Как работают термометры сопротивления
Измерение температуры — один из самых распространенных и важных параметров, контролируемых в любом технологическом процессе. И это не случайно, так как перегрев производственных систем грозит самыми разрушительными последствиями.
В целом, температуру измеряют различными способами, контактным и бесконтактным методами, при помощи термометров.
С особенностями использования термоэлектрических термометров или термопар вы можете ознакомиться в других наших статьях. В этом материале рассмотрим, как устроены термометры сопротивления, на какие типы подразделяются, когда целесообразней использовать тот или иной вид ТС.
Принцип работы термопреобразователей сопротивления отражен в названии датчиков и основан на методе изменения электрического сопротивления в металлах, согласно которому, электрическое сопротивление элемента растет с увеличением температуры окружающей среды и наоборот.
Металлические проводники термометров сопротивления должны удовлетворять следующим условиям:
- Стабильность градуировочной характеристики;
- Взаимозаменяемость, то есть возможность замены вышедшего из строя датчика на аналогичный без повторной юстировки системы;
- Нечувствительность к малым примесям;
- Наилучшую линейность зависимости сопротивления от температуры;
- Высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления;
- Большое удельное сопротивление;
- Невысокая стоимость материала.
Известно, что чем чище металл, тем более он соответствует указанным требованиям. Поэтому самыми распространенными металлами для изготовления термометров сопротивления являются платина Pt и медь Cu.
Тип термопреобразователя
Номинальное сопротивление R0при 0°C
Условное обозначение
градуировочной характеристики
Диапазон измеряемых
температур
Термометр сопротивления: подключение и принцип действия
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.
Цифровой обмен данными.
Данный способ передачи сигнала от одного датчика на несколько вторичных приборов является еще одним вариантом ретрансляции сигнала с одного прибора на другие. Устройство, такое как контроллер, панельный компьютер или PLC, к которому подключен датчик термосопротивления, преобразует значение сигнала датчика в цифровой сигнал, например, Modbus, и передает его на другое устройство в цифровом виде. Используя цифровые коммуникации возможно распространять данные о температуре на большое количество устройств — от самых простых индикаторов Овен СМИ2, до других контроллеров и PLC. Этот вариант естественно требует более высоких капитальных затрат, чем предыдущие аналоговые решения. Но данный метод обеспечивает наиболее точную передачу сигнала с меньшей погрешностью, особенно если речь идет о более чем двух вторичных приборах (точках вывода информации).
Вывод
По мнению ведущих отечественных и иностранных специалистов, точность работы и надежность термометров сопротивления с каждым годом растет. Если необходим температурный датчик высокой надежности и долгой работоспособности для температур диапазоном от 200 0С до 600 0С, то лучше, чем платиновый термометр, найти что-либо тяжело. Эти устройства могут служить многие годы без замены чувствительного элемента.
И пускай такой термометр стоит недешево, зато качество его работы, точность показаний и надежность находятся на высоком уровне, что положительно оценили не только наши промышленники, но и специалисты ведущих зарубежных компаний.
Большинство случаев выхода из строя современных датчиков сопротивления связано не со сборкой устройства, а с их неправильным креплением на измерительном объекте и ошибочным подключением к электрической сети. Также следует при эксплуатации прибора придерживаться рекомендованных рабочих температур, иначе с каждым «перебором» точность показаний начнет идти все с большей погрешностью.
Датчик температуры с нормирующим преобразователем 4-20 мА.
Выходной сигнал датчика термосопротивления может быть сразу преобразован из RTD в аналоговый сигнал 4-20 мА с помощью нормирующего преобразователя, в том числе встроенного непосредственно в головку самого датчика температуры. В этом случае вторичные приборы подключаются последовательно с выходом нормирующего преобразователя образуя так называемую токовую петлю. Подобное подключение, как правило, без проблем работает с высококачественными аналоговыми входами с хорошей гальванической изоляцией. В некоторых случаях при подобном подключении могут возникнуть проблемы, например, при использовании низкоомных, неизолированных аналоговых входов.
При объединении приборов в токовую петлю необходимо помнить, что в цепи должен быть только один источник напряжения, включая активный выход нормирующего преобразователя или активный вход одного из вторичных приборов.
Для преобразования сигнала RTD в унифицированный выходной сигнал можно использовать, например, нормирующие преобразователи НПТ-1, НПТ-2, НПТ-3 или НПТ-3.Ех фирмы Овен.
