Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Термометрията е един от най-простите и най-ефективни методи за измерване. Тя се основава на факта, че физичните свойства на материала варират в зависимост от температурата. По-специално, чрез измерване на съпротивлението на метал, сплав или полупроводников елемент, неговата температура може да се определи с висока степен на точност. Сензори от този тип се наричат термоелектрически или термични съпротивления. Предлагаме да се разгледат различните видове тези устройства, техния принцип на работа, дизайн и характеристики.

Видове термични сензори

Най-често срещаните са следните видове съпротивителни термометри (наричани по-долу ТК):

  1. Полупроводникови сензори . Отличителните характеристики на тези устройства са висока точност и стабилна чувствителност, както и възможността за измерване на преходни процеси. Благодарение на ниския измервателен ток е възможно да се работи при ултра-ниски температури (до -270 ° C). Пример за проектиране на полупроводниково превозно средство.
    Термисторен дизайн

Легенда:

  • A - Измервателен уред.
  • B - Стъклен накрайник, покриващ защитната втулка.
  • C - Защитен ръкав, напълнен с хелий.
  • D - Изолационен филм, покриващ вътрешността на облицовката.
  • E - чувствителен елемент от полупроводник (наричан по-нататък SE), в дадения пример е германий, легиран с антимон.
  1. Метални сензори . За такива измервателни уреди проводник или филмов резистор, поставен в керамичен или метален корпус, действа като SE. Металът, използван за производството на чувствителния елемент, трябва да е приложим и устойчив на окисление и трябва да има достатъчен температурен коефициент. Платината отговаря почти напълно на тези критерии. Когато няма толкова високи изисквания за измервания, може да се използва никел или мед. Като пример могат да бъдат цитирани температурни сензори: PT1000, PT500, TSP 100 P, TSP pt100, TSP 50P, TSM 296, TSM 045, TS 125, Jumbo, DTS Овен и др.

дешифриране съкращения

За да избегнем всякакви въпроси относно това какво е TCM, ще дадем декодиране на това и други съкращения:

  • TCM е съпротивителен термометър (TC), в чувствителен елемент (SE), от който се използва меден проводник (M).
  • TSP, в приложена платинена (платинена тел) SE.
  • КТС b - обозначаване на комплект от няколко платинени превозни средства. Позволявайки извършването на многозонови измервания, като правило, инсталирането на такива устройства се извършва на входа и изхода на отоплителната система, за да се установи температурната разлика.
  • TPT - технически (T) платинен термометър (PT).
  • KTPTR - набор от TPT устройства, буквата "P" в края показва, че не само може да се измери температурната разлика между различните сензори.
  • TSPN - "H" в края на TSP, показва, че сензорът е с ниска температура.
  • NSH - това съкращение означава „номинална статична характеристика“, съответстваща на стандартната функция „термоустойчивост“. Просто погледнете таблицата NSH за pt100 или друг сензор (например pt1000, rtd, ntc и т.н.), за да получите представа за неговите характеристики.
  • ETS - референтни устройства, използвани за калибриране на сензори.

Каква е разликата между термодвойката и термодвойката?

Схемата на термодвойката, нейният дизайн, както и принципът на действие се различават значително от термометъра за съпротивление, ние ще кажем за това с прости думи. В устройството pt100, както и при други сензори, принципът на действие се основава на съпоставимостта между температурната промяна на метала и неговата устойчивост.

Принципът на термодвойката се основава на различните свойства на два метала, събрани в една биметална структура. Устройството, връзката, предназначението на термодвойката, както и описанието на грешките на тези устройства ще бъдат разгледани в отделен член.

Сега е достатъчно да се разбере, че термодвойката и TSP, например pt100, са напълно различни устройства, които се различават по своя принцип на работа.

Платинови измервателни уреди

Като се има предвид преобладаването на метални сензори, има смисъл да се предостави кратко описание на тези устройства, за да се покажат визуално сравнителните характеристики на различни типове, характеристики, както и да се опише обхватът на приложение.

В съответствие с нормите на ГОСТ 6651 2009 и IEC 60751, за работещи устройства от този тип, стойността на температурния коефициент трябва да бъде 0.00385 ° С -1, референтните - 0.03925 ° С -1 . Измерван температурен диапазон: от -196.0 ° С до 600.0 ° С. Несъмнените предимства включват висок коефициент на точност, характеристика на температурно съпротивление близо до линията и стабилни параметри. Недостатъкът е наличието на благородни метали увеличава цената на строителството. Трябва да се отбележи, че съвременните технологии могат да минимизират съдържанието на този метал, което прави възможно да се намалят производствените разходи.

