Меняются значения резистивного датчика

Основы измерения температуры | Система точных измерений AHLBORN ALMEMO®

Выбор подходящего датчика температуры зависит от Вашей измерительной задачи. На выбор представлены термопары, резистивные датчики (Pt100 и NTC) и пирометры (инфракрасные датчики).

Эмпирические правила:

• Термопары работают очень быстро и имеют широкий диапазон измерений.
• Резистивные датчики более точные, но работают медленнее.
• NTC датчики работают быстро и точно, но имеют ограниченный диапазон измерений.
• Инфракрасные датчики не соприкасаются с измеряемым объектом и имеют очень небольшие постоянные времени, однако зависят от коэффициента излучения.
• Чем шире диапазон измерений датчика, тем более универсальным он является.

Критерии выбора датчика:

• Диапазон измерений
• Точность
• Время отклика
• Стабильность
• Тип конструкции

Термопары

Термопара состоит из двух спаянных в одной точке проводников, изготовленных из разнородных металлов или сплавов. Термоэлектрический эффект в точке спая проводников используется для измерения температуры. В точке спая возникает относительно небольшое термоэлектрическое напряжение, которое зависит от разницы температуры между измерительной точкой и соединительными клеммами.

Точность, Рабочая температура:

Базисные значения для термоэлектрических напряжений и для допустимых отклонений термопар указаны в стандарте DIN/IEC 584. Термопары Ahlborn® доступны с двумя классами точности, согласно DIN/IEC 584-2. Для типа К действуют следующие ограничения (наивысшие значения):

Class 1: ±1.5 °C или (type K / N) ±0.004 x l t l (-40…1000°C)

Class 2: ±2.5 °C или(type K / N) ±0.0075 x l t l (-40…1200°C)

Наши термопары соответствуют, как правило, Классу 2 согласно DIN/IEC 584-2. Указанные значения Tmax относятся к наконечнику термопары (горячий спай). Указанное время T90 относится к измерениям в движущейся жидкости. Рукоятки датчиков и соединительные кабели стандартно устойчивы к температурам до +80 °C. По запросу, доступны кабели для высоких температур. В ассортименте термопары различных типов: в зависимости от температурного диапазона, чувствительности и с измеряемой средой. Наиболее распространены термопары NiCr-Ni (тип K).

Новинка: Соединительные кабели с термопроводкой (витой провод).
Отсутствие нежелательного влияния температуры в месте соединения измерительного элемента с кабелем.

Новая термопроводка позволяет избежать обычных погрешностей измерений, вызванных разницей температуры в месте соединения измерительного элемента с кабелем.
В настоящее время, компенсационные линии, соответствующие классу 2 по DIN 43722, используются только для некоторых типов датчиков и удлиняющих кабелей. Для Класса К диапазон рабочих температур компенсационной линии составляет 0…150 °C.

Резистивные датчики (датчики Pt100)

Принцип измерения температуры датчиком Pt100 основан на повышении сопротивления датчика с увеличением температуры. Измерительный резистор питается постоянным током, перепад напряжения на резисторе меняется в зависимости от температуры. При небольших изменениях сопротивления (0.3…0.4 WΩ/°C) необходимо использовать 4-жильный кабель и 4-х проводную схему подключения датчика (для исключения погрешности измерений, вызванных сопротивлением соединительного кабеля).

Точность, Рабочая температура:

Датчики Pt100 стандартно используются с измерительными резисторами Класса В (DIN/IEC 751). За дополнительную плату можно заказать датчик с повышенной точностью измерений DIN Класс А или 1/5 DIN Класс B. Указанное время Tmax относится к наконечнику датчика. Указанное время T90 относится к измерениям в движущейся жидкости. Рукоятки датчиков и соединительные кабели стандартно устойчивы к температурам до +80 °C. По запросу, доступны кабели для высоких температур.

Диапазоны измерений, разрешение

Pt100 датчики FP Axxx стандартно имеют измерительный диапазон Pt100-1 (разрешение 0.1K). Измерительный диапазон Pt100-2 (с разрешением 0.01K) может быть запрограммирован на 1-ом или, дополнительно, на 2-ом канале в интеллектуальном разъеме Almemo®.

Новинка: Измерительный диапазон Pt100-3 (разрешение 0.001K), диапазон рабочих температур 0…+65 °C (функция доступна только для измерительных приборов V6 и 2690-8, 2890-9, 85/8690-9, 5690-1/2)

Точность измерений резистивных датчиков

ОбозначениеДиапазонМакс. отклонение

Сопротивление	DIN Class B	DIN Class A	1/5 DIN Class B
Pt 100 Ω	при –200°C	±1.3 K
при –100°C	±0.8 K
при –50°C	±0.25 K*
при 0°C	±0.3 K	±0.15 K	±0.06 K
при +100°C	±0.8 K	±0.35 K	±0.16 K
при +200°C	±1.3 K	±0.55 K	±0.26 K
при + 300°C	±1,8 K	±0,75 K	±0,36 K
при + 400°C	±2,3 K
наценка за более высокую точность	Артикул №. OPG2	Артикул №. OPG5**

* диапазон -50 °C только для датчиков в оболочке, диаметром 2 мм и выше**по запросу, в зависимости от конструкции датчика

Источник: https://almemo.ru/articles/basics-of-temperature-measurement/

Меняются значения резистивного датчика

Уф. По поводу глючности датчиков серии DHT я уже писал, и активно агитировал переходить на более современные технологии и датчики серий SHT (Sensirion) или BME (Bosh). Дескать, они точнее, да и интерфейсы стандартные. Но в реальности все оказалось немного интереснее.

Сенсор SHT1x крупным планом. Хорошо видна щель в защитном кожухе сенсора.

Опытным путем я обнаружил, что по каким-то неведомым причинам влажность на моих датчиках SHT-1x определяется заведомо ниже, чем она должна быть. И определяется ниже на постоянной основе. Собственно, я и задался вопросом, почему влажность определяется с недобором и как, собственно, это можно исправить.

Сразу же хочу сделать оговорку. Сам производитель датчиков SHT1x не рекомендует их к использованию, так как уже доступны более точные датчики и с самыми современными интерфейсами. Но пока стоимость новых сенсоров слишком высока и следует ожидать, что еще долгое время будут популярны именно устаревшие версии.

Программный способ коррекции показаний

Начнем с того, что сенсор SHT1x «тупой», единственное, что он может делать, так измерить электрически характеристики, а потом слить их по весьма примитивному протоколу. Вся расшифровка и все коррекции производятся исключительно программным образом. Для экосреды Arduino пользователи часто используют популярную библиотеку от PracticalArduino. Библиотека быстрая и работает стабильно.

Вот только одна беда с ней. Последнее обновление было аж в прошлом десятилетии. А с тех пор Sensirion успела модернизировать свои датчики и в них поменялись показатели корректировок для трансформации. А что делать? Улучшился техпроцесс, поплыли показатели, все стало интереснее. Подробности о текущих показателях для корректировок можно посмотреть в актуальной на момент написания спецификации.

Что же делать? Либо использовать другую библиотеку, актуализированную для свежих ревизий датчиков, либо исправить библиотеку самостоятельно. Я предпочел второй путь, поскольку изменения хоть и вносятся в библиотеку, обновляемую с централизованного репозитория, но судя по всему автор не будет уже ее менять никогда.

Для внесения изменений редактируем файл SHT1x.cpp, заменяем соответствующие коэффициенты на новые из спецификации. Разобраться там не сложно, поскольку в библиотеке и в спецификации они называются идентично. Однако, проявите педантичность и проверьте весь код библиотеки, мест, где меняются коэффициенты несколько.

Одно из мест в файле библиотеке, где требуется изменить коэффициенты

Попутно следует обратить внимание на то, что сенсоры SHT1x дают несколько различающиеся показания температуры в зависимости от используемого напряжения питания. Если используется 5V то коэффициент один, если 3.3V то следует вбить другой коэффициент.

График значений генерируемых датчиком от влажности

После изменения файла библиотеки, подобным варварским способом, перекомпилируем свои скетчи и наслаждаемся уточненными показаниями датчиков. Впоследствии, тем не менее, не забываем отслеживать изменения в аппаратных версиях, спецификациях и возможных обновлениях библиотеки. Keep an eye on that! Constantly!