Сплиттер или размножитель сигнала.
Сплиттер или так называемый размножителя сигнала «размножает» один сигнал RTD в два независимых изолированных сигнала напряжения или тока. Гальваническая изоляция выходов друг от друга и от входа гарантирует, что не возникнет проблем с взаимным влиянием приборов друг на друга при подключении одного датчика к двум и более различным устройствам. Получается своего рода рассмотренный выше вариант с нормирующим преобразователем, но лишенный негативного взаимного влияния приборов друг на друга.
В качестве размножителя можно применить сплиттер модели APD 1393 RTD с двумя изолированными выходами.
Особенности конструкции устройств
Самый распространенный конструкторский вариант имеет термометр в виде «свободной от напряжения спирали», который производится многими отечественными компаниями. Разница в моделях этого типа заключается в различных размерах используемых деталей и применении разнообразных материалов, использующихся при герметизации чувствительного компонента. Для различных температур необходимо использовать свой тип глазури. Этот тип ТС распространен не только в нашей стране, но и заграницей. Схема термометра сопротивления этого распространенного вида показана ниже.
Второй вид ТС менее популярен из-за своей дороговизны. Он называется на языке специалистов «полой конструкцией». Такой термометр можно найти на важных государственных предприятиях или объектах атомной и оборонной промышленности. Полый тип чувствительного элемента обладает высокой надежностью и стабильностью в работе.
Третий вид ТС – пленочные контрольные элементы. На керамическую основу наносят тонкий слой платины. Такой тип устройства широко распространен за рубежом. Этот термометр сопротивления дешевле предыдущих приборов и практичен, так как имеет меньшие размер и вес. Однако есть и свой минус – низкие стабильность и устойчивость к изменениям окружающей среды и резким перепадам температуры.
Четвертый вариант – платиновый стержень, покрытый массой из стекла. Такой ТС получается дорогим, но зато обеспечивается полная герметизация чувственного компонента и повышается устойчивость к влаге. Но у этого термометра низкий диапазон замера температур.
Создание термометров
Лучший способ сборки термометров сопротивления – использовать обыкновенную сварку. Такой метод разрешает минимизировать загрязнение элементов устройства различными металлами. Ведь внутренние компоненты прибора состоят из меди, никеля и их соединений. Термометр сопротивления, работая с разными температурными режимами, может иметь внешний корпус из других металлов. Так, при пониженной или комнатной температуре хорошо подходит корпус из латуни или обыкновенной стали. Большая стойкость к коррозии замечена у никеля.
Устройство из платины
Рекомендуемый рабочий диапазон: от -200 до +600 градусов. Некоторые модели могут использоваться в диапазоне -260…+1000 0С. Такие ТС характеризуются высокоточными и стабильными показаниями температуры, широким диапазоном замера и высоким удельным сопротивлением.
Термометр сопротивления платиновый массово применяют в промышленном секторе всех стран, благодаря его высоким показателям и надежности. В некоторых государствах Западной Европы чувствительный элемент термометра изготавливают из специальной пленочной подложки, сверху покрытой платиновым напылением.
Термометр сопротивления ТСП
Стандартные термометры для замеряющего элемента используют платину, так как она меньше окисляется и точно выдает показания температуры. Но чаще всего применяются более дешевые ТС — из меди и никеля. У этих устройств много преимуществ, они могут замерять большой диапазон различных температур, четко улавливая колебания в ту или иную сторону.
Термометр сопротивления обладает устойчивостью к вибрациям, что разрешает их установку в сейсмических зонах. Эти термометры производятся разнообразных размеров — от самых малых до больших. Потому их используют в различных ситуациях на любых объектах.
Несмотря на все положительные моменты применения устройства, его высокую надежность и практичность, имеются и свои минусы. Надо учесть, приобретая термометр сопротивления — подключение и установка должны производится в 3-х или 4-проводной электрической системе. Если использовать меньше проводов, то показания температуры будут иметь погрешность. Еще одним недостатком прибора считается трудоемкий процесс подбора особенного типа глазури для герметической защиты датчика. При неправильном выборе смазки, когда произойдет резкий скачок температуры, корпус термометра может лопнуть.
Термометр из никеля
Специалисты советуют использовать этот термометр сопротивления в диапазоне -60…+180 градусов.
