Журнал "Новости Электроники", номер 1, 2007 год.

Новые платиновые датчики температуры

Александр Маргелов

Платиновые датчики Honeywell хорошо известны российским разработчикам. В данной статье речь пойдет о новой серии таких устройств. Благодаря низкой стоимости, высокой точности и отличной взаимозаменяемости они найдут широкое применение в новых разработках. Датчики соответствуют большинству международных стандартов.

Платина является прецизионным металлом с очень стабильной и близкой к линейной зависимостью сопротивления от температуры. Несмотря на несколько меньшую крутизну характеристики преобразования по сравнению c термосопротивлениями на основе других металлов (рис. 1), платиновые терморезистивные датчики (Platunum RTD - Resistance Temperature Detector) имеют множество преимуществ, среди которых:

Высокая линейность преобразования, стабильность, точность и повторяемость;
Химическая стабильность;
Биологическая инертность;
Способность выдерживать высокие температурные нагрузки;
Малые габариты;
Долговечность.

Рис. 1. Сравнительные характеристики преобразования термодатчиков различных типов

ПАРАМЕТРЫ ПЛАТИНОВЫХ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ

Важнейшим параметром термодатчика является его характеристика преобразования. На практике эта функция очень точно аппроксимируется уравнением Каллендара-Ван Дусена, где A, B и С - константы, полученные из величин сопротивления датчика при температурах 0°С, 100°С и 260°С.

R_T=R₀+(1+AT+BT²-100CT³+CT⁴)

Здесь:

R_T - функция сопротивления датчика (W) от температуры (°С);

R₀ - сопротивление датчика W при °С;

T - температура (°С).

Международными комитетами были установлены стандартные кривые для платиновых термосопротивлений (стандарт IEC751 один из них). Они определили средний коэффициент a, который определяет наклон передаточной функции R(T) в диапазоне от 0 до 100°С. Коэффициенты A, B и C являются производными от a, и других констант d и b, которые получены экспериментальным путем. В сводной таблице 1 приведены их значения. Эти константы связаны между собой следующими соотношениями:

Таблица 1. Константы к уравнению Каллендара-Ван Дусена

Параметр	Для датчиков с R₀=1000 Ом	Для датчиков с R₀=100 Ом
α, °С^-1	0,003750±0,00003	0,003850±0,0001
δ, °С	1,605±0,0009	1,4999±0,007
β*, °С	0,16	0,10863
A, °С^-1	3,81*10^-3	3,908*10^-3
B, °С^-2	-6,02*10^-7	-5,775*10^-7
C, °С^-4	-6,07*10^-12	-4,183*10^-12

СТАНДАРТЫ, РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИЕ ТОЧНОСТЬ И ОТКЛОНЕНИЕ

IEC751, наиболее часто используемый стандарт, регламентирующий точность для платиновых термодатчиков сопротивлением 100 Ом и a=0,003850, делит приборы на два класса точности - Class A (для датчиков, работающих в диапазоне -200...650°С) и Class B (для датчиков, работающих в диапазоне -200...850 °С). Эти классы (также известные как DIN A и DIN B согласно стандарту DIN 43760) определяют отклонения сопротивления датчиков в точке замерзания воды 0°С и точность измерения при конкретном значении температуры. Значения этих отклонений (таблица 2) также очень часто используются для других платиновых термодатчиков, у которых сопротивление в точке замерзания жидкости (100 Ом) выходит за пределы, регламентированные IEC 751 (например, 500 и 1000 Ом).

Таблица 2. Точность платиновых датчиков температуры согласно IEC 751

Параметр	IEC 751Class A	IEC 751 Class B
R₀, Ом	100±0,06%	100±0,12%
α	0,00385±0,000063	0,00385±0,000063
Диапазон температур, °C	-200...650	-200...850
Погрешность по сопротивлению, Ом	±(0,06+0,0008\|T\|-2E-7T²)	±(0,12+0,0019\|T\|-6E-7T²)
Погрешность по температуре, °C	±(0,3+0,002\|T\|)	±(0,3+0,005\|T\|)

Таблица 3. Сравнительные характеристики новых платиновых датчиков температуры Honeywell

Наименование	Темпера-турный диапазон, °C	R₀, Ом	α, °C^-1	Разброс R₀	Класс точ-ности	Время отклика вода/ воздух, c	Размер, мм
700-101BAA-B00	-70...500	100	0,003850	±0,06%	Class A	0,05/3,0	2,1x2,3x0,9
700-101BAB-B00	-70...500	100	0,003850	±0,12%	Class B	0,05/3,0	2,1x2,3x0,9
700-102AAB-B00	-70...500	1000	0,003750	±0,12%	Class B	0,05/3,0	2,1x2,3x0,9
700-102AAC-B00	-70...500	1000	0,003750	±0,24%	Class 2B	0,05/3,0	2,1x2,3x0,9
700-102BAA-B00	-70...500	1000	0,003850	±0,06%	Class A	0,05/3,0	2,1x2,3x0,9
700-102BAB-B00	-70...500	1000	0,003850	±0,12%	Class B	0,05/3,0	2,1x2,3x0,9
701-101BAA-B00	-70...500	100	0,003850	±0,06%	Class A	0,04/2,2	1,2x1,7x0,9
701-101BAB-B00	-70...500	100	0,003850	±0,12%	Class B	0,04/2,2	1,2x1,7x0,9
701-102AAB-B00	-70...500	1000	0,003750	±0,12%	Class B	0,04/2,2	1,2x1,7x0,9
701-102BAB-B00	-70...500	1000	0,003850	±0,12%	Class B	0,04/2,2	1,2x1,7x0,9
702-101BBB-A00	-50...130	100	0,003850	±0,12%	Class B	0,1/2,5	1,4x2,3x0,52 SMD (0805)
702-102BBB-A00	-50...130	1000	0,003850	±0,12%	Class B	0,1/2,5	1,4x2,3x0,52 SMD (0805)
703-101BBB-A00	-50...130	100	0,003850	±0,12%	Class B	0,15/3,5	1,65x3,25x06 SMD (1206)
703-102BBB-A00	-50...130	1000	0,003850	±0,12%	Class B	0,15/3,5	1,65x3,25x06 SMD (1206)

Вместе с этим, производители в документации на прибор в табличной форме приводят две точностные зависимости: отклонение сопротивления при различных температурах и погрешность в °C в этих точках.

НОВИНКИ HONEYWELL

Honeywell производит очень широкий спектр платиновых датчиков температуры с R0=100 Ом и 1000 Ом, в различных конструктивных исполнениях. Эти приборы хорошо известны на российском рынке, и поэтому хотелось бы остановиться только на новой серии датчиков, пришедшей на смену популярной серии HEL-700-xxx. Особенностью новой линейки является сверхминиатюрное исполнение (рис. 2), позволяющее получить очень низкое время отклика и снизить массогабаритные параметры изделия. Эти датчики производятся в выводном и SMD исполнении (корпуса 0805 и 1206) по тонкопленочной технологии, которая заключается в осаждении сплавов платины на керамическое основание и дальнейшей подгонкой R₀ к 100 или 1000 Ом. Новые датчики обладают низкой стоимостью, высокой точностью и стабильностью, отличной взаимозаменяемостью и очень широким диапазоном измеряемых температур. Благодаря этим качествам, а также соответствию характеристик большинству международных стандартов (IEC-751, DIN EN 60751, BS-1904, JIS C1604) датчики уже нашли широкое применение, как в потребительской электронике, так и в узлах для промышленной автоматики и прецизионной измерительной техники.