Основната област на приложение е контрол на температурата на различни технологични процеси. Например такова устройство може да бъде монтирано в тръбопровод, в който плътността на работната среда силно зависи от температурата. В този случай показанията на вихровия разходомер се коригират с информация за температурата на работната среда.

Датчик термопреобразувател ТСП 5071, произведен от Elemer

Термометри за устойчивост на никел

Температурният коефициент (по-нататък ТК) за този тип измервателно устройство е най-висок - 0.00617 ° С -1 . Обхватът на измерените температури също е значително по-малък от този на платината SE (от -60.0 ° С до 180.0 ° С). Основното предимство на тези устройства е високото ниво на изходния сигнал. По време на работа трябва да се вземе предвид особеността, свързана с приближаването на температурата на нагряване до точката на Кюри (352.0 ° C), което причинява значителна промяна в параметрите поради непредсказуема хистерезис.

Тези устройства практически не се използват, тъй като в повечето случаи те могат да бъдат заменени с инструменти с медни чувствителни елементи, които са значително по-евтини и по-технологични (по-лесни за производство).

Медни сензори (TCM)

TC медни измервателни уреди - 0.00428 ° C -1, обхватът на измерените температури е малко по-тесен от този на никеловите аналози (от -50.0 ° C до 150 ° C). Несъмнените предимства на медни измервателни уреди трябва да включват относително ниската им цена и най-близката до линейната характеристика на температурата. Въпреки това тесният диапазон на измерените температури и ниските параметри на съпротивление значително ограничават обхвата на приложение на термичните преобразуватели TCM.

Външен вид на термодвойка TCM 1088 1

Но все пак е твърде рано да се отписват медни сензори, има много примери за успешни реализации, например, TCA Metran 2700, който е предназначен за различни видове индустрии, но също така се използва успешно в комуналните услуги.

Като се има предвид, че платиновите термистори са най-търсени, помислете за възможностите за тяхното проектиране.

Типични конструкции на платинени термистори

Най-широко разпространено е изпълнението на SE в PTS, наречено "безжична спирала", при чуждестранните производители то се провежда под термина "Strain free". По-долу е представен опростен вариант на този дизайн.

Дизайн "Без напрежение"

Легенда:

  • А - Заключения на термоелектрически елемент.
  • Б - Защитен калъф.
  • C - спирала от платинена тел.
  • D - Фин пълнител.
  • E - Запечатване с Глазура.

Както може да се види от фигурата, четири спирали от платинена тел са поставени в специални канали, които след това се пълнят с фино диспергиран пълнител. Последният е алуминиев оксид (А1203), пречистен от примеси. Пълнежът осигурява изолация между завъртанията на жицата, а също така играе ролята на амортисьор по време на вибрации или когато неговото разширяване се дължи на нагряване. За запечатване на отворите в защитния калъф се използва специална глазура.

На практика има много варианти на типичен дизайн, разликите могат да бъдат в дизайна, уплътнителния материал и размерите на основните компоненти.

Кула за изпълнение.

Този тип строителство е сравнително ново, разработен за използване в ядрената промишленост, както и в съоръжения от особено значение. В други области, сензори от този тип на практика не се използват, като основната причина за това е високата цена на продуктите. Отличителни характеристики: висока надеждност и стабилна работа. Да дадем пример за подобна конструкция.

Примерна ефективност "Hollow Annulus"

Легенда:

  • А - Заключения от SE
  • Б - Изолиране на заключенията на SE.
  • C - Изолиращ фин пълнител.
  • D - Защитен корпус на датчика.
  • E - Платинена жица.
  • F - Метална тръба.

SE на тази конструкция е метална тръба (куха цилиндър), покрита с изолационен слой, върху който е навита платинена тел. Материалът на цилиндъра е сплав с температурен коефициент, близък до платина. Изолационно покритие (Al 2 O 3 ) се нанася чрез горещо пръскане. Събраният РЕ се поставя със защитен калъф, след което се запечатва.

Тази конструкция се характеризира с ниска инерция, тя може да бъде в диапазона от 350.0 милисекунди до 11.0 секунди, в зависимост от това дали се използва потопена или монтирана SC.

