Термопреобразователи сопротивления. Устройство, характеристики, виды и типы, схемы термопреобразователей сопротивления ТСП, ТСМ, ТСПУ, ТСМУ.

Разновидности и конструкция термопреобразователей сопротивления

Платиновые термопреобразователи сопротивления (ТСП) могут иметь следующие сопротивления при 0 °С: 1, 5, 10, 50, 100 и 500 Ом, и поэтому имеют следующее обозначение номинальных статических характеристик 1П, 5П, 10П, 50П, 100П и 500П. ТСП используются для измерения температуры в интервале (-260… 1100) °С и являются наиболее распространенным типом термопреобразователей сопротивления. При выборе ТСП следует использовать общий принцип — низкоомные ТС необходимо применять для измерения высоких температур, а высокоомные — для измерения низких температур.

Кроме того, при использовании высокоомных ТСП влияние изменения сопротивления внешней линии сказывается меньше, чем при использовании низкоомных. Недостатком платиновых ТС является нелинейность статической характеристики, особенно в области высоких и отрицательных температур, возможность загрязнения платины при высоких температурах, подверженность воздействию восстановительных и агрессивных газов. В интервале температур (0…600) °С зависимость сопротивления от температуры описывается нелинейным выражением

Rt = R0(1 + At + Bt²)

Обычно в таблицах задаются значения Wt = Rt / R0 в зависимости от температуры. В этом случае номинальные статические характеристики преобразования рассчитываются по (2) и даны в табл. 2. предыдущей статьи.

Для изготовления платиновых термопреобразователей сопротивления используется проволока диаметром от 0,05 до 0,1 мм (для использования в температурном интервале до 750 °С) и диаметром (0,2…0,5) мм для измерения температур до 1100 °С. Типовой конструкцией чувствительного элемента является конструкция, представленная на рис. 2.

Рис. 2. Чувствительный элемент платинового термопреобразователя:

1 — платиновые спирали; 2 — керамический каркас; 3 — изоляционный порошок;  4— выводы; 5 — глазурь; 6 — металлическая оболочка

Чувствительный элемент состоит из соединенных последовательно двух платиновых спиралей 1, расположенных в каналах керамического каркаса 2. Каналы каркаса со спиралями заполняются порошком 3 (обычно это оксид магния), который служит изолятором и улучшает тепловой контакт проволоки с каркасом. К концам спиралей припаяны короткие выводы 4 из платиновой или иридиевой проволоки, к которым затем припаиваются изолированные выводные проводники. Торцы керамического каркаса герметизируются специальной глазурью 5. Каркас помещается в тонкостенную металлическую оболочку 6, которая также заполняется порошком и закрывается пробкой, через которую пропущены выводы. Каркас может иметь четыре канала для размещения двух спиралей (двойные ТС). Такая конструкция обеспечивает хорошую герметичность чувствительного элемента, незначительное механическое напряжение платиновой проволоки, достаточную прочность и вибростойкость. Длина платиновых чувствительных элементов обычно равна 50…100 мм при диаметре 3…6 мм. Все свободное пространство заполнено изолирующим порошком. Предельные погрешности ТСП приведены в табл. 1. предыдущей статьи

Медные термопреобразователи сопротивления (ТСМ)

применяются для длительного измерения температуры в интервале от -200 до 200 °С. К достоинствам меди как материала для чувствительных элементов следует отнести дешевизну, возможность получения в чистом виде, хорошую технологичность, линейность зависимости сопротивления Rt от температуры t. Статическая характеристика преобразования у ТСМ описывается уравнением  

Rt = R0(1 + α * t), где α — температурный коэффициент, равный

0,00428 °С^-1, R0 — сопротивление ТСМ при 0 °С.

Линейность статической характеристики является достоинством меди, а ее недостатком — интенсивная окисляемость, что ограничивает диапазон применения ТСМ температурой 200 °С и требует покрытия изоляцией проволоки чувствительного элемента. Проволока может покрываться либо эмалью, либо кремнийорганической изоляцией. Чувствительный элемент медного термопреобразователя сопротивления состоит из медной изолированной проволоки диаметром 0,1 мм, намотанной на каркас (рис. 3, а).

Рис. 3. Чувствительные элементы медных термопреобразователей:

а — с каркасной намоткой:  1 — намотка; 2 — каркас; 3 — слой лака; 4 — защитная оболочка; 5 — выводы; б — с бескаркасной намоткой: 1 — намотка; 2 — фторопластовая оболочка; 3 — защитная оболочка; 4 — изолирующий порошок; 5 — выводы

Намотка должна быть безындуктивной, т.е. индуктивное сопротивление чувствительного элемента (ЧЭ) термопреобразователя сопротивления должно быть минимальным. Это связано с тем, что ЧЭ содержит большое число витков медного провода и при обычной намотке будет иметь значительную индуктивность. Поскольку вторичные приборы для ТС (автоматические мосты) имеют измерительные схемы, питаемые электрическим переменным током, индуктивное сопротивление одного из плеч (в данном случае ЧЭ) будет влиять на режим уравновешивания. Для обеспечения безындуктивности обычно выполняется бифилярная намотка — намотка вдвое сложенным проводом. Поверхность намотки покрывается слоем лака. К концам проволоки припаиваются медные выводы диаметром 1… 1,5 мм. ЧЭ помещается в металлическую защитную оболочку, засыпанную изолирующим порошком и герметизированную. Чувствительные элементы могут быть бескаркасными (рис. 3, б). Они изготавливаются из медной проволоки диаметром 0,08 мм безындуктивной намоткой. Отдельные слои скреплены лаком, а затем весь ЧЭ обернут фторопластовой пленкой. ЧЭ помещается в тонкостенную металлическую оболочку, которая засыпается изолирующим порошком и герметизируется.

Недостатком меди, как материала для термопреобразователя сопротивления, является также малое удельное сопротивление, так как для изготовления ЧЭ при этом требуется много проволоки, что увеличивает размеры ЧЭ и ухудшает динамические свойства ТС.

По ГОСТ Р50353-92 медные термопреобразователи сопротивления (сокращенное обозначение ТСМ) должны иметь номинальное сопротивление при 0 °С, равное 10, 50, 100 Ом, при этом номинальные (т.е. идеальные) статические характеристики преобразования (НСХ) условно обозначаются ЮМ, 50М, 100М (таким образом, в обозначении НСХ цифра — это сопротивление термопреобразователя сопротивления при 0 °С в омах, буква — обозначение материала — медь). Для всех разновидностей ТСМ аналитическое выражение НСХ одинаково:

Rt = R0 (1 + α * t)

причем коэффициент α  = 0,00428 (1/°С) одинаков для всех ТСМ (по стандартам МЭК он может быть равным 0,00426 1/°С). Различие НСХ только в значении R0. Медные ТС обычно выпускаются с классами допуска В и С. Предельные значения отклонений приведены в табл. 1. предыдущей статьи

В общем виде чувствительность для термопреобразователя сопротивления определяется выражением

S = ΔRt / At,          (5)

при Δt стремящемся к нулю

S = dRt / dt,        (6)

где d — символ производной.

По табл. 1 погрешность термопреобразователя сопротивления выражается в градусах (Δt). Она может быть выражена в единицах сопротивления ΔR, связанных с Δt (в градусах) через коэффициент преобразования:

ΔR = Δt * S.               (7)

Арматура ТС бывает двух исполнений: с головкой и без нее. В головке ТС имеются контакты, к которым подсоединяются выводные проводники от ЧЭ и сальниковый ввод для линии связи со вторичным устройством. Внутреннее устройство ТС с головкой представлено на рис. 4.

Чувствительные элементы помещаются в защитную арматуру, подобную изображенной на рис. 4.

