z

rezystorem oraz rurka ochronna, w

której znajduje się termorezystor.

Wewnętrzna przestrzeń pomiędzy

rezystorem a ścianką rurki

ochronnej wypełniona jest

specjalną masą silikonową, która

zapewnia bardzo dobry transfer

ciepła oraz wysoką odporność na

wibracje. Maksymalna temperatura

pracy krótkiego czujnika

ograniczana jest poprzez rodzaj

materiału

Przewód

przyłączeniowy

Czujniki rezystancyjne do

pomiaru temperatury otoczenia

zbudowane są z estetycznej,

plastykowej obudowy o stopniu

ochrony IP 65 oraz końcówki

pomiarowej (rurki ochronnej), w

której znajduje się rezystor

platynowy.

Istnieje możliwość montażu

przetwornika pomiarowego

wewnątrz obudowy plastikowej.

Podłączenie przewodu

przyłączeniowego odbywa się

poprzez dławik PG9.

Temperatura pracy czujników

wynosi od –30 o C do +85 o C.

Uchwyt

wspawany

Rurka

ochronna

izolacji

przewodu

Rezystor

przyłączeniowego.

Materiał

t max / o C

Rys. 4. Budowa czujnika

rezystancyjnego przewodowego

PVC

Silikon

180

Czujniki rezystancyjne do

pomiaru temperatury powierz-

chni płaskich i owalnych

charakteryzują się łatwością

instalacji oraz małą masą.

Czujniki do powierzchni owalnych

składają się z opaski zaciskowej,

której średnicę można dowolnie

regulować i dopasowywać do

średnicy, np. rurociągu.

Teflon PTFE

260

Podstawowe właściwości techni-

czne dla większości czujników:

- średnica: 2-12 mm

- materiał rurki ochronnej: stal

nierdzewna, kwasoodporna,

mosiądz lub inny

- połączenie: 2, 3, 4-przew.

- uchwyt: zaciskowy,

gwintowany zaciskowy lub

wspawany.

Rys. 6. Czujnik rezystancyjny do

pomiaru temperatury otoczenia

Rys. 5. Czujniki rezystancyjne do

pomiaru temperatury powierzchni

Połączenie czujników

rezystancyjnych

W czujniku rezystancyjnym

rezystancja elektryczna zmienia się

z temperaturą. W celu określenia

sygnału wyjściowego prąd o stałej

wartości przepuszczany jest przez

rezystor oraz mierzony jest spadek

napięcia. Dla tego spadku napięcia

prawo Ohma stwierdza:

połączenie

2-przewodowe

Jeśli rezystancja wejściowa

elektroniki jest wielokrotnie większa

niż rezystancja doprowadzeń, ta

ostatnia może być pominięta.

Spadek napięcia określany tą drogą

jest niezależny od właściwości

przewodów łączących.

W przypadku układu 3-

przewodowego jak i 4-

przewodowego należy pamiętać, że

obwód nie zawsze jest takim

właśnie aż do samego elementu

czujnikowego. Połączenie między

czujnikiem i głowicą zacisków w

oprawie, tzw. połączenie

wewnętrzne, często jest

wykonywane jako układ 2-

przewodowy. Daje to w efekcie

podobne problemy jak te,

dyskutowane dla układu 2-

przewodowego, jakkolwiek w

znacznie mniejszym stopniu.

Łączna rezystancja, składająca się

z sumy połączenia wewnętrznego i

czujnika, jest definiowana przez

DIN 16160 jako oporność

rezystora .

połączenie

3-przewodowe

V = R x I

Prąd pomiarowy powinien być tak

mały jak to możliwe w celu

uniknięcia nagrzewania się

rezystora. Można przyjąć, że prąd

pomiarowy o wartości 1 mA nie

wnosi istotnych błędów. Prąd ten

daje spadek napięcia 0,1 V w Pt100

przy 0ºC. Ten sygnał, przy

minimalnych zmianach, musi być

teraz przekazany do punktu

wskazującego lub analizującego

przewodami łączącymi.

Do tego celu stosowane są trzy

różne typy układu połączeń.

połączenie

4-przewodowe

V = ścieżka napięciowa

I = ścieżka prądowa

Rys. 7. Schemat połączeń czujników

rezystancyjnych

Układ 3-przewodowy

Wpływy rezystancji doprowadzeń

oraz ich fluktuacji wraz z

temperaturą są redukowane do

minimum w układzie 3-

przewodowym. W takim układzie

dodatkowa końcówka jest

doprowadzana do kontaktu z

czujnikiem rezystancyjnym. Daje to

efekt w postaci dwóch obwodów

pomiarowych, z których jeden jest

używany jako odniesienie.