Устройство характеризуется высоким температурным коэффициентом с максимально допустимым термическим показателем в 350 0С. Если эту температурную точку превысить, то может произойти нарушение всей структуры термометра и он придет в негодность.
Этот прибор применяют реже, чем платиновый, из-за их невысоких показателей. В недавнем прошлом его часто использовали на кораблях в системах контроля.
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.
Термометры сопротивления — принцип действия, виды и конструкции, особенности использования
Один из наиболее популярных в промышленности типов термометров — термометр сопротивления, представляющий собой первичный преобразователь, для получения точного значения температуры от которого необходим дополнительный, нормирующий преобразователь или промышленный ПЛК — программируемый логический контроллер.
Термометр сопротивления представляет собой конструкцию, в которой проволока из платины или меди намотана на специальный диэлектрический каркас, размещенный внутри герметичного защитного корпуса, удобного по форме для монтажа.
Работа термометра сопротивления основана на явлении изменения электрического сопротивления проводника в зависимости от его температуры (от температуры исследуемого термометром объекта). Зависимость сопротивления проволоки от температуры в общем виде выглядит так: Rt=R0(1+at), где R0 – сопротивление проволоки при 0°C, Rt – сопротивление проволоки при t°C, а — температурный коэффициент сопротивления термочувствительного элемента.
В процессе изменения температуры, тепловые колебания кристаллической решетки металла изменяют свою амплитуду, соответственно изменяется и электрическое сопротивление датчика. Чем выше температура — тем сильнее колеблется кристаллическая решетка — тем выше оказывается текущее сопротивление. В приведенной выше таблице представлены типичные характеристики двух популярных термометров сопротивления.
Жаропрочный корпус датчика призван защитить его от механических повреждений в процессе измерения температуры того или иного объекта.
На рисунке: 1 — чувствительный элемент из платиновой или медной проволоки, в форме спирали, расположенный на керамическом стержне; 2 — пористый керамический цилиндр; 3 — керамический порошок; 4 — защитная наружная трубка из нержавеющей стали; 5 — токопередающие выводы; 6 — наружная защитная трубка из нержавеющей стали; 7 — головка термометра со съемной крышкой; 8 — клеммы для присоединения выводного провода; 9 — провод к фиксирующему прибору; 10 — втулка с резьбой для установки в трубопровод, имеющий патрубки с внутренней резьбой.
Если потребитель точно определился, для каких целей необходим термодатчик, и выбрал именно термометр сопротивления (термопреобразователь сопротивления), значит важнейшими критериями для решения предстоящей задачи явились: высокая точность (порядка 0,1°С), стабильность параметров, почти линейная зависимость сопротивления от температуры объекта, взаимозаменяемость термометров.
Виды и конструкции
Итак, в зависимости от того, из какого материала выполнен чувствительный элемент термометра сопротивления, эти приборы можно строго разделить на две группы: медные термопреобразователи и платиновые термопреобразователи. Датчики, всюду применяемые на территории России и ближайших ее соседей, маркируются следующим образом. Медные — 50М и 100М, платиновые — 50П, 100П, Pt100, Pt500, Pt1000.
Наиболее чувствительные термометры Pt1000 и Pt100 изготавливают путем напыления тончайшего слоя платины на керамическую основу-подложку. Технологически достигается напыление малого количества платины (около 1 мг) на чувствительный элемент, дающее элементу небольшой размер.
Свойства платины при этом сохраняются: линейная зависимость сопротивления от температуры, устойчивость к высоким температурам, термостабильность. По этой причине наиболее популярные платиновые преобразователи сопротивления — это именно Pt100 и Pt1000. Медные элементы 50М и 100М изготавливаются путем ручной намотки тонкой медной проволоки, а платиновые 50П и 100П — путем намотки проволоки платиновой.
Прежде чем монтировать термометр, необходимо убедиться, что его тип выбран правильно, что градуировочная характеристика соответствует поставленной задаче, что монтажная длина рабочего элемента подходит, и остальные особенности конструкции позволяют произвести установку на данное место, для данных внешних условий.
Датчик проверяют на отсутствие внешних повреждений, осматривают его корпус, проверяют целостность обмотки датчика, а также сопротивление изоляции.
Некоторые факторы могут негативно отразиться на точности измерений. Если датчик установлен в не то место, монтажная длина не соответствует рабочим условиям, плохое уплотнение, нарушение теплоизоляции трубопровода или иного оборудования — все это вызовет погрешность при измерении температуры.