Рис. 4. Устройство термопреобразователя сопротивления с головкой и без крепежных деталей:

1 — чувствительный элемент; 2 — защитная арматура; 3 — выводы; 4 — изоляция; 5 — герметик; 6 — головка; 7 — клеммная сборка; 8 — зажимы; 9 — жилы кабеля; 10 — кабель; 11 — гайка

Выводные (от ЧЭ) проводники пропускаются через каналы керамического изолятора, все свободное пространство внутри арматуры засыпается керамическим порошком. В верхней части арматура герметизируется. В головке располагается сборка зажимов, к которой подсоединяются выводные проводники чувствительного элемента и провода внешней линии. На внешней стороне арматуры может располагаться подвижный или неподвижный штуцер. На контролируемом объекте закрепляется защитная гильза, внутри которой закрепляется арматура термопреобразователя сопротивления.

От чувствительного элемента к контактной головке могут подходить два, три или четыре выводных проводника. Это связано с различными схемами подключения ЧЭ к вторичным устройствам (двух-, трех- или четырехпроводные схемы). Часть применяемых схем выводов приведена на рис. 5.

Схема термопреобразователя сопротивления без головки и крепежных устройств с четырьмя выводами от ТС изображена на рис. 6. У таких ТС выводы от чувствительного элемента после пробки, герметизирующей свободный конец защитной арматуры, выпускаются в виде отдельных изолированных проводов большой протяженности. На рис. 6 изображен пример, когда от чувствительного элемента отходят четыре вывода.

Рис 5. Применяемые схемы выводов от чувствительного элемента термопреобразователя:

а,6 — четырехпроводная; в, д — двухпроводная; г — трехпроводная (схемы б,д — двойной ТС)

Рис. 6. Схема термопреобразователя сопротивления без головки с четырьмя выводами:

а — внешний вид; б — схема видов

Рис. 7. Структурная схема измерительного преобразователя температуры SITRANS TK-L

Проволочные термопреобразователи сопротивления имеют стабильную НСХ, однако обладают сравнительно большими размерами и достаточно большой тепловой инерцией. Этих недостатков лишены тонкопленочные ТС, которые работают в интервале (-50…300) °С, классов А, В, С и имеют НСХ 50М(П), 100М(П), 500М(П), 1000М(П).

Структурная схема измерительного преобразователя температуры SITRANS TK-L, размещаемого в головке термопреобразователя сопротивления ТС (Pt100) представлена на рис. 7. Последний к преобразователю подключен по четырехпроводной схеме, возможны варианты двухпроводного и трехпроводного подключения. Сигнал от термопреобразователя сопротивления, усиленный в усилителе У, поступает на аналого- цифровой преобразователь АЦП, а затем на микропроцессор МП и цифроаналоговый преобразователь ЦАП. В микропроцессоре производится усреднение измеряемого сигнала, линеаризация, пересчет в соответствии с заданным диапазоном и пр. По двухпроводной линии передается выходной сигнал 4…20 мА и питание от внешнего источника. Диапазон измерения преобразователя составляет -200…850 °С при погрешности ±0,1 % диапазона измерения. Фирма Siemens помимо этих преобразователей выпускает SITRANS ТЗК-РА, SITRANS ТК/ТК-Н, SITRANS TF. Первый тип преобразователей имеет цифровой интерфейс PROFIBUS-PA, два других при выходном сигнале 4…20 мА работают с HART модемами, последний имеет, кроме того, встроенный цифровой индикатор.

Комплекты термопреобразователей. Платиновые термопреобразователи сопротивления являются основными средствами измерения температур в системах контроля теплоснабжения, где малые разности температур (3…4) °С должны измеряться с погрешность (1…2) %. Обычно для учета теплоты подбирается комплект из двух платиновых термопреобразователей сопротивления (например, комплект КТПТР), обладающих близкими погрешностями одного знака, это позволяет обеспечить высокую точность измерения разности температур. В табл. 1 приведены пределы допускаемых погрешностей измерения разности температур комплектами платиновых термопреобразователей классов 1 и 2, которые образованы соответственно термопреобразователями классов А и В.

Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления обычно называются термисторами и используются для измерения температур в интервале (-100…300) °С. Их достоинства — высокое значение ТКС (на порядок больше, чем у металлов), малая тепловая инерция и высокое номинальное сопротивление. Недостатками являются нелинейность номинальной статической характеристики, невзаимозаменяемость из-за большого разброса номинального сопротивления и ТКС, нестабильность статической характеристики. В связи с этими недостатками полупроводниковые термопреобразователи обычно используются в цепях температурной компенсации и сигнализации, где не предъявляются высокие требования к точности измерения температуры.

Таким образом, термопреобразователи сопротивления могут применяться для измерения температуры только в сочетании с другими средствами измерений. Так, измерительный комплект может состоять из ТС, вторичного прибора (например, РП160-12) и соединительной линии между ними. Погрешность измерения температуры в этом случае определяется погрешностью всех этих средств с учетом возможной методической погрешности.

Nothing found for Wp-Content Uploads 2018 03 908 2337 00 000_Re_Ts_03_2018 Pdf

Новые схемы подключения оповещателей…

Уважаемые заказчики! Сообщаем об изменении схем подключения оповещателей световых ЕхОППС-1В и звуковых ЕхОППЗ-2В с питанием постоянным током 12В. Выпуск изделий с новой схемотехникой запланирован на начало 2020г. За более подробной информацией о сроках и изменениях просьба обр…

25-я международная выставка Securika Moscow 2019

Цифровые датчики давления «Эталон-17″…

Обзор отечественных производителей цифровых датчиков давления, которые не только создали интересный и перспективный продукт, но и закрепились с ним на рынке, сумев вывести в серийное производство и составить конкуренцию зарубежным приборам. Опубликовано — Отраслевой научно-те…

ЗАО НПК «ЭТАЛОН» награждено Почетной грамотой ПАО «О…

ЗАО НПК «ЭТАЛОН» награждено Почетной грамотой ПАО «ОДК-Сатурн» за значительный вклад в реализацию опытно-конструкторских работ шифр «М90ФР» и шифр «М70ФРУ реверс», выполненных в рамках реализации программы «Ускоренное развитие оборонно-промышленного комплекса «Государственной пр…

ЕхИП535-1В класса В…

С 1 февраля 2018 года извещатели пожарные взрывозащищенные ЕхИП535-1В выпускаются по классу В согласно ГОСТ 53325-2012….

Оборудование ЗАО НПК «ЭТАЛОН» в проекте «Сахалин-2″…

По итогам проведения квалификационного отбора российских производителей и поставщиков нефтегазового оборудования для строительства третьей технологической линии завода СПГ в рамках нефтегазового проекта «Сахалин-2» ЗАО НПК «Эталон» включено в список рекомендованных производителей…

ТСП-8040 и Дон-17 в систему КСУ ТС «Manager-300″…

Датчики давления и термопреобразователь сопротивления ТСП-8040 применены в корабельной системе управления техническими средствами «Manager-300» разработанной АО «Морские Навигационные Системы». Свидетельство о типовом одобрении морского регистра…

Новый этап партнёрства с ГК ЭРВИСТ…

Группа компаний ЭРВИСТ и НПК «Эталон» заключили новый договор о сотрудничестве, консигнационном складе и совместной разработке и продвижении продукции. Группа компаний ЭРВИСТ – ведущий поставщик оборудования систем безопасности во взрывозащищенном и специальных исполнениях …

Новая конструкция ручных извещателей….

