Термометр сопротивления Pt100

Pt100 — характеристика, а не готовый канал

Pt100 обозначает платиновый термометр сопротивления с номинальным сопротивлением 100 Ом при 0 °C. Его измерительная электроника пропускает ток, измеряет напряжение и получает сопротивление. Затем характеристика сопротивления преобразуется в температуру. Чувствительный элемент, внутренняя проводка зонда, внешний кабель и вход прибора образуют разные составляющие канала. Класс элемента не описывает автоматически точность показаний всего комплекта.

Для распространённой промышленной характеристики с номинальным α около 0,00385 °C⁻¹ используют уравнение Каллендара — Ван Дюзена. При t≥0 °C: R(t)=R₀(1+At+Bt²). При t<0 °C добавляется член C(t−100)t³. Здесь R₀=100 Ом, A=3,9083×10⁻³ °C⁻¹, B=−5,775×10⁻⁷ °C⁻² и C=−4,183×10⁻¹² °C⁻⁴. Отрицательная ветвь требует своего выражения; продолжение одной квадратичной функции ниже нуля изменяет результат.

Линейная оценка и полный пересчёт

При t=100 °C номинальное сопротивление по положительной ветви составляет 138,5055 Ом. При t=−50 °C полная отрицательная ветвь даёт 80,30628 Ом. Линейное приближение R≈R₀(1+αt) удобно для оценки масштаба, но α является средней относительной крутизной между 0 и 100 °C, а не постоянной местной производной во всём диапазоне. Поэтому им нельзя подменять расчёт температурной ошибки там, где требуется точный результат.

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →

Условный пример ошибки кабеля

Пусть элемент действительно находится при 100 °C, а две жилы имеют сопротивления по 1 Ом каждая. Двухпроводный вход увидит 138,5055+1+1=140,5055 Ом. Решение положительной ветви для этого сопротивления даёт примерно 105,277 °C: добавочная ошибка около +5,277 °C. Местная крутизна при 100 °C равна R₀(A+2Bt)=0,37928 Ом/°C; оценка 2/0,37928=5,273 °C близка, но немного отличается из-за кривизны характеристики.

В идеализированной трёхпроводной схеме компенсации остаток сопротивления можно связать с разностью компенсируемых жил. Если эта разность составляет 0,1 Ом, оценка температурного вклада около 100 °C равна 0,1/0,37928=0,264 °C. Реальная схема входа может иметь дополнительные особенности; указанное число не является универсальной погрешностью любого трёхпроводного прибора.

Тепловые и электрические ограничения

Измерительный ток вызывает самонагрев P=I²R. Повышать ток ради большего напряжения нельзя без оценки теплоотдачи чувствительного элемента. Например, один и тот же зонд в неподвижном воздухе и в движущейся жидкости имеет разный отвод тепла. Допустимый ток и коэффициент самонагрева берут из документации конкретной конструкции, а не только из обозначения Pt100.

Защитная гильза, глубина установки и контакт с поверхностью влияют на отклик и разность температур элемента и объекта. Четырёхпроводное подключение уменьшает электрический вклад кабеля, но не исправляет отвод тепла по корпусу или недостаточное погружение. Для переменных режимов оценивают время установления вместе с фильтрацией входа.

Номинальные коэффициенты описывают стандартную характеристику. Индивидуальная калибровка может установить собственные коэффициенты и неопределённость на заданном интервале. Такие данные применимы к конкретному элементу и согласованному каналу. Прежде чем менять коэффициенты в преобразователе, проверяют поддержку соответствующей характеристики и сохранение исходных настроек. При передаче зонда между каналами сохраняют его идентификацию, схему подключения и данные калибровки. Сопротивление изоляции и допустимый измерительный ток также относятся к условиям применения; они не выводятся из номинального сопротивления при нуле.

Первичные источники

• WIKA IN 00.29 — ветви CVD и номинальные коэффициенты
• WIKA, Pt100 in 2-, 3- or 4-wire connection — влияние сопротивления соединительных проводов
• WIKA, Frequently asked questions — применение и ограничения термометров сопротивления