Следует проверить все контакты, ведь если электрический контакт в соединениях прибора и датчика плохой, то это чревато погрешностью. Не попадает ли влага или конденсат на обмотку термометра, нет ли замыкания витков, правильно ли выполнена схема соединения (отсутствие компенсационного провода, отсутствие подгонки сопротивления линии), соответствует ли градуировка измерительного прибора градуировке датчика? Это важные моменты, на которые всегда стоит обращать пристальное внимание.
Вот типичные ошибки, которые могут возникнуть при монтаже термодатчика:
Если на трубопроводе отсутствует теплоизоляция, то это неизбежно приведет к потерям тепла, поэтому место для измерения температуры должно быть выбрано так, чтобы все внешние факторы были учтены заранее.
Малая или излишняя длина датчика может способствовать ошибке из-за неправильной установки датчика в рабочий поток исследуемой среды (датчик установлен не навстречу потоку и не по оси потока, как это должно быть по правилам).
Градуировка датчика не соответствует регламентированной схеме для монтажа на данном объекте.
Нарушение условия компенсации паразитного влияния изменяющейся температуры окружающей среды (не установлены компенсационные пробки и компенсационный провод, датчик подключен к прибору регистрации температуры по двухпроводной схеме).
Не учтен характер среды: повышенная вибрация, химически агрессивная среда, среда повышенной влажности или повышенного давления. Датчик должен соответствовать условиям среды, выдерживать их.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
ТС термометр (термопреобразователь) сопротивления медный и платиновый
Термометром сопротивления называют измерительный прибор, работающий в широком температурном диапазоне в различных промышленных условиях. Дополнительные названия устройства – термопреобразователь сопротивления и терморезистор.
Основными достоинствами термометра сопротивления являются повышенная стабильность, близость характеристики к линейной зависимости и высокая взаимозаменяемость.
Среди его недостатков можно отметить необходимость применения трехпроводной или четырехпроводной схемы включения для точности измеряемых показателей.
Принцип действия измерительного устройства
Действие термопреобразователя основывается на свойстве различных материалов изменять свое электрическое сопротивление при разных температурных условиях – этот параметр называется температурным коэффициентом электрического сопротивления.
Измененная температура влечет за собой смену теплового колебания кристаллической решетки металла и изменение электрического сопротивления сенсора. Таким образом, чем выше температура чувствительного сенсора, тем значительнее колебания кристаллической решетки, и тем выше уровень электрического сопротивления.
Как вторичный температурный датчик, термоперобразователь нуждается в тщательной калибровке перед началом измерительного процесса. Это выполняется с помощью замеров сопротивления в реперных точках и последующем выстраивании временной зависимости от сопротивления. Сам термопреобразователь, при этом, должен приобрести температурный показатель, аналогичный среде измерения.
На точность показателей могут повлиять наличие примеси в металлах сенсора и возможные дефекты конструкции. Их неоднородная структура способна изменить сопротивление и скорость выхода на стационарные показатели для определенной температуры.
Для правильного измерения температур важно обеспечить грамотный тепловой контакт с измеряемым объектом.
Габариты сенсора должны находиться на минимально необходимом уровне, что исключит вероятность увеличения срока замера и позволит зафиксировать быстроизменяющиеся процессы.
Устройство термопреобразователя
Конструкция данного прибора состоит термочувствительного элемента (одного или нескольких) и внутренних соединительных проводов, которые находятся в защитном корпусе герметичного типа, и дополненных внешними выводами для подключения к прибору измерения.
Чувствительным элементом устройства является резистор, изготовленный из металлической проволоки или пленки, и имеющий выводы для подключения соединительных проводов.
Металлический тип термопреобразователей
Эти устройства предназначены для проведения замеров в широком температурном интервале (конкретный диапазон зависит от вида металла). Чаще всего этот прибор представляет собой расположенную в изолированном корпусе проволоку сечением до 0,1мм определенной длины. Среди этих термометров сопротивления наиболее часто встречаются устройства из платины, никеля и меди.
Для платиновых термопреобразователей характерна высокая стабильность и точность показаний. Этот прибор демонстрирует высокое удельное сопротивление и способен проводить замеры в самом широком диапазоне температур. Платиновый термопреобразователь получил наибольшую распространенность в промышленных областях разных стран мира.