Аппаратный способ коррекции показаний

Казалось бы, поставить программную заплатку просто и больше никаких манипуляций проделывать не нужно. В реальности все оказалось не так как на самом деле. Помимо программной коррекции нужно подумать и об аппаратном обеспечении. Оно тоже может вносить серьезный вклад в точность показаний в отношении влажности.

Но для лучшего понимания темы, зайду издалека. В таких датчиках, как SHT1x или же BME280, в качестве чувствительного элемента, отвечающего за определение влажности, выступает конденсатор с полимером в качестве диэлектрического изолятора обкладок конденсатора. Полимер обладает свойствами принимать влажность из окружающего воздуха (абсорбировать) или же отдавать ее обратно в среду. Процесс происходит следующим образом. Если влажность в атмосфере вокруг датчика выше текущей насыщенности полимера влажностью, то он влагу забирает из воздуха, если нет, то отдает.

По мере того, сколько влаги содержит конденсатор, изменяется и его емкость. Тем самым появляется возможность измерять относительную влажность. Данный метод с одной стороны весьма точен, а с другой не требует большой энергии для проведения измерения. И этим он отличается от резистивного способа измерения, применяемого, например, в сенсорах DHT11 или DHT22. Кстати, резистивный способ, когда измеряется сопротивление определенного участка сенсора, отрабатывает в несколько раз быстрее, чем емкостной (около 8 секунд против 3–4).

График погрешности в показаниях влажности различных датчиков Sinsirion

Полимер, который используется в качестве диэлектрика чувствительного элемента, может абсорбировать из атмосферы не только водяной пар. Он весьма охотно впитывает еще и различные растворители: изопропиловый спирт, толуол, бутилацетат и другие. Мне удалось связаться с техническими специалистами Sensirion и я получил весьма подробный отчет о том, как деградируют датчики в случае работы в атмосфере с различными загрязняющими веществами. Если что, то сигаретный дым не ухудшает показания датчиков.

Сенсор BME280 крупным планом на плате. Сенсор микроскопический. Отверстие черного цвета — вентиляционное. Светлая точка — отметка терминала 1. Цифры 054 — номер лота массового производства чипов. Буква «U» обозначает сенсор BME280 (в таком же корпусе выпускается и BMP280). Буква «P» — признак изготовления датчика подрядчиком.

Помимо загрязненной растворителями атмосферы, на точность датчиков может повлиять способ их установки на печатную плату, то, как их отмывали от флюса, например. Равно как и способы хранения. У Sensirion разработана даже специальная инструкция по обращению и условиях хранения датчиков. Вкратце, хранить их следует в оригинальной упаковке, а сели требуется произвести пайки или другу обработку, то вентиляционное отверстие можно закрыть только каптоновой лентой.

Но что делать, если загрязнение уже произошло или же есть предположение, что датчик прибыл уже надышавшийся растворителей на заводе и показывает значения, мало коррелирующие с окружающей действительностью? На такой случай разработана специальная процедура, состоящая из двух этапов:

• Прожарка датчика.
• Регидрация датчика.

По процедуре Sensirion, на стадии прожарки, датчик нагревается до температуры свыше 100 градусов Целься, но не выше 105 градусов. В таких условиях, при влажности менее 5%, датчик следует продержать около 10 часов.

На этом этапе полимер диэлектрика очищается от воды и растворителей, так как температура гарантировано выше их точек кипения. На этапе регидрации необходимо продержать датчик при влажности около 75% и температуре в пределах 20–30 градусов Цельсия на протяжении 12 часов.

Bosh для своих датчиков BME рекомендует похожую процедуру, но предлагает ажно три варианта:

• Горячий: а) прожарка на 120 градусах, 2 часа, влажность

Источник: https://blog.kvv213.com/2017/03/uvelichivaem-tochnost-opredeleniya-vlazhnosti-datchikov-sht-1x-a-zaodno-i-vseh-ostal-ny-h/

Датчики температуры

   В этой статье мы обсудим различные типы датчиков температуры и возможность их использования в каждом конкретном случае. Температура — это физический параметр, который измеряется в градусах. Она является важнейшей частью любого измерительного процесса.

К областям требующим точных измерений температуры относится медицина, биологические исследования, электроника, исследования различных материалов, и тепловых характеристик электротехнической продукции.

Источник: https://rutd-ksk.com/menyayutsya-znacheniya-rezistivnogo-datchika/