Как выбрать термопреобразователь


Правильный выбор: термометр сопротивления или термопара

Измерение температуры является одним из основных требований практически при любых условиях технологических процессов перерабатывающей промышленности. В большинстве устройств используются датчики, основанные на двух технологиях. Выбор между этими двумя подходами определяется конкретными требованиями к технологическому процессу и его условиями.

Колебания температуры могут оказывать значительное влияние на прибыльность, безопасность и качество. Это справедливо в отношении разных отраслей промышленности, таких как нефтегазовая, энергетическая, нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, фармацевтическая и др. Точность непрерывного контроля температуры зависит от нескольких факторов, в том числе от правильного выбора датчика для конкретных задач и технологических процессов.

Наиболее распространенными устройствами измерения температуры являются термометры сопротивления (ТС) и термопары (ТП). Эти устройства основаны на двух разных технологиях, каждая из которых обладает своими преимуществами, в соответствии с которыми и делается выбор в пользу той или иной технологии.

В конструкции ТС используется тот факт, что электрическое сопротивление металла возрастает с повышением температуры — явление, известное как тепловое сопротивление.

В отличие от ТС, ТП представляет собой замкнутый термоэлектрический датчик температуры, состоящий из двух отрезков проволоки из разнородных металлов, соединенных между собой на обоих концах. При этом если температура на одном конце этих отрезков проволоки (спае) отличается от таковой на другом, в ней возникает электрический ток. Такое явление известно под названием эффекта Зеебека. Возникающее напряжение зависит от конкретных используемых металлов, а также от текущей разницы температур. Сопоставление различных значений напряжения, возникающих при использовании разных металлов, представляет собой основу измерения температуры термопарой.

 

Сравнение технологий

Не существует однозначного ответа на вопрос, какой тип датчика является более эффективным в конкретной ситуации. При эксплуатации каждого из них возникают негативные побочные эффекты, которые необходимо принимать во внимание при выборе термодатчика с должной тщательностью.

Термометры сопротивления изготавливаются из резистивного материала с прикрепленными выводами и, как правило, помещаются в защитную оболочку. В качестве резистивного материала может выступать платина, медь или никель. Наибольшее распространение получила платина — благодаря высокой точности и стабильности результатов измерений и их исключительной линейности в широком диапазоне. Не существует однозначного ответа на вопрос, какой тип датчика является более эффективным в конкретной ситуации. При эксплуатации каждого из них возникают негативные побочные эффекты, которые необходимо принимать во внимание при выборе термодатчика с должной тщательностью.

ТС отличаются высоким изменением сопротивления в расчете на один градус изменения температуры. Наиболее распространенными типами датчиков ТС являются проволочный и тонкопленочный. ТС из витой проволоки изготавливаются либо путем навивания резистивной проволоки на керамический сердечник, либо путем помещения спирально витой проволоки в керамическую оболочку, отсюда и название «проволочные ТС». При изготовлении тонкопленочного ТС тонкое резистивное покрытие осаждается на плоскую керамическую подложку (обычно прямоугольной формы). Как правило, тонкопленочные ТС являются менее дорогими по сравнению с проволочными, поскольку для их изготовления требуется меньшее количество различных материалов.

ТП отличаются более высокой скоростью реакции и более широкими допустимыми диапазонами рабочей температуры, чем ТС, однако имеют более низкую точность.

Обычно показания термометров сопротивления являются значительно более стабильными, и ТС обладают более высокой чувствительностью по сравнению с ТП. Долгосрочное смещение показаний ТС является хорошо предсказуемым, в то время как ТП часто ведут себя неустойчиво в данном отношении. За счет этого обеспечивается такое преимущество ТС, как менее частая потребность в калибровке и, следовательно, пониженная стоимость их эксплуатации. Наконец, ТС обеспечивают исключительную линейность показаний. В сочетании с линеаризацией, произведенной в качественном передатчике, становится достижимой точность около 0,1 °C — значительно более высокая по сравнению с максимально возможной при использовании ТП.

Рис. 1. Конструкции термометра сопротивления и термопары

В отличие от ТС, ТП представляет собой замкнутый термоэлектрический датчик температуры, состоящий из двух отрезков проволоки из разнородных металлов, соединенных между собой на обоих концах. При этом различные сочетания металлов классифицируются как разные типы датчиков и, соответственно, обладают отличающимися характеристиками. Наиболее часто используемыми типами ТП являются тип J (железо и константан) и тип K (хромель и алюмель). ТП отличаются более высокой скоростью реакции и более широкими допустимыми диапазонами рабочей температуры, чем ТС, однако имеют более низкую точность. Конструкция кабелей ТП отличается повышенной прочностью, за счет чего они могут выдерживать высокие уровни вибрации (рис. 1). В таблице приводится сравнение основных характеристик датчиков.

Таблица. Сравнение характеристик рассматриваемых устройств для измерения температуры

Свойство

Термометр сопротивления

Термопара

Точность
Взаимозаменяемость

Класс A: ±[0,15+0,002] °C

Класс B: ±[0,30+0,005] °C

Согласно стандарту IEC 60751

Типичная точность составляет ±1,1 °C или ±0,4 % от измеренного значения температуры (большее из двух значений). Зависит от типа ТП и диапазона измерения. Снижается при использовании удлинительного провода.

Стабильность работы

±0,05 °C по истечении 1000 ч работы при температуре <300 °C. Отклонения повышаются с увеличением температуры. ТС проволочной конструкции имеют более высокую стабильность, чем тонкопленочные.

Сильно зависит от типа термопары, качества кабеля и рабочей температуры. Типичные отклонения составляют от ±2 до 10 °C на 1000 ч работы.

Скорость реакции при установке
в термокармане с погружением
в жидкость

Скорость реакции 6-мм датчика примерно равна скорости реакции термопары.

Скорость реакции 6-мм датчика примерно равна скорости реакции ТС. Немного выше
для 3-мм датчика.

Калибровка

С легкостью подвергается повторной калибровке, что обеспечивает длительный срок службы. Наивысшая точность достигается при специальной взаимной подгонке датчика и передатчика.

Ограничивается сравнением со «стандартной термопарой» на месте измерений.

Возможный диапазон измерения температуры, °C

–200…+850

–270…+2300

Срок службы

Многие годы. Сокращается при использовании под воздействием высоких температур.

Снижение чувствительности приводит
к необходимости частой замены ТП.
Срок службы заметно сокращается
при высоких температурах.
Более высокие издержки за срок службы.

Факторы, которые необходимо учитывать при установке

Используется стандартный медный провод. Достаточно высокая невосприимчивость
к ЭМП и радиопомехам.

Требуется использование дорогого удлинительного кабеля, подходящего
для конкретной ТП. Сигналы малой мощности в значительной степени подвержены ЭМП и радиопомехам.

Устойчивость к вибрации

Очень хорошая при тонкопленочной конструкции.

Очень хорошая при большом диаметре кабелей.

Издержки за срок службы

Более низкие.

Более высокие.

Стоимость приобретения

Тонкопленочная конструкция: примерно одинакова по сравнению с ТП. Проволочная конструкция дороже.

Наиболее дорогими являются термопары
типов R и S.

Эффективность использования
системы с передатчиком

Всегда выше при температурах до +650 °C.

Ниже на один порядок.

 

Выбор наиболее подходящего типа датчика

При выборе типа датчика, наиболее подходящего для конкретного технологического процесса и поставленной задачи, следует предварительно поставить несколько основных вопросов. Ответы на них предоставят ценную информацию.

Каков диапазон измеряемых температур?

При выборе датчика определение правильного температурного диапазона является очень важным. Если температура будет превышать +850 °C, необходимо использовать ТП. При температурах ниже +850 °C можно выбрать как ТС, так и ТП. Кроме того, не стоит забывать, что проволочные ТС обладают более широким диапазоном измерения температур, чем тонкопленочные (рис. 2).

Рис. 2. Диапазоны измерения температур различными типами термодатчиков

Какова требуемая точность измерения датчика?

Определение требуемого уровня точности является еще одним важным фактором при выборе датчика. Как правило, ТС имеют большую точность по сравнению с ТП, а проволочные ТС — по сравнению с тонкопленочными. Если предположить, что на выбор одной из двух технологий не оказывают влияние другие факторы, это правило помогает сделать выбор наиболее точного датчика.

Вызывает ли опасения вибрация, возникающая в ходе процесса обработки?

Уровень вибрации при технологическом процессе также необходимо учитывать при выборе датчика. ТП обладают наиболее высокой вибростойкостью из всех существующих технологий измерения температуры.

Существуют различные типы термопар, определяющиеся сочетанием используемой в них проволоки. ТП большинства типов могут использоваться для измерения более высоких температур, чем ТС.

Если достоверно известно, что в ходе процесса возникает сильная вибрация, использование ТП позволит достичь максимальной надежности измерения температуры. Тонкопленочные ТС также устойчивы к воздействию вибрации; тем не менее они не обладают достаточной прочностью. Использование проволочных ТС в условиях повышенной вибрации исключено.

 

Правильный выбор — точные результаты

Ключевым моментом для успешного применения датчиков температуры является постановка основополагающих вопросов и подбор датчика, наиболее пригодного для поставленных задач и конкретных технологических процессов с учетом всех имеющихся данных. В качестве примера можно привести принятие решения об использовании датчика температуры на участке трубопровода с постоянно изменяющимися условиями при непрерывной вибрации и изменении температуры в диапазоне –200…+300 °C. Целью такого решения является достижение максимально возможной точности, несмотря на описанные непростые условия. Для указанного диапазона температур пригодны термодатчики обоих типов. Хорошо известно, что ТП обладают высокой стойкостью к вибрации, поэтому на первый взгляд может показаться, что ТП являются хорошим вариантом решения поставленной задачи. Тем не менее в данном конкретном случае требуется выполнение измерений с максимально возможной точностью. Правильным выбором для данной задачи будет использование тонкопленочных ТС. Известно, что тонкопленочные ТС отличаются более высокой стойкостью к вибрации по сравнению с проволочными и обеспечивают более высокую точность измерений по сравнению с термопарами.

Приведем еще один пример: измерение температуры в реакторе в диапазоне +550…+900 °C при низком уровне вибрации. Поставлена цель измерения температуры с точностью ±5 °C. ТС дают стабильно точные показания, особенно в условиях невысокой вибрации. Однако не стоит забывать о диапазоне температур. Как правило, ТС не следует использовать при температурах свыше +850 °C. Поскольку температура данного процесса обработки может подниматься до +900 °C, следует остановить свой выбор на ТП. Вероятность получения неверных показаний датчиков или их отказа повышается при их использовании в неподходящих диапазонах температур.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

controlengrussia.com

термосопротивление или термопару? Советы по применению.

Измерение температуры

Из четырёх величин Международной системы единиц (СИ), неразрывно связанных с человеческой деятельностью: массой, длиной, временем и температурой, последняя оставалась полной загадкой для человечества вплоть до 18 века. Но и сегодня немногие, пользующиеся различными средствами измерения температуры, понимают, что же они измеряют. 

То же давление легко воспринимается, так как оно связано с силой и может быть без труда определено количественно. С температурой невозможно связать количественную величину. В быту мы оцениваем температуру по ощущениям: горячо, тепло, холодно. Казалось бы, если одно тело горячее другого, то и его температура должна быть больше. Но это не так.Попробуйте взять в разогретой сауне в руку деревянный ковшик и металлический ковшик. Совершенно разные ощущения, хотя температура одна. Но если мы хотим сравнить температуру одинаковых по своей природе объектов, то можем сделать это с высокой точностью. 

Рукой можно определить, повышена ли температура другого человека, т.е. фактически измерить её с точностью ±0,5⁰С. Также находясь в помещении можно с точностью до 1…2⁰С определить её температуру. Человек хорошо чувствует этот физический параметр и в то же время мало кто сможет чётко сказать, что же это такое - температура. 

Забегая вперёд можно сказать, что совершенно обратная ситуация творится с влажностью воздуха. Очень трудно определить влажность воздуха по своим ощущениям. В то же время эта характеристика прекрасно понимается в количественном выражении. Грубо – это количество молекул воды в единице объёма. (См. статью: Что такое влажность воздуха? Как правильно измерять влажность? Давление водяного пара. Таблицы и примеры расчета.) 

Существуют несколько определений температуры. Но мы воспользуемся здесь одним, который наиболее близок людям, занимающимся практическими измерениями и исходит из нулевого закона термодинамики. По нему если два тела находятся в состоянии теплового равновесия, то они имеют одинаковую температуру. Таким образом, если мы обеспечим хороший тепловой контакт термометра с измеряемой средой, то по прошествии некоторого времени, необходимого для установления теплового равновесия, температуры термометра и среды будут одинаковы. Естественно, что данный вывод будет верен, только если наша система изолирована от других тел и не совершается никакой работы. Ну а само понимание физической природы температуры приходит только после изучения статистической механики, где температура представлена как мера кинетической энергии тела. 

Принято считать, что первый термометр, работающий на расширении воздуха, был изобретён Галилеем примерно в 1592 г. А в 1641 году появился первый, реально работающий спиртовой стеклянный термометр, созданный герцогом Тосканским. С этого момента началось быстрое развитие термометрии. В начале 18-ого века Фаренгейт первым изготовил ртутный стеклянный термометр и предложил температурную шкалу, в которой одной из фиксированных точек служила температура человеческого тела, которую он принял за 96 градусов, а другой – температура таяния льда -32 градуса. Ну а кульминационной точкой в развитии практической термометрии явилось принятие в 1927 году Международной температурной шкалы МТШ-27. В дальнейшем температурная шкала совершенствовалась и расширялась практически до 0 К. 

Температура - параметр, который можно измерить только косвенно, по изменению других физических параметров. Термометрию различают на первичную и вторичную. В первичной термометрии температура явно описывается через другие физические параметры, например для газовых термометров это давление и объём. Примерами вторичных термометров являются термометры сопротивления и термопары. В промышленности термометры сопротивления и термопары являются основными средствами контроля температуры, закрывая диапазон измерения от минус 200 до + 2500⁰С и более. 
 

Термометры сопротивления


Основной стандарт в странах таможенного союза, устанавливающий общие технические требования к техническим термометрам сопротивления: ГОСТ 6651-2009. Он практически полностью соответствует МЭК 60751. Ниже приведены некоторые параметры из этого документа. 

Таблица 1.

Тип ТС Обозначение Температурный коэффициент,     a Класс допуска Сопротивление при 0⁰С, Ом
Платиновый Pt 0,00385 АА, А, В, С 10,50,100,500,1000
П 0,00391
Медный М 0,00428 А, В, С

 Таблица 2. 

Класс допуска Допуск, ⁰С Диапазон измерений (максимальный), ⁰С
Платиновый ТС Медный ТС
Проволочный ЧЭ Плёночный ЧЭ -
АА ±(0,1+0,0017Т) -50…+250 0…+150  
А ±(0,15+0,002Т) -100…+450 -30…+300 -50…+120
В ±(0,3+0,005Т) -196…+660 -50…+500 -50…+200
С ±(0,6+0,01Т) -196…+660 -50…+600 -180…+200

 

В последнее время платиновые термосопротивления активно начали вытеснять медные и термопары. Связано это с появлением на рынке недорогих платиновых плёночных термочувствительных элементов, которые в отличие от медных являются более стабильными и работают в более широком диапазоне температур. А по сравнению с термопарами - обеспечивают более высокую точность измерения и не требуют использования дорогого термокомпенсационного кабеля. Однако в России медные термометры до сих пор находят широкое применение. Одно из основных преимуществ меди - это очень хорошая линейная зависимость её сопротивления от температуры в диапазоне от минус 50 до + 200⁰С и более высокая чем у платины чувствительность. Свыше 200⁰С медь начинает очень быстро окисляться на воздухе, поэтому обычно верхний предел измерения для медных термосопротивлений устанавливается до 180⁰С. При производстве используется проволока диаметром от 30 до 80 мкм. При дальнейшем уменьшении диаметра стоимость проволоки резко возрастает, а изготовление термосопротивления с заданными параметрами становится проблематичным. 

Также следует обращать внимание на максимальный измерительный ток. Например, для термометров сопротивления, изготовленных из проволоки диаметром 30 мкм уже при токе 0,2мА становится заметным явление саморазогрева от протекающего тока, а значит, использование таких термометров с большинством измерительных приборов становится невозможным. Обычно диаметр используемой проволоки определяется исходя из диаметра зонда, в который будет устанавливаться проволочный чувствительный элемент. Например, для зонда диаметром 2 мм используют проволоку диаметром 30 мкм, 4 мм – 40 мкм, 5…6 мм – 50 мкм, 8…10 мм- 80 мкм. 

Большое значение имеет схема соединения проводников термосопротивления. Различают три основных схемы: 2-х, 3-х и 4-х проводную. 

При двухпроводной схеме к сопротивлению ЧЭ добавляется сопротивление внешних проводов, что приводит к появлению дополнительной погрешности измерения. Ясно, что такой способ можно использовать только для ЧЭ с большим сопротивлением. Из наиболее употребляемых - это Pt1000. Легко подсчитать, что для обеспечения точности измерения 0,1⁰С общее сопротивление внешних проводников не должно быть больше 3,8 Ом. 

В трёхпроводной схеме подключения автоматически из полного сопротивления вычитается сопротивление внешних проводов. Но это только в случае, если сопротивление проводников 1 и 2 трёхпроводной схемы равны между собой. Тем не менее, 3-х проводная схема подключения термосопротивлений на сегодняшний момент является самой популярной. Практически все вторичные приборы (измерители, регуляторы) имеют входные цепи, рассчитанные под эту схему. Трёхпроводная схема позволяет увеличить расстояние от датчика до прибора до 50…100 метров. При этом не обязательно, чтобы сам термометр сопротивления был изготовлен по 3-х проводной схеме. Можно использовать и датчики с двумя клеммами, подключив к одной клемме один провод, а ко второй – два. 

Четырёхпроводная схема используется в основном только для точных измерений и в эталонных приборах. Данная схема позволяет автоматически компенсировать влияние на результат измерения не только сопротивления проводников, но и ЭДС в местах контактов.  

Советы при выборе и монтаже термометров сопротивления

 

Есть банальные истины, которыми нужно руководствоваться при выборе подходящего датчика температуры. Конечно же, нужно в первую очередь обратить внимание на диапазон измерения и точность. Во-вторых, нужно решить вопрос с основным конструктивным исполнением: в клеммной головке, или с кабельным выводом. Датчики с кабельным выводом более миниатюрны и менее инерционны. Они уже полностью готовы к подключению к вторичному прибору. Но вышеперечисленные преимущества одновременно являются и их недостатками. Миниатюрный корпус – следовательно, небольшой размер чувствительного элемента и малый измерительный ток. Жёстко присоединённый кабель несёт за собой худшую, чем для датчиков в клеммной головке степень защиты от воды. Эти датчики заведомо дороже из-за высокой стоимости применяемого высокотемпературного кабеля. Они менее надёжны при механических воздействиях опять-таки из-за наличия кабеля. С термосопротивлением в клеммной головке не обязательно использовать высокотемпературный кабель. Минус этих датчиков в одном – габаритных размерах, что бывает важно в ряде случаем. 

При монтаже датчика температуры нужно максимально увеличить его тепловой контакт с контролируемой средой и одновременно уменьшить отток тепла от места подключения. Необходимо помнить, что чувствительный элемент имеет конечную длину, поэтому глубина погружения датчика должна быть как минимум на несколько диаметров зонда больше, чем длина ЧЭ. При монтаже датчиков контроля поверхности очень важно место соединения предварительно смазать каким-либо вязким веществом. Также важно обеспечить тепловой контакт кабеля с контролируемым объектом, чтобы минимизировать отвод тепла от ЧЭ датчика по кабелю. Ещё лучше, если и датчик и подводящий кабель будут закрыты хорошим теплоизолятором, например пенополиуретаном, или пенополиэтиленом. 

Датчики температуры воздуха лучше устанавливать в тех местах помещения, которые наиболее важны для контроля. При плохой конвекции воздуха в помещении градиент температуры может составить до 5-ти и более градусов. 

При экспресс контроле температуры поверхности теплоёмкость датчика должна быть минимальной. Дело в том, что самое большое зло при контактном способе измерения температуры поверхности состоит в том, что датчик уменьшает температуру поверхности в месте установки. Процесс восстановления начальной температуры может идти очень долго, что зачастую приводит к неправильным результатам и выводам. Примером может служить ситуация с «занижением» показаний медицинских электронных термометров. 

Термопары


По сравнению с термометрами сопротивления термопары обладают рядом очень больших преимуществ и таких же больших недостатков. По большому счёту эти два класса приборов очень органично дополняют друг друга. И задача киповца - определить, какой датчик температуры ему нужен для той или иной задачи. 

Технические требования, классификация, методы испытаний преобразователей термоэлектрических приведены в ГОСТ 6616-94. Номинальные статические характеристики приведены в ГОСТ Р 8.585-2001. В Таблице 3 представлены технические параметры наиболее применяемых в России термопар. 

Таблица 3. 

Тип ТП

Обозн. типа

Маркировка
цветовая
оболочки и жил +/-

Диап. измер., ⁰С

Класс допуска, пределы допускаемого отклонения для диапазона измерения,⁰С

Температура, ⁰С и чувствительность, мкВ/С

IEC 584-3

ANSI MC96-1

Медь-константан ТМКн

Т

Кор.

красн/бел

 

Син.

син/

красн

 

-200…+350

1

±0,5

- 40…+125

-200

0

100

15

39

46

±0,004Т

+125…+350

2

±1,0

- 40…+133

±0,0075Т

+133…+350

3

±0,015Т

- 200… -67

±1,0

-67…+40

Хромель-копель ТХК

L

-

-

-200…  +800

2

±2,5

- 40…+ 300

-200

0

100

500

22

62

72

87

±0,0075Т

+300…+ 800

3

±0,015Т

-200… - 100

±2,5

-100… +100

Хромель-алюмель ТХА

K

Зел.

зел/

бел

Жёл.

жёл/

красн

-200…+1300

1

±1,5

-40…+375

-200

0

100

500

1000

15

39

41

42

39

±0,004Т

+375…+1000

2

±2,5

-40… + 333

±0,0075

+333…+1200

3

±0,015Т

-200…-167

±2,5

-167…+ 40

Платинородий-платина ТПП13

ТПП 10

R

 

S

Жёл.

жёл/

бел

Зел.

чёрн/

красн

0…+1600

1

±1,0

0…+1100

0

100

500

1000

5

7,5

11

13

±(1+0,003

(Т-1100))

+1100…+1600

2

±1,5

20…+600

±0,0025Т

+600…+1600

Платинородий-платинородий ТПР

B

_

Чёрн.

чёрн/

красн

+600…

+1700

2

±0,0025Т

+600…+1700

0

100

500

1000

1500

-0,2

1

5

9

11

3

±4,0

- +600…+800

±0,005Т

+800…+1700

Вольфрамрений-вольфрамрений ТВР

А-1

А-2

А-3

_

_

0…+2500

2

±0,005Т

+1000…+2500

0

500

1000

1500

2000

12

17

15

13

10

3

±0,007Т

+1000…+2500

Индивид.

0…+1000

*У российских термопар маркировка наносится на положительный термоэлектрод. 

Термопары имеют очень большой диапазон рабочих температур. При этом, чем больше максимальная рабочая температура термопары, тем меньше её чувствительность. С этим фактом связан большой ассортимент применяемых термопар. При помощи термопар можно измерять температуру очень маленьких объектов. Для этого достаточно сварить между собой две термоэлектродные проволоки маленького диаметра. Естественно, что такая термопара имеет и очень незначительную инерционность. Термопара из недрагоценных металлов малой длины дешевле термосопротивления. Однако при увеличении длины стоимость её значительно возрастает. В то же время термопары значительно уступают термосопротивлениям в точности измерения. Связано это с рядом причин. Сигнал с термопары значительно более нелинеен. Для получения абсолютной измеренной температуры необходимо знать температуру холодного спая термопары. А это означает, что общая погрешность измерения сложится из двух: погрешности измерения разности температур рабочего и холодного спая термопары и погрешности измерения температуры холодного спая. На практике же всё ещё сложнее. Очень непросто измерить с хорошей точностью температуру выводов термопары на входе вторичного прибора. На практике эта погрешность составляет около 1⁰С. При измерении высоких температур значение данной погрешности несколько нивелируется. 

Советы по выбору и применению термопар


Для использования в диапазоне до +200⁰С лучше применять платиновые или медные термосопротивления. В случае контроля температуры очень небольшого объекта малой теплоёмкости можно использовать термопару медь-константан, которая замечательна тем, что очень легко сваривается над поверхностью раствора медного купороса, имеет самую высокую чувствительность и очень низкую стоимость. 
Для диапазона до +800⁰С в России используется термопара ХК(L) хромель-копель. Данные термопары имеют очень высокую чувствительность в широком диапазоне начиная от -200⁰С. В других странах данный тип термопары не применяется. Самыми популярными в промышленности являются термопары типа ХА(К) хромель-алюмелевые. Теоретический диапазон их использования составляет от -200 до +1300⁰С. Термопары типа К замечательны хорошей линейностью характеристики от 0 до 1000⁰С. В реальности наиболее высокотемпературные термопары работают до 1100⁰С. Так как при высокой температуре от +800⁰С термоэлектродные проволоки начинают активно окисляться, то единственным путём увеличить срок службы термопары и температуру эксплуатации является увеличение диаметра термоэлектродных проволок до 2…3 мм. При температуре выше 800⁰С нержавеющую сталь кожуха меняют на специальную высокотемпературную сталь или керамику. 

Для измерения температуры вплоть до +1700⁰С применяют термопары, изготовленные из драгоценных металлов платиновой группы. Они отличаются высокой стабильностью параметров, но имеют крайне низкую чувствительность при низких температурах и очень высокую стоимость. Наиболее высокотемпературные термопары – вольфрам-рениевые. Но они не могут работать в окислительной атмосфере при температуре уже выше 500⁰С. Оболочку этих датчиков необходимо наполнять инертным газом. Так как герметичный корпус для высоких температур изготовить проблематично, то для продолжительной работы по внутренней полости этих термопар постоянно пропускают инертный газ. 

Для контроля температуры поверхности или воздуха лучше применять гибкую термопару без защитного чехла. Для контроля поверхности нужно обеспечить хороший тепловой контакт с поверхностью не только рабочего конца термопары, но и термоэлектродов на расстоянии не менее 50 мм, чтобы уменьшить теплоотвод от места контроля. При использовании термопары при высокой температуре в окислительной или агрессивной атмосфере может наблюдаться деградация параметров, связанная с окислением и изменением химического состава термоэлектродов. Необходимо периодически контролировать качество термопары хотя бы по её полному сопротивлению постоянному току. Для использования в экстремальных условиях в течение непродолжительного времени существуют ТП разового применения и ТП кратковременного применения. 

Директор НПК "Рэлсиб" Игорь Ландочкин

                          

 

relsib.com

Как выбрать термометр

Казалось бы, что тут сложного — купить термометр? Но, столкнувшись с необходимостью выбора, легко убедиться, что сложностей предостаточно. И впрямь — троекратная разница в стоимости у внешне почти одинаковых приборов кого угодно собьет с толку, и причину такого ценового «разбега» порой понять непросто. Как же выбрать термометр, в котором оптимально сочетаются цена и функциональность?

Ваша домашняя аптечка будет неполной без хорошего термометра. В аптеке вам предложат три основных типа термометров: ртутные, цифровые и инфракрасные. Рассмотрим их по очереди.

Ртутные термометры

Стоимость. «+» Они стоят сущие копейки. Их можно менять гораздо чаще, чем перчатки, но стоит ли овчинка выделки?

Точность. «+» Старые как мир, ртутные термометры имеют очень высокую точность. Измеряя температуру с помощью нехитрого прибора, вы можете быть уверены в результате. Никакие катавасии не заставят ртутный термометр соврать и выдать неверные показания.

Эргономичность. «–» Срок годности здесь неограничен. Но насколько ртутные термометры просты и надежны, настолько они и хрупки. Одно-единственное неосторожное движение, и тонкое стекло разбивается вдребезги, а на свет появляются десятки, если не сотни маленьких ртутных шариков, поражающих совершенством формы. Как много молодых, да и вполне опытных мам при виде металлической россыпи впадают в истерику и начинают звонить в СЭС, химические лаборатории и другие инстанции с просьбой срочно приехать и утилизировать страшное содержимое термометра.

Примечание. На самом деле количество ртути в термометре скромное, и отравиться им можно, лишь закусив серебристыми шариками на завтрак или обед. Но это утешение вряд ли успокаивает владельца ртутного термометра во время «разбора полетов». Тем более что полеты случаются с завидной регулярностью. Между тем на рынке множество предложений долговечных и доступных по цене термометров, которых не берут ни вода, ни огонь, ни медные трубы.

Электронные (цифровые) термометры

Стоимость. «+/–» Стоят они в десятки раз дороже ртутных.Что само по себе неудивительно.

Точность. «+» Что бы ни говорили про электронные термометры, на самом деле они более чем точны в измерениях. Откуда же берутся слухи о недостаточной точности?

Примечание. Потребители нередко жалуются, что, мол, измеряли, как и положено, до звукового сигнала, а в ответ лишь неверные показания. Но на самом деле проблема не в приборе, а в банальном несоблюдении требований инструкции.

Большинство электронных термометров измеряют температуру еще несколько минут после звукового сигнала. Производители не любят указывать этот нюанс прямо и «в лицо». Поэтому на рекламных буклетах крупными буквами красуются призывы узнать свою температуру за считаные секунды. И только в инструкциях мелким шрифтом пытливые потребители могут почерпнуть подробности, которые возвращают на землю.

Оказывается, термометры, которые громко обещающие измерять температуру за 60 секунд, делают это, согласно той же инструкции, «от 1 до 5 минут». Звуковой сигнал, который часто принимают за уведомление об окончании процесса, как правило, указывает, что измерение приближается к концу, но еще не закончено. Чтобы получить точные результаты, нужно подержать термометр подмышкой еще хотя бы пару минут, а то и больше (но это все равно быстрее, чем ртутный термометр).

Некоторые фирмы наладили выпуск термометров с сенсорными наконечниками, особая конструкция которых позволяет измерять температуру еще быстрее. По уверениям производителей, время ожидания результата составляет около 10 секунд. Но, опять-таки, в инструкциях к таким приборам есть скромная пометка, что 10 секунд могут растянуться до 2 минут.

Эргономичность. «+» В первую очередь электронные термометры очень долговечны: периодическая замена элементов питания может продлить срок службы на много лет. К примеру, мой экземпляр, давно разменявший второй десяток, до сих пор исправно измеряет температуру. И это несмотря на варварское отношение моих четверых детей, каждый из которых приложил все усилия, чтобы вывести его из строя. Производители обещают, что электронные приборы могут исправно работать как минимум два года, а некоторые модели и вовсе имеют пожизненную гарантию.

Электронные термометры могут быть еще и с гибким наконечником. Даже в подмышки намного удобнее поместить девайс, подстраивающийся под естественные изгибы тела А ведь современные электронные термометры могут работать и в других «условиях» — они измеряют температуру орально (за щекой и под языком), ректально, вагинально и в паховой области.

Модели с мягким наконечником идеально подходят для измерения температуры у новорожденных. Кроме того, в доме с маленькими детьми намного больше шансов «выжить» у влагостойкого прибора, защищенного от случайных водных процедур. Существуют и термометры для грудных младенцев, выполненные в виде соски-пустышки и замеряющие температуру орально. Однако их цена довольно высока, а вероятность, что дитя с удовольствием будет «пользоваться» измеряющей соской, напротив, невелика.

Еще одна современная технология — позолоченные наконечники. Они предназначены для людей, страдающих аллергией на никель, который обычно используется для производства термометров.

Инфракрасные (лобные/ушные) термометры

Стоимость. «–» Последние достижения измерительной техники поражают ценой, превышающей стоимость среднестатистического электронного прибора в несколько раз.

Точность. «+/–» Инфракрасные термометры обещают потратить на измерение температуры в ухе или на лбу целую секунду. Но при этом точность измерения — явно не их конек. И дело не только в недостаточной длительности приложения.

Примечание. В инструкции к применению спрятана настораживающая информация. Она гласит, что в ухе следует проводить измерения лишь спустя полчаса после еды, физической нагрузки или принятия ванны. А результаты измерений на лбу и вовсе могут быть неточными из-за влияния множества факторов.

Эргономичность. «+/–» Выглядят эти приборы, конечно, элегантно. Они могут даже использоваться как «стильные часы» или комнатный термометр. Но если принять во внимание весьма «размытые» способности прибора выполнять свою непосредственную задачу — измерять температуру тела, а не окружающей среды, то невольно задумаешься, а не заменить ли его стильным радиоприемником, например… Кстати, гарантийный период инфракрасного прибора длится всего лишь год.

Поэтому, взвешивая все за и против ртутных, электронных и инфракрасных термометров, подавляющее число покупателей (и я в том числе) вливаются в ряды обладателей электронных приборов. И закрывают тему покупки нового термометра на годы вперед.

Марина Поздеева

Фото thinkstockphotos.com

Товары по теме: термометр цифровой, термометр инфракрасный

apteka.ru

Как выбрать термопреобразователь? | ТД «В-КИП»

НПФ «РегМик» НПО «Электро-
термометрия»
г.Луцк
ООО «ВО Овен» г.Харьков ЧАО «Тера» г.Чернигов «Метран» г.Челябинск ОАО «Тепло-
прибор»
г.Челябинск
ОАО «Тесей» г.Обнинск ОАО НПП "Эталон" г.Омск НПП "Сенсорика" г.Екатеринбург
ТСМ-001(з)(д) ТСМ 1188-01 ДТС015
ДТС025
ТСМ-1-4
ТСМ-1-24
ТСМ-1-27
ТСМ Метран-204-31   ТСМТ 102 ТСМ 9721  
ТСП-001(з)(д) ТСП-1088
ТСП 1188-01
ДТС015
ДТС025
ТСП-1-4
ТСП-1-24
ТСП-1-27
ТСП Метран-226-15 ТСП-0196-02
ТСП-0196-03
ТСП-0196-02Б
ТСП-0196-02Б
ТСПТ 102 ТСП 0303
ТСП 9721
 
ТХА-001(з)(д) ТХА-2288 ДТПK125 ТХА-1-24 ТХА Метран-201-32 ТХА-1293   ТХА 9503 ТХАс-2288
ТХК-001(з)(д) ТХК-2288 ДТПL125 ТХК-1-24   ТХК-1293 КТХК 01.02-10 ТХК 9503 ТХКс-2288
ТЖК-001(з)(д)     ТЖК-1-4     КТЖК 01.02-10    
ТСМ-002(з)(д)(п) ТСМ-1088
ТСМ-0879
ТСМ-5071
ТСМ-1080
ТСМ 1188-01
ДТС035
ДТС045
ДТС065
ДТС075
ДТС085
ДТС105
ДТС145
ТСМ-1-3
ТСМ-1-3п
ТСМ-1-9
ТСМ-1-23
ТСМ Метран-204-02 ТСМ-0193
ТСМ-1393
ТСМТ 101 ТСМ 9201
ТСМ 9721
ТМ-9201
ТСП-002(з)(д)(п) ТСП-1088
ТСП-0879
ТСП-5071
ТСП-1080
ТСП 1188-01
ДТС035
ДТС045
ДТС065
ДТС075
ДТС085
ДТС105
ДТС145
ТСП-1-3
ТСП-1-3п
ТСП-1-9
ТСП-1-23
  ТСП-0193
ТСП-1393
ТСПТ 101 ТСП 9201
ТСП9721
ТП-9201
ТХА-002(з)(д)(п) ТХА-2388
ТХА-0806
ТХА-0279
ТХА-1172Р
ТХА-1387
ТХА-2188
ДТПK035
ДТПK045
ДТПK065
ДТПK075
ДТПK085
ДТПK105
ДТПK185
ДТПK195
ДТПK205
ДТПK215
ДТПK265
ТХА-1-3
ТХА-1-3п
ТХА-1-9
ТХА-1-27
ТХА Метран-201-04
ТХА Метран-231-12
ТХА Метран-201-32/31
ТХА-0192
ТХА-1192
ТХА-1193
КТХА 01.06
КТХА 01.10F
ТХА 9310
ТХА 9420
ТХА 9425
ТХА 9816
ТХАс-2388
ТХАс-1172
ТХК-002(з)(д)(п) ТХК-2388
ТХК-0806
ТХК-0279
ТХК-1172Р
ДТПL035
ДТПL045
ДТПL065
ДТПL075
ДТПL085
ДТПL105
ДТПL185
ДТПL195
ДТПL205
ДТПL215
ДТПL265
ТХК-1-3
ТХК-1-3п
ТХК-1-9
  ТХК-0192
ТХК-1192
КТХК 01.06
КТХК 01.10F
ТХК 9310
ТХК 9420
ТХК 9816
ТХКс-2388
ТХКс-1172
ТЖК-002(з)(п)(д)     ТЖК-1-3
ТЖК-1-3п
    КТЖК 01.06-20    
ТСМ-003(д)   ДТС095       ТСМТ 103   ТМ-9211
ТСП-003(д) ТСП-1287
ТСП-047К
ТСП-037К
ТСП- 25
ТСП- 713
ДТС095     ТСП-0196-02 ТСПТ 103
ТСПТ 201
ТСП 9307 ТП-9211
ТХА-003(п) ТХА-2088
ТХА-0179
ТХА-0515
ДТПK095 ТХА-1-23 ТХА Метран-201-02 ТХА-0193
ТХА-0393
КТХА 01.04 ТХА 9312 ТХАс-2088
ТХК-003(п) ТХК-2088
ТХК-0179
ТХК-0515
ДТПL095 ТХК-1-23   ТХК-0193
ТХК-0393
КТХК 01.03-10
КТХК 01.04-10
ТХК 9312 ТХКс-2088
ТЖК-003(п)           КТЖК 01.03-10
КТЖК 01.04-10
   
ТСМ-004             ТСМ 9422  
ТСП-004 ТСП-0889           ТСП 9422 ТП-9212
ТСМ-101(п) ТСМ-1288
ТСМ-0879-01
ТСМ-6097
ТСМ-883
ТСМ- 6108
ДТС054
ДТС064
ДТС074
ДТС094
ДТС104
ДТС114
ДТС124
ДТС134
ДТС144
ДТС194
ДТС204
ТСМ-1-5
ТСМ-1-5п
ТСМ-1-11
ТСМ-1-11п
ТСМ-1-11а
  ТСМ-0196 ТСМТ 202 ТСМ 9203 ТМ-9202
ТСП-101(п) ТСП-1288
ТСП-0879-01
ТСП-6097
ТСП-883
ТСП-6108
ДТС054
ДТС064
ДТС074
ДТС094
ДТС104
ДТС114
ДТС124
ДТС134
ДТС144
ДТС194
ДТС204
ТСП-1-5
ТСП-1-5п
ТСП-1-11
ТСП-1-11п
ТСП-1-11а
  ТСП-0196 ТСПТ 202 ТСП 9203 ТП-9202
ТХА-101(п)   ДТПK054
ДТПK064
ДТПK074
ДТПK094
ДТПK104
ДТПK114
ДТПK124
ДТПK134
ДТПK144
ТХА-1-5
ТХА-1-5п
ТХА-1-11
ТХА-1-11п
ТХА-1-11а
ТХА Метран-201-06     ТХА 9311  
ТХК-101(п) ТХК-2488
ТХК-0379-01
ДТПL054
ДТПL064
ДТПL074
ДТПL094
ДТПL104
ДТПL114
ДТПL124
ДТПL134
ДТПL144
ТХК-1-5
ТХК-1-5п
ТХК-1-11
ТХК-1-11п
ТХК-1-11а
  ТХК-0193-04 КТХК 02.03 ТХК 9311 ТХКс-2488
ТЖК-101(п)     ТЖК-1-5
ТЖК-1-5п
ТЖК-1-11
ТЖК-1-11п
ТЖК-1-11а
         
ТСМ-102(п)   ДТС014
ДТС024
ТСМ-1-6       ТСМ 0101  
ТСП-102(п)   ДТС014
ДТС024
ТСП-1-6          
ТХА-102(п)   ДТПK014
ДТПK024
ТХА-1-6       ТХА 9619  
ТХК-102(п) ТХК-3088 ДТПL014
ДТПL024
ТХК-1-6       ТХК 9414 ТХКс-3088
ТЖК-102(п)     ТЖК-1-6          
ТСМ-103(п) ТСМ-1388
ТСМ-0979
ТСМ-0281
ТСМ-085
ТСМ-410-01
ДТС034
ДТС044
ТСМ-1-15 ТСМ Метран-243-03 ТСМ-1193 ТСМТ 301 ТСМ 9204 ТМ-9204
ТСП-103(п) ТСП-1388
ТСП-0979
ТСП-0281
ТСП-085
ТСП-410-01
ДТС034
ДТС044
ТСП-1-15   ТСП-1193 ТСПТ 301 ТСП 9204 ТП-9204
ТХА-103(п)   ДТПK034
ДТПK044
ТХА-1-15       ТХА 9204  
ТХК-103(п)   ДТПL034
ДТПL044
ТХК-1-15       ТХК 9204  
ТЖК-103(п)     ТЖК-1-15       ТЖК 9204  
ТСМ-104(п)   ДТС204 ТСМ-3-15          
ТСП-104(п)   ДТС204 ТСП-3-15          
ТХА-104(п)   ДТПK204 ТХА-3-15          
ТХК-104(п)   ДТПL204 ТХК-3-15          
ТЖК-104(п)     ТЖК-3-15          
ТСМ-105(п)     ТСМ-1-7          
ТСП-105(п)     ТСП-1-7       ТСП 9801
ТСП 9807
 
ТХА-105(п)     ТХА-1-7       ТХА 0002  
ТХК-105(п)     ТХК-1-7       ТХК 0002  
ТЖК-105(п)     ТЖК-1-7          
ТСП-106(п)   ДТС174
ДТС184
ТСП-1-8   ТСП-0395 ТСПТ 204 ТСП 9423 ТП-9203
ТХА-106(п)   ДТПK174
ДТПK184
ДТПK194
ТХА-1-8          
ТХК-106(п) ТХК-2788 ДТПL174
ДТПL184
ДТПL194
    ТХК-0395 КТХК 02.04 ТХК 9206 ТХКс-2788
ТСМ-108     ТСМ-3-13          
ТСП-108     ТСП-3-13          
ТХА-108     ТХА-3-13
ТХА-3-14
         
ТХК-108     ТХК-3-13
ТХК-3-14
         
ТЖК-108     ТЖК-3-13
ТЖК-3-14
         
ТСМ-204     ТСМ-2-8          
ТСП-204     ТСП-2-8          
ТСМ-204р     ТСМ-2-8а          
ТСП-204р     ТСП-2-8а          
ТХА-210 ТХА-1489
ТХА-0188
ДТПK021 ТХА-1-20 ТХА Метран-201-06 ТХА-0292 КТХА 02.01 ТХА 9419 ТХАс-0188
ТХК-210 ТХК-1489
ТХК-0188
ДТПL021     ТХК-0292 КТХК 02.01 ТХК 9419 ТХКс-0188
ТСМ-303(п) ТСМ-0987
ТСМ-6114
ДТС125 ТСМ-2-10
ТСМ-2-10м
    ТСМТ 104 ТСМ 9417 ТМ-9205
ТСП-303(п) ТСП-0987
ТСП-8012
ДТС125 ТСП-2-10
ТСП-2-10м
      ТСП 9417 ТП-9205
ТСМУ   ДТС-И Встраиваемые преобразователи          
ТСПУ   ДТС-И Встраиваемые преобразователи          
ДВТ-001ц     ДВ-01          
ДВТ-002ц     ДВ-02          
ДВТ-101ц     ДВ-06          
ДВТ-303ц     ДВ-03          
ДО-101   ВБ3            
ДУ-001   ДС            
ДУ-002   ДС            

msk.v-kip.com

виды, типы конструкции, классы допуска

Термометрия относится к наиболее простым и эффективным методам измерений. Она основана на том, что физические свойства материала меняются в зависимости от температуры. В частности, измеряя сопротивление металла, сплава или полупроводникового элемента, можно определить его температуру с высокой степенью точности. Датчики такого типа называются термоэлектрическими или термосопротивлениями. Предлагаем рассмотреть различные виды этих устройств, их принцип работы, конструкции и особенности.

Виды термодатчиков

Наиболее распространенными считаются следующие типы термометров сопротивления (далее ТС):

  1. Полупроводниковые датчики. Отличительные особенности этих приборов заключается в высокой точности и стабильной чувствительности, а также в возможности измерения быстротечных процессов. Благодаря низкому измерительному току имеется возможность работы со сверхнизкими температурами (до -270°С). Пример конструкции полупроводникового ТС. Конструкция термистора

Обозначения:

  • А – Выводы измерителя.
  • В – Стеклянная пробка, закрывающая защитную гильзу.
  • С – Защитная гильза, наполненная гелием.
  • D – Электроизоляционная пленка, покрывающая внутреннюю часть гильзы.
  • E – Полупроводниковый чувствительный элемент (далее ЧЭ), в приведенном примере это германий, легированный сурьмой.
  1. Металлические датчики. У таких измерителей в качестве ЧЭ выступает проволочный или пленочный резистор, помещенный в керамический или металлический корпус. Металл, используемый для изготовления чувствительного элемента, должен быть технологичен и устойчив к окислению, а также обладать достаточным температурным коэффициентом. Таким критериям практически идеально отвечает платина. Там, где не столь высокие требования к измерениям, может использоваться никель или медь. В качестве примера можно привести термодатчики: PT1000, PT500, ТСП 100 П, ТСП pt100, ТСП 50П, ТСМ 296, ТСМ 045, ТС 125, Jumbo, ДТС Овен и т.д.

Расшифровка аббревиатур

Чтобы не возникало вопросов, что такое ТСМ, приведем расшифровку этой и других аббревиатур:

  • ТСМ это термометр сопротивления (ТС), в чувствительном элементе (ЧЭ) которого используется медная проволока (М).
  • ТСП, в применяется платиновый (проволока из платины) ЧЭ.
  • КТС б – обозначение комплекта из нескольких платиновых ТС., позволяющих провести многозонные измерения, как правило, монтаж таких устройств производится на вход и выход системы отопления, чтобы установить разность температур.
  • ТПТ – технический (Т) платиновый термометр (ПТ).
  • КТПТР – комплект из ТПТ приборов, буква «Р» в конце указывает, что может производиться не только измерение разницы температур между различными датчиками.
  • ТСПН – «Н» в конце ТСП, обозначает, что датчик низкотемпературный.
  • НСХ – под данным сокращением подразумевается «номинальная статическая характеристика», соответствующая стандартной функции «температура-сопротивление». Достаточно посмотреть таблицу НСХ для pt100 или любого другого датчика (например, pt1000, rtd, ntc и т.д.), чтобы иметь представление о его характеристиках.
  • ЭТС – эталонные приборы, служащие для калибровки датчиков.

Чем отличается термосопротивление от термопары?

Схема термопары, ее конструкция, а также принцип работы существенно отличается от термометра сопротивления, расскажем об этом простыми словами. У устройства pt100, а также других датчиков, принцип действия основан на сопоставимости между изменением температуры металла и его сопротивлением.

Принцип термопары построен на различных свойствах двух металлов собранных в единую биметаллическую конструкцию. Устройство, подключение, назначение термопары, а также описание погрешности этих приборов будет рассмотрено в отдельной статье.

Сейчас достаточно понимать, что термопара и ТСП, например pt100, это совершенно разные приборы, отличающиеся принципом работы.

Платиновые измерители температуры

Учитывая распространенность металлических датчиков, имеет смысл привести краткое описание этих устройств, чтобы наглядно показать сравнительные характеристики различных видов, особенности, а также описать сферу применения.

В соответствии с нормами ГОСТ 6651 2009 и МЭК 60751, у рабочих приборов данного типа значение температурного коэффициента должно быть 0,00385°С-1, эталонных – 0,03925°С-1. Диапазон измеряемой температуры: от-196,0°С до 600,0°С. К несомненным достоинствам следует отнести высокий коэффициент точности, близкую к линей характеристику «Температура-сопротивление», стабильные параметры. Недостаток – наличие драгметаллов увеличивает стоимость конструкции. Необходимо заметить, что современные технологии позволяют минимизировать содержание этого металла, что делает возможным снижение стоимости продукции.

Основная область применения – контроль температуры различных технологических процессов. Например, такой прибор может быть установлен в трубопроводе, в котором плотность рабочей среды сильно зависит от температуры. В этом случае показания вихревой расходометра корректируются информацией о температуре рабочей среды.

Датчик термопреобразователь ТСП 5071 производства Элемер

Никелевые термометры сопротивления

Температурный коэффициент (далее ТК) у данного типа измерительных устройств самый высокий — 0,00617°С-1. Диапазон измеряемых температур также существенно уже, чем у платиновых ЧЭ (от -60,0°С до 180,0°С). Основное достоинство данных приборов – высокий уровень выходного сигнала. В процессе эксплуатации следует учитывать особенность, связанную с приближением температуры нагрева к точке Кюри (352,0°С), вызывающую существенное изменение параметров ввиду непредсказуемого гистерезиса.

Данные устройства практически не используются, поскольку в большинстве случаев их можно заменить приборами с медными чувствительными элементами, которые существенно дешевле и технологичнее (проще в производстве).

Медные датчики (ТСМ)

ТК медных измерительных приборов – 0,00428°С-1, диапазон измеряемых температур немного уже, чем у никелевых аналогов (от -50,0°С до 150°С). К несомненным преимуществам медных измерителей следует отнести их относительно невысокую стоимость и наиболее близкую к линейной характеристику «температура-сопротивление». Но, узкий диапазон измеряемых температур и низкие параметры удельного сопротивления существенно ограничивают сферу применения термопреобразователей ТСМ.

Внешний вид термопреобразователя ТСМ 1088 1

Но, тем не менее, медные датчики рано списывать, есть немало примеров удачных реализаций, например, ТХА Метран 2700, который предназначен как для различных видов промышленности, но также удачно используется в ЖКХ.

Учитывая, что платиновые терморезисторы наиболее востребованы, рассмотрим варианты их конструктивного исполнения.

Типовые конструкции платиновых термосопротивлений

Наиболее распространение получило исполнение ЧЭ в ПТС, называемое «свободной от напряжения спиралью», у зарубежных изготовителей оно проходит под термином «Strain free». Упрощенный вариант такой конструкции представлен ниже.

Конструктивное исполнение «Strain free»

Обозначения:

  • А – Выводы термоэлектрического элемента.
  • В – Защитный корпус.
  • С – Спираль из платиновой проволоки.
  • D – Мелкодисперсный наполнитель.
  • E – Глазурь, герметизирующая ЧЭ.

Как видно из рисунка, четыре спирали из платиновой проволоки, размещают в специальных каналах, которые потом заполняются мелкодисперсным наполнителем. В роли последнего выступает очищенный от примесей оксид алюминия (Al2O3). Наполнитель обеспечивает изоляцию между витками проволоки, а также играет роль амортизатора при вибрациях или когда происходит ее расширение, вследствие нагрева. Для герметизации отверстий в защитном корпусе применяется специальная глазурь.

На практике встречается много вариаций типового исполнения, различия могут быть в дизайне, герметизирующем материале и размерах основных компонентов.

Исполнение Hollow Annulus.

Данный вид конструкции относительно новый, она разрабатывалась для использования в атомной индустрии, а также на объектах особой важности. В других сферах датчики данного типа практически не применяются, основная причина этого высокая стоимость изделий. Отличительные особенности высокая надежность и стабильные характеристики. Приведем пример такой конструкции.

Пример исполнения «Hollow Annulus»

Обозначения:

  • А – Выводы с ЧЭ.
  • В – Изоляция выводов ЧЭ.
  • С – Изолирующий мелкодисперсный наполнитель.
  • D – Защитный корпус датчика.
  • E – Проволока из платины.
  • F – Металлическая трубка.

ЧЭ данной конструкции представляет собой металлическую трубку (полый цилиндр), покрытый слоем изоляции, сверху которой наматывается платиновая проволока. В качестве материала цилиндра используется сплав с температурным коэффициентом близким к платине. Изоляционное покрытие (Al2O3) наносится горячим напылением. Собранный ЧЭ помещается с защитный корпус, после чего его герметизируют.

Для данной конструкции характерна низкая инерционность, она может быть в диапазоне от 350,0 миллисекунд до 11,0 секунд, в зависимости от того используется погружаемый или монтированный ЧЭ.

Пленочное исполнение (Thin film).

Основное отличие от предыдущих видов заключается в том, что платина тонким слоем (толщиной в несколько микрон) напыляется на керамическое или пластиковое основание. На напыление наносится стеклянное, эпоксидное или пластиковое защитное покрытие.

Миниатюрный пленочный датчик

Это наиболее распространенный тип конструкции, основные достоинства которой заключаются в невысокой стоимости и небольших габаритах. Помимо этого пленочные датчики обладают низкой инерционностью и относительно высоким внутренним сопротивлением. Последнее практически полностью нивелирует воздействие сопротивления выводов на показания прибора (таблицы термосопротивлений можно найти в сети).

Что касается стабильности, то она уступает проволочным датчикам, но следует учитывать, что пленочная технология усовершенствуется год от года, и прогресс довольно ощутим.

Стеклянная изоляция спирали.

В некоторых дорогих ТС платиновую проволоку покрывают стеклянной изоляцией. Такое исполнение обеспечивает полную герметизацию ЧЭ и увеличивает влагостойкость, но сужает диапазон измеряемой температуры.

Класс допуска

Согласно действующим нормам допускается определенное отклонение от линейной характеристики «температура-сопротивление». Ниже представлена таблица соответствия класса точности.

Таблица 1. Классы допуска.

Класс точности Нормы допуска

°C |t |

Диапазон измерения температуры
Платиновые датчики Медные Никелевые
Проволочные Пленочные
AA ±0,10+0,0017 -50°C …250°C -50°C …150°C x x
A ±0,15+0,002 -100°C …450°C -30°C …300°C -50°C …120°C x
B ±0,30+0,005 -196°C …660°C -50°C …500°C -50°C …200°C х
С ±0,60+0,01 -196°C …660°C -50°C …600°C -180°C …200°C -60°C …180°C

Приведенная в таблице погрешность отвечает текущим нормам.

Схемы включения ТСМ/ТСП

Существует три варианта подключения:

  • 2-х проводное (см. А на рис. 7), этот наиболее простой способ используется в тех случаях, когда точность результатов не критична. Дополнительную погрешность создает номинальное сопротивление проводников, которыми подключается датчик. Обратим внимание, что для классов точности A и AA данная схема включения неприемлема. Рисунок 7. Двухпроводная, трехпроводная и четырехпроводная схема включения термометра сопротивления
  • 3-х проводное (В). Такой вариант обладает более высокой точностью, чем 2-х проводная схема вариант подключения. Это происходит за счет того, что появляется возможность измерить сопротивление монтажных проводов, чтобы учесть их воздействие.
  • 4-х проводное. Этот вариант позволяет полностью исключить воздействие сопротивления монтажных проводов на результаты измерений.

В измерительных приборах ТС, как правило, включен по мостовой схеме.

Пример подключения по мостовой схеме вторичного прибора (pt100) для измерения температуры воздуха

Обратим внимание, что под rл.с. в электрической схеме подразумевается сопротивление линий связи, то есть проводов, которыми подключен датчик.

Обслуживание

Информация о ТО температурного датчика указана в паспорте прибора или инструкции эксплуатации, там же приводится типовые неисправности и способы их ремонта, рекомендуемая длина кабеля для подключения, а также друга полезная информация.

Термометры сопротивления не требуют специального ТО, в задачу обслуживающего персонала входит:

  • Проверка условий, в которых эксплуатируется датчик.
  • Внешний осмотр на предмет целостности конструкции и кабельных соединений, проверка хода подвижного штуцера (если таковой имеется).
  • Помимо этого проверяется наличие пломб.
  • Проверяется заземление.

Такой осмотр должен проводиться с периодичностью один раз в месяц или чаще.

Помимо этого должна проводиться поверка приборов, с использованием эталонного датчика, например, ЭТС 100.

Платиновый эталонный ПТС (датчик ЭТС 100)

Для градуировки датчиков используются специальные таблицы, в качестве примера приведена одна из них для термосопротивления pt100. Саму методику калибровки мы приводить не будем, ее описание несложно найти в сети.

Градуировочная таблица для терморезистора pt100 (фрагмент, без указания пределов градуировки измерений)

Что касается методики поверки эталонных платиновых датчиков, то она должна производиться на специальных реперных точках.

www.asutpp.ru

Как выбрать термопреобразователь? | ТД «В-КИП»

НПФ «РегМик» НПО «Электро-
термометрия»
г.Луцк
ООО «ВО Овен» г.Харьков ЧАО «Тера» г.Чернигов «Метран» г.Челябинск ОАО «Тепло-
прибор»
г.Челябинск
ОАО «Тесей» г.Обнинск ОАО НПП "Эталон" г.Омск НПП "Сенсорика" г.Екатеринбург
ТСМ-001(з)(д) ТСМ 1188-01 ДТС015
ДТС025
ТСМ-1-4
ТСМ-1-24
ТСМ-1-27
ТСМ Метран-204-31   ТСМТ 102 ТСМ 9721  
ТСП-001(з)(д) ТСП-1088
ТСП 1188-01
ДТС015
ДТС025
ТСП-1-4
ТСП-1-24
ТСП-1-27
ТСП Метран-226-15 ТСП-0196-02
ТСП-0196-03
ТСП-0196-02Б
ТСП-0196-02Б
ТСПТ 102 ТСП 0303
ТСП 9721
 
ТХА-001(з)(д) ТХА-2288 ДТПK125 ТХА-1-24 ТХА Метран-201-32 ТХА-1293   ТХА 9503 ТХАс-2288
ТХК-001(з)(д) ТХК-2288 ДТПL125 ТХК-1-24   ТХК-1293 КТХК 01.02-10 ТХК 9503 ТХКс-2288
ТЖК-001(з)(д)     ТЖК-1-4     КТЖК 01.02-10    
ТСМ-002(з)(д)(п) ТСМ-1088
ТСМ-0879
ТСМ-5071
ТСМ-1080
ТСМ 1188-01
ДТС035
ДТС045
ДТС065
ДТС075
ДТС085
ДТС105
ДТС145
ТСМ-1-3
ТСМ-1-3п
ТСМ-1-9
ТСМ-1-23
ТСМ Метран-204-02 ТСМ-0193
ТСМ-1393
ТСМТ 101 ТСМ 9201
ТСМ 9721
ТМ-9201
ТСП-002(з)(д)(п) ТСП-1088
ТСП-0879
ТСП-5071
ТСП-1080
ТСП 1188-01
ДТС035
ДТС045
ДТС065
ДТС075
ДТС085
ДТС105
ДТС145
ТСП-1-3
ТСП-1-3п
ТСП-1-9
ТСП-1-23
  ТСП-0193
ТСП-1393
ТСПТ 101 ТСП 9201
ТСП9721
ТП-9201
ТХА-002(з)(д)(п) ТХА-2388
ТХА-0806
ТХА-0279
ТХА-1172Р
ТХА-1387
ТХА-2188
ДТПK035
ДТПK045
ДТПK065
ДТПK075
ДТПK085
ДТПK105
ДТПK185
ДТПK195
ДТПK205
ДТПK215
ДТПK265
ТХА-1-3
ТХА-1-3п
ТХА-1-9
ТХА-1-27
ТХА Метран-201-04
ТХА Метран-231-12
ТХА Метран-201-32/31
ТХА-0192
ТХА-1192
ТХА-1193
КТХА 01.06
КТХА 01.10F
ТХА 9310
ТХА 9420
ТХА 9425
ТХА 9816
ТХАс-2388
ТХАс-1172
ТХК-002(з)(д)(п) ТХК-2388
ТХК-0806
ТХК-0279
ТХК-1172Р
ДТПL035
ДТПL045
ДТПL065
ДТПL075
ДТПL085
ДТПL105
ДТПL185
ДТПL195
ДТПL205
ДТПL215
ДТПL265
ТХК-1-3
ТХК-1-3п
ТХК-1-9
  ТХК-0192
ТХК-1192
КТХК 01.06
КТХК 01.10F
ТХК 9310
ТХК 9420
ТХК 9816
ТХКс-2388
ТХКс-1172
ТЖК-002(з)(п)(д)     ТЖК-1-3
ТЖК-1-3п
    КТЖК 01.06-20    
ТСМ-003(д)   ДТС095       ТСМТ 103   ТМ-9211
ТСП-003(д) ТСП-1287
ТСП-047К
ТСП-037К
ТСП- 25
ТСП- 713
ДТС095     ТСП-0196-02 ТСПТ 103
ТСПТ 201
ТСП 9307 ТП-9211
ТХА-003(п) ТХА-2088
ТХА-0179
ТХА-0515
ДТПK095 ТХА-1-23 ТХА Метран-201-02 ТХА-0193
ТХА-0393
КТХА 01.04 ТХА 9312 ТХАс-2088
ТХК-003(п) ТХК-2088
ТХК-0179
ТХК-0515
ДТПL095 ТХК-1-23   ТХК-0193
ТХК-0393
КТХК 01.03-10
КТХК 01.04-10
ТХК 9312 ТХКс-2088
ТЖК-003(п)           КТЖК 01.03-10
КТЖК 01.04-10
   
ТСМ-004             ТСМ 9422  
ТСП-004 ТСП-0889           ТСП 9422 ТП-9212
ТСМ-101(п) ТСМ-1288
ТСМ-0879-01
ТСМ-6097
ТСМ-883
ТСМ- 6108
ДТС054
ДТС064
ДТС074
ДТС094
ДТС104
ДТС114
ДТС124
ДТС134
ДТС144
ДТС194
ДТС204
ТСМ-1-5
ТСМ-1-5п
ТСМ-1-11
ТСМ-1-11п
ТСМ-1-11а
  ТСМ-0196 ТСМТ 202 ТСМ 9203 ТМ-9202
ТСП-101(п) ТСП-1288
ТСП-0879-01
ТСП-6097
ТСП-883
ТСП-6108
ДТС054
ДТС064
ДТС074
ДТС094
ДТС104
ДТС114
ДТС124
ДТС134
ДТС144
ДТС194
ДТС204
ТСП-1-5
ТСП-1-5п
ТСП-1-11
ТСП-1-11п
ТСП-1-11а
  ТСП-0196 ТСПТ 202 ТСП 9203 ТП-9202
ТХА-101(п)   ДТПK054
ДТПK064
ДТПK074
ДТПK094
ДТПK104
ДТПK114
ДТПK124
ДТПK134
ДТПK144
ТХА-1-5
ТХА-1-5п
ТХА-1-11
ТХА-1-11п
ТХА-1-11а
ТХА Метран-201-06     ТХА 9311  
ТХК-101(п) ТХК-2488
ТХК-0379-01
ДТПL054
ДТПL064
ДТПL074
ДТПL094
ДТПL104
ДТПL114
ДТПL124
ДТПL134
ДТПL144
ТХК-1-5
ТХК-1-5п
ТХК-1-11
ТХК-1-11п
ТХК-1-11а
  ТХК-0193-04 КТХК 02.03 ТХК 9311 ТХКс-2488
ТЖК-101(п)     ТЖК-1-5
ТЖК-1-5п
ТЖК-1-11
ТЖК-1-11п
ТЖК-1-11а
         
ТСМ-102(п)   ДТС014
ДТС024
ТСМ-1-6       ТСМ 0101  
ТСП-102(п)   ДТС014
ДТС024
ТСП-1-6          
ТХА-102(п)   ДТПK014
ДТПK024
ТХА-1-6       ТХА 9619  
ТХК-102(п) ТХК-3088 ДТПL014
ДТПL024
ТХК-1-6       ТХК 9414 ТХКс-3088
ТЖК-102(п)     ТЖК-1-6          
ТСМ-103(п) ТСМ-1388
ТСМ-0979
ТСМ-0281
ТСМ-085
ТСМ-410-01
ДТС034
ДТС044
ТСМ-1-15 ТСМ Метран-243-03 ТСМ-1193 ТСМТ 301 ТСМ 9204 ТМ-9204
ТСП-103(п) ТСП-1388
ТСП-0979
ТСП-0281
ТСП-085
ТСП-410-01
ДТС034
ДТС044
ТСП-1-15   ТСП-1193 ТСПТ 301 ТСП 9204 ТП-9204
ТХА-103(п)   ДТПK034
ДТПK044
ТХА-1-15       ТХА 9204  
ТХК-103(п)   ДТПL034
ДТПL044
ТХК-1-15       ТХК 9204  
ТЖК-103(п)     ТЖК-1-15       ТЖК 9204  
ТСМ-104(п)   ДТС204 ТСМ-3-15          
ТСП-104(п)   ДТС204 ТСП-3-15          
ТХА-104(п)   ДТПK204 ТХА-3-15          
ТХК-104(п)   ДТПL204 ТХК-3-15          
ТЖК-104(п)     ТЖК-3-15          
ТСМ-105(п)     ТСМ-1-7          
ТСП-105(п)     ТСП-1-7       ТСП 9801
ТСП 9807
 
ТХА-105(п)     ТХА-1-7       ТХА 0002  
ТХК-105(п)     ТХК-1-7       ТХК 0002  
ТЖК-105(п)     ТЖК-1-7          
ТСП-106(п)   ДТС174
ДТС184
ТСП-1-8   ТСП-0395 ТСПТ 204 ТСП 9423 ТП-9203
ТХА-106(п)   ДТПK174
ДТПK184
ДТПK194
ТХА-1-8          
ТХК-106(п) ТХК-2788 ДТПL174
ДТПL184
ДТПL194
    ТХК-0395 КТХК 02.04 ТХК 9206 ТХКс-2788
ТСМ-108     ТСМ-3-13          
ТСП-108     ТСП-3-13          
ТХА-108     ТХА-3-13
ТХА-3-14
         
ТХК-108     ТХК-3-13
ТХК-3-14
         
ТЖК-108     ТЖК-3-13
ТЖК-3-14
         
ТСМ-204     ТСМ-2-8          
ТСП-204     ТСП-2-8          
ТСМ-204р     ТСМ-2-8а          
ТСП-204р     ТСП-2-8а          
ТХА-210 ТХА-1489
ТХА-0188
ДТПK021 ТХА-1-20 ТХА Метран-201-06 ТХА-0292 КТХА 02.01 ТХА 9419 ТХАс-0188
ТХК-210 ТХК-1489
ТХК-0188
ДТПL021     ТХК-0292 КТХК 02.01 ТХК 9419 ТХКс-0188
ТСМ-303(п) ТСМ-0987
ТСМ-6114
ДТС125 ТСМ-2-10
ТСМ-2-10м
    ТСМТ 104 ТСМ 9417 ТМ-9205
ТСП-303(п) ТСП-0987
ТСП-8012
ДТС125 ТСП-2-10
ТСП-2-10м
      ТСП 9417 ТП-9205
ТСМУ   ДТС-И Встраиваемые преобразователи          
ТСПУ   ДТС-И Встраиваемые преобразователи          
ДВТ-001ц     ДВ-01          
ДВТ-002ц     ДВ-02          
ДВТ-101ц     ДВ-06          
ДВТ-303ц     ДВ-03          
ДО-101   ВБ3            
ДУ-001   ДС            
ДУ-002   ДС            

v-kip.com

принцип действия, схемы, таблица типов термопар и т.д.

Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Отличается своей простотой, невысокой стоимостью, но внушительной долговечностью. Благодаря своим преимуществам, термопара используется повсеместно.

Стандартная термопара
Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Принцип работы термопары

Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.

Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.

Термопара в электрической цепи

Спай термопары

В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай.

Цепь термопары

Цепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется, когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е — это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях.

Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. Таким образом, на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны нулю. Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой.

Воздействие нагрева одного спая термопары

Когда спай термопары нагревается, величина напряжения повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах.

Холодный спай термопары

Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору.

В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.

Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.

Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.

Цепь термопары с компенсирующим резистором

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.

Рабочий спай и холодный спай

Типы термопары

Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.

Типы термопар и диапазон их температур

Когда термопара подключается к электрической цепи, то она не будет работать нормально пока не будет соблюдена полярность при подключении. Плюсовые провода должны быть соединены вместе и подсоединены к плюсовому выводу цепи, а минусовые к минусовому. Если провода перепутать, то рабочий спай и холодный спай не будут в противофазе и показания температуры будут неточными. Одним из способов определения полярности проводов термопары -это определение по цвету изоляции на проводах. Помните, что минусовой провод во всех термопарах — красный.

Цвет изоляции проводов термопар

Во многих случаях приходится использовать провода для удлинения протяженности цепи термопары. Цвет изоляции соединительных проводов также несет в себе информацию. Цвет внешней изоляции соединительных проводов — разный, в зависимости от производителя, однако цвет первичной изоляции проводов обычно соответствует кодировке, указанной в таблице выше.

Неисправности термопары

Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары.

Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре. Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний. Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре.

Если Вы подозреваете, что термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения.

Потенциометр

www.kipiavp.ru

определение, виды, как работает и как выбрать

Термистор представляет собой резистивный термометр или резистор, сопротивление которого зависит от температуры. Термин представляет собой комбинацию термо и резистор. Он изготовлен из оксидов металлов, спрессован в шарики, диски или цилиндрическую форму, а затем герметизирован непроницаемым материалом, таким как эпоксидная смола или стекло.

Существует два типа термисторов: отрицательный температурный коэффициент (NTC) и положительный температурный коэффициент (PTC). С термистором NTC, когда температура увеличивается, сопротивление уменьшается. И наоборот, когда температура снижается, сопротивление увеличивается. Этот тип термистора используется чаще всего.

Термистор PTC работает немного по-другому. Когда температура увеличивается, сопротивление увеличивается, а когда температура уменьшается, сопротивление уменьшается. Этот тип термистора обычно используется в качестве предохранителя. Огромный выбор терморезисторов вы можете посмотреть и приобрести на Алиэкспресс:

Как правило, термистор достигает высокой точности в ограниченном температурном диапазоне около 50ºC относительно целевой температуры. Этот диапазон зависит от базового сопротивления.

Термистор на схеме

Стрелка Т обозначает, что сопротивление является переменным в зависимости от температуры. Направление стрелки или полосы не имеет значения.

Термисторы просты в использовании, недороги, прочны и предсказуемо реагируют на изменения температуры. Хотя они не очень хорошо работают при чрезмерно высоких или низких температурах, они являются предпочтительным датчиком для применений, которые измеряют температуру в желаемой базовой точке. Они идеальны, когда требуются очень точные температуры.

Некоторые из наиболее распространенных применений термисторов используются в цифровых термометрах, в автомобилях для измерения температуры масла и охлаждающей жидкости, а также в бытовых приборах, таких как духовки и холодильники, но они также встречаются практически в любом приложении, где для обеспечения безопасности требуются защитные контуры отопления или охлаждения. Для более сложных приложений, таких как детекторы лазерной стабилизации, оптические блоки и устройства с зарядовой связью, встроен термистор. Например, термистор 10 кОм является стандартом, который встроен в лазерные пакеты.

История термистора

Майкл Фарадей — английский ученый впервые открыл понятие термисторов в 1833 году, сообщая о полупроводниковом поведении сульфида серебра. Благодаря своим исследованиям он заметил, что устойчивость к сульфидам серебра снижалась с повышением температуры. Это открытие впоследствии привело к коммерческому производству термисторов в 1930-х годах, когда Сэмюэль Рубен изобрел первый коммерческий термистор. С тех пор технология улучшилась; прокладывать дорогу к совершенствованию производственных процессов; наряду с доступностью более качественного материала.

Как работает термистор

Термистор на самом деле ничего не «читает», вместо этого сопротивление термистора меняется в зависимости от температуры. Степень изменения сопротивления зависит от типа материала, используемого в термисторе.

В отличие от других датчиков, термисторы являются нелинейными, то есть точки на графике, представляющие взаимосвязь между сопротивлением и температурой, не будут образовывать прямую линию. Расположение линии и степень ее изменения определяется конструкцией термистора. Типичный график термистора выглядит следующим образом:

Как изменение сопротивления преобразуется в измеримые данные, будет подробно рассмотрено ниже.

Разница между термистором и другими датчиками

В дополнение к термисторам используются несколько других типов датчиков температуры. Наиболее распространенными являются резистивные датчики температуры (RTD) и интегральные схемы (IC), такие как типы LM335 и AD590. Какой датчик лучше всего подходит для конкретного использования, зависит от многих факторов. В приведенной ниже таблице дано краткое сравнение преимуществ и недостатков каждого из них.

ПараметрТермисторRTDLM335AD592
Разница температурВ пределах ~ 50° С от заданной центральной температурыОт −260° C до + 850° C  От −40° C до + 100° C  От -20° C до + 105° C  
Относительная стоимость  НедорогойСамый дорогойДорогойДорогой
Постоянная времениОт 6 до 14 секундОт 1 до 7 секундОт 1 до 3 секундОт 2 до 60 секунд
СтабильностьОчень стабильный, 0,0009° C~0.05° С~0.01° С~0.01° С
Чувствительность  ВысокоНизкийНизкийНизкий
Преимущества  Долговечный
Долгоиграющий
Высокочувствительный
Маленький размер
Самая низкая
СтоимостьЛучше всего подходит для измерения температуры в одной точке  
Лучшее время отклика
Линейный выход
Самый широкий диапазон рабочих температур
Лучше всего для измерения диапазона температур  
Умеренно дорого
Линейный выход  
Умеренно дорого
Линейный выход  
НедостаткиНелинейный выход
Ограниченный температурный диапазон
Медленное время отклика  
Дорого
Низкая чувствительность  
Ограниченный температурный диапазон
Низкая чувствительность
Большой размер  
Самое медленное время отклика
Ограниченный температурный диапазон
Низкая чувствительность
Большой размер  

Температурный диапазон: приблизительный общий диапазон температур, в которых может использоваться тип датчика. В пределах заданного температурного диапазона некоторые датчики работают лучше, чем другие.

Относительная стоимость: относительная стоимость, поскольку эти датчики сравниваются друг с другом. Например, термисторы недороги по отношению к термометрам сопротивления, отчасти потому, что предпочтительным материалом для термопреобразователей сопротивления является платина.

Постоянная времени: приблизительное время, необходимое для перехода от одного значения температуры к другому. Это время в секундах, которое термистору требуется для достижения 63,2% разницы температур от начального показания до окончательного.

Стабильность: способность контроллера поддерживать постоянную температуру на основе обратной связи датчика температуры.

Чувствительность: степень реакции на изменение температуры.

Преимущества и недостатки NTC и PTC

Термисторы NTC прочны, надежны и стабильны, и они оборудованы для работы в экстремальных условиях окружающей среды и помехоустойчивости в большей степени, чем другие типы датчиков температуры.

  • Компактный размер: варианты упаковки позволяют им работать в небольших или ограниченных пространствах; тем самым занимая меньше места на печатных платах.
  • Быстрое время отклика: небольшие размеры позволяют быстро реагировать на изменение температуры, что важно, когда требуется немедленная обратная связь.
  • Экономичность: термисторы не только дешевле, чем другие типы датчиков температуры; Если приобретенный термистор имеет правильную кривую RT, никакая другая калибровка не требуется во время установки или в течение срока ее эксплуатации.
  • Совпадение точек: способность получить определенное сопротивление при определенной температуре.
  • Соответствие кривой: сменные термисторы с точностью от + 0,1 ° C до + 0,2 ° C.

Какие типы и формы термистора доступны на рынке

Термисторы бывают разных форм — дисковые, микросхемы, шариковые или стержневые и могут монтироваться на поверхности или встраиваться в систему. Они могут быть заключены в эпоксидную смолу, стекло, обожжены в феноле или окрашены. Наилучшая форма часто зависит от того, какой материал контролируется, например, от твердого вещества, жидкости или газа.

Например, терморезистор с бусинками идеально подходит для встраивания в устройство, а стержень, диск или цилиндрическая головка лучше всего подходят для оптических поверхностей. Термисторный чип обычно монтируется на печатной плате (PCB). Существует много, много разных форм термисторов, и некоторые примеры:

Выберите форму, которая обеспечивает максимальный контакт поверхности с устройством, температура которого контролируется. Независимо от типа термистора, соединение с контролируемым устройством должно быть выполнено с использованием теплопроводящей пасты или эпоксидного клея. Обычно важно, чтобы эта паста или клей не были электропроводящими.

Какое сопротивление термистора и ток смещения следует использовать

Термисторы классифицируются по величине сопротивления, измеренной при комнатной температуре окружающей среды, которая считается 25° C. Устройство, температуру которого необходимо поддерживать, имеет определенные технические характеристики для оптимального использования, как определено производителем. Они должны быть определены до выбора датчика. Поэтому важно знать следующее.

Каковы максимальные и минимальные температуры для устройства

Термисторы идеально подходят для измерения температуры в одной точке, которая находится в пределах 50 ° C от температуры окружающей среды. Если температура слишком высокая или низкая, термистор не будет работать. Хотя есть исключения, большинство термисторов работают лучше всего в диапазоне от -55 ° C до + 114 ° C.

Поскольку термисторы являются нелинейными, то есть значения температуры и сопротивления изображены на графике в виде кривой, а не прямой линии, очень высокие или очень низкие температуры регистрируются неправильно. Например, очень небольшие изменения при очень высоких температурах будут регистрировать незначительные изменения сопротивления, которые не приведут к точным изменениям напряжения.

Каков оптимальный диапазон термисторов

В зависимости от тока смещения от контроллера каждый термистор имеет оптимальный полезный диапазон, то есть диапазон температур, в котором небольшие изменения температуры точно регистрируются.

В таблице ниже приведены наиболее эффективные диапазоны температур для термисторов с длиной волны при двух наиболее распространенных токах смещения.

Лучше всего выбрать термистор, где заданная температура находится в середине диапазона. Чувствительность термистора зависит от температуры. Например, термистор может быть более чувствительным при более низких температурах, чем при более высоких температурах, как в случае с термистором TCS10K5 10 кОм длины волны. В TCS10K5 чувствительность составляет 162 мВ на градус Цельсия в диапазоне от 0 до 1° C, и 43 мВ / °C в диапазоне от 25 до 26 ° C, и 14 мВ ° C в диапазоне от 49 до 50 ° C. C.

Каковы верхний и нижний пределы напряжения на входе датчика регулятора температуры

Пределы напряжения обратной связи датчика к регулятору температуры устанавливаются производителем. В идеале следует выбрать комбинацию термистора и тока смещения, которая создает напряжение в пределах диапазона, разрешенного регулятором температуры.

Напряжение связано с сопротивлением по закону Ома. Это уравнение используется для определения того, какой ток смещения необходим. Закон Ома гласит, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между двумя точками и для этого тока смещения записывается как:

V = I BIAS x R

Где: 
V — напряжение, в вольтах (В) 
BIAS — ток, в амперах или амперах (A) 
BIAS — постоянный ток, 
R — сопротивление, в Ом (Ом)

Контроллер генерирует ток смещения для преобразования сопротивления термистора в измеряемое напряжение. Контроллер принимает только определенный диапазон напряжения. Например, если диапазон контроллера составляет от 0 до 5 В, напряжение термистора должно быть не ниже 0,25 В, чтобы электрические помехи на нижнем конце не мешали считыванию, и не должно превышать 5 В для считывания.

Предположим, что используется вышеуказанный контроллер и термистор 100 кОм, такой как TCS651 длины волны, и температура, которую необходимо поддерживать устройству, составляет 20° C. Согласно спецификации TCS651, сопротивление составляет 126700 Ом при 20 ° C. Чтобы определить, может ли термистор работать с контроллером, нам нужно знать полезный диапазон токов смещения. Используя закон Ома, чтобы решить для I BIAS , мы знаем следующее:

V / R = I BIAS

0,25 / 126700 = 2 мкА — нижний 
предел диапазона 5,0 / 126700 = 39,5 мкА — верхний предел

Да, этот термистор будет работать, если ток смещения регулятора температуры можно установить в диапазоне от 2 мкА до 39,5 мкА.

При выборе термистора и тока смещения лучше всего выбрать тот, в котором развиваемое напряжение находится в середине диапазона. Входной сигнал обратной связи контроллера должен быть под напряжением, которое выводится из сопротивления термистора.

Поскольку люди наиболее легко относятся к температуре, сопротивление часто нужно менять на температуру. Наиболее точная модель, используемая для преобразования сопротивления термистора в температуру, называется уравнением Стейнхарта-Харта.

meanders.ru

принцип работы, устройство, типы и виды, проверка работы

Термопара – это устройство для измерения температур во всех отраслях науки и техники. Данная статья представляет общий обзор термопар с разбором конструкции и принципом действия устройства. Описаны разновидности термопар с их краткой характеристикой, а также дана оценка термопары как измерительного прибора.

Устройство термопары

Принцип работы термопары. Эффект Зеебека

Работа термопары обусловлена возникновением термоэлектрического эффекта, открытым немецким физиком Томасом Зеебеком (Tomas Seebeck) в 1821 г.

Явление основано на возникновении электричества в замкнутом электрическом контуре при воздействии определенной температуры окружающей среды. Электрический ток возникает при наличии разницы температур между двумя проводниками (термоэлектродами) различного состава (разнородных металлов или сплавов) и поддерживается сохранением места их контактов (спаев). Устройство выводит на экран подсоединенного вторичного прибора значение измеряемой температуры.

Выдаваемое напряжение и температура находятся в линейной зависимости. Это означает, что увеличение измеряемой температуры приводит к большему значению милливольт на свободных концах термопары.

Находящийся в точке измерения температуры спай называется «горячим», а место подключения проводов к преобразователю -- «холодным».

Компенсация температуры холодного спая (КХС)

Компенсация холодного спая (КХС) – это компенсация, вносимая в виде поправки в итоговые показания при измерении температуры в точке подсоединения свободных концов термопары. Это связано с расхождениями между реальной температурой холодных концов с вычисленными показаниями градуировочной таблицы для температуры холодного спая при 0°С.

КХС является дифференциальным способом, при котором показания абсолютной температуры находятся из известного значения температуры холодного спая (другое название эталонный спай).

Конструкция термопары

При конструировании термопары учитывают влияние таких факторов, как «агрессивность» внешний среды, агрегатное состояние вещества, диапазон измеряемых температур и другие.

Особенности конструкции термопар:

1) Спаи проводников соединяются между собой скруткой или скруткой с дальнейшей электродуговой сваркой (редко пайкой).

ВАЖНО: Не рекомендуется использовать способ скручивания из-за быстрой потери свойств спая.

2) Термоэлектроды должны быть электрически изолированы по всей длине, кроме точки соприкосновения.

3) Способ изоляции подбирается с учетом верхнего температурного предела.

  • До 100-120°С – любая изоляция;
  • До 1300°С – фарфоровые трубки или бусы;
  • До 1950°С – трубки из Al2O3;
  • Свыше 2000°С – трубки из MgO, BeO, ThO2, ZrO2.

4) Защитный чехол.

Материал должен быть термически и химически стойким, с хорошей теплопроводностью (металл, керамика). Использование чехла предотвращает коррозию в определенных средах.

Удлиняющие (компенсационные) провода

Данный вид проводов необходим для удлинения концов термопары до вторичного прибора или барьера. Провода не используются в случае наличия у термопары встроенного преобразователя с унифицированным выходным сигналом. Наиболее широкое применение получил нормирующий преобразователь, размещенный в стандартной клеммной головке датчика с унифицированным сигналом 4-20мА, так называемая «таблетка».

Материал проводов может совпадать с материалом термоэлектродов, но чаще всего заменяется на более дешевый с учетом условий, предотвращающих образования паразитных (наведенных) термо-ЭДС. Применение удлиняющих проводов также позволяет оптимизировать производство.

Типы и виды термопар

Многообразие термопар объясняется различными сочетаниями используемых сплавов металлов. Подбор термопары осуществляется в зависимости от отрасли производства и необходимого температурного диапазона.

Термопара хромель-алюмель (ТХА)

Положительный электрод: сплав хромель (90% Ni, 10% Cr).
Отрицательный электрод: сплав алюмель (95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si).

Изоляционный материал: фарфор, кварц, окиси металлов и т.д.

Диапазон температур от -200°С до 1300°С кратковременного и 1100°С длительного нагрева.

Рабочая среда: инертная, окислительная (O2=2-3% или полностью исключено), сухой водород, кратковременный вакуум. В восстановительной или окислительно-восстановительной атмосфере в присутствии защитного чехла.

Недостатки: легкость в деформировании, обратимая нестабильность термо-ЭДС.

Возможны случаи коррозии и охрупчивания алюмеля в присутствии следов серы в атмосфере и хромеля в слабоокислительной атмосфере («зеленая глинь»).

Термопара хромель-копель (ТХК)

Положительный электрод: сплав хромель (90% Ni, 10% Cr).
Отрицательный электрод: сплав копель (54,5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0,5% Mn).

Диапазон температур от -253°С до 800°С длительного и 1100°С кратковременного нагрева.

Рабочая среда: инертная и окислительная, кратковременный вакуум.

Недостатки: деформирование термоэлектрода.

Возможно испарение хрома при длительном вакууме; реагирование с атмосферой, содержащей серу, хром, фтор.

Термопара железо-константан (ТЖК)

Положительный электрод: технически чистое железо (малоуглеродистая сталь).
Отрицательный электрод: сплав константан (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn).

Используется для проведения измерений в восстановительных, инертных средах и вакууме. Температура от -203°С до 750°С длительного и 1100°С кратковременного нагрева.

Применение складывается на совместном измерении положительных и отрицательных температур. Невыгодно использовать только для отрицательных температур.

Недостатки: деформирование термоэлектрода, низкая коррозийная стойкость.

Изменение физико-химических свойств железа около 700°С и 900 °С. Взаимодействует с серой и водными парами с образованием коррозии.

Термопара вольфрам-рений (ТВР)

Положительный электрод: сплавы ВР5 (95% W, 5% Rh)/ВАР5 (BP5 с кремнещелочной и алюминиевой присадкой)/ВР10 (90% W, 10% Rh).
Отрицательный электрод: сплавы ВР20 (80% W, 20% Rh).

Изоляция: керамика из химически чистых окислов металлов.

Отмечается механическая прочность, термостойкость, малая чувствительность к загрязнениям, легкость изготовления.

Измерение температур от 1800°С до 3000°С, нижний предел – 1300°С. Измерения проводятся в среде инертного газа, сухого водорода или вакуума. В окислительных средах только для измерения в быстротекущих процессах.

Недостатки: плохая воспроизводимость термо-ЭДС, ее нестабильность при облучении, непостоянная чувствительность в температурном диапазоне.

Термопара вольфрам-молибден (ВМ)

Положительный электрод: вольфрам (технически чистый).
Отрицательный электрод: молибден (технически чистый).

Изоляция: глиноземистая керамика, защита кварцевыми наконечниками.

Инертная, водородная или вакуумная среда. Возможно проведение кратковременных измерений в окислительных средах в присутствии изоляции. Диапазон измеряемых температур составляет 1400-1800°С, предельная рабочая температура порядка 2400°С.

Недостатки: плохая воспроизводимость и чувствительность термо-ЭДС, инверсия полярности, охрупчивание при высоких температурах.

Термопары платинородий-платина (ТПП)

Положительный электрод: платинородий (Pt c 10% или 13% Rh).
Отрицательный электрод: платина.

Изоляция: кварц, фарфор (обычный и огнеупорный). До 1400°С -- керамика с повышенным содержанием Al2O3, свыше 1400°С -- керамику из химически чистого Al2O3.

Предельная рабочая температура 1400°С длительно, 1600°С кратковременно. Измерение низких температур обычно не производят.

Рабочая среда: окислительная и инертная, восстановительная в присутствии защиты.

Недостатки: высокая стоимость, нестабильность при облучении, высокая чувствительность к загрязнениям (особенно платиновый электрод), рост зерен металла при высоких температурах.

Термопары платинородий-платинородий (ТПР)

Положительный электрод: сплав Pt c 30% Rh.
Отрицательный электрод: сплав Pt c 6% Rh.

Среда: окислительная, нейтральная и вакуум. Использование в восстановительных и содержащих пары металлов или неметаллов средах в присутствии защиты.

Максимальная рабочая температура 1600°С длительно, 1800°С кратковременно.

Изоляция: керамика из Al2O3 высокой чистоты.

Менее подвержены химическим загрязнениям и росту зерна, чем термопара платинородий-платина.

Схема подключения термопары

  • Подключение потенциометра или гальванометра непосредственно к проводникам.
  • Подключение с помощью компенсационных проводов;
  • Подключение обычными медными проводами к термопаре, имеющей унифицированный выход.

Стандарты на цвета проводников термопар

Цветная изоляция проводников помогает отличить термоэлектроды друг от друга для правильного подключения к клеммам. Стандарты отличаются по странам, нет конкретных цветовых обозначений для проводников.

ВАЖНО: Необходимо узнать используемый стандарт на предприятии для предотвращения ошибок.

Точность измерения

Точность зависит от вида термопары, диапазона измеряемых температур, чистоты материала, электрических шумов, коррозии, свойств спая и процесса изготовления.

Термопарам присуждается класс допуска (стандартный или специальный), устанавливающий доверительный интервал измерений.

ВАЖНО: Характеристики на момент изготовления меняются в период эксплуатации.

Быстродействие измерения

Быстродействие обуславливается способностью первичного преобразователя быстро реагировать на скачки температуры и следующим за ними потоком входных сигналов измерительного прибора.

Факторы, увеличивающие быстродействие:

  1. Правильная установка и расчет длины первичного преобразователя;
  2. При использовании преобразователя с защитной гильзой необходимо уменьшить массу узла, подобрав меньший диаметр гильз;
  3. Сведение к минимуму воздушного зазора между первичным преобразователем и защитной гильзой;
  4. Использование подпружиненного первичного преобразователя и заполнения пустот в гильзе теплопроводящим наполнителем;
  5. Быстро движущаяся среда или среда с большей плотностью (жидкость).

Проверка работоспособности термопары

Для проверки работоспособности подключают специальный измерительный прибор (тестер, гальванометр или потенциометр) или измеряют напряжение на выходе милливольтметром. При наличии колебаний стрелки или цифрового индикатора термопара является исправной, в противном случае устройство подлежит замене.

Причины выхода из строя термопары:

  1. Неиспользование защитного экранирующего устройства;
  2. Изменение химического состава электродов;
  3. Окислительные процессы, развивающиеся при высоких температурах;
  4. Поломка контрольно-измерительного прибора и т.д.

Преимущества и недостатки использования термопар

Достоинствами использования данного устройства можно назвать:

  • Большой температурный диапазон измерений;
  • Высокая точность;
  • Простота и надежность.

К недостаткам следует отнести:

  • Осуществление постоянного контроля холодного спая, поверки и калибровки контрольной аппаратуры;
  • Структурные изменения металлов при изготовлении прибора;
  • Зависимость от состава атмосферы, затраты на герметизацию;
  • Погрешность измерений из-за воздействия электромагнитных волн.

odinelectric.ru

Термопара — Википедия

Схема термопары типа К. При температуре спая проволок из хромеля и алюмеля, равной 300 °C, и температуре свободных концов 0 °C развивает термо-ЭДС 12,2 мВ. Фотография термопары

Термопа́ра (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики. Применяется в основном для измерения температуры.

Международный стандарт на термопары МЭК 60584 (п.2.2) даёт следующее определение термопары: Термопара — пара проводников из различных материалов, соединённых на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Для измерения разности температур зон, ни в одной из которых не находится вторичный преобразователь (измеритель термо-ЭДС), удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковые термопары, соединённые электрически навстречу друг другу. Каждая из них измеряет перепад температур между своим рабочим спаем и условным спаем, образованным концами термопар, подключёнными к клеммам вторичного преобразователя. Обычно вторичный преобразователь измеряет разность их ЭДС, таким образом, с помощью двух термопар можно измерить разность температур между их рабочими спаями по результатам измерения напряжения. Метод не является точным, если во вторичном преобразователе не предусмотрена линеаризация статической характеристики термопар, так как все термопары в той или иной степени имеют нелинейную статическую характеристику преобразования[1].

Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей потенциалов равна нулю. Когда же стыки разнородных проводников находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур. Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными от нуля коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой T1{\displaystyle T_{1}}, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре T2{\displaystyle T_{2}}, которое будет пропорционально разности температур: T1−T2.{\displaystyle T_{1}-T_{2}.}

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используются два проводника с разными коэффициентами термо-ЭДС, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.

Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр. Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов. Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3.
Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик[2]:

— Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра;
— Не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки;
— При использовании длинных удлинительных проводов, во избежание наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода;
— По возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары;
— Материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях;
— Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
— Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а также в качестве датчика температуры в автоматизированных системах управления. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры[3]. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

Для контроля пламени и защиты от загазованности в газовых котлах и в других газовых приборах (например, бытовые газовые плиты). Ток термопары, нагреваемой пламенем горелки, удерживает в открытом состоянии газовый клапан. В случае пропадания пламени ток термопары снижается и клапан перекрывает подачу газа.

В 1920—1930-х годах термопары использовались для питания простейших радиоприемников и других слаботочных приборов. Вполне возможно использование термогенераторов для подзарядки АКБ современных слаботочных приборов (телефоны, камеры и т. п.) с использованием открытого огня.

Приёмник излучения[править | править код]

Крупный план термобатареи фотоприёмника. Каждый из проволочных уголков представляет собой термопару.

Исторически термопары представляют один из наиболее ранних термоэлектрических приёмников излучения[4]. Упоминания об этом их применении относятся к началу 1830-х годов[5]. В первых приёмниках использовались одиночные проволочные пары (медь — константан, висмут — сурьма), горячий спай находился в контакте с зачернённой золотой пластинкой. В более поздних конструкциях стали применяться полупроводники.

Термопары могут включаться последовательно, одна за другой, образуя термобатарею (англ.). Горячие спаи при этом располагают либо по периметру приёмной площадки, либо равномерно по её поверхности. В первом случае отдельные термопары лежат в одной плоскости, во втором параллельны друг другу[6].

Преимущества термопар[править | править код]

  • Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С).
  • Большой температурный диапазон измерения: от −250 °C до +2500 °C.
  • Простота.
  • Дешевизна.
  • Надёжность.

Недостатки[править | править код]

  • Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.
  • На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового датчика и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.
  • Эффект Пельтье (в момент снятия показаний необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный).
  • Зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.
  • Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.
  • На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Технические требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94. Стандартные таблицы для термоэлектрических термометров — номинальные статические характеристики преобразования (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.


Точный состав сплава термоэлектродов для термопар из неблагородных металлов в МЭК 60584-1 не приводится. НСХ для хромель-копелевых термопар ТХК и вольфрам-рениевых термопар определены только в ГОСТ Р 8.585-2001. В стандарте МЭК данные термопары отсутствуют. По этой причине характеристики импортных датчиков из этих металлов могут существенно отличаться от отечественных, например импортный Тип L и отечественный ТХК не взаимозаменяемы. При этом, как правило, импортное оборудование не рассчитано на отечественный стандарт.

В настоящее время стандарт МЭК 60584 пересматривается. Планируется введение в стандарт вольфрам-рениевых термопар типа А-1, НСХ для которых будет соответствовать российскому стандарту, и типа С по стандарту АСТМ[7].

В 2008 г. МЭК ввел два новых типа термопар: золото-платиновые и платино-палладиевые. Новый стандарт МЭК 62460 устанавливает стандартные таблицы для этих термопар из чистых металлов. Аналогичный Российский стандарт пока отсутствует.

Таблица ниже описывает свойства нескольких различных типов термопар[8]. В пределах колонок точности, T представляет температуру горячего спая, в градусах Цельсия. Например, термопара с точностью ±0,0025×T имела бы точность ±2,5 °C при 1000 °C.

Тип

термопары

IEC (МЭК)

Материал

положительного

электрода

Материал

отрицательного

электрода

Темп.

коэффициент,

μV/°C

Темп.

диапазон, °C

(длительно)

Темп.

диапазон,°C

(кратковременно)

Класс точности 1 (°C) Класс точности 2 (°C) IEC (МЭК)

Цветовая маркировка

K Хромель

Cr—Ni

Алюмель

Ni—Al

40…41 0 до +1100 −180 до +1300 ±1,5 от −40 °C до 375 °C
±0,004×T от 375 °C до 1000 °C
±2,5 от −40 °C до 333 °C
±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C
Зелёный-белый
J Железо

Fe

Константан

Cu—Ni

55.2 0 до +700 −180 до +800 ±1,5 от −40 °C до 375 °C
±0,004×T от 375 °C до 750 °C
±2,5 от −40 °C до 333 °C
±0,T от 333 °C до 750 °C
Чёрный-белый
N Нихросил

Ni—Cr—Si

Нисил

Ni—Si—Mg

0 до +1100 −270 до +1300 ±1,5 от −40 °C до 375 °C
±0,004×T от 375 °C до 1000 °C
±2,5 от −40 °C до 333 °C
±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C
Сиреневый-белый
R Платинородий

Pt—Rh (13 % Rh)

Платина

Pt

0 до +1600 −50 до +1700 ±1,0 от 0 °C до 1100 °C
±[1 + 0,003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C
±1,5 от 0 °C до 600 °C
±0,0025×T от 600 °C до 1600 °C
Оранжевый-белый
S Платинородий

Pt—Rh (10 % Rh)

Платина

Pt

0 до 1600 −50 до +1750 ±1,0 от 0 °C до 1100 °C
±[1 + 0,003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C
±1,5 от 0 °C до 600 °C
±0,0025×T от 600 °C до 1600 °C
Оранжевый-белый
B Платинородий

Pt—Rh (30 % Rh)

Платинородий

Pt—Rh (6 % Rh)

+200 до +1700 0 до +1820 ±0,0025×T от 600 °C до 1700 °C Отсутствует
T Медь

Cu

Константан

Cu—Ni

−185 до +300 −250 до +400 ±0,5 от −40 °C до 125 °C
±0,004×T от 125 °C до 350 °C
±1,0 от −40 °C до 133 °C
±0,0075×T от 133 °C до 350 °C
Коричневый-белый
E Хромель

Cr—Ni

Константан

Cu—Ni

68 0 до +800 −40 до +900 ±1,5 от −40 °C до 375 °C
±0,004×T от 375 °C до 800 °C
±2,5 от −40 °C до 333 °C
±0,0075×T от 333 °C до 900 °C
Фиолетовый-белый
  • Грунин В. К. § 2.3.4. Термоэлектрические приёмники излучения // Источники и приёмники излучения: учебное пособие. — СПб.: Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. — 167 с. — ISBN 978-5-7629-1616-5.

ru.wikipedia.org

Как выбрать пирометр (2020) | Другие инструменты | Блог

Попробуйте, подсчитать, сколько приборов для измерения температуры вас окружает. Градусник, уличный термометр, домашний термометр, термометр в духовке, индикатор перегрева двигателя, термодатчики в холодильнике и морозильнике – причем это далеко не полный набор. И неудивительно – температура предметов и сред оказывает непосредственное влияние на сохранность продуктов, на работоспособность механизмов, электроники, да и нас самих. Поэтому точному измерению этой физической величины всегда придавалось большое значение.

Чаще всего мы меряем температуру контактным способом – с помощью термометра, прикладывая его к предмету или погружая в среду. Но иногда возникает необходимость произвести измерение на расстоянии. Как измерить температуру раскаленного куска металла? Быстро найти горячий участок трубопровода, проходящего на большой высоте? Определить, не перегревается ли высоковольтная шина? Контактный метод в этих случаях подходит плохо и на помощь приходят бесконтактные измерители - пирометры.

Принцип работы пирометров

Нагретые тела являются источниками инфракрасных лучей. И чем сильнее нагрето тело, тем мощнее ИК-излучение. Человеческий глаз не видит этого излучения, но для электронных сенсоров особой разницы между видимым светом и инфракрасным нет. Испускаемые предметом инфракрасные лучи проходят сквозь объектив и проецируются на сенсор, который по интенсивности излучения определяет температуру предмета.

Из принципа работы вытекают основные достоинства и недостатки пирометров. Инфракрасные лучи подчиняются законам оптики, но следует знать, что прозрачность многих материалов для инфракрасного излучения совсем не та, что для видимых лучей. Так, через обычное стекло проникают ИК-лучи с длиной волны не более 1 мкм. А большинство пирометров работает в диапазоне 8-14 мкм, и стекло для них будет непрозрачным.

Существует миф, что пирометр измеряет температуру с помощью лазерного луча – это не так, лазер служит только для прицеливания. Пятнышко лазерной указки на предмете еще не гарантирует того, что вы получите температуру именно предмета, а не оконного стекла, через которое прошел лазерный луч.

Пирометр может измерять температуру и по отраженному ИК-излучению – это может помочь при работе с труднодоступными деталями: не обязательно пытаться получить доступ к разогретой детали, для измерения температуры достаточно его отражения в зеркале. Но это же достоинство пирометра оборачивается и самым весомым недостатком – отраженный инфракрасный свет затрудняет измерение температуры и интересующего нас предмета, ведь какая-то часть ИК-излучения, идущая от него – отраженная. Чем выше отражающие способности материала, тем большую погрешность в результат вносят отраженные лучи. Для исключения этой погрешности следует знать коэффициент эмиссии поверхности предмета, температуру которого вы измеряете. Этот коэффициент характеризует отражающие способности материала и зависит от самого материала, от обработки поверхности (полировка может снизить этот коэффициент на порядок), от окраски и т.д. У большинства пирометров в руководстве приводится таблица с коэффициентами эмиссии распространенных материалов и вам потребуется ввести подходящее значение перед измерением.

У совсем простых моделей такой настройки нет, и они пригодны только для измерения температуры предметов из ограниченного списка материалов. В моделях подороже числа вводить не надо, вид материала можно выбрать в экранном меню. Но в любом случае как-то задать этот коэффициент потребуется – самостоятельно его приборы определить не в состоянии.

Еще один недостаток пирометров – они не измеряют температуру воздуха. Атомы воздуха слишком сильно рассредоточены, поэтому испускаемое ими инфракрасное излучение несравнимо мало по сравнению с излучением от любого предмета. Если даже у прибора есть функция измерения температуры воздуха, то это значит лишь, что в нем есть отдельный термометр внутри – и температуру он будет измерять только в месте нахождения.

Характеристики пирометров

Оптическое разрешение пирометра
Очевидно, «поле зрения» пирометра должно быть небольшим – чтобы пятно, которое «видит» сенсор, не превышало размеров предмета, температура которого нам интересна. Казалось бы, в чем проблема – надо подобрать объектив так, чтобы его угол зрения был минимальным. Но чем меньше площадь измеряемого пятна, тем меньше лучей проходит сквозь объектив и тем чувствительней должен быть сенсор. Поэтому оптическое разрешение пирометра – соотношение между расстоянием до предмета и диаметром пятна измерений – во многом определяет его функциональность и цену.

Приборы с небольшим оптическим разрешением – до 10:1 чаще используются для несложных измерений и в быту. Рабочее расстояние таких приборов – не более 1 метра, на больших расстояниях точность измерений сильно снижается.

Приборы с оптическим разрешением до 30:1 уже могут использоваться для измерения температуры небольших объектов на расстояниях до 3 метров.

Оптическое разрешение от 50:1 встречается обычно у профессиональных пирометров – они позволяют с высокой точностью измерять температуру тел на больших расстояниях, но и стоят в разы дороже бытовых.

Многие приборы снабжаются дополнительными функциями, позволяющими точнее «сфокусироваться» на интересующем вас объекте при одном и том же оптическом разрешении. Функция мин/макс значение, например, позволяет вывести на экран максимальное и минимальное значения температуры, которые прибор «увидел» внутри пятна. С этой функцией вы сможете определить температуру небольшого предмета, даже если пятно измерений больше его по размерам и в него попало много других, более холодных, предметов.

Некоторые приборы дают возможность настройки того, какую температуру будет показывать индикатор во время измерения: максимальную по пятну, среднюю или минимальную.

Функция непрерывного измерения пригодится при поиске точек утечки тепла или неисправных электрических элементов. С этой функцией вы можете перемещать лазерный маркер по интересующей вас поверхности, а пирометр будет в режиме непрерывного измерения выводить температуру поверхности в районе маркера.

Минимальная и максимальная определяемая температуры задают диапазон, в котором можно использовать прибор. Подбирайте параметры в соответствии с тем, каковы температуры интересующих вас объектов. Базовые модели обычно измеряют в пределах ‑50…500ºС, и для бытовых измерений этого вполне достаточно. Минимальная определяемая температура ниже -50 у этих приборов практически не встречается, а максимальная может достигать 2200ºС, но чем шире диапазон, тем дороже будет стоить пирометр.

Время отклика будет для вас важным, если нужно произвести множество измерений или если измеряемая температура меняется быстро. Например, под действием электрического тока некачественное контактное соединение может нагреться за секунду на сотни градусов. В этом случае времени отклика в 1 секунду будет слишком много – лучше брать прибор с временем отклика 0,5 секунд. Если и этого мало, придется раскошелиться – профессиональные модели обладают временем отклика до 0,15 секунд, но и стоят они соответственно.

Коэффициент эмиссии определяет, на какой материал настроен прибор. Бытовые приборы имеют коэффициент 0,95 – они подойдут для измерения температуры предметов из матового пластика, бетона, кирпичей, человеческого тела и т.д. (см. таблицу).

Если коэффициент эмиссии материала, температуру которого вы хотите измерить, сильно отличается от 0,95, то его нужно привести к нужному значению, наклеив на поверхность кусок изоленты, покрасив матовой краской и т.п. Если это невозможно сделать, то лучше сразу подбирать прибор с изменяемым коэффициентом эмиссии – большинство таких приборов позволяют задавать его в диапазоне от 0,1 до 1.

Определение влажности говорит о том, что в прибор встроен гигрометр. Он определяет влажность окружающего воздуха, но никак не предмета, на который нацелен лазерный маркер (как некоторые думают). Зачем это нужно? Чаще всего этой функцией пользуются для определения точки росы и оценки риска выпадения конденсата на исследуемых поверхностях.

Пирометры с определением влажности, как правило, умеют сами рассчитывать точку росы и при измерении температуры поверхности, могут сразу сообщить – появится ли на ней конденсат. Это может быть очень важно в складах, теплицах, да и в жилых помещениях тоже. Выпадение конденсата – неприятность само по себе, но при определенных температурах оно еще и способствует образованию плесени. Некоторые пирометры имеют функцию определения риска образования плесени.

Варианты выбора пирометров

Для бытовых целей вполне подойдет недорогой пирометр с диапазоном -50…500ºС – с его помощью вы сможете определить температуру сковородки, мяса в духовке или двигателя машины, не рискуя обжечься.

Для дистанционного определения температуры раскаленных и расплавленных металлов вам потребуется прибор с широким диапазоном и большим оптическим разрешением.

Если пирометр нужен вам, чтобы следить за климатом в помещениях, выбирайте среди приборов с определением влажности – он поможет вам избежать сырости и плесени.

Если вы делаете множество измерений, выбирайте среди приборов с памятью – чтобы избавить себя от необходимости записывать каждое значение.

club.dns-shop.ru


Смотрите также