В связи с требованиями ГОСТ 53325-2012 в части ручных извещателей ЗАО НПК «ЭТАЛОН» были разработаны приборы в новой конструкции: 1) извещатель ручной ЕхИП535-1В 2) устройство дистанционного пуска ЕхУДП1, ЕхУДП2 (на фото) Конструктивные особенности: 1) Соответствие классу В — …

Датчики давления Дон17М в составе азотных станций…

Датчики давления Дон-17М производства ЗАО НПК «Эталон» теперь в составе высокотехнологичных азотных станций модульного типа для выделения азота в газообразном виде из атмосферного воздуха. Установки данной категории представляют единый блок-бокс, внутри которого расположено необ…

Получен новый патент на полезную модель…

Извещатель пожарный ручной, содержащий корпус, в полости которого размещены, схемная плата с выключателем с подпружиненным нажимным элементом и подключенными к схемной плате электрическими контактами и приводным механизмом. Читать полностью…

Новая статья в разделе «Публикации» для материалов…

Ввод в действие новой редакции ГОСТ Р 53325-2012 в части требований к извещателям пожарным ручным вызывает у разработчиков данных изделий немало вопросов. Читать статью…

ЗАО НПК «ЭТАЛОН» аккредитовано выполнять работы и ок…

В соответствии с постановлением правительства Российской Федерации от 17 октября 2011г. №845 «О Федеральной службе по аккредитации» и на основании результатов экспертизы представленных документов Федеральной службой по аккредитации принято решение выдать ЗАО НПК «ЭТАЛОН» аттестат…

ЗАО НПК «ЭТАЛОН» — участник выставки «Нефть и Газ / …

С 23 по 26 июня приглашаем вас в ЦВК «Экспоцентр» на стенд Н311 в павильон 8 зал 2. …

Компания «ЭТАЛОН» — участник выставки «Газ.Нефть.Тех…

Приглашаем вас посетить наш стенд и получить актуальную информацию о наших изделиях и новых разработках. …

Термопреобразователь: принцип работы — Все о ЧПУ

Термопреобразователь сопротивления (ТС) – средство измерений температуры, состоящее из одного или нескольких термочувствительных элементов сопротивления и внутренних соединительных проводов, помещенных в герметичный защитный корпус, внешних клемм или выводов, предназначенных для подключения к измерительному прибору.

Чувствительный элемент (ЧЭ) первичного преобразователя выполнен из металлической проволоки бифилярной намотки или пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку в виде меандра. ЧЭ имеет выводы для крепления соединительных проводов и известную зависимость электрического сопротивления от температуры.

Принцип работы такой термопары сопротивления (термометра сопротивления) основан на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента от температуры.Самый популярный тип термометра – платиновый термометр сопротивления ТСП градуировки Pt100. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные термометры.

Главное преимущество термометров сопротивления – высокая стабильность, близость характеристики к линейной зависимости, высокая взаимозаменяемость. Пленочные платиновые термометры сопротивления отличаются повышенной вибропрочностью.

Недостаток термометров и чувствительных элементов сопротивления – необходимость использования для точных измерений трех- или четырехпроводной схемы включения, т.к. при подключении датчика с помощью двух проводов, их сопротивление включается измеренное сопротивление термометра.

Для измерения температуры различных типов рабочих сред воды, газа, пара, химических соединений и сыпучих материалов используют термопреобразователь ТСП. Аналогом, производимым Производственной компанией Тесей, является термопреобразователи сопротивления типа ТСПТ и ТСПТ Ех.Номинальная статическая характеристика термопреобразователей – Pt100, Pt500, Pt1000, 100П и 50П.

Выбор термопреобразователя ТСП зависит от рабочей среды – диапазон температур измеряемой среды должен соответствовать рабочему диапазону термопреобразователя. При выборе необходимо обратить внимание надлину погружной части термопреобразователя и длину соединительного кабеля. Глубина погружения будет зависеть от глубины активной части, которая определяется длиной чувствительного элемента.

Термопреобразователь сопротивления ТСМ. Термопреобразователь ТСМ выполнен в виде бескаркасной намотки чувствительного элемента из медного изолированного микропроводабифилярной намотки. Аналогом, производимым Производственной компанией Тесей, является термопреобразователи сопротивления типа ТСМТ и ТСМТ Ех.Номинальная статическая характеристика термопреобразователей – 100М или 50М.

Используется 3 схемы включения датчика в измерительную цепь (подключение термопары):

• 2-проводная. В схеме подключения простейшего термометра сопротивления используется два провода. Такая схема термометра сопротивления используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление проводов включается в измеренное сопротивление и приводит к появлению дополнительной погрешности. Такая схема не применяется для термометров класса А и АА.
• 3-проводная обеспечивает значительно более точные измерения за счёт того, что появляется возможность измерить в отдельном опыте сопротивление подводящих проводов и учесть их влияние на точность измерения сопротивления датчика.
• 4-проводная — наиболее точная схема, обеспечивает полное исключение влияния подводящих проводов.

Термопара принцип действия термопреобразователя сопротивления ТСПТ (ТСМТ)

Термопреобразователи сопротивления ТСПТ (ТСМТ) с двухпроводной схемой подключения изготавливаться только с классом допуска В или С и имеют ограничения по монтажным длинам и длинам удлинительных проводов. В соответствии с требованиями ГОСТ 6651-2009, для датчиков с двух проводной схемой подключения, сопротивление внутренних проводов не должно превышать 0,1% номинального сопротивления ТС при 0°С. В связи с этим для различных НСХ присутствуют ограничения по монтажным длинам:

для датчиков с клеммной головкой максимальная монтажная длина составляет Lmax= (500÷1250) мм в зависимости от конструктивной модификации,
для датчиков с удлинительным проводом, максимальная длина провода составляет ℓ max= (500÷1000) мм в зависимости от конструктивной модификации.

Датчики с трех- и четырехпроводной схемой подключения, в зависимости от конструктивных модификаций, изготавливаются по классу допуска АА, А, В, С. При изготовлении ограничения по монтажным длинам и длинам удлинительных проводов отсутствуют. Следует учитывать, что у вторичных приборов, к которым подключаются датчики, могут существовать ограничения по входному сопротивлению измерительной линии, которая в свою очередь зависит от длины провода датчика.

Таблица 1. Номинальное сопротивление R0

Обозначение варианта исполнения ТС	Pt	П	М
Температурный коэффициент a, °С-1	0,00385	0,00391	0,00428
Номинальное сопротивление R0, Ом	100, 500, 1000	50,  100	50,  100

Неопределенность измерений термометров сопротивления

Термопреобразователь сопротивления может быть признан годным изготовителем (или поверочным центром), если отклонение сопротивления ТС от НСХ с учетом расширенной неопределенности измерения в лаборатории изготовителя или поверителя, рассчитанное в эквиваленте температуры (R–Rнсх ± Uпр)/(dR/dt), находится внутри интервала допуска ±Δt (см. ТС № 1 на рис. 3).

Термопреобразователь сопротивления может быть забракован потребителем только в том случае, если отклонение сопротивления ТС от НСХ с учетом расширенной неопределенности измерения в условиях использования термометра потребителем, рассчитанное в эквиваленте температуры (R–Rнсх ± Uпотр)/(dR/dt), находится полностью вне интервала допуска ±Δt.

Такое правило приемки с одной стороны снижает риск потребителя, который может приобрести некачественный термометр сопротивления только по причине больших погрешностей измерений на производстве, с другой стороны, это правило стимулирует изготовителя использовать при приемке термометров высокоточное измерительное оборудование. Правило также является очень важным при установлении брака Заказчиком, т. к. Заказчик тоже обязан оценить неопределенность своих измерений и уже после этого предъявлять претензии к изготовителю.

Объем и последовательность первичной и периодической поверок ТС установлены в соответствии с ГОСТ Р 8.624 при этом перечень обязательных контролируемых параметров одинаков. Первичная поверка, осуществляемая аккредитованной метрологической службой нашего предприятия, совмещается с приемо-сдаточными испытаниями.

На неопределенность результатов измерений температуры термопарами и термометрами сопротивления влияют многие факторы, основные из них это:

– случайные эффекты при измерении,
– неопределенность измерения регистрирующего прибора,
– класс допуска термопары или термометра сопротивления,
– изменение характеристики ТП или ТС за межповерочный интервал (МПИ),
– для ТП дополнительно класс точности удлинительных проводов, соединяющей термопару с регистрирующим прибором и погрешность компенсации температуры опорных спаев,

Характеристики источников неопределенности измерения температуры термоэлектрическим преобразователем представлены в таблице 3. Бюджет неопределенности составлен в соответствии с Руководством по выражению неопределенностей и нормативными документами.

