В системах автоматизации вентиляции, отопления и кондиционирования (ОВК), а также в системах диспетчеризации различных инженерных систем, датчики температуры это «глаза» автоматики. От точности, стабильности, надежности и диапазона эксплуатации зависит, насколько корректно контроллер управляет исполнительным оборудованием, поддерживает установленную температуру или реагирует на аварийные ситуации.
Ошибки или неточности при измерении температуры могут привести как к нарушению микроклимата в помещении, так и к более серьезным последствиям, особенно, если датчики применяются в промышленном оборудовании. Несмотря на невысокую стоимость и простоту конструкции, выход из строя датчика температуры может полностью остановить функционирование целой системы автоматизации, например, если это датчик температуры используется в чиллере, то выход его из строя повлечет аварийную остановку и целое здание может остаться без охлаждения.
Конструкция и принцип работы сенсоров NTC и PTC
В основе любого датчика температуры лежит чувствительный элемент (сенсор): терморезистор (NTC) или термосопротивление (PTC).
Оба типа сенсоров реагируют на изменение температуры, но по-разному: у NTC сопротивление уменьшается при нагреве, а у PTC сопротивление, наоборот, увеличивается. У NTC номинальное сопротивление указывается при температуре 25 градусов, а у PTC при температуре 0 градусов.
PTC (Positive Temperature Coefficient) это сенсор, у которого сопротивление увеличивается при росте температуры. Самые распространённые сенсоры Pt100, Pt1000 и Ni1000, применяются в промышленной автоматике, вентиляции, отоплении и прочих инженерных системах, они отличаются высокой стабильностью и долговечностью, обеспечивая точные измерения на протяжении многих лет эксплуатации. Важно отметить быстродействие данных сенсоров, которые в потоке воздуха показывают скорость реакции примерно 3-5 секунд (изменение на 63%).
Сенсор типа PTC состоит из прочной керамической подложки, на которую нанесена резистивная плёнка, чувствительная к температуре. К этой плёнке подключены металлические выводы для передачи сигнала. Для защиты от внешних воздействий сенсор обычно покрывается изолирующим слоем, поскольку попадание жидкости может привести к сбоям в работе.
NTC (Negative Temperature Coefficient) это сенсор, у которого при повышении температуры сопротивление уменьшается. Такие сенсоры обладают высокой чувствительностью в диапазоне от 0 до 80 °C за счет высокого начального сопротивления (типовое сопротивление при температуре 25°C 10 кОм), но при более низких или высоких температурах их отклик становится менее линейным, а точность измерений снижается. Время реакции NTC-сенсоров примерно в 1,5-2 раза больше, чем у PTC, поэтому при выборе датчика температуры для системы автоматизации важно это учитывать.
Сенсор типа NTC представляет собой небольшой полупроводниковый элемент, выполненный из оксидов металлов, обладающих отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Этот элемент припаян к металлическим выводам и заключён в прочную каплевидную оболочку из эпоксидной смолы или стекла, которая обеспечивает электрическую изоляцию и защищает сенсор от влаги, механических воздействий и коррозии.
Рабочие диапазоны сенсоров для датчиков температуры
Рабочие диапазоны сенсоров существенно отличаются из-за различий в их конструкции и используемых материалах. Полупроводниковые элементы NTC чувствительны к перегреву и со временем теряют стабильность, тогда как платиновые сенсоры PTC обладают высокой термостойкостью и химической инертностью.
- PTC-сенсоры ограничены температурой от -70 до +500 °C и подходят для применения в промышленных печах, котельном оборудовании, наружного воздуха или в холодильных контурах, где значения могут достигать экстремально низких или высоких температур.
- NTC-сенсоры ограничены температурой от -40 (50)…+125 (150) °C, что зачастую может быть недостаточным для применения даже в системах ОВК, например, при измерении наружной температуры воздуха или теплоносителя в системах отопления (котельных, теплопунктах).
Ниже приведена таблица зависимости сопротивления от температуры для основных типов сенсоров. Обратите внимание на показания сенсоров NTC в "крайних" диапазонах измерения. Зачастую некоторые контроллеры не могут считать показания сопротивления сенсоров NTC10k при минусовой температуре из за того, что сопротивление очень высокое, а измеряемый ток очень маленький - обязательно уточняйте возможности аналоговых входов у производителя вашего контроллера. Подробные таблицы мы можете посмотреть по ссылке на сайте ООО "Завод РГП"
Погрешность измерения температуры для сенсоров NTC и PTC
Погрешность измерения показывает, насколько измеренное значение может отличаться от реальной температуры. У сенсоров NTC и PTC принципы работы и точность существенно различаются. Измерительные элементы PTC обеспечивает стабильную и предсказуемую характеристику по всему диапазону, тогда как сенсоры NTC дают высокую чувствительность в узком диапазоне, но теряют точность на краях своей шкалы.
Сенсоры PTC отличаются высокой стабильностью и предсказуемостью. Их погрешность нормируется по международному стандарту IEC 60751.
Для класса B используется формула: ΔT = ±(0,3 + 0,005 × |T|), где T - измеряемая температура в °C. Например, при -50 °C ошибка составляет ±0,55 °C, а при +150 °C — около ±1 °C.
Сенсоры NTC менее точны и предсказуемы. Их погрешность задаётся в процентах от сопротивления, чаще всего ±1 % при 25 °C и доходит до ±5 % при крайних значениях температуры -50 °C и 150 °C.
Например, при -50 °C сопротивление NTC около 672 кΩ, и погрешность ±5% даёт ошибку примерно ±4...5 °C. При +150 °C сопротивление падает до 176 Ом, а погрешность аналогично приводит к отклонению около ±3...4 °C.
В задачах, требующих высокой точности измерений, например, в чистых помещениях, музеях, винных погребах или системах прецизионного кондиционирования, погрешность сенсоров NTC может привести к существенным ошибкам регулирования температуры. Для ответственных применений мы рекомендуем сенсоры типа PTC.
Важно знать: сенсоры NTC производятся с точностью 1%, 3% или 5% при температуре 25 °C, зачастую вы можете встретить недорогие датчики или сенсоры из Китая, где не указаны характеристики точности или указана точность 0,3...1.0 °C - данные цифры не отражают фактической точности датчика температуры или отражают его точность только при 25 °C.
Время отклика сенсоров в воздушном потоке.
Время отклика - это типовая и регламентированная характеристика, показывающая, насколько быстро сенсор, который устанавливается в датчик температуры реагирует на изменение температуры: обычно используют достаточно резкий перепад температуры с 25 °C до 40...50 °C, помещая сенсор (датчик) в поток воздуха 2 м/с или жидкости 0,4 м/с.
- T-0.5 время, за которое сенсор достигает 50% от нового значения
- T-0.63 время, за которое сенсор достигает 63% от нового значения
- T-0.9 время, за которое сенсор достигает 90% от нового значения
Для сенсоров PTC типичные значения составляют T-0.5 ≈ 3 с и T-0.9 ≈ 10 с при скорости потока воздуха 2 м/с, для NTC типичное значение T-0.63 ≈ 15 с, что означает намного более медленную реакцию (примерно в 3,5 раза).
На практике это различие может быть несущественным для бытовых вентиляционных систем, где температура меняется плавно и скорость реагирования не является приоритетной, но в задачах, требующих быстрого и точного реагирования (например, прецизионное кондиционирование, камеры стабильности, технологические процессы, аварийные датчики - температуры обратной воды теплообменника, например), время отклика становится критически важным параметром при выборе датчика температуры.