Układ 3-przewodowy umożliwia

kompensację zarówno wartości, jak

i zależności temperaturowej

rezystancji doprowadzeń. Ale

wymaga się, by wszystkie trzy żyły

miały identyczne właściwości i były

w tej samej temperaturze. W

większości przypadków jest to

spełnione z wystarczającym

stopniem dokładności, tak więc

układ 3-przewodowy jest obecnie

jednym z najczęściej stosowanych.

Nie jest wymagana kompensacja

doprowadzeń.

Układ 2-przewodowy

Łączenie czujnika z elektroniką

przetwarzającą odbywa się za

pomocą kabla 2-przewodowego.

Tak jak każdy inny przewodnik

elektryczny kabel ten ma

rezystancję elektryczną połączoną

szeregowo z czujnikiem

temperatury. Tak więc dodawane

są dwie rezystancje, zaś wynikiem

jest systematycznie wyższe

wskazanie temperatury. Na

większych odległościach

rezystancja doprowadzeń może

wnosić wiele omów i wytwarzać

istotne przesunięcie wartości

pomiarowej. W celu uniknięcia tego

błędu,

jest

kompensowana elektrycznie.

Przyrząd jest przewidziany do tego,

by zawsze dawać rezystancję

doprowadzeń, przykładowo, 10 Ω .

Gdy przyłączony jest czujnik

rezystancyjny, rezystancja

kompensująca jest łączona z

jednym z przewodów pomiarowych,

zaś czujnik jest zastępowany

początkowo rezystorem 100,00 Ω .

Następnie zmienia się rezystancję

kompensującą aż do momentu, gdy

na przyrządzie pojawia się odczyt

0ºC.

Ze względu na to, że układ 2-

przewodowy wymaga relatywnie

dużego nakładu pracy oraz fakt, że

nie uwzględnia się temperatury

kabla pomiarowego, stosowanie

takiego układu staje się co raz

rzadsze.

Układ 4-przewodowy

Optymalną formą połączenia dla

czujników rezystancyjnych jest

układ 4-przewodowy. Wynik

pomiaru nie zależy ani od

rezystancji doprowadzeń, ani od ich

zmian temperaturowych. Nie

wymaga się kompensacji

doprowadzeń. Rezystor dostaje

prąd pomiarowy I poprzez zaciski

zasilania. Spadek napięcia V na

rezystorze jest pobierany przez

końcówki pomiarowe.

rezystancja

CHARAKTERYSTYKA TERMOMETRYCZNA REZYSTORÓW Pt100 wg PN-EN 60751+A2

Temperatura

[ o C ]

Rezystancja

[ Ω ]

Temperatura

[ o C ]

Rezystancja

[ Ω ]

Temperatura

[ o C ]

Rezystancja

[ Ω ]

Temperatura

[ o C ]

Rezystancja

[ Ω ]

-200

18,52

130,90

360

233,21

640

326,48

-190

22,83

134,71

370

236,70

650

329,64

-180

27,10

100

138,51

380

240,18

660

332,79

-170

31,34

110

142,29

390

243,64

670

335,93

-160

35,54

120

146,07

400

247,09

680

339,06

-150

39,72

130

149,83

410

250,53

690

342,18

-140

43,88

140

153,58

420

253,96

700

345,28

-130

48,00

150

157,33

430

257,38

710

348,38

-120

52,11

160

161,05

440

260,78

720

351,46

-110

56,19

170

164,77

450

264,18

730

354,53

-100

60,26

180

168,48

460

267,56

740

357,59

-90

64,30

190

172,17

470

270,93

750

360,64

-80

68,33

200

175,86

480

274,29

760

363,67

-70

72,33

210

179,53

490

277,64

770

366,70

-60

76,33

220

183,19

500

280,98

780

369,71

-50

80,31

230

186,84

510

284,30

790

372,71

-40

84,27

240

190,47

520

287,62

800

375,70

-30

88,22

250

194,10

530

290,92

810

378,68

-20

92,16

260

197,71

540

294,21

820

381,65

-10

96,09

270

201,31

550

297,49

830

384,60

100,00

280

204,90

560

300,75

840

387,55

103,90

290

208,48

570

304,01

850

390,48

107,79

300

212,05

580

307,25

111,67

310

215,61

590

310,49

115,54

320

219,15

600

313,71

119,40

330

222,68

610

316,92

123,24

340

226,21

620

320,12

127,08

350

229,72

630

323,30

Pt500 = 5xPt100

Pt1000 = 10xPt100

UKŁADY POMIAROWE

Legenda do rysunku:

Cz = Czerwony

B = Biały

Z = Zielony

C = Czarny

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: