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+

Термопары и термосопротивления

Для измерения температуры служат первичные преобразователи температуры — термодатчики (термопреобразователи).

В промышленности, как правило, используются две разновидности датчиков температуры — термопары и термосопротивления. С приборами Термодат могут быть использованы термопары любого отечественного или иностранного производителя, при условии, что они имеют стандартную градуировку по ГОСТ Р 50342-92.

С приборами Термодат могут использоваться термосопротивления любого отечественного или иностранного производителя, при условии, что они имеют стандартную градуировку по ГОСТ Р 50353-92, при этом термосопротивления должны быть электрически изолированы от корпуса. Следует отметить, что приборы Термодат имеют универсальный вход, к которому также можно подключить пирометры (с градуировкой 20-РК15 и 21-РС20), а также другие датчики с унифицированным сигналом напряжения 0-50мВ или тока 0-20 мА (0-5мА, 4-20мА).

Термоэлектрические преобразователи (термопары)

Существует несколько типов термопар. Самые распространенные термопары — хромель-алюмель ХА(К) и хромель-копель ХК(L). Другие типы — платина-платинородий ПП(S и R), железо-константан ЖК(J), медь-константан МК(T), вольфрам-рений ВР и некоторые другие менее распространены. Приборы Термодат могут работать с термопарой любого типа. В памяти прибора прошиты градуировочные таблицы, тип градуировочной таблицы и соответствующее обозначение в меню указывается в паспорте прибора. Перед установкой прибора на оборудование следует установить тип используемой термопары. Тип термопары устанавливается в третьем уровне режима настройки приборов. В многоканальных приборах ко всем каналам должны быть подключены термопары одного типа.

Следует помнить, что термопара по принципу действия измеряет температуру между «горячим спаем» (рабочим спаем) и свободными концами («холодными спаями») термоэлектродов. Поэтому термопары следует подключать к прибору непосредственно, либо с помощью удлиннительных проводов, изготовленных из тех же термоэлектродных материалов. Температура «холодных спаев» в приборах Термодат измеряется в зоне подключения термопар (вблизи клеммной колодки) специальным термодатчиком и автоматически учитывается при вычислении температуры. Для достижения наибольшей точности и правильного измерения температуры холодных спаев, необходимо следить, чтобы в зоне контактной колодки отсутствовали большие градиенты температуры, конвективные потоки (обдув, ветер, сквозняки), а также лучистый нагрев от горячих тел. Если включить прибор Термодат, а вместо термопары к входу прибора подключить перемычку (закоротить вход), то прибор должен показать измеренную температуру в зоне контактной колодки (температуру «холодного спая»). Сразу после включения эта температура близка к температуре окружающей среды, а затем несколько повышается по мере саморазогрева прибора. Это нормальный процесс, так как задача термокомпенсационного датчика измерять не температуру окружающей среды, а температуру холодных спаев. При необходимости термокомпенсационный датчик можно подстроить. Подстройку следует выполнять в соответствии с инструкцией по калибровке.

Если у Вас возникли сомнения в правильности работы прибора, исправности термопары, компенсационного провода, в качестве первого теста мы рекомендуем погрузить термопару в кипящую воду. Показания прибора не должны отличаться от 100 градусов более чем на 1-2 градуса. Более тщательную проверку и настройку прибора Термодат можно выполнить в соответствии с инструкцией по калибровке.Приборы Термодат имеют высокое входное сопротивление, поэтому сопротивление термопары и компенсационных проводов и их длина в принципе не влияют на точность измерения. Однако, чем короче термопарные провода, тем меньше на них электрические наводки. В любом случае длина термопарных проводов не должна превышать 100м. Если требуется измерять температуру на больших расстояниях, то лучше использовать двухблочные системы с выносным блоком (приборы типа Термодат-22). В этих приборах связь между измерительным блоком и блоком индикации цифровая, расстояние межу ними может превышать 200м. Следует учитывать, что конструктивно термопары изготавливаются двух типов — изолированные или неизолированные от корпуса (горячий спай либо изолирован, либо приварен к защитному чехлу). Одноканальные приборы могут работать с любыми термопарами, а многоканальные — только с изолированными от корпуса термопарами.

Термосопротивления

К приборам Термодат могут быть подключены как медные (ТСМ) так и платиновые (ТСП) термосопротивления. При настройке прибора следует установить тип термосопротивления и его градуировку (сопротивление при 0°C) в третьем уровне режима настройки. Стандартные значения составляют 50 и 100 Ом (50М, 50П, 100М, 100П), однако могут быть установлены и другие значения. В многоканальных приборах ко всем каналам должны быть подключены термосопротивления одного типа.

Термосопротивления могут быть подключены к прибору Термодат как по трехпроводной, так и по двухпроводной схеме. Двухпроводная схема подключения дает удовлетворительные результаты, когда датчик удален на небольшое расстояние от прибора. Уточним наши слова. Предположим, Вы используете медное термосопротивление номиналом 100 Ом (градуировка 100М). Сопротивление этого датчика изменяется на dR=0,4%R=0,4Ом, при изменении температуры на один градус. Это означает, что если сопротивление проводов, соединяющих термодатчик с прибором, будет равно 0,4 Ом, ошибка измерения температуры будет равна одному градусу. В таблице приведены справочные значения сопротивлений медных проводов разного сечения, и допустимые длины проводов при двухпроводной схеме подключения.

Сечение подводящих проводов, мм²	Сопротивление провода при 20°C, Ом/км	Максимально допустимое удаление датчика, при котором ошибка, вызванная подводящими проводами при двухпроводной схеме подключения составляет один градус
		М50, П50	М100, П100
0,25	82	—	2,5
0,5	41	2,5	5
0,75	27	3,5	7,1
1,0	20,5	5	10
1,5	13,3	7,5	15
2,0	10	10	20
2,5	8	12,5	25

При удалении термодатчика на большие расстояния следует применять трехпроводную схему подключения. Третий провод используется для измерения сопротивления подводящих проводов. Все три провода должны быть выполнены из одного и того же медного кабеля сечением не менее 0,5 мм² и иметь одинаковую длину (говоря точно, сопротивление проводов не должно отличаться друг от друга более чем на 0,2 Ом для ТСМ100 и более чем на 0,1 Ом для ТСМ50). Максимальная длина проводов не должна превышать 300м. Для работы с искрозащитными барьерами требуется четырехпроводная схема подключения термосопротивления. По специальному заказу приборы Термодат могут быть оборудованы входами для четырехпроводного подключения датчиков.

Для быстрой проверки работоспособности прибора, термодатчика, схемы подключения и настроек мы рекомендуем, как и в случае с термопарами, поместить подключенный датчик в кипящую воду или в тающий лед. Измеренная прибором температура не должна отличаться от 100°C (от 0°C) более, чем на 2°C. Прибор без датчика можно протестировать, подключив к входу вместо термосопротивления точный постоянный резистор номиналом 100 Ом (точность не хуже 0,5%). Установить тип термодатчика ТСМ или ТСП (роли не играет) и градуировку 100. После этого прибор должен показывать температуру 0±2°C. С помощью точного резистора аналогичным образом можно проверить качество длинной линии, подключив резистор вместо термосопротивления на длинной линии.

Диапазон измерения температуры, точность измерения и разрешение по температуре

Разрешение по температуре определяется последней значащей цифрой на индикаторе прибора и составляет 1°C для большинства моделей, работающих с термопарами. Для программных регуляторов температуры и части приборов, работающих с термосопротивлениями, разрешение составляет 0.1°C.

Разрешение по температуре следует отличать от точности измерения. Допускаемая относительная погрешность измерения приборов Термодат составляет 0,5% от нормирующего значения (класс точности 0,5). Под нормирующим значением принимается алгебраическая разность верхнего и нижнего пределов измерения. Максимальные диапазоны измерений температуры при работе с различными типами термодатчиков приведены в таблице. Из вышесказанного следует, что максимальная абсолютная погрешность измерения температуры приборов Термодат при работе с термопарой ХК (ХА) в диапазоне от -50 до 1100°C составляет 5,7°C. Погрешность измерения температуры приборами Термодат может быть уменьшена при их производстве путем уменьшения диапазона измерения. Так, например, при работе в диапазоне от 0 до 400°C погрешность составит 2°C. В этом случае, при выпуске и проведении поверки, в паспорте прибора должен указываться соответствующий диапазон измерений. Погрешность измерения темературы приборами Термодат не может быть меньше 2°C при работе с термопарами и меньше 0,5°C при работе с термосопротивлениями.

Тип термопреобразователя	Диапазон измерения, °C	Обозначение в меню настройки
Термопара ХА(К)	-50 +1100	1
Термопара ХК(L)	-50 +800	2
Термопара МК(Т)	-50 +400	указывается в паспорте
Термопара ЖК(J)	-50 +700	указывается в паспорте
Термопара ПП (S)	0 +1600	указывается в паспорте
Термопара ПП (R)	0 +1700	указывается в паспорте
Термопара ПР (B)	+300 +1800	указывается в паспорте
Термопара ВР (А-1,А-2,А-3)	+300 +2500	указывается в паспорте
Термосопротивление ТСМ (М50, М100)	-50 +200	Cu
Термосопротивление ТСП (П50, П100)	-50 +800	Pt

Погрешность измерения температуры складывается из погрешности измерения электронного прибора и погрешности датчика температуры. Максимально допустимая погрешность используемого Вами датчика температуры должна быть указана в его паспорте или ГОСТе. Для термопар, например, погрешность измерения связана с возможными отклонениями от номинальной статической характеристики (НСХ). В соответствии с ГОСТ Р 50342-92, для термопар ХА(К) второго класса точности допустимые отклонения от НСХ составляют 2,5°C в диапазоне температур 0-330°C и 0,0075*t °C в диапазоне температур 330-1000°C. В случае, если требуется более высокая точность измерения, следует применять термопары более высокого класса точности, а также термопары из благородных металлов (ПП или ПР). Следует отметить, что точность измерения температуры зависит не только от прибора и термодатчика. Многое зависит от конструкции объекта измерения, от точки расположения термодатчика, от качества теплового контакта с измеряемой средой, от условий отвода тепла холодной монтажной частью термодатчика. То есть, задача измерения температуры является сложной инженерной задачей и должна решаться специалистами.

Время измерения

В большинстве задач регулирования температуры быстродействия измерительного прибора не имеет значения, так как характерные времена тепловых процессов велики. Приборы Термодат последовательно опрашивают все каналы и производят измерения. В каждом цикле измерения производится измерение температуры холодных спаев и опрос опорных каналов для самокалибровки и балансировки нуля. Время измерения по одному каналу для малоканальных одноблочных приборов составляет 200мс, с учетом усреднений и пауз после переключения коммутатора. Полный цикл измерения составляет 2 сек для одноканального прибора, 2,5 сек для двухканального и 3 сек для трехканального. Время полного цикла измерения для многоканальных приборов зависит от количества установленных каналов измерения N и может быть оценено по формуле: Т= (0.6 + 0.2N) секунд.

Цифровой фильтр

В условиях повышенных электромагнитных помех показания прибора могут быть неустойчивыми и колебаться в пределах 1-2 последних разрядов. Эти колебания не выходят за пределы погрешности измерения, однако, вызывают неудовлетворенность работой аппаратуры. Мы рекомендуем в таких условиях включить программный цифровой фильтр. Фильтр включается наладчиком оборудования во втором уровне режима настройки. Алгоритм обработки результатов измерения при включении цифрового фильтра предусматривает анализ результатов измерений, отсев случайных выбросов, специальное цифровое сглаживание сигнала. Фильтр существенно увеличивает соотношение сигнал/шум в приборе и, соответственно, стабильность показаний прибора. Однако при включении фильтрации сигнала увеличивается постоянная времени прибора. Если условия работы прибора благоприятные, устанавливать цифровую фильтрацию не следует.

Термопары, термопреобразователи сопротивления — выбор, подключение, установка. Низкая цена

В данной статье приведены основные технические характеристики термопреобразователей сопротивления, ГОСТ 6651-94 (Общие технические требования и методы испытаний) и преобразователей термоэлектрических (далее термопары), ГОСТ 6616-94 (Общие технические условия, а также рекомендации по правильному выбору термопреобразователей, их установке, подключению и обслуживанию. 

(Также см. статью: Что такое температура? Как правильно измерять температуру? Что выбрать: термосопротивление или термопару? Советы по применению.) 

Термины и определения

Термоэлектрический эффект — генерирование термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов или сплавов, образующих часть одной и той же цепи. 

Термопара — два проводника из разнородных материалов, соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Соединение при измерении (рабочий конец для термопар) — соединение, подлежащее воздействию температуры, которую необходимо измерить.

Соединение при контроле (свободный конец для термопары) — соединение термопары, находящееся при известной температуре, с которой сравнивают измеряемую температуру.

Длина монтажной части — 
для термопреобразователей сопротивления и термопар с неподвижным штуцером или фланцем — расстояние от рабочего конца защитной арматуры до опорной плоскости штуцера или фланца; 
для термопреобразователей сопротивления и термопар с подвижным штуцером или фланцем, а также без штуцера или фланца — расстояние от рабочего конца защитной арматуры до головки, а при отсутствии ее — до мест заделки выводных проводников. 

Длина наружной части — расстояние от опорной плоскости неподвижного штуцера или фланца до головки. 

Длина погружаемой части — расстояние от рабочего конца защитной арматуры до места возможной эксплуатации при температуре верхнего предела измерения. 

Диапазон измеряемых температур — интервал температур, в котором выполняется регламентируемая функция термопреобразователя по измерению. 

Рабочий диапазон — интервал температур, измеряемых конкретным термопреобразователем и находящийся внутри диапазона измеряемых температур. 

Номинальное значение температуры применения — наиболее вероятная температура эксплуатации, для которой нормируют показатели надежности и долговечности. 

Показатель тепловой инерции — время, необходимое для того, чтобы при внесении термометра сопротивления или термопары в среду с постоянной температурой разность температур среды и любой точки внесенного в нее преобразователя стала равной 0,37 того значения, которое будет в момент наступления регулярного теплового режима. 

Допуск — максимально допустимое отклонение от номинальной зависимости сопротивления (термопреобразователя сопротивления) или ЭДС (термопары) от температуры, выраженное в градусах Цельсия. 

Чувствительный элемент (ЧЭ) — элемент термопреобразователя, воспринимающий и преобразующий тепловую энергию в другой вид энергии для получения информации о температуре. 

Измерительный ток термопреобразователя сопротивления — ток, вызывающий изменение сопротивления термопреобразователя сопротивления при 0°С не более 0,1% его номинального значения.

 

Термопреобразователи сопротивления, основные технические характеристики

 

Тип ТС	Класс допуска	Допускаемое отклонение сопротивления от номинального значения при 0°С, %	Значение W100		Диапазон измеряемых температур, °С	Предел допускаемого отклонения сопротивления от НСХ, °С
			Номинальное	Наименьшее допускаемое
Платиновый (ТСП)	А	0,05	1,3850 1,3910	1,3845 1,3905	-220…+850	±(0,15 + 0,002 |t|)
	В	0,1	1,3850 1,3910	1,384 1,390	-220…+1100	±(0,3 + 0,005 |t|)
	С	0,2	1,3850 1,3910	1,3835 1,3995	-100…+300	±(0,6 + 0,008 |t|)
Медный (ТСМ)	А	0,05	1,4260 1,4280	1,4255 1,4275	-50…+120	±(0,15 + 0,002 |t|)
	В	0,1	1,4260 1,4280	1,4250 1,4270	-200…+200	±(0,25 + 0,0035 |t|)
	С	0,2	1,4260 1,4280	1,4240 1,4260	-200…+200	±(0,5 + 0,0065 |t|)

 

Схемы соединений внутренних проводников термопреобразователя сопротивления с ЧЭ и их условные обозначения

 

При использовании схемы 2 (двухпроводная схема) сопротивление соединительных проводов термопреобразователя сопротивления не должно превышать 0,1% номинального значения сопротивления термопреобразователя при 0°С.

В двухпроводной схеме к сопротивлению ЧЭ добавлено сопротивление соединительных проводников, что приводит к сдвигу характеристики при 0°С и уменьшению W100.

На практике эта проблема решается за счет измерительного прибора, к которому подключается термопреобразователь сопротивления, путем задания соответствующих корректировок по смещению и наклону характеристики.

Термопреобразователь с двухпроводной схемой подключения внутренних проводников может подключаться к прибору по трехпроводной схеме с использованием трехжильного кабеля.

При использовании термопреобразователей сопротивления с трехпроводной схемой подключения, прибор автоматически вычитает из сопротивления полной цепи сопротивление соединительных проводов. Сопротивление внутренних проводов и жил кабеля при этом должны быть между собой одинаковы.

Если входная электрическая схема прибора представляет собой мост, в одно плечо которого подключается термопреобразователь сопротивления, то достаточно, чтобы были одинаковы сопротивления двух проводов: 1 и 2. 

Мостовая схема подключения термопреобразователя сопротивления

термопреобразователя сопротивления

 

 

 

 

Наиболее точные термопреобразователи сопротивления имеют четырехпроводную схему подключения. Для этой схемы не требуется равенство в сопротивлениях проводников. Каждый конкретный тип термопреобразователя имеет свой более узкий по сравнению с приведенным в таблице основных характеристик диапазон измеряемой температуры. Это связано с технологией сборки термопреобразователя сопротивления и применяемыми при этом материалами.

Необходимо помнить, что для точного измерения температуры вся погружаемая часть термопреобразователя сопротивления должна находиться в измеряемой среде.

Термопары, основные технические характеристики

 

Тип термопары	Класс допуска	Диапазон измеряемых температур, °С	Предел допускаемого отклонения от НСХ, °С
Хромель-копелевый ХК (L)	2	-40…+300 +300…+800	±2,5 ±0,0075 |t|
	3	-200…-100 -100…+100	±0,015 |t| ±2,5
Хромель-алюмелевыый ХА (K)	1	-40…+375 +375…+1000	±1,5 ±0,004|t|
	2	-40…+333 +333…+1200	±2,5 ±0,0075 |t|
	3	-200…-167 -167…+40	±2,5 ±0,0075 |t|

Термопара хромель-алюмель ХА(K) обладает наиболее близкой к прямой термоэлектрической характеристикой. Термоэлектроды изготовлены из сплавов на никелевой основе. Хромель (НХ9,5) содержит 9…10%Сг; 0,6…1,2%Со; алюмель (НМцАК) — 1,6…2.4%Al, 0,85…1,5%Si, 1,8…2,7%Mn, 0.6…1.2%Со. Алюмель светлее и слабо притягивается магнитом; этим он отличается от более темного в отожженном состоянии совершенно немагнитного хромеля. Благодаря высокому содержанию никеля хромель и алюмель лучше других неблагородных металлов по стойкости к окислению. Учитывая почти линейную зависимость термо-ЭДС термопары хромель — алюмель от температуры в диапазоне 0…1000°С, ее часто применяют в терморегуляторах.

Термопара хромель-копель ХК(L) обладает большей термо-ЭДС, чем термопара ХА(K), но уступает по жаростойкости и линейности характеристики. Копель (МНМц 43-0,5) — серебристо-белый сплав на медной основе, содержит 42,5-44,0%(Ni+Со), 0,1-1,0%Mn. Даже в сухой атмосфере при комнатной температуре на его поверхности быстро образуется окисная пленка, в дальнейшем удовлетворительно предохраняющая сплав от дальнейшего окисления.

Номинальные статические характеристики термопар приведены в ГОСТ Р 8.585-2001.

Схемы включения

Рабочий конец термопары погружается в среду, температуру которой требуется измерить. Свободные концы подключаются к вторичному прибору. Если температура свободных концов постоянна и известна, то подключение может быть сделано медным проводом, а если не постоянна и неизвестна, то оно выполняется специальными удлинительными (компенсационными) проводами. В качестве последних используются два провода из различных материалов. Провода подбираются так, чтобы в паре между собой они имели такие же термоэлектрические свойства, как и рабочая термопара. При подсоединении к термопаре компенсационные провода удлиняют ее и дают возможность отвести холодный спай до измерительного прибора.

Удлинительные провода

Также смотрите кабели высокотемпературные и термопарные, соединители медные и термопарные, разъемы со склада. 

Стандартные удлинительные провода маркируются. При включении этих проводов в цепь термопар необходимо соблюдать полярность, иначе при измерениях возникает погрешность, равная удвоенной погрешности, которую старались устранить с помощью удлинительных проводов. Промышленность выпускает удлинительные провода в виде скомплектованного (двухжильного) кабеля с жилами различных цветов.

Основные характеристики термопар и удлинительных проводов

 

Термопара	Условное обозна-чение НСХ	Материал термоэлектрода		Материал удлинительного провода, марка и цвет оплетки		ТермоЭДС, мВ при t=100°С, t0=0°C	Сопро-тивление   1 м. Ом  для сечения, мм2
		положит.	отрицат.	положит.	отрицат.		1	2,5
Платинородий — платина	ПП (R, S)	Платинородий (90%Pt+10%Rh)	Платина	Медь П, красный   или розовый	Медно-никелевый (99,4%Сu  +0,6%Ni) зеленый	0,64 ± 0,03	0,05	2,5
Платинородий – платино-родий	ПР (B)	Платинородий (70%Pt+30%Rh)	Платинородий (94%Pt+6% Rh)	—	—	—	0,05	0,02
Хромель — алюмель	ХА (K)	Хромель (89%Ni+9,8% Cr+1% Fe+ 0,2% Mn)	Алюмель (94% Ni+2% Al+ 2,5% Mn+1% Si+ 0,5% Fe)	Медь М, красный или разовый	Константан (42%Ni+58%Cu), коричневый	4,10 ± 0,16	0,52	0,02
Хромель — копель	ХК (L)	To же	Копель (55%Cu+45%Ni+Co)	Хромель ХК, фиолетовый   или черный	Копель, желтый, оранжевый	6,95 ± 0,2	1,15	0,21
Железо — копель	ЖК	Железо	То же	Железо ЖК, белый	То же	5,57	0,60	0,46
Медь — копель	МК (M)	Медь	То же	Медь МК, красный или розовый	То же	4,76	0,50	0,24
Медь — константан	МКт (T)	Медь	Константан (42%Ni+58%Cu)	То же	Константан, коричневый или черный	4,10 ± 0,16	0,52	0,20
Вольфрам — рений- вольфрам — рений	ВР (A1, A2, A3)	Вольфрам-рений	Вольфрам-рений	То же	Медно  -никелевыи синий или  голубой	1,33 ± 0,03	0,20	0,21
Вольфрам — молибден	ВМ	Вольфрам	Молибден	То же	Медно- никелевыи  (99,7%Cu+ 0,3%Ni)	0,40 ± 0,03	0,05	0,04

В связи с высокой стоимостью термопарных кабелей по сравнению, например, с медными при значительной удаленности прибора от датчика более целесообразно в ряде случаев присоединение датчика к прибору осуществлять четырехжильным медным кабелем. При этом две жилы кабеля подключаются к термоэлектродам термопары, а две — к термосопротивлению, контролирующему температуру свободных концов термопары. Как в этом случае, так и при подключении термопары непосредственно к зажимам прибора, необходимо обеспечить хороший тепловой контакт термосопротивления с выводами термопары.

При измерении температуры до +600°С более предпочтительным является использование термопары ХК(L), имеющей в 1,5…2 раза большую термо-ЭДС, чем ХА(K).

С другой стороны, для ТП ХК(L) не существует недорогого термокомпенсационного провода. Поэтому при большой удаленности датчика от прибора лучше применять ТП ХА(K) и удлинительный провод МК.

Сравнительные характеристики термопар и термопреобразователей сопротивления

В данной таблице приведены сравнительные эксплуатационные характеристики термопреобразователей сопротивления и термоэлектрических преобразователей («+» — преимущество, «-» — недостаток).

 

Тип преобразователя	Характеристики
	Диапазон измеряемой температуры	Точность измерения	Инерционность	Цена преобразователя	Цена подсоединения преобразователя
ТП	+	—	+	+	—
ТС	—	+	—	—	+

Также смотрите термопреобразователи сопротивления, термопары, датчики температуры с токовым выходом, чувствительные элементы нашего производства. А также кабели высокотемпературные и термопарные, соединители медные и термопарные, разъемы со склада. 

Читайте также статьи из разделов:
• Измерение температуры и влажности, датчики температуры и влажности
• Автономные регистраторы
• Автоматизация, приборы для автоматизации
• Медицинские приборы

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

                          

 

Термопара VS термистор

wildalex
Загрузка

29.12.2016

4108

печатает на ZAV-MAX-PRO Вопросы и ответы

Вчера решил откалибровать температуру хотэнда. Прикрепил термопару фумлентой к алюминиевому блоку E3D v6 напротив сопла в самом тонком месте. Начал греть хотэнд и весьма удивился. Термистор показывает 265 градусов, термопара едва дотягивает до 240. Скорректировал таблицу температур согласно показаний термопары. Тестовую печать сделать не успел, времени не было. Теперь не дает покоя вопрос — а чему же верить, термопаре или термистору?

Ответы на вопросы

Популярные вопросы

traindriver
Загрузка

24.12.2019

762

Здравствуйте, товарищи. На магнитном коврике принтер печатает, но он в центре вогнут и там  пластик отлипает или не прилипает сразу. Положил зерк…

Читать дальше Legioner39
Загрузка

09.01.2020

553

Для кого: Девушка

Назначение: Домашнее использование

Опыт: отсутствует

Бюджет: путь будет 11 000 р…

Читать дальше Tortik
Загрузка

24.12.2018

11483

С того момента как я собрал принтер Ultimaker уважаемого Plastmaski, не могу избавиться от одной проблемы. Уже почти 2 кг пластика перевел на тесты. М…

Читать дальше

Термопреобразователь против термометра

Для измерения температуры выбирают свойство материи, меняющееся с изменением температуры. Например, это может быть расширение твердого тела, расширение жидкости, изменение электрического сопротивления материала, изменение энергии излучения и т.д. Как правильно назвать приборы для измерения температуры? Самое логичное, что приходит в голову это «термометры». «Термо»- температура, «метр» – измерять. Можно уточнить в названии принцип измерения, свойство или материал, способ индикации и т.д.. Например: термометр сопротивления, термометр ртутно-стеклянный, кварцевый термометр, диодный термометр, термометр излучения, инфра-красный термометр, цифровой термометр и т.д. Впрочем, никто и не возражает против этих многочисленных терминов. Важно то, что сразу видно, что все они относятся к приборам для измерения температуры.

Остается сожалеть, что из всех перечисленных терминов не повезло у нас только термину «термометр сопротивления». И хотя для эталонов «термометр сопротивления» все же допустим и даже фигурирует в наших ГОСТах, у нас в стране упорно пытаются доказать, что для рабочих средств измерения такого термина не должно быть. Причем делается это вопреки мировой практике. Рассмотрим аналогичные международные термины.
SPRT — standard platinum resistance thermometer (эталонный платиновый термометр сопротивления)
IPRT – industrial platinum resistance thermometer (промышленный платиновый термометр сопротивления)
PRT – platinum resistance thermometer (платиновый термометр сопротивления)
RTD – resistance platinum detector (резистивный платиновый детектор)
RPP — resistance platinum probe (резистивный платиновый датчик)

Термин PRT (платиновый термометр сопротивления) для промышленных термометров – самый распространенный в мире. Он используется во всех официальных международных стандартах (МЭК 60751, АСТМ 1137, АСТМ 644, BS, JIS). Два последних термина, в которых слово «термометр» заменено на «детектор» или «датчик» — это термины, которые тоже часто встречаются в каталогах зарубежных фирм или в местных стандартах.

Однако нам заграница не указ! Это они не правы, а мы почему должны «плясать под их дудку». Казалось бы мелочь, но приятно в чем то отличаться от всех. Что предлагаем мы? Предлагаем для рабочих термометров сопротивления использовать термин «термопреобразователь сопротивления», или в переводе для интересующихся зарубежных коллег «resistance temperature transducer». В чем суть предложения? Необходимо, по мнению наших законодателей-метрологов, использовать разные термины для датчика, который не показывает температуру в градусах (это будет преобразователь), и прибора, который показывает температуру в градусах с помощью дополнительного отсчетного устройства (это уже термометр).

Рассмотрим это старое, но непобедимое название «термопреобразователь». Чисто этимологически, «термо-преобразователь» это тепловой преобразователь, — прибор, который преобразует один сигнал в другой сигнал или преобразует тепловую энергию в другой вид энергии (электрическую, механическую).

Заглянем в Википедию, чтобы узнать, что же понимается под английским эквивалентом преобразователя — «Transducer». (A transducer is a device that converts one type of energy to another. The conversion can be to/from electrical, electro-mechanical, electromagnetic, photonic, photovoltaic, or any other form of energy.) Т.е. это действительно прибор, который преобразует энергию одного вида в другой.

А теперь рассмотрим сочетание «термопреобразователь сопротивления». Звучит это так, как будто тепловая энергия преобразуется в сопротивление. Минутку! Но ведь сопротивление это не вид энергии, это просто свойство материала. Да, сопротивление изменяется при изменении температуры, т.е. при передаче телу определенного количества тепловой энергии, но чтобы «преобразовать» изменение сопротивления в какой-то энергетический сигнал нужен как минимум внешний источник тока. И пока мы не подключим источник тока к нашему сопротивлению мы его величину никогда не узнаем. Получается, что если уж использовать термин «преобразователь», то правильно было бы «термопреобразователем сопротивления» называть прибор, который преобразует изменение сопротивления, происходящее под действием изменения температуры, опять же в электрический сигнал. То есть все наоборот «преобразователь» — это резистор плюс дополнительное устройство.

Иногда получается, что уточнение терминов приводит к абсурду. Более широкое и свободное применение терминологии лучше отражает суть понятия. А суть в том, что приборы, назначение которых – измерять температуру, должны называться термометрами. И все уточняющие определения должны именно к этому термину «приклееваться». И хотя «термоэлектрический преобразователь», или термопара, лучше других датчиков температуры подходит к понятию «преобразователь», т.к она действительно преобразует тепловую энергию в электрическую, чтобы сохранить единообразие с международной терминологией, даже в этом случае логичнее перейти тоже на «термоэлектрический термометр». Тогда и путаницы не будет. А наш менталитет в области термометрии лучше бы сводился не к придумыванию и отстаиванию новых терминов, а к изобретению новых термометров.

P.S. Готовьтесь снова менять документацию! В России и СНГ «термопреобразователь сопротивления» снова победил «термометр сопротивления».

Термопреобразователи, термопары, термосопротвиления в Ростове и Юге РФ

Датчики температуры. Термопреобразователи, термопары, термосопротивления

Принципы работы датчиков температуры,.термопреобразователей, термопар, термосопротивлений

Принцип действия термоэлектрических преобразователей (термопар) основан на возникновении термоэлектродвижущей силы (термоЭДС) в месте соединения двух проводников с разными термоэлектрическими свойствами. Значение термоЭДС зависит от разности температур спая и холодных концов термопары. В качестве материала термоэлектродов применяются специализированные сплавы, наиболее распространенными являются хромельалюмель (ХА) и хромель-копель (ХК). Для измерения высоких температур наиболее часто применяется термопара с термоэлектродами из чистой платины и сплава платины с 10 ͢ родия (ПП), нихросил-нисил (НН).

Типы датчиков температуры,.термопреобразователей, термопар, термосопротивлений

В данном разделе каталога представлен весь спектр термопреобразователей (датчиков температуры), а также защитной арматуры для них. Термопреобразователи применяются для непрерывного измерения температур в различных отраслях промышленности.

Принцип действия термопреобразователей сопротивления основан на свойстве проводника менять электрическое сопротивление пропорционально изменению температуры окружающей среды (ГОСТ Р 6651-2009). Конструктивно такие термопреобразователи выполняются в виде катушки из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала или используются тонкопленочные чувствительные элементы, заключенные в защитную гильзу.

Термосопротивления

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 нетребуют использования дорогого 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 -50 до +200 °С и более высокая чем у платины чувствительность. Свыше 200 °С медь начинает очень быстро окисляться на воздухе, поэтому обычно верхний предел измерения для медных термосопротивлений устанавливается до 180 °С. 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.

Монтаж термосопротивления

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 43. 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 43 датчика по кабелю.

Термопара

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) дает следующее определение термопары: Термопара — пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

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. 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.

Термопара. Выбор типа

Для использования в диапазоне до +200 °С 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 +800 °С в России
используется термопара хромель-копель XK(L). Данные термопары имеют очень высокую чув­ствительность в широком диапазоне начиная от -200 °С. 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 +1300 °С. Термопары типа К замечательны хорошей линейностью характеристики от 0 до 1000 °С.

Подключение термопар

Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3.
Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик:

• 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.

Доставка термопреобразователей в города Юга России

Мы доставим термопреобразователи в течении одного — двух дней в города: Таганрог, Новочеркасск, Азов, Шахты, Волгодонск, Сальск, Краснодар, Тихорецк, Тимашевск, Сочи, Новороссийск, Анапа, Туапсе, Геленджик, Ейск, Майкоп, Армавир, Волгоград, Элиста, Астрахань, Ставрополь, Невинномысск, Минеральные Воды, Кисловодск, Пятигорск, Железноводск, Черкесск, Нальчик, Владикавказ, Грозный, Махачкала.