Вклад случайных эффектов, характеристики нестабильности измеряемой температуры и теплового контакта со средой в расчетах не учитывались, исходя из того, что эти величины зависят от условий применения.

Выбор измерительного тока также влияет на точность измерения температуры. Поскольку ЧЭ изготовлен из очень тонкой проволоки или пленки, даже малый ток может вызвать существенный нагрев ЧЭ. Во избежание значительного увеличения погрешности из-за нагрева ЧЭ измерительным током для 100-омных ТС рекомендуется использовать токи 1 мА и ниже. В этом случае погрешность не превысит 0,1 °С. Для снижения эффекта нагрева ЧЭ иногда используется импульсный измерительный ток.

Источники неопределенности измерения температуры на объекте

В новом стандарте ГОСТ Р 8.625-2006 приведены правила отбраковки термометра сопротивления потребителем. В них установлено, что забраковать термометр можно только, если отклонение сопротивления термометра от НСХ лежит полностью вне диапазона, обусловленного расширенной неопределенностью измерения температуры в рабочих условиях. Поэтому становится очень актуальной проблема оценки неопределенности, возникающей при измерении температуры на объекте. Источники неопределенности измерения температуры промышленным термометром сопротивления можно разделить на источники, связанные с физическими условиями работы ТС и электрическим преобразованием сигнала:

теплопроводящие свойства данной конструкции термометра и монтажных элементов,
перенос тепла излучением в окружающую среду,
теплоемкость датчика температуры,
скорость изменения измеряемой температуры,
утечки тока (качество заземления),
электрические шумы,
точность измерителя или преобразователя сигнала.

Стабильность метрологических характеристик термометра сопротивления

В ходе эксплуатации метрологические характеристики термопреобразователей сопротивления неизбежно изменяются. Скорость изменения зависит от многих факторов таких как: температура эксплуатации, скорость и частота изменений температуры, наличие химически активных веществ в измеряемой среде и т.д. В связи с этим для датчиков ТСПТ, ТСМТ, ТСПТ Ex, ТСМТ Ex введены группы условий эксплуатации и в зависимости от этой группы нормированы допустимые значения дрейфа метрологических характеристик термометров сопротивления.

РМГ-74 «МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖПОВЕРОЧНЫХ И МЕЖКАЛИБРОВОЧНЫХ ИНТЕРВАЛОВ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ» предписывает определять интервал между поверками (ИМП) как период времени/наработки СИ за который изменение метрологических характеристик не превышает модуля класса допуска СИ, уменьшенного на систематическую погрешность измерений в ходе испытаний СИ.

Для термопреобразователя сопротивления определяющим фактором дрейфа является наработка датчика при повышенной температуре. Влияние старения на дрейф ТС практически не упоминается в научных публикациях. При этом общеизвестно что величина и скорость дрейфа ТС зависит от величины измеряемой температуры. Известно, что медные термопреобразователи сопротивления менее стабильны чем платиновые. Доминирующей причиной дрейфа, в условиях эксплуатации, не относящихся к экстремальным, является изменение физических свойств металлов под воздействием температуры, величина изменений зависит от значения максимальной температуры эксплуатации и длительности воздействия.

Предлагается при нормировании интервалов между поверками учитывать условия эксплуатации, разделив их по диапазонам измеряемых температур. Для каждого из диапазонов указывать свой интервал между поверками от одного года до пяти лет. Предлагаемая градация интервалов представлена на рисунке 4.

Загрузка…

50071-12: ТСП, ТСМ Термопреобразователи сопротивления

Назначение

Термопреобразователи сопротивления ТСП, ТСМ (далее по тексту — термопреобразователи или ТС) предназначены для измерений температуры различных сред. Данные по назначению и измеряемой среде в зависимости от конструктивного исполнения ТС приведены в таблице 1.

Таблица 1

Обозначение конструктивного исполнения ТП	Назначение, измеряемая среда
ТСМ 0101	Предназначены для измерения температуры жидкостей на глубине до 30 метров
ТСП 0301, ТСП 0303, ТСП 0304, ТСП 0311, ТСП 0313, ТСП 0501, ТСМ 0503, ТСП 0505, ТСП 0604, ТСП 1107, ТСМ 1107, ТСМ 9201, ТСП 9201, ТСП 9203, ТСМ 9203, ТСП 9204, ТСМ 9204; ТСП 9417, ТСМ 9417, ТСП 9511, ТСП 9512, ТСМ 9622, ТСМ 9623, ТСП 9707, ТСП 9714, ТСМ 9714, ТСП 9716, ТСП 9807	Для измерения температуры жидких, газообразных сред и твердых тел, не разрушающих защитную арматуру
ТСП 9721, ТСМ 9721, ТСП ВТ, ТСМ ВТ	Для измерения температуры жидких и газообразных сред
ТСП 0907,ТСМ 0907	Для измерения температуры твердых тел, например, подшипников скольжения
ТСП 9307	Для измерения температуры жидких и газообразных сред в химической и газовой промышленности и в криогенной технике
ТСП 9422,ТСМ 9422	Для измерения температуры твердых тел, а также, для измерения температуры в зонах расплава материала термо-пластавтоматов и на линиях производства химического волокна
ТСП 9423,ТСМ 9423	Для оперативного измерения температуры жидких, газообразных и сыпучих веществ, в частности, для измерения температуры в сухих и влажных средах, пищевых, промышленных и сельскохозяйственных продуктах
ТСП 9501, ТСМ 9501, ТСП 9502, ТСМ 9502	Для измерения температуры обмоток электрических машин
ТСМ 9509	Для измерения температуры жидких и газообразных сред в трубопроводах, котлах, паротурбинных и газотурбинных установках на объектах теплоэнергетики
ТСП 9515, ТСМ 9515	Для измерения температуры в газоперекачивающих установках типа ГПУ-10 «Волна»
ТСП 9720	Для измерения температуры стерилизуемых растворов в герметично укупоренных флаконах
ТСП 9801	Для измерения температуры воздушной среды при атмосферном давлении в глубинных шахтах, карманах, колодцах, в частности, в автоклавах по выращиванию кристаллов
ТСП 9506, ТСМ 9506	Для измерения температуры дистиллята, бидистиллята, пресной и морской воды, пара, конденсата, фреона, кислорода, водорода, гелиокислородных и гелиоазотнокис-лых смесей, углекислого газа, растворов карбоната и бикарбоната

Обозначение конструктивного исполнения ТП	Назначение, измеряемая среда
ТСП 9507, ТСМ 9507	Для измерения температуры подшипников, масла в подшипниках
ТСП 9508	Для измерения температуры стенок трубопровода
ТСМ 9620	Для измерения температуры жидких и газовых сред в системах контроля и управления на железнодорожном транспорте

Описание

Принцип работы термопреобразователей сопротивления основан на зависимости электрического сопротивления металлов от температуры.

Термопреобразователи сопротивления изготовляются типов П, М, Pt по ГОСТ6651-2009. Термопреобразователи сопротивления являются однофункциональными, невосстанавливаемыми, неремонтируемыми изделиями с одним или двумя чувствительными элементами (в зависимости от конструктивного исполнения). Термопреобразователи сопротивления представляют собой конструкцию, состоящую из чувствительного элемента изготовленного из платины или меди и защитной арматуры. Защитная арматуры ТС может выполняется с различными видами технологических соединений и монтажных элементов, клеммной головки или без неё — с удлинительными проводами или разъемами различной конструкции. Головки в зависимости от исполнений изготавливаются из алюминиевого сплава, стали, пластика или полиамида.

Термопреобразователи сопротивления изготавливаются следующих основных конструктивных исполнений: ТСМ 0101, ТСП 0301, ТСП 0303, ТСП 0304, ТСП 0311, ТСП 0313, ТСП 0501, ТСМ 0503, ТСП 0505, ТСП 0604, ТСП 0907, ТСМ 0907, ТСП 1107, ТСМ 1107, ТСП 9201, ТСМ 9201, ТСП 9203,ТСМ 9203, ТСП 9204, ТСМ 9204, ТСП 9307, ТСП 9417, ТСМ 9417, ТСП 9422, ТСМ 9422, ТСП 9423, ТСМ 9423, ТСП 9501, ТСМ 9501, ТСП 9502,ТСМ 9502, ТСП 9506, ТСМ 9506, ТСП 9507, ТСМ 9507, ТСП 9508, ТСМ 9509, ТСП 9511, ТСП 9512, ТСП 9515, ТСМ 9515, ТСМ 9620, ТСМ 9622, ТСМ 9623, ТСП 9707, ТСП 9714, ТСМ 9714, ТСП 9716, ТСП

9720, ТСП 9721, ТСМ 9721, ТСП ВТ, ТСМ ВТ, ТСП 9801, ТСП 9807, различающихся по рабочему диапазону измеряемых температур и по конструкции. Данные исполнения также могут изготавливаться с различными длинами и диаметрами монтажной части, длиной соединительного кабеля, с разным материалом защитной арматуры, с разными монтажными элементами и т. д.

Для измерения температуры при высоких давлениях и скоростях потока предусмотрены защитные гильзы, конструкция и материал которых зависит от допускаемых параметров измеряемой среды. Технические характеристики защитных гильз термопреобразователей приведены в Технических условиях ТУ 4211-093-02566540-2011.

Чертежи общего вида

.	«			—	Г»		_—
	) ) 170			50	К I.	LCG3	25
	№				32000

		и—		Н:-—я	1=
	6
			/		—

30

w

75

t-r==c

_t±=3i:

25

20    15

=F

ТСП 0311

А

А-А

1

5/7

4Z7

75

25

15

20

И=П

1500*20

ТСП 0313

А

‘1 1				-1!-
il(N			57	-<< — 2057	75

ТСП 0505

т

33

S27

во

«I

S27

М

]|

15

S27

га

L1L

23

во

£j ‘S.		\			_	■S,
i——		f-				4)—
		1	120			/

ЭР

HP

23

а

II

ш

S27

5ШИ

/I

2 отб

ТСП 9203, ТСМ 9203

ко

Розетка

85

S30

=Е

У

=0

2РМШПНАГ1В1В

<=о

5еЙ

15

4Z7

Вилка

2РМГШШ1В1В

S30

&

iL S’

х

50

21

bJ

г-1

‘-о

1

СО

ТСП 9307

8000

С

M

Н,5 2 отй,

S—

1 Г’,

200

К’

82

200

03,5,06,5×90° 4 omb

2U

А,

<N

Со’

+i

мз

S3

QD

м-

36+0,2

150

‘-J-

148

260

75

4260

ТСП 9423, TCM 9423

250    1050

>-

<N’

ТСП9501, TCM 9501

/    450±10

ТСП 9502, ТСМ 9502

*.____I *
■ -FEE
	м Ё>

600

ФМ		100	|’П С\’
		у
		и
75

ТСМ 9509 S3    88

365

S10

%

26

12

т

-41-

Г

С

I

Н1

/

\

ТСМ 9623

30

577 Л/

S

§

§

’s:

$

л

_

160

ТСП 9707

й/м- ОНЦ-ВГ-А-5/16-В

S3

* 7/

^ \\ 1 _

Ш

<3=

ту

J L

J

W

то

W

2000

3630 ТСП 9716

ТСП 9721, ТСМ 9721, вставка термометрическая ТСП ВТ, ТСМ ВТ

30

I.

У S3 \		\
			ИЯМИ	—п
		/

30

ТСП 9801

tv.’

L50

2090

23…30

2665

ТСП 9807

Технические характеристики

Рабочий диапазон измеряемых температур ТС (в зависимости от конструктивного исполнения), °С:

— ТСМ 0101: ………………………………………………………от 0 до плюс 50;

ТСП 0301 ТСП 0303 ТСП 0304 ТСП 0311 ТСП 0313 ТСП 0501

.от минус 200 до плюс 300, от минус 200 до плюс 400

…………………………………от минус 50 до плюс 500

……………………………….от минус 200 до плюс 400

………………………………..от минус 50 до плюс 200

………………………………..от минус 50 до плюс 250

………………………………..от минус 40 до плюс 250

ТСМ 0503: …………………………………………………….от 0 до плюс 180

—    ТСП 0505: …………………………………………………….от 0 до плюс 150;

—    ТСП 0604: ………………………………………………от минус 50 до плюс 150;

—    ТСП 0907, ТСМ 0907: ………………………………от минус 50 до плюс 200;

—    ТСП 1107, ТСМ 1107: ……………………………от минус 2000 до плюс 600;

—    ТСП 9201, ТСМ 9201:..от минус 200 до плюс 600, от минус 50 до плюс 600;

—    ТСП 9203, ТСМ 9203: …………..от минус 50 до плюс 250, от 0 до плюс 300;

—    ТСП 9204, ТСМ 9204:. от минус 60 до плюс 200, от минус 50 до плюс 150;

—    ТСП 9307: ……………..от минус 220 до плюс 500, от минус 50 до плюс 200;

—    ТСП 9417, ТСМ 9417: ………………………………от минус 50 до плюс 100;

—    ТСП 9422, ТСМ 9422: …………………………………от минус 50 до плюс 350;

—    ТСП 9423, ТСМ 9423: ………………………………от минус 50 до плюс 150;

—    ТСП 9501, ТСМ 9501: ………………………………………..от 0 до плюс 120;

—    ТСП 9502, ТСМ 9502: ……………………………………….от 0 до плюс 180;

—    ТСП 9506, ТСМ 9506: ……………………………..от минус 200 до плюс 500,

………………………………от минус 50 до плюс 400;

—    ТСП 9507, ТСМ 9507: ………………………………от минус 50 до плюс 120;

—    ТСП 9508: ………………………………………………от минус 50 до плюс 400;

—    ТСМ 9509: …………………………………………..от минус 50 до плюс 120;

—    ТСП 9511: ………………………………………………от минус 50 до плюс 120;

—    ТСП 9512: ……………………………………………от минус 50 до плюс 300;

—    ТСП 9515, ТСМ 9515: ………………………………от минус 50 до плюс 500;

—    ТСМ 9620: ……………………………………………………..от 0 до плюс 150;

—    ТСМ 9622: …………………………………………………….от 0 до плюс 150;

—    ТСМ 9623: …………………………………………………….от 0 до плюс 120;

—    ТСП 9707: ……………………………………………………..от 0 до плюс 500;

—    ТСП 9714, ТСМ 9714: ……………………………….от минус 60 до плюс 600;

—    ТСП 9716: …………………………………………….от минус 60 до плюс 250;

—    ТСП 9720: ……………………………………………………..от 0 до плюс 150;

—    ТСП 9721, ТСМ 9721: ………………………………от минус 50 до плюс 500;

—    ТСП 9801: ……………………………………………от минус 50 до плюс 400;

—    ТСП 9807: …………………………………………..от минус 50 до плюс 400.

Пределы допускаемых отклонений ТЭДС от НСХ термопреобразователей по ГОСТ6651-2009 в температурном эквиваленте в зависимости от класса допуска и диапазона измеряемых температур, приведены в таблице 2:

Таблица 2

Тип	Класс допуска	Пределы допускаемых отклонений ТЭДС от НСХ, °С
ТСП, ТСМ	А	±(0,15+0,002|t|)
	В	±(0,3+0,005|t|)
	С	±(0,6+0,01|t|)
Примечание — |t	— абсолютное значение температуры, °С, без учета знака.

Количество чувствительных элементов в ТС, шт.: ……………………………1 или 2

Длина монтажной части ТС, мм: …………………………………..от 0 до 230 и более

в соответствии с заказом

Диаметр монтажной части ТС, мм: …………………………………………………от 3 до 20

Электрическое сопротивление изоляции ТС при температуре (25±10) °С и относительной влажности воздуха от 40 до 98 %, МОм (при 100 В), не менее: …………100

Данные по средней наработки до отказа (в зависимости от конструктивного исполнения ТС) приведены в таблице 3:

Термопреобразователь	Средняя наработка до отказа, ч, не менее
ТСП 0301, ТСП 0303, ТСП 0304, ТСП 0311, ТСП 0313, ТСП 0501, ТСМ 0503, ТСП 0505, ТСП 0604, ТСП 1107, ТСМ 1107, ТСП 9201, ТСМ 9201, ТСП 9203, ТСП 9307 (исполнения с 04 по 21), ТСП 9506, ТСМ 9506, ТСП 9507, ТСМ 9507, ТСП 9508,ТСМ 9509, ТСП 9511, ТСП 9512, ТСП 9515, ТСМ 9515, ТСМ 9620, ТСМ 9622, ТСМ 9623, ТСП 9707, ТСП 9721, ТСМ 9721, ТСП ВТ, ТСМ ВТ	70000
ТСП 0907, ТСМ 0907, ТСМ 9203, ТСП 9422, ТСМ 9422, ТСП 9423, ТСМ 9423, ТСП 9716, ТСП 9720, ТСП 9807	100000
ТСМ 0101, ТСП 9204, ТСМ 9204, ТСП 9307 (исполнения с 00 по 03, с 22 по 27), ТСП 9417, ТСМ 9417, ТСП 9501, ТСМ 9501, ТСП 9502, ТСМ 9502, ТСП 9801	200000

Вид климатического исполнения ТС (в зависимости от конструктивного исполнения)

по ГОСТ 15150-69: ……………………………У2, Т2, УХЛ2, УХЛ3, В1, О1, Т1

Рабочие условия эксплуатации ТС (в зависимости от конструктивного исполнения):

—    температура окружающей среды, °С:

—    ТСМ 0101, ТСП 0301, ТСП 0303, ТСП 0304, ТСП 0311, ТСП 0313, ТСП 0501, ТСМ 0503, ТСП 0505, ТСП 0604, ТСП 0907, ТСМ 0907, ТСП 1107, ТСМ 1107, ТСМ 9201, ТСП 9201, ТСМ 9203, ТСП 9203, ТСП 9307, ТСП 9417, ТСП 9417, ТСМ 9422, ТСМ 9422, ТСП 9423, ТСМ 9423, ТСП 9501, ТСМ 9501, ТСП 9502, ТСМ 9502, ТСМ 9509, ТСП 9511, ТСП 9512, ТСП 9515, ТСМ 9515, ТСМ 9622, ТСМ 9623, ТСП 9707, ТСП 9714, ТСМ 9714, ТСП 9720, ТСП 9721, ТСМ

9721, ТСП ВТ, ТСМ ВТ, ТСП 9801, ТСП 9807 ……………………от минус 50 до плюс 50;

—    ТСП 9204, ТСМ 9204……………………………………..от минус 60 до плюс 50;

—    ТСП 9506, ТСМ 9506, ТСП 9507, ТСМ 9507, ТСП 9508, ТСМ 9620, ТСП 9716 ……

…………………………………………………………………….от минус 60 до плюс 70;

—    относительная влажность окружающего воздуха, %:

—    ТСМ 0101, ТСП 0301, ТСП 0303, ТСП 0304, ТСП 0311, ТСП 0313, ТСП 0501, ТСМ 0503, ТСП 0505,ТСП 0604, ТСП 0907, ТСМ 0907, ТСП 1107,ТСМ 1107, ТСП 9201,ТСМ 9201, ТСП 9203, ТСМ 9203, ТСП 9204, ТСМ 9204, ТСП 9307, ТСП 9417, ТСМ 9417, ТСП 9422, ТСМ 9422, ТСП 9423, ТСМ 9423, ТСП 9501, ТСМ 9501, ТСП 9502, ТСМ 9502, ТСП 9506, ТСМ 9506, ТСП 9507, ТСМ 9507, ТСП 9508, ТСМ 9509, ТСП 9511, ТСП 9512, ТСП 9515, ТСМ 9515, ТСМ 9620, ТСМ 9622, ТСМ 9623, ТСП 9707, ТСП 9714, ТСМ 9714, ТСП 9716, ТСП 9720, ТСП 9721, ТСМ 9721, ТСП ВТ, ТСМ ВТ, ТСП 9801, ТСП 9807 …………(98±3) % при температуре 40 °С

Степень защиты ТС (в зависимости от конструктивного исполнения) от воздействия воды, твердых тел (пыли) по ГОСТ 14254-96:……….IP00, IP51, IP54, IP55, IP65.

Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится на титульный лист паспорта (в правом верхнем углу) типографским способом, а также на шильдик, прикрепленный к ТС.

Комплектность

Термопреобразователь (конструктивное исполнение -в соответствии с заказом) — 1 шт.

Паспорт — 1 экз.

Защитная гильза (по дополнительному заказу).

Поверка

осуществляется по ГОСТ 8.461-2009 «ГСИ. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Методика поверки».

Основные средства поверки:

— термометр сопротивления эталонный типа ЭТС-100 3 разряда по ГОСТ 8.558-93, с диапазоном измерения от минус 196 до плюс 660 °С, с погрешностью d от 0,02 до 0,15 °С;

лист № 21 всего листов 21

—    установка для поверки термопреобразователи сопротивления типа АРМ ПТС ТУ 50-00 ДДШ 1.270.004ТУ с диапазоном измерения от 10 до 3000 Ом, погрешностью измерения ±0,01%;

—    термостат регулируемый типа ТР-1 М-300 с диапазоном воспроизведения температур от 40 до 200 °С, нестабильность поддержания температуры ±(0,02+3 • 10-5t) °С, неравномерность температуры в рабочем объеме (0,02+3 10-5 t) °С;

—    мегаомметр типа Ф 4102/1-1М с классом точности 1,5.

Примечание:

При поверке допускается применение других средств измерений и вспомогательного оборудования, удовлетворяющих по точности и техническим характеристикам требованиям ГОСТ 8.461-2009.

Сведения и методиках (методах) измерений приведены в соответствующем разделе паспорта на термопреобразователи сопротивления.

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к термопреобразователям сопротивления ТСП, ТСМ

ГОСТ 6651-2009 ГСИ. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний

ГОСТ Р 52931-2008 Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия.

ТУ 4211-093-02566540-2011 Термопреобразователи сопротивления ТСП, ТСМ. Технические условия.

ГОСТ 8.558-93. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры. ГОСТ 8.461-2009 ГСИ. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Методика поверки.

Рекомендации к применению

Осуществление производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта; выполнение работ по оценке соответствия промышленной продукции и продукции других видов, а также иных объектов установленным законодательством Российской Федерации обязательным требованиям.

Термосопротивление, описание, принцип работы, виды

В общепринятом смысле термосопротивление — это физическая величина, способность тела препятствовать распространению теплового движения молекул. Однако чаще всего под этим термином подразумевают специальные приборы, способные этот параметр измерять — термометры сопротивления и терморезисторы.

Принцип работы термосопротивления

При нагреве проводника изменяется его сопротивление, а следовательно, и ток, проходящий через проводник. Интенсивность изменения зависит от нескольких факторов:

• температура и плотность окружающей среды;
• скорость жидкой или газообразной среды;
• размеры и материал самого проводника.

Если измерить зависимость сопротивления провода от этих неэлектрических величин, то на основе этой информации можно получать данные об изменении параметров окружающей среды. Собственно, в этом и заключается принцип, по которому работает термосопротивление.

Виды термосопротивлений

По материалу изготовления все термосопротивления можно разделить на следующие группы:

1. Проводниковое термосопротивление. Термопреобразователи сопротивления производятся в точном соответствии с ГОСТ 6651-2009. Как правило, они изготавливаются из чистых металлов: меди, никеля и платины. В основном представляют собой каркасную или безкаркасную катушку, выполненную из однородного проводника с контактными выводами. Характеризуются прямой зависимостью сопротивления от температуры, чем выше температура, тем выше сопротивление. Имеют большой температурный коэффициент измерения, точность, характеристику близкую к линейной.

   Медь используется при измерениях от -50 до 150—180 градусов Цельсия в среде, свободной от посторонних примесей. Если температура будет выше, металл окислится, а это снижает точность.

   Никель можно применять для измерений до 250—300 градусов Цельсия. Однако стоит учитывать, что при температуре свыше 100 ºС зависимость сопротивления уже не является линейной. Она высчитывается по формулам, зависящим от марки никеля.

   Платина — это самый распространенный материал для промышленных приборов. Этот металл может использоваться при температуре до 1000—1200 градусов Цельсия, хотя на практике платиновое термосопротивление применяется до 650 ºС. Дело в том, что при температуре свыше 500 градусов Цельсия удобнее использовать датчики термопары. Кстати, стоит оговориться, что этот металл нельзя применять в восстановительных средах (углерод, пары кремния, калия, натрия и т. п.).

2. Полупроводниковое термосопротивление. Терморезистор (термистор), полупроводниковое сопротивление из разнородного сплава, может иметь прямую или обратную характеристику (PTC-термистор или NTС-термистор) зависимости сопротивления от температуры. Изготавливаются методом порошковой металлургии в виде дисков, шайб, бусинок, тонких пластинок. Имеют большой температурный коэффициент сопротивления, нелинейную характеристику, способны работать при значительных механических нагрузках и в сложных условия эксплуатации.

   NTC-термисторы типов ММТ-1 и КМТ-1 (рис. 1-а) состоят из полупроводникового эмалированного стержня (1), контактных колпачков (2) и выводов (3).

   NTC-термисторы типов ММТ-4 и КМТ-4 (рис. 1-б) выпускаются в герметичном металлическом корпусе (2), за счет чего могут использоваться даже во влажной среде. Герметизация осуществляется при помощи стекла (3) и олова (4), а сам полупроводниковый стержень (1) обернут фольгой (5).

   • 

     рис. 1-а              рис. 1-б

   Медно-кобальто-марганцевые терморезисторы вроде МКМТ-16 бусинкового типа (NTC-термисторы) (рис. 2) — это мини-измерители в стеклянном корпусе. В нем роль сопротивления играет шарик диаметром около 0,8 мм с платиновыми выводами диаметром 0,05 мм, к концам которых приварены проводники из нихромовой проволоки диаметром 0,1 мм.

   Все термопреобразователи сопротивления , предлагаемые нашей компанией, можно посмотреть в каталоге продукции.

типы и принцип работы :: SYL.ru

Термопреобразователи сопротивления, также называемые резистивными датчиками температуры (RTD), являются устройствами, используемыми для измерения температуры. Многие RTD-элементы состоят из тонкой проволоки, обернутой вокруг керамического или стеклянного сердечника, но также используются и другие конструкции.

Провод RTD — это чистый материал, обычно платина, никель или медь. Металл имеет точное соотношение сопротивления и температуры, которое используется для индикации температуры. Поскольку элементы RTD являются хрупкими, они часто размещаются в защитных датчиках.

RTD, которые имеют более высокую точность и повторяемость, медленно заменяют термопары в промышленных применениях при температуре ниже 600 ° C.

Конструкция

Обычные чувствительные элементы RTD, изготовленные из платины, меди или никеля, имеют повторяемое соотношение сопротивления к температуре (R против T) и диапазон рабочих температур. Отношение Rs к T определяется как величина изменения сопротивления датчика на градус преобразования температуры. Относительное изменение сопротивления (температурный коэффициент сопротивления) изменяется незначительно в пределах полезного диапазона датчика.

Платина была предложена сэром Уильямом Сименсом в качестве элемента для резистивного температурного детектора на лекции Бейкера в 1871 году: это благородный металл и имеет наиболее стабильное соотношение сопротивление-температура в наибольшем диапазоне температур.

Никелевые элементы имеют ограниченный температурный диапазон, потому что величина изменения сопротивления на градус преобразования температуры становится очень нелинейной при температурах выше 300 ° C (572 ° F). Медь имеет очень линейное отношение сопротивления к температуре, однако она окисляется при умеренных температурах и не может использоваться при нагреве выше 150 ° C (302 ° F).

Характеристики соединений

Чистая платина имеет α = 0,003925 Ω / (Ω · ° C) в диапазоне от 0 до 100 °C и используется при создании RTD лабораторного уровня. И, наоборот, два широко признанных стандарта для промышленных термопреобразователей сопротивления IEC 60751 и ASTM E-1137 определяют α = 0,00385 Ом / (Ом · °C). До того как эти стандарты получили широкое распространение, использовалось несколько различных значений. Еще можно найти более старые датчики, изготовленные из платины, которые имеют α = 0,003916 Ом / (Ом · °C) и 0,003902 Ом / (Ом · °C).

Эти различные значения α для платины достигаются легированием: в основном, осторожно вводя примеси в платину. Последние, добавленные во время этого процесса, внедряются в решетчатую структуру платины и приводят к другой кривой R относительно T и, следовательно, к значению α.

Принцип работы

Чтобы охарактеризовать зависимость R от T для любого RTD в диапазоне температур, который представляет собой запланированный диапазон использования, калибровка должна выполняться при градусах, отличных от 0 °C и 100 °C. Это необходимо для удовлетворения требований настройки.

Хотя RTD считаются линейными в работе, необходимо доказать, что они точны в отношении температур, при которых они будут фактически использоваться (см. «Подробности» в опции калибровки сравнения). Два распространенных метода калибровки — это с фиксированной запятой и сравнения.

Калибровки

Настройка с фиксированной точкой используется для получения наивысшей точности национальными метрологическими лабораториями. Он использует тройную точку, температуру замерзания или плавления чистых веществ, таких как вода, цинк, олово и аргон, для создания известной и повторяемой температуры.

Эти ячейки позволяют пользователю воспроизводить фактические условия температурной шкалы ITS-90. Калибровка с фиксированной точкой обеспечивает чрезвычайно точную настройку (в пределах ± 0,001 °C). Распространенным методом калибровки с фиксированной точкой для промышленных датчиков является ледяная баня. Оборудование недорогое, простое в использовании и может вместить несколько датчиков одновременно. Точка льда обозначена как вторичный стандарт, поскольку ее точность составляет ± 0,005 °C (± 0,009 °F) по сравнению с ± 0,001 °C (± 0,0018 °F) для основных фиксированных точек.

Сравнительные калибровки обычно используются со вторичными SPRT и промышленными RTD. Откалиброванные термометры сравниваются с настроенными термопреобразователями сопротивления с помощью ванны, температура которой равномерно стабильна.

В отличие от калибровки с фиксированной точкой, сравнение может быть выполнено при любой температуре от −100 °C до 500 °C (от –148 °F до 932 °F). Этот метод может быть более экономичным, так как несколько датчиков способны калиброваться одновременно с помощью автоматического оборудования. В этих ваннах с электрическим подогревом и хорошо перемешиваемой водой используются силиконовые масла и расплавленные соли в качестве среды для различных настроек температур.

Типы термопреобразователей сопротивления

Три основные категории датчиков RTD — это тонкопленочные, проволочные и спиральные элементы. В то время как эти типы являются наиболее широко используемыми в промышленности, применяются другие более экзотические формы: например, углеродные резисторы используются при сверхнизких температурах (от -173 °C до -273 °C).

Углеродные резисторные элементы дешевы и широко распространены. Они имеют очень воспроизводимые результаты при низких температурах. Также являются наиболее надежной формой при экстремально низких температурах. Как правило, они не страдают от значительного гистерезиса или тензометрических эффектов.

В элементах без натяжения используется проволочная катушка, минимально поддерживаемая в герметичном корпусе, заполненном инертным газом. Эти датчики работают до 961,78 °C и используются в SPRT, которые определяют ITS-90. Они состоят из платиновой проволоки, без натяжения намотанной на опорную конструкцию, поэтому элемент может свободно расширяться и сжиматься в зависимости от температуры. Они очень чувствительны к ударам и вибрации, так как петли платины могут раскачиваться взад и вперед, вызывая деформацию. Типичный пример — термопреобразователь сопротивления pt100.

Тонкая пленка

Тонкопленочные элементы имеют чувствительный фрагмент, который формируется путем нанесения очень тонкого слоя резистивного материала, обычно платинового, на керамическую подложку (покрытие). Этот слой обычно имеет толщину от 10 до 100 нг (от 1 до 10 нанометров).

Эта пленка затем покрывается эпоксидной смолой или стеклом, которое помогает защитить ее, а также действует, как средство от натяжения для внешних подводящих проводов. Недостатки этого типа заключаются в том, что они не так стабильны, как их проволочные или спиральные аналоги.

Они также могут быть использованы только в ограниченном температурном диапазоне из-за разных скоростей расширения подложки и осаждения с сопротивлением, что дает эффект «тензометрического датчика», который можно увидеть в коэффициенте удельной температуры. Эти элементы работают при температурах до 300 °C (572 °F) без дополнительной упаковки, но могут выдерживать до 600 °C (1112 °F), когда они надлежащим образом заключены в стекло или керамику. Специальные высокотемпературные термопреобразователи сопротивления могут использоваться при температуре до 900 °C (1652 °F) с правильной герметизацией.

Проволочная обмотка

Элементы с проволочной обмоткой могут иметь большую точность, особенно для широкого диапазона температур. Диаметр катушки обеспечивает компромисс между механической стабильностью и возможностью расширения проволоки для минимизации деформации и последующего дрейфа. Чувствительный провод наматывается на изолирующую оправку или сердечник. Последний может быть круглым или плоским, но должен быть электрическим изолятором.

Коэффициент теплового расширения материала сердечника обмотки согласован с чувствительным проводом, чтобы минимизировать любую механическую нагрузку. Эта деформация на элементном проводе приведет к погрешности измерения температуры. Чувствительный элемент соединен с более крупным проводом. Он выбирается так, чтобы создавалась совместимость с чувствительным проводом, а их комбинация не производила ЭДС, которая исказила бы тепловые измерения. Эти элементы работают с температурой до 660 °С.

Спирали

Подобные элементы в значительной степени заменили проволочные в промышленности. Это особенно заметно в случае с 50 М термопреобразователями сопротивления. Эта конструкция имеет проволочную катушку, которая может свободно расширяться, в зависимости от температуры, и удерживаться на месте некоторой механической опорой, которая позволяет катушке сохранять свою форму.

Такая конструкция без натяжения позволяет чувствительному проводу расширяться и сжиматься без воздействия других материалов: в этом отношении он аналогичен SPRT, первичному стандарту, на котором основан ITS-90, обеспечивая при этом долговечность, необходимую для промышленного использования.

Основой чувствительного элемента является небольшая катушка из платиновой проволоки. Эта катушка напоминает нить в лампе накаливания. Корпус или оправка представляет собой твердо обожженную керамическую оксидную трубку с одинаково расположенными отверстиями, проходящими поперек осей. Катушка вставляется в отверстия оправки и затем упаковывается очень тонко измельченным керамическим порошком. Это позволяет сенсорному проводу двигаться, оставаясь при этом в хорошем тепловом контакте с процессом. Эти элементы работают при температуре до 850 °С.

Стандарты и нормы

В настоящее время международным стандартом, который устанавливает допуск и отношение температуры к электрическому сопротивлению для платиновых термопреобразователей сопротивления ТСП, является IEC 60751: 2008; ASTM E1137 также используется в США.

Безусловно, наиболее распространенные устройства, используемые в промышленности, имеют номинальное сопротивление 100 Ом при 0 °C и называются датчиками Pt100 («Pt» — символ для платины, «100» для сопротивления в Ом при 0 °C). Также можно получить датчики Pt1000, где 1000 — это сопротивление в омах при 0 °C. Чувствительность стандартного датчика 100 Ом составляет номинальную 0,385 Ом / °C. Также доступны RTD с чувствительностью 0,375 и 0,392 Ом / °C, а также множество других.

Термопреобразователи сопротивления ТСМ конструируются в нескольких формах и в ряде случаев обеспечивают большую стабильность, точность и повторяемость, чем пары. В то время как термопары используют эффект Зеебека для генерации напряжения, вышеупомянутые приборы используют электрическое сопротивление и требуют источника питания для работы. Оно в идеале изменяется почти линейно с температурой в соответствии с уравнением Каллендара – Ван Дюзена. Для его измерения хорошо подходит термопреобразователь сопротивления ДТС.

Термометры сопротивления. Термосопротивление

Термопреобразователи сопротивления оптимальны для высокоточных измерений в узких диапазонах измерения. Термосопротивления взаимозаменяемы и имеют практически линейные характеристики.

Области применения термосопротивлений

Термосопротивления обширно используются в промышленности  и их применение в той или иной среде зависит главным образом от корпуса прибора:

• Нефтегазовый, топливно-энергетический комплекс
• Машиностроение, автомобильная индустрия и спецтехника
• Химическая промышленность, строительство
• Сфера образования
• Химические соединения
• Вода, газ, пар
• Жидкие, твердые, сыпучие продукты
• Среды температурой от -200 до + 600°С (в среднем), требующие контроля температуры для систем автоматического управления, например:
  • Cистема контроля воды
  • Насосные системы
  • Системы охлаждения
  • Мониторинг температур масла, охлаждающей жидкости, топлива в подвижной технике и т.п.
• Прочие АСУ

Назначение термопреобразователей сопротивления

• Высокоточное (до тысячных долей градуса) и высокостабильное измерение температуры среды в средних температурных диапазонах (-200…+600 в большинстве случаев) с передачей сигнала в информационно-управляющую систему (+ используются 2, 3, и 4-х проводные схемы снятия данных)
• Лабораторные стенды, эталонные измерения температур
• Унифицированные системы, требующие высокой взаимозаменяемости датчиков

Преимущества

Основные достоинства термопреобразователей сопротивления:

• Взаимозаменяемость (+ датчики стандартизированы по номинальным статическим характеристикам)
• Высокая точность, а также стабильность измерений (может доходить до тысячных) + возможность исключения сопротивления линии связи из факторов, влияющих на точность (при 3 или 4-проводной схеме)
• Близость характеристик к линейным (почти линейная зависимость)

Недостатки

Недостатки в основном исходят из принципа работы. Обращайте внимание:

1. Требуется источник питания (тока) для запитывания резистора.
2. Дороговизна относительно простых термопар.
3. Малый в сравнении с термопарами диапазон измерений

Принцип работы термопреобразователей сопротивления

Термопреобразователи сопротивления представляют собой более сложные приборы, нежели простые резисторы. Их принцип работы основан на изменении электрического сопротивления полупроводниковых материалов либо металлов/сплавов под воздействием температуры окружающей среды. Для промышленных приборов выведены номинальные статические характеристики, на которые ориентируются производители.

На примере ТСП типовые схемы подключения выглядят так:

2-проводная схема. Питание и информационный сигнал имеют общую точку. Поэтому возникает небольшая погрешность из-за влияния сопротивления проводов.

3-проводная схема. Вход питания отдельный, но один из измерительных проводов имеет общую точку с минусом питания.

4-проводная схема. Вход питания и измерительные провода отделены друг от друга. В этой схеме обеспечивается наилучшая точность снятия сигнала.