AD Blog

Tyto teploměry jsou určeny především pro přesné průmyslové měření teploty. V závislosti na způsobu použití mohou dosáhnout reprodukovatelné přesnosti měření až několik desetin °C.

Ve světě se prakticky používají dva druhy platiny (Pt) lišící se hodnotou teplotního koefcientu α a to:

• α = 0,00385055 od­povídající normě IEC 751 (ČSN IEC 750)
• α = 0,00392000 od­povídající normě JIS C 1604

První je rozšířený především v Evropě, druhý v Japonsku, Rusku a USA.

α=(R₁₀₀-R₀)/(100·R₀) [1]

Kde:

• R₁₀₀ odpor při 100 °C
• R₀ odpor při 0 °C

Aby to nebylo tak jednoduché, základní hodnoty odporu při 0°C mohou být 10, 100, 500, 1000 Ω v Rusku i 50, 47 Ω.

Teplotní závislost

je vyjádřena vztahem:

Pro teplotu –200°C až 0°C:

R_t=R₀(1+A·t+B·t²+(t-100)·C·t³) [2]

Pro teplotu 0°C až 840°C: R_t=R₀(1+A·t+B·t²) [3]

Kde:

• R_t je odpor teploměru při teplotě t
• R₀je odpor teploměru při teplotě 0 °C
• t je teplota ve °C

Koeficienty A, B, C v závislosti na α:

IEC 750 (ČSN IEC 751) α = 0,00385055

A[°C^-1]: 3.9083×10^-3

B[°C^-2]: –5.775×10^-7

C[°C^-3]: –4.183 50×10^-12

JIS C 1604 α = 0,00392000

A[°C^-1]: 3.978 69×10^-3

B[°C^-2]: –5.868 63×10^-7

C[°C^-3]: –4.166 96×10^-12

Ze vztahů [2] a [3] je zřejmé, že teplotní závislost není lineární ale v oblasti –200 až 0 °C odpovídá polynomu třetího řádu a v oblasti 0 až 840 °C polynomu druhého řádu.

Tyto rovnice [2] a [3] jsou v IEC 751 jako základ pro tabulky teplota/odpor a nejsou určeny ke kalibraci teploměrů.

V IEC 751 jsou hodnoty odporu tabelované po kroku 1°C. Neoficiální tabulka odpovídající IEC 751.

Níže je uveden obrázek s křivkami přesnosti ve třídě A a B.

nebo je lepší obrázek zde

• třída (class) B: ± 0,12%, 0,12Ω, 0,3°C na teplotě 0°C, výpočetní vztah: 0,3+0,005·|t| [4]
• třída (class) A: ± 0,06%, 0,06Ω, 0,15°C na teplotě 0°C, výpočetní vztah: 0,15+0,002·|t| [5], maximální hodnota teploty je omezena na 650°C

kde |t| je absolutní hodnota teploty

Základní zkoušky R_iz (izolačního odporu) podle IEC 751:

R_iz: >100MΩ mezi každou svorkou a pláštěm při zkušebním napětí 10–100V DC, okolní teplotě 15–35 °C a relativní vlhkosti do 80%. Polarita zkušebního proudu se musí měnit.

Při teplotách vyšších platí stejné podmínky až na velikost zkušebního napětí, které nepřesáhne 10V DC.

• 100–300 °C → R_iz > 10 MΩ
• 301–500 °C → R_iz > 2 MΩ
• 501–850 °C → R_iz > 0,5 MΩ

Další vlastnosti platinových odporových teploměrů:

• *Čas teplotní změny:

je čas potřebný k tomu, aby teploměr reagoval na skokovouu změnu teploty odpovídající stanovenému procentu ze skokové změny. Doporučená hodnota odezvy je pro 50% (τ_0,5). Hodnota 63,2% se nedoporučuje, neboť všechny teploměry vykazují do určité míry odchylky od odezvy prvního řádu. Zjišťovat τ_0,5 samotného teploměru má v praxi smysl pouze u teploměrů s jímkou a nebo bez jímky, u teploměrů do jímky je nutné odezvu měřit v sestavě s ochrannou jímkou.

• Samoohřev

Vlivem protékajícího proudu dochází k vzniku tepla, proto se musí odpor v ustáleném stavu měřit takovým proudem, aby výkon vzniklý v teploměru nebyl větší než 0,1 mW. Přírůstek teploty musý být < 0,3 °C. Pro Pt100 to znamená proud <10 mA. V praxi se používá měřící proud 1mA.

• Termolektrické napětí produkované teploměrem

termoelektrické napětí má být < 20 µV.

• Ohmický odpor vnitřních vodičů
• minimální použitelná hloubka ponoření
• kalibrační hloubka ponoření

Pokud je k měření použit střídavý proud (i pulsní) musí být k dispozici maximální hodnoty:

• kapacity teploměru
• kapacity vůči zemi
• indukčnosti

Vlastní teploměrová vložka může být buď:

• navinutá na keramickém tělísku
• napařená na keramické podložce

Zapojení vývodů teploměru

1. dvouvodičové 2. dvouvodičové s kompenzační smyčkou 3. třívodičové 4. čtyřvodičové

ad 1. tyto teploměry není možné uvádět ve třídě A.

Materiál vodičů:

• kanthal
• stříbro

Teploměry s individuální kalibrací

V rámci stanovené třídy A je možná, při teplotách vzdálenějších od 0 °C poměrně velká absolutní chyba, která může v případě náročných technologických požadavků být až nepřípustně veliká. Proto jsou snahy zpřesnit měření teploty pomocí platinových teploměrů. Jednou z cest je individuální kalibrace. V praxi to znamená takové nastavení vyhodnocovací jednotky (převodníku), aby její převodní charakteristika co nejlépe korespondovala s konkrétním teploměrem. Takový teploměr má přesně změřené hodnoty odporu v několika bodech teplotní stupnice. Tuto myšlenku rozvinuly pánové Callendar a Van Dusen a stanovili postup výpočtu CVD (Callendar Van Dusen) koeficientů:

Metoda spočívá ve stanovení odporu při teplotě:

• t₀ → R₀ (teplota tání ledu – 0°C)
• t₁₀₀ → R₁₀₀ (teplota varu vody – 100°C)
• t_h → R_h (vysoká teplota – teplota tání zinku – 419,53 °C)
• t_l → R_l (nízká teplota – teplota varu kyslíku – -182,96 °C)

Zvolené teploty jsou charakterizovány tím, že se jedná o teploty skupenských změn látek (vody, zinku a kyslíku), které jsou velmi přesně reprodukovatelné.

Výpočtem ze změřených hodnot pro konkrétní teploměr se určí koeficienty:

• α

α=(R₁₀₀-R₀)/(100·R₀) [6]

• δ

δ=( t_h( R_h- R₀)/(R₀·?))/(­(t_h/100)-1)·(t_h/100)) [7]

• β

β=(t_l-((R_l-R₀)/(R₀·?)+δ·­((t_l/100)-1)·(t_l/100)))/ ((t_l/100)-1)·(t_l/100)³) [8]

Závislost odporu na teplotě se vypočítá podle vztahu:

R_t=R₀+R₀·α·(t-δ·((t/100)-1)·(t/100)-β·((t/100)-1)·(t/100)³) [9] Koeficient β pro teploměry, které budou měřit teploty vyšší než 0 °C klademe β=0.

Koeficienty α, δ a β jsou pro každý individuálně kalibrovaný teploměr uvedeny na výrobním štítku teploměru.

Zajímavá je souvislost koeficientů A,B,C IEC 571 a α, δ a β. Když porovnáme vzorce [1] a [6], zjistíme, že jsou shodné, je proto možné si položit otázku jaké jsou CVD koeficienty v ideálním případě, že teploměr přesně odpovídá specifikaci IEC 751? Tady je odpověď:

• α=0,003850 → A=3.9083×10^-3
• δ=1,4999 → B=-5.775×10^-7
• β=0,10863 → C=-4.183 50×10^-12