При использовании сенсора NTC или PTC внутри датчика температуры время реакции на изменение температуры зависит от:
- наличия термопроводящей пасты или кварцевого песка в гильзе
- толщины гильзы датчика температуры (обычно 0,3...0,5 мм)
- выноса сенсора за пределы корпуса датчика (наружные)
- наличия вентиляционных отверстий для потока воздуха (комнатные)
В результате реальное время отклика на изменение температуры в датчиках с сенсорами PTC составляет от 15 секунд и выше, а для датчиков с сенсорами типа NTC от 45 секунд и более в зависимости от конструкции. Наши исследования показали, что бюджетные датчики температуры (канальные и погружные) с сенсорами NTC10k, производимые в Китае, не содержат термопроводящей пасты, что влияет на их точность и время реакции.
Стабильность показаний в процессе эксплуатации сенсоров NTC и PTC
Стабильность сенсора в датчике температуры определяет, насколько точно он сохраняет исходные характеристики после длительной работы в системе автоматизации, особенно, если датчик устанавливается для работы в широком диапазоне температур (горячее водоснабжение, контуры охлаждения, наружная температура). Этот параметр особенно важен для систем, где измерение температуры ведётся непрерывно и точность напрямую влияет на качество процессов.
Сенсоры PTC: Термосопротивления отличаются исключительно высокой стабильностью. Даже после 1000 часов работы при температуре 500°C максимальное изменение сопротивления не превышает 0,04%, что соответствует отклонению менее ±0,05°C (max. R0-drift 0.04% after 1000h at 500 °C). Сенсоры PTC устойчивы к старению и не подвержены деградации при циклическом нагреве и охлаждении, поэтому сохраняют точность многие годы. Это делает PTC стандартом для промышленного оборудования, лабораторных систем и климат-контроля с высокими требованиями к точности.
В производстве датчиков температуры ООО "Завод РГП" применяет надежные и проверенные сенсоры PTC класса точности A и B от известных брендов Heraeus (Китай) и IST AG (Швейцария).
Сенсоры NTC: Термисторы, особенно в эпоксидной заливке (черные "бусинки"), демонстрируют меньшую долговременную стабильность. Испытания и исследования подтверждают, что при длительной работе (1000 часов при 40 °C и 98 % влажности) возможен дрейф до ±3 % сопротивления, что соответствует изменению показаний примерно на ±0,5–1,5°C к уже существующей погрешности 1% (0,5°C) при температуре 25°C. С течением времени под воздействием влаги и температуры эпоксидная оболочка постепенно теряет герметичность, и параметры сенсора могут смещаться. Таким образом погрешность показаний всего через несколько месяцев работы сенсора NTC может доходить до ±2°C.
Ухудшение точности показаний может быть не критично для бытовой вентиляции и кондиционеров, но точно существенно для точных систем поддержания микроклимата — в музеях, винных хранилищах, лабораториях или «чистых» помещениях. Старение сенсоров усиливается от температуры 25°C до температуры 150 °C. В условиях эксплуатации датчика свыше 50 градусов мы настоятельно рекомендуем применение сенсоров типа PTC (Pt1000, Ni1000).
Важно знать: для сенсоров NTC мы рекомендуем ежегодно производить контрольные проверки и корректировки показаний датчиков температуры в связи с постоянным дрейфом показаний.
Погрешность саморазогрева сенсоров типа NTC и PTC
Саморазогрев сенсора отражает, насколько сильно он нагревается от проходящего через него измерительного тока. Этот эффект напрямую влияет на точность измерения, особенно при высоких сопротивлениях или ограниченной теплопередаче корпуса, что характерно для наружных и комнатных датчиков температуры, где сенсор находится внутри.
Сенсоры PTC обладают крайне низким саморазогревом около 0,4 мВт. Благодаря этому нагрев практически не влияет на показания, что обеспечивает стабильность и точность измерений даже при длительной эксплуатации с обычными аналоговыми входами ПЛК. Сенсор сохраняет свои метрологические характеристики независимо от режима работы, что делает его оптимальным выбором для критичных по точности систем контроля температуры.
Сенсоры NTC имеют заметно более высокий саморазогрев за счет своего более высокого базового сопротивления - до 60 мВт, что может приводить к дополнительным погрешностям измерения от ±0,5 °C. В сочетании с природной нестабильностью точности NTC, особенно при длительной эксплуатации, это усугубляет отклонения показаний.
Таким образом можно сделать вывод, что сенсоры PTC гарантируют точность измерений и минимальные ошибки, тогда как сенсоры NTC из-за саморазогрева и менее стабильных характеристик добавляет погрешности к своим и без того ограниченным показателям.
Сопротивление изоляции сенсоров NTC и PTC
Сопротивление изоляции - это электрическое сопротивление между измерительным элементом и окружающим корпусом или выводами, которое определяет, насколько эффективно сенсор изолирован от внешней цепи. Высокое сопротивление изоляции важно для точных измерений, так как минимизирует ток утечки через корпус и предотвращает искажение показаний. Оно также определяет надёжность сенсора при эксплуатации в условиях повышенных температур и влажности: падение сопротивления изоляции может привести к ухудшению точности, увеличению шумов и риску повреждения электроники.
Для сенсоров PTC характерно высокое сопротивление изоляции: более 100 МОм при 20 °C и свыше 2 МОм при 500 °C. Это обеспечивает минимальные токи утечки даже при экстремальных температурах, что гарантирует стабильность показаний и надёжность работы в промышленной среде. Благодаря такой изоляции сенсор сохраняет точность измерений, снижает шумы и защищает подключённую электронику от возможных коротких замыканий или утечек тока.
Для сенсоров NTC сопротивление изоляции обычно составляет не менее 100 МОм при 25°C, что обеспечивает надёжную электрическую изоляцию измерительного элемента от корпуса и выводов. Однако изоляционные свойства заметно ухудшаются при повышенной температуре или влажности - эпоксидная смола со временем впитывает влагу и теряет диэлектрическую прочность. В результате сопротивление изоляции может снижаться в несколько раз, что повышает шумы и нестабильность показаний.
Точность датчиков температуры на базе NTC и PTC сенсоров.
Сравнение показывает, что датчики температуры с сеносрами PTC (Pt1000, Ni1000) обладают значительно более высокой стабильностью и предсказуемостью во всём диапазоне рабочих температур. Их типовая суммарная погрешность даже после года непрерывной работы не превышает ±0,3…0,5 °C, включая влияние саморазогрева, температурного дрейфа и старения. Благодаря надёжной изоляции такие сенсоры сохраняют точность на протяжении многих лет эксплуатации и практически не требуют калибровки. Для промышленных, лабораторных и климатических систем, где важна стабильность и повторяемость измерений, сенсоры PTC являются оптимальным и практически безальтернативным решением.
Датчики температуры с сенсорами типа NTC, напротив, изначально имеют меньшую точность и значительно худшую долговременную стабильность. Уже через 6–12 месяцев эксплуатации при нормальных условиях (25–40 °C, влажность 60–80 %) суммарная ошибка может достигать ±1,5…2,0 °C, а при повышенной влажности или нагреве — превышать ±3 °C. В эту величину входят как исходная погрешность (±0,5 °C при 25 °C), так и дрейф характеристик, ухудшение изоляции и эффект саморазогрева. Поэтому применение датчиков температуры типа NTC оправдано лишь в бытовых системах вентиляции и кондиционирования, где допускаются большие отклонения показаний температуры.
В итоге можно сказать, что при одинаковых условиях измерения сенсоры PTC по нашему мнению обеспечивают в 3-5 раз более точный и стабильный результат, чем терморезисторы NTC. Если NTC после года работы может иметь суммарную погрешность около ±2 °C, то PTC сохраняет точность в пределах ±0,4 °C. Для систем, где требуется надёжный и долговечный контроль температуры, - от инженерных сетей до технологических процессов - использование сенсоров PTC является не просто предпочтительным, а фактически стандартом точных измерений.
Качество сборки - залог надёжности датчика температуры
Одним из ключевых факторов надёжной работы температурных датчиков является корректная пайка и герметизация выводов сенсора. Мы уделяем этому особое внимание и строго соблюдаем технологические требования производителей чувствительных элементов. Ошибки при пайке и сборке монтажных сборок - перегрев сенсоров, отсутствие герметизации, замыкание выводов - являются основными причинами отказов датчиков на рынке. Мы полностью исключаем эти риски за счёт правильного технологического процесса.
Пайка сенсора к кабелю выполняется строго по инструкции:
- расстояние от корпуса сенсора до точки пайки — не менее 6 мм;
- время контакта в пределах до 10 секунд при температуре не выше 260 °C;
- пайка выполняется аккуратно, чтобы не допустить перегрева сенсора;
Такой подход позволяет избежать повреждения сенсоров, или последующего обрыва, что часто встречается при неправильной ручной пайке.
После пайки мы обязательно герметизируем соединение:
- используется термоусадочная трубка для изоляции выводов;
- нагрев проводится мягко, без прямого воздействия на сенсора;
- сопло фена держится на расстоянии не менее 10 мм от сенсора;
Герметизация и заполнение гильз теплопроводящим составом
При сборке датчиков температуры наши монтажники используют теплопроводящий герметизирующий состав, который заполняет внутренний объём гильзы и выполняет сразу несколько важных функций. Во-первых, он обеспечивает защиту датчика от влаги и конденсата с уровнем герметичности не ниже IP67, исключая риск коротких замыканий и коррозии. Во-вторых, состав обладает высокой теплопроводностью, за счёт чего улучшается передача тепла от стенок гильзы к чувствительному элементу, повышая точность измерений. В-третьих, герметик надёжно фиксирует сенсор максимально близко к торцу гильзы, обеспечивая минимальную тепловую инерционность и стабильность результата. И, наконец, он жёстко фиксирует монтажную сборку внутри гильзы, предотвращая смещение, вибрационные нагрузки и механические повреждения в процессе эксплуатации.
Завод РГП полностью соблюдает все технологические требования, так как располагает полной технической документацией от производителей сенсоров и строго контролирует технологию пайки.
Некоторые производители пренебрегают этими нормами — встречаются изделия, где место пайки не защищено должным образом, и при появлении конденсата внутри зонда происходит замыкание выводов.
Особенно это критично для канальных и погружных датчиков, где разница температур и влажности высокая.
Проверка и калибровка сенсоров
На Заводе RGP каждая партия монтажных сборок после пайки и сборки проходит выборочную проверку в сухоблочных калибраторах.
Служба контроля качества выборочно проверяет монтажные сборки на соответствие заявленным характеристикам и внутренним стандартам. Измерения проводятся с шагом от 1 до 10 °C, что позволяет подтвердить точность и стабильность характеристик каждой партии. Это гарантирует инженерам предсказуемость измерений и корректную работу автоматики в любых климатических условиях.
Как выбрать датчик правильно
- Если важна высокая точность и стабильность выбирайте PTC.
- Если требуется экономичность выбирайте NTC.
- Для наружных и погружных датчиков предпочтительнее PTC.
Производство и контроль на Заводе RGP
Завод RGP — российский производитель КИПиА для систем ОВК.
Мы разрабатываем и производим всё на собственной площадке в г. Санкт-Петербурге, включая погружные гильзы, корпуса из пластика и кабельные сборки. Каждый датчик температуры проходит индивидуальный контроль ОТК, что гарантирует отсуствие бракованной и нерабочей продукции.
Больше информации о датчиках на нашем сайте.
📌 RGP — точность, проверенная инженерами.
Надёжные измерения начинаются с качественного сенсора.
Хотите узнать подробнее?
Звоните: 8 (812) 425-61-16
Пишите: sales@rgp-tech.ru