Филмово представяне (Тънък филм).

Основната разлика от предишните видове е, че платината се отлага върху керамична или пластмасова основа с тънък слой (с дебелина няколко микрона). Спрей се полага върху стъклени, епоксидни или пластмасови листове.

Миниатюрен филмов сензор

Това е най-често срещаният вид строителство, основните предимства на който са ниска цена и малък размер. В допълнение, филмовите сензори имат ниска инерция и относително високо вътрешно съпротивление. Последното почти напълно елиминира ефекта от съпротивлението на заключенията върху показанията на инструмента (термични таблици за съпротивление могат да бъдат намерени в мрежата).

Що се отнася до стабилността, той е по-малък от проводниците, но трябва да се има предвид, че филмовата технология ще се подобрява от година на година, а напредъкът е доста осезаем.

Стъклена спирална спирала.

В някои скъпи превозни средства платинената тел е покрита със стъклена изолация. Този дизайн осигурява пълно уплътняване на SE и увеличава влагоустойчивостта, но стеснява обхвата на измерената температура.

Клас на толерантност

Съгласно действащите правила се допуска известно отклонение от линейната характеристика на температурната устойчивост. По-долу е дадена таблица на класа на точност на съответствие.

Таблица 1. Класове на толерантност.

Клас на точност Стандарти за приемане

° C | t |

Диапазон на измерване на температурата
Платинени сензори месинг никел
телфилм
АА± 0.10 + 0.0017-50 ° С … 250 ° С-50 ° С … 150 ° Схх
А± 0.15 + 0.002-100 ° С … 450 ° С-30 ° С… 300 ° С-50 ° С … 120 ° Сх
B± 0.30 + 0.005-196 ° С … 660 ° С-50 ° С … 500 ° С-50 ° С … 200 ° Сх
C± 0.60 + 0.01-196 ° С … 660 ° С-50 ° С … 600 ° С-180 ° C … 200 ° C-60 ° C … 180 ° C

Грешката, дадена в таблицата, съответства на настоящите норми.

Схеми за включване на TCM / TSP

Има три опции за връзка:

  • 2-wire (виж A на фиг. 7), това е най-простият метод, използван в случаите, когато точността на резултатите не е критична. Допълнителна грешка се създава от номиналното съпротивление на проводниците, с които е свързан сензорът. Забележете, че за класове на точност А и АА тази схема на включване е неприемлива.
    Фигура 7. Двупроводна, трипроводна и четирижилна верига за включване на съпротивителния термометър
  • 3-жичен (В) . Тази опция има по-голяма точност, отколкото опцията за двупроводно свързване. Това се дължи на факта, че е възможно да се измери съпротивлението на кабелите, за да се вземе предвид техният ефект.
  • 4-тел . Тази опция ви позволява напълно да елиминирате въздействието на съпротивлението на монтажните проводници върху резултатите от измерването.

По правило в измервателните уреди на превозното средство то се включва от мостова верига.

Свързан пример за свързване на вторично устройство (pt100) за измерване на температурата на въздуха

Имайте предвид, че при r hp В електрическата верига се разбира съпротивлението на комуникационните линии, т.е. проводниците, които свързват сензора.

обслужване

Информация за поддръжката на температурния датчик е посочена в паспорта на инструмента или в инструкцията за експлоатация, типични неизправности и методи за техния ремонт, препоръчителната дължина на кабела за свързване, както и друга полезна информация.

Съпротивление термометри не изискват специална поддръжка, задачата на персонала включва:

  • Проверете условията, при които сензорът работи.
  • Визуална проверка за конструктивна цялост и кабелни връзки, проверка на движението на подвижния дросел (ако има такъв).
  • Освен това се проверява наличието на пломби.
  • Заземяването се проверява.

Такова изследване трябва да се извършва веднъж месечно или по-често.

Освен това, калибрирането на уредите трябва да се извършва с помощта на еталонен сензор, например ETS 100.

Платинен еталон TCP (сензор ETS 100)

За калибриране на сензори се използват специални таблици, като един от тях е даден като пример за термично съпротивление pt100. Ние няма да дадем самата процедура за калибриране, лесно ще намерим нейното описание в мрежата.

Таблица за калибриране на термистора pt100 (фрагмент, без да се посочват границите на калибриране на измерванията)

Що се отнася до метода за калибриране на стандартни платинови сензори, той трябва да бъде направен на специални референтни точки.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория: