Термопреобразователи сопротивления
Термопреобразователи сопротивления, основные технические характеристики термопреобразователей сопротивления (далее ТС), ГОСТ 6651-94 (Общие технические требования и методы испытаний) и преобразователей термоэлектрических (далее ТП), ГОСТ 6616-94 (Общие технические условия, а также рекомендации по правильному выбору термопреобразователей, их установке, подключению и обслуживанию.
Термины и определения
Термоэлектрический эффект — генерирование термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС),
возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов или
сплавов, образующих часть одной и той же цепи.
Термопара — два проводника из разнородных материалов, соединенных на одном конце и
образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения
температуры.
Соединение при измерении (рабочий конец для ТП) — соединение, подлежащее воздействию
температуры, которую необходимо измерить.
Соединение при контроле (свободный конец для ТП) — соединение термопары, находящееся
при известной температуре, с которой сравнивают измеряемую температуру.
Длина монтажной части —
для ТС и ТП с неподвижным штуцером или фланцем — расстояние от рабочего конца
защитной арматуры до опорной плоскости штуцера или фланца;
для ТС и ТП с подвижным штуцером или фланцем, а также без штуцера или фланца —
расстояние от рабочего конца защитной арматуры до головки, а при отсутствии ее — до мест заделки выводных проводников.
Длина наружной части — расстояние от опорной плоскости неподвижного штуцера или
фланца до головки.
Длина погружаемой части — расстояние от рабочего конца защитной арматуры до места
возможной эксплуатации при температуре верхнего предела измерения.
Диапазон измеряемых температур — интервал температур, в котором выполняется регламентируемая функция термопреобразователя по измерению.
Рабочий диапазон — интервал температур, измеряемых конкретным термопреобразователем
и находящийся внутри диапазона измеряемых температур.
Номинальное значение температуры применения — наиболее вероятная температура
эксплуатации, для которой нормируют показатели надежности и долговечности.
Показатель тепловой инерции — время, необходимое для того, чтобы при внесении ТС или
ТП в среду с постоянной температурой разность температур среды и любой точки внесенного в нее
преобразователя стала равной 0,37 того значения, которое будет в момент наступления
регулярного теплового режима.
Допуск — максимально допустимое отклонение от номинальной зависимости сопротивления
(ТС) или ЭДС (ТП) от температуры, выраженное в градусах Цельсия.
Чувствительный элемент (ЧЭ) — элемент термопреобразователя, воспринимающий и
преобразующий тепловую энергию в другой вид энергии для получения информации о температуре.
Измерительный ток ТС — ток, вызывающий изменение сопротивления ТС при 0°С не более
0,1% его номинального значения.
Схемы соединений внутренних проводников термопреобразователей
сопротивления с ЧЭ и их условные обозначения
При использовании схемы 2 (двухпроводная схема) сопротивление соединительных
проводов ТС не должно превышать 0,1% номинального значения сопротивления
термопреобразователя при 0°С.
В двухпроводной схеме к сопротивлению ЧЭ добавлено сопротивление соединительных
проводников, что приводит к сдвигу характеристики при 0°С и уменьшению W100.
На практике эта проблема решается за счет измерительного прибора, к которому
подключается ТС, путем задания соответствующих корректировок по смещению и наклону
характеристики.
Термопреобразователь сопротивления с двухпроводной схемой подключения внутренних проводников может подключаться к прибору по трехпроводной схеме с использованием трехжильного кабеля.
При использовании термопреобразователей сопротивления с трехпроводной схемой
подключения, прибор автоматически вычитает из сопротивления полной цепи сопротивление
соединительных проводов. Сопротивление внутренних проводов и жил кабеля при этом должны
быть между собой одинаковы.
Если входная электрическая схема прибора представляет собой мост, в одно плечо которого
подключается ТС, то достаточно, чтобы были одинаковы сопротивления двух проводов: 1 и 2.
Термопреобразователи сопротивления. Мостовая схема подключения
Наиболее точные термопреобразователи сопротивления имеют четырехпроводную схему подключения. Для этой схемы не требуется равенство в сопротивлениях проводников. Каждый конкретный тип термопреобразователя имеет свой более узкий по сравнению с приведенным в таблице основных характеристик диапазон измеряемой температуры. Это связано с технологией сборки ТС и применяемыми при этом материалами.
Необходимо помнить, что для точного измерения температуры вся погружаемая часть ТС
должна находиться в измеряемой среде.
Преобразователи термоэлектрические
Основные технические характеристики
Термопара хромель-алюмель ХА(K) обладает наиболее близкой к прямой
термоэлектрической характеристикой. Термоэлектроды изготовлены из сплавов на никелевой
основе. Хромель (НХ9,5) содержит 9…10%Сг; 0,6…1,2%Со; алюмель (НМцАК) — 1,6…2.4%Al,
0,85…1,5%Si, 1,8…2,7%Mn, 0.6…1.2%Со. Алюмель светлее и слабо притягивается магнитом; этим он
отличается от более темного в отожженном состоянии совершенно немагнитного хромеля.
Благодаря высокому содержанию никеля хромель и алюмель лучше других неблагородных
металлов по стойкости к окислению. Учитывая почти линейную зависимость термо-ЭДС термопары
хромель — алюмель от температуры в диапазоне 0…1000°С, ее часто применяют в
терморегуляторах.
Термопара хромель-копель ХК(L) обладает большей термо-ЭДС, чем термопара ХА(K), но
уступает по жаростойкости и линейности характеристики. Копель (МНМц 43-0,5) — серебристо-белый сплав на медной основе, содержит 42,5-44,0%(Ni+Со), 0,1-1,0%Mn. Даже в сухой атмосфере при комнатной температуре на его поверхности быстро образуется окисная пленка, в дальнейшем
удовлетворительно предохраняющая сплав от дальнейшего окисления.
Номинальные статические характеристики термопар приведены в ГОСТ Р 8.585-2001.
Схемы включения
Рабочий конец термопары погружается в среду, температуру которой требуется измерить.
Свободные концы подключаются к вторичному прибору. Если температура свободных концов
постоянна и известна, то подключение может быть сделано медным проводом, а если не постоянна
и неизвестна, то оно выполняется специальными удлинительными (компенсационными) проводами.
В качестве последних используются два провода из различных материалов. Провода подбираются
так, чтобы в паре между собой они имели такие же термоэлектрические свойства, как и рабочая
термопара. При подсоединении к термопаре компенсационные провода удлиняют ее и дают
возможность отвести холодный спай до измерительного прибора.
Удлинительные провода
Стандартные удлинительные провода маркируются. При включении этих проводов в цепь
ТП необходимо соблюдать полярность, иначе при измерениях возникает погрешность, равная
удвоенной погрешности, которую старались устранить с помощью удлинительных проводов.
Промышленность выпускает удлинительные провода в виде скомплектованного (двухжильного)
кабеля с жилами различных цветов.
В связи с высокой стоимостью термопарных кабелей по сравнению, например, с медными
при значительной удаленности прибора от датчика более целесообразно в ряде случаев
присоединение датчика к прибору осуществлять четырехжильным медным кабелем. При этом две
жилы кабеля подключаются к термоэлектродам термопары, а две — к термосопротивлению,
контролирующему температуру свободных концов термопары. Как в этом случае, так и при
подключении термопары непосредственно к зажимам прибора, необходимо обеспечить хороший
тепловой контакт термосопротивления с выводами термопары.
При измерении температуры до +600°С более предпочтительным является использование
термопары ХК(L), имеющей в 1,5…2 раза большую термо-ЭДС, чем ХА(K).
С другой стороны, для ТП ХК(L) не существует недорогого термокомпенсационного провода.
Пэтому при большой удаленности датчика от прибора лучше применять ТП ХА(K) и удлинительный
провод МК.
Сравнительные характеристики преобразователей термоэлектрических и термопреобразователей сопротивления
В данной таблице приведены сравнительные эксплуатационные характеристики
термопреобразователей сопротивления и термоэлектрических преобразователей («+» —
преимущество, «—» — недостаток).