Измерительный прибор из никеля имеет самый высокий коэффициент температуры и самый большой выходной сигнал сопротивления. Минус устройства – при превышении точки Кюри (352°С) возможно возникновение непредсказуемого гистерезиса характеристик. Некоторое время назад практиковалась установка подобных терморезисторов в кораблестроении совместно с самописцами. Сейчас данный тип приборов распространен, но все же меньше, чем платиновые устройства.
Медные термопреобразователи обладают наиболее линейной характеристикой при ограниченном температурном диапазоне. За счет низкого удельного сопротивления в этом типе устройств необходимо устанавливать проволоку увеличенной длины. Сфера применения данных приборов: электростанции, электрогенераторы и т.д.
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).
Угольные термометры
Большинство характеристик данного устройства схожи со свойствами полупроводниковых термометров. В основе изготовления угольных термометров лежит принцип спекания крошечных частиц угля промышленным способом при высоких показателях давления. Подобная технология и низкая себестоимость материалов делают угольные термометры доступными по цене. Тем не менее, главный недостаток приборов – низкая стабильность – обуславливает необходимость их постоянной калибровки или проведения регулярных проверок стабильности. Также к минусам прибора можно отнести установку температурного равновесия в самом устройстве.
Платиновые термометры сопротивления
Среди всех разновидностей терморезисторов самыми востребованными считаются платиновые устройства. Во-первых, из-за высокого температурного коэффициента сопротивления, делающим эксплуатацию данных приборов предельно простой. Во-вторых, из-за низкой окисляемости металла, обеспечивающей длительный срок службы сенсоров.
Кроме того, погрешность в показаниях именно у платиновых резисторах минимальна, что сделало их оптимальным вариантом для проверки других типов датчиков. Однако на практике эталонные термометры (используемые для калибровки) приходится изготавливать из платины максимальной чистоты и с определенным коэффициентом температуры, за счет чего стоимость эталонных приборов в десятки раз превышает стоимость промышленных платиновых термометров сопротивления. Также эталонные термометры крайне чувствительны к механическим воздействиям, тряске, вибрациям и могут выйти из строя при тепловом ударе.
Разновидности платиновых терморезисторов зависят от использованного в устройстве типа чувствительного элемента.
Технические характеристики термопреобразователей ТС-ТСМ/ТСП-хх5
| Номинальная статическая характеристика — НСХ * функция R(t): 50Ом, 100Ом, 500Ом, 1000Ом: | медные ТСМ: 50М; 100М (ТСМ50, ТСМ100); платиновые ТСП: 50П; 100П; Pt100; Pt500; Pt1000(ТСП50, ТСП100, ТСП500, ТСП1000) |
| Класс допуска * | А; В; С (описание см. ниже) |
| Рабочий диапазон измеряемых температур — Тис: | |
| с НСХ 50М, 100М (медные ТСМ) | -50 … +180С |
| с НСХ 50П, 100П, Pt100, Pt500 Pt1000 (платиновые ТСП) | -50 … +500С |
| Количество элементов в изделии, шт | 1 или 2 ЧЭ (ЧЭПТ или ЧЭМТ) |
| Защищенность от воздействия пыли и воды по ГОСТ 14254 | IP54 |
| Группа климатического исполнения по ГОСТ 52931 | Д2 и Р2 |
| Материал защитной арматуры | 12Х18Н10Т (нержавеющая сталь) |
| Устойчивость к механическим воздействиям по ГОСТ 12997 | вибропрочные, группа исполнения N3 |
| Диаметр погружной рабочей части — РЧ (диаметр РЧ 4мм делается только по спецзаказу) | D=10мм (мод. 025, 045, 055, 075, 085), D=8мм (мод. 015, 035, 065, 075, 105), D=6мм (мод. 115, 145, 155, 165) |
Вариации обозначения: медные ТСМ-50М,-100М: ТСМ50, ТСМ100; платиновые ТСП-50П,-100П,-Pt100 -Pt500 -Pt1000: ТСП50, ТСП100, ТСП500, ТСП1000.
Варианты исполнений термопреобразователей ТС-ТСП/ТСМ-хх5 и их метрологические характеристики
| Конструктивное исполнение термопреобразователей ТС-М/П | Показатель тепловой инерции, сек, не более | Условное давление МПа, не более | Маркировка медного термометра сопротивления ТСМ | Маркировка плптинового термометра сопротивления ТСП |
| ТС-015, 025 | 30 | — | ТСМ015, ТСМ025 | ТСП015, ТСП025 |
| ТС-035, 045, 055, 065, 075, 085, 105 | 10 | ТСМ035, ТСМ045, ТСМ055, ТСМ065, ТСМ075, ТСМ085, ТСМ105 | ТСП035, ТСП045, ТСП055, ТСП065, ТСП075, ТСП085, ТСП105 | |
| ТС-095 | 0,16 | ТСМ095 | ТСП095 | |
| ТС-115 | 10 | 16 | ТСМ115 | ТСП115 |
| ТС-125 (настенный) | 20 | — | ТСМ125 (настенный) | ТСП125 (настенный) |
| ТС-145 | 10 | 0,63 | ТСМ145 | ТСП145 |
Аналогичные характеристики для преобразователей 2ТСМ и 2ТСП-005 исполнения с двумя ЧЭ.
3.1 Схема соединений внутренних проводников преобразователя температуры ТС-ТСП/ТСМ-хх5
С одним и двумя терморезисторами — чувствительными элементами ЧЭ (платиновый ЧЭПТ, медный ЧЭМТ).
3.2 Модификация и конструктивное исполнение ТС(габаритно-присоединительные чертежи ТС-М и ТС-П)
а. Модификация и конструктивное исполнение погружных преобразователей мод. без штуцера ТС-015,-025(аналог ТСП/ТСМ-1088/2) и со штуцером (подвижный штуцер под монтаж в гильзу защитную) ГЗ М20х1,5 ТС-035, ТС-045 (аналог ТСП/ТСМ-1088/1),-055(аналог ТСП/ТСМ-1287), с неподвижным(приваренным)штуцером ТС-065,-075,-085; ТС-095 с подпружиненным штуцером М20х1,5.
б. Модификация и конструктивное исполнение преобразователей мод. ТС-105 (аналог ТСП/ТСМ-1288/1), дТС-115,-145,-155 со штуцерами М20х1,5, М27х2, М12х1,5 и ТС-125 настенного монтажа для измерения температуры воздуха.
в. Модификация и конструктивное исполнение преобразователя ТС-165 с неподвижным(приварным) штуцером М20х1,2 — аналог мод.
ТСП/ТСМ-1288/1
Примечание: * Для термопреобразователей с НСХ 100П и Pt100 указанный диапазон температур обеспечивается только с металлическими коммутационными головками. При пластмассовых коммутационных головках рабочая температура указанных ТС не превышает 350-400С. Возможно изготовление нестандартных преобразователей ТСП/ТСМ под специальные требования заказчика (спецзаказ). Термопреобразователь сопротивления ТСП/ТСМ-125 настенного монтажа может применяться для измерения температуры воздуха (имеет только класс допуска В и двухпроводную схему соединения В2).
Условное обозначение (форма заказа) термометров сопротивления ТС, 2ТС-М/П
Примеры сокращенной записи наименования при заказе ТСП/ТСМ-005, 2ТС и в тех. документации:
Вариант 1: преобразователь сопротивления платиновый одинарный, модификация корпуса 035 (D=8мм с подвижным штуцером М20х1,5), с металлической коммутационной головкой (код-01), НСХ преобразования 50П, класс допуска В, трехпроводная схема соединения внутренних проводников, длина погружаемой монтажной части 100мм: Термопреобразователь сопротивления ТСП-035-01-50П.В3-100мм
Вариант 2: преобразователь сопротивления двойной (два ЧЭ), модификация корпуса 045 (D=10мм с подвижным штуцером М20х1,5), НСХ преобразования 100М, класс В, трехпроводная схема соединения внутренних проводников и длина погружаемой части 160мм. Термопреобразователь сопротивления с двумя Ч/Э 2ТСМ-045-100М.В3-160мм
4.1. Пример полной формы обозначения (ПФО) при заказе (с параметрами на выбор (модель-конструктив, длина монтажной части) для уточнения при оплате):
а. ТСМ-035…065-50М-В3-60…160мм (D=8/10мм, штуцер М20х1,5, 1ч/э, НСХ-50М, класс В, 3-х пров. сх., Lрч-60…160мм, пл. ком. головка) термопреобразователь (термометр) сопротивления медный (базовое общепром. исп.).
б. ТСП-035…065-100П-В3-60…160мм (D=8/10мм, штуцер М20х1,5, 1ч/э, НСХ-100П, класс В, 3-х пров. сх., Lрч-60…160мм, пл. ком. головка) термопреобразователь (термометр) сопротивления платиновый (базовое общепром. исп.).
Помимо обозначения, в заказе необходимо указать количество приборов, реквизиты организации-покупателя, адрес пункта назначения, способ отгрузки и/или наименование транспортной компании (по умолчанию отгрузка будет осуществляться из Москвы через ТК «Деловые Линии»(базовый вариант).
Типы чувствительных элементов в платиновых термопреобразователях
На сегодняшний день выделяют следующие разновидности чувствительных элементов:
1. В виде «свободной от напряжения спирали».
2. В виде «полой конструкции».
3. Устройство из пленки.
4. Устройство из платины со стеклянной оболочкой.
Самым распространенным и надежным видом является «свободная от напряжения спираль», чаще всего его можно встретить у российских производителей. Внешне этот элемент может выглядеть по-разному – в зависимости от использованных материалов и величины отдельных деталей.
«Полая конструкция» – тип устройства, внедренный сравнительно недавно. Чаще всего он востребован на промышленных предприятиях, связанных с особым производством (например, в атомной промышленности). Тип конструкции данного сенсора обуславливает его значительную точность, надежность и стабильность в эксплуатации. Повышенная себестоимость материалов сборки делает эту деталь весьма дорогостоящей.
К числу чувствительных элементов, широко применяемых за рубежом, относится пленочный тип, при котором на керамическую подложку нанесен тонкий платиновый слой. Данная разновидность имеет массу преимуществ: невысокую стоимость, практичность, небольшие габариты и малый вес. Минусом устройства называют низкую стабильность, однако в последнее время проводятся постоянные разработки и исследования, направленные на устранение этого недостатка.
Устройство, представляющее собой платиновую проволоку с покрытием из стекла, можно назвать одной из наиболее функциональных за счет полной герметизации и устойчивости к высокой влажности. Тем не менее, использовать этот прибор можно лишь при определенном температурном режиме. Стоимость этого типа элемента относится к сегменту выше среднего.
Н1 = К0(\+ А-1+В-/2), где Я,-сопротивление термометра при рабочей температуре; К«- сопротивление термометра при 0 С;
А и В — постоянные определяемые при градуировке термометра.
В интервале же измеряемых температур от — 190 до 0 °С зависимость сопротивления платаны определяется уравнением:
Л, = Лп|1 + Л/+Вг2+С(/-100)/э], (2.27) где С — постоянная, определяемая также при градуировке термометра.
Коэффициенты А, В и С, входящие в уравнения (2.26) и (2.27), определяются обычно в точке кипения воды.
Температурный коэффициент сопротивления платины зависит от ее чистоты. Для изготовления образцовых термометров сопротивления применяется платина максимальной чистоты. Чистоту платины обычно характеризуют отношением сопротивления термометра при температуре кипения и замерзания воды К100/Я0 (для чистой платины &■<�»/&« 3 1,391). Для технических платиновых термометров сопротивления Кк.п/Кп= 1.387 + 1.390.
\ Медь. К достоинствам меди относятся ее дешевизна, доступность в виде тонких проводников в любой изоляции, возможность получения проводниковой меди высокой чистоты и сравнительно высокий температурный коэффициент сопротивления (4,25-10″1 — 4,28-Ю’3 град’1). Кроме того, к достоинствам меди следует также отнести линейный характер зависимости ее сопротивления от температуры (см. рис. 2.27) в диапазоне температур от-50 до 200 °С. Эта зависимость выражается следующей формулой:
Л, = А0 ■ (1+ а-/), Г2.28) где К: и Ко- сопротивление термометра при рабочей температуре и 0 °С; а — температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Температурный коэффициент металлов определяется для интервала температур 0 — 100 °С в соответствии с выражением
а=^71и^- <2-29>
К числу недостатков меди следует отнести малое удельное сопротивление (р = 0,017 ом-мм3-м»‘), что требует значительного количества медного провода при изготовлении термометра сопротивления, а также низкую химическую стойкость при высоких температурах, агрессивных и влажных средах.
I Никель и железо. Основными достоинствами никеля и железа является то, что они обладают высоким температурным коэффициентом (ам, =6,25-Ю’3, аРс= 6,4-Ю»3 град»1) и сравнительно большим удельным сопротивлением (р*( = 0.95, рРс — 0,09 ом-мм2-м-1). К числу существенных недостатков железа следует отнести трудность получения одинаковой его чистоты и, кроме того, оно неустойчиво к окислению. Изменение сопротивления железа и, особенно никеля, подчиняется нелинейной зависимости (см. рис. 2.27), что вызывает существенные неудобства при их применении.
Вследствие указанных выше причин никель применяют до 200-250 °С, а железо — до 100-150 °С в условиях, когда термометр сопротивления не подвергается действию влаги.
Кроме рассмотренных выше чистых металлов, применяемых для изготовления термометров сопротивления, в отдельных случаях применяют свинец и фосфористую бронзу, содержащую незначительное количество свинца. Термометры сопротивления, изготовленные из свинца, находят применение главным образом в области низких температур, а термометры из фосфористой бронзы — в области сверхнизких температур. При сверхнизких температурах содержащийся в фосфористой бронзе свинец переходит в сверхпроводящее состояние, вследствие чего и возможно применение такого термометра сопротивления.
I Полупроводники.
В последние годы, как было сказано выше, появились возможности использования окислов металла, являющихся полупроводниками, в качестве материала для изготовления термометров сопротивления, которые называются термисторами.
•< Главным достоинством полупроводников по сравнению с металлами является то, что они обладают большим ТКС, достигающим 2-8 % выше на 1 °С. Вследствие малой проводимости полупроводника представляется возможным изготовлять полупроводниковые термометры сопротивления с большим сопротивлением, что также является существенным достоинством.
^ Полупроводниковые термометры сопротивления для промышленного применения изготавливают главным образом из германия и смесей различных полупроводниковых веществ в форме цилиндров, шайб и бус, покрытых защитной эмалью. Основные характеристики чувствительных элементов полупроводниковых термометров приведены в таблице 2.13.
Терморезисторы являются малоинерционными термометрами, что позволяет их применять для нестационарных тепловых процессов. Большое собственное сопротивление этих термометров позволяет при измерении температуры не учитывать сопротивление соединительных проводов со вторичным прибором. Кроме того, полупроводниковые термометры возможно использовать в качестве бесконтактных температурных сигнализаторов.
К недостаткам полупроводниковых термометров можно отнести следующее:
— отсутствие возможности взаимозаменяемости чувствительных элементов
термометров вследствие большого разброса
номинального значения
сопротивления;
— нелинейная зависимость сопротивления от температуры;
— малая допускаемая тепловая мощность рассеивания при прохождении
Таблица 2.13 — Характеристики полупроводниковых термометров
Для выпускаемых терморезисторов при измерении температур в диапазоне от — 100 до 300 °С зависимость их сопротивления от температуры определяется по следующей формуле:
Я, = А-Т»-еВ1Т,
(2.30) где Т- абсолютная температура, К;
А, В и Ь — постоянные коэффициенты, определяемые свойствами материала; е — основание натурального логарифма.
Область применения термопреобразователей сопротивления
Данные приборы применяются в промышленной сфере для измерения показателей температуры в разнообразных рабочих средах (жидких, сыпучих, газообразных), в сфере автомобилестроения, печестроения, в нагревательной, холодильной и климатической электротехнике – везде, где требуется определение прямой зависимости электрического сопротивления от температуры.
Диапазон измерения температур устройств составляет от -272°С до +1000°С, в зависимости от типа терморезистора. Для точности полученных сенсором данных конструкция терморезистора должна быть стабильной и чувствительной, способной на проведение замеров в особых условиях (например, при наличии агрессивной среды, тряски, вибраций и т.д.).
Чаще всего при проведении замеров терморезистором дополнительно используется такие устройства, как потенциометры, логометры и измерительные мосты. Они помогают настроить высокую точность термопреобразователя.
Современные термопреобразователи сопротивления – это надежные и функциональные устройства, обеспечивающие проведение замеров на уровне, недоступном для других датчиков. Для оптимального результата измерений важно выбрать тип терморезистора с характеристиками, подходящими для работы в конкретных условиях и определенном температурном режиме.
Класс допуска
Согласно действующим нормам допускается определенное отклонение от линейной характеристики «температура-сопротивление». Ниже представлена таблица соответствия класса точности.