|
В данной статье приведены 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 определенияТермоэлектрический 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. Термопреобразователи сопротивленияОсновные технические характеристики Тип ТС | Класс допуска | Допускаемое отклонение сопротивления от номинального значения при 0°С, % | Значение W100 | Диапазон измеряемых температур, °С | Предел допускаемого отклонения сопротивления от НСХ, °С | Номинальное | Наименьшее допускаемое | Платиновый (ТСП) | А | 0,05 | 1,3850 1,3910 | 1,3845 1,3905 | -220…+850 | ±(0,15 + 0,002 |t|) | В | 0,1 | 1,3850 1,3910 | 1,384 1,390 | -220…+1100 | ±(0,3 + 0,005 |t|) | С | 0,2 | 1,3850 1,3910 | 1,3835 1,3995 | -100…+300 | ±(0,6 + 0,008 |t|) | Медный (ТСМ) | А | 0,05 | 1,4260 1,4280 | 1,4255 1,4275 | -50…+120 | ±(0,15 + 0,002 |t|) | В | 0,1 | 1,4260 1,4280 | 1,4250 1,4270 | -200…+200 | ±(0,25 + 0,0035 |t|) | С | 0,2 | 1,4260 1,4280 | 1,4240 1,4260 | -200…+200 | ±(0,5 + 0,0065 |t|) |
Схемы соединений внутренних проводников ТС 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 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.  Мостовая схема подключения ТСНаиболее точные ТС 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 Тип ТП | Класс допуска | Диапазон измеряемых температур, °С | Предел допускаемого отклонения от НСХ, °С | Хромель-копелевый ХК (L) | 2 | -40…+300 +300…+800 | ±2,5 ±0,0075 |t| | 3 | -200…-100 -100…+100 | ±0,015 |t| ±2,5 | Хромель-алюмелевыый ХА (K) | 1 | -40…+375 +375…+1000 | ±1,5 ±0,004|t| | 2 | -40…+333 +333…+1200 | ±2,5 ±0,0075 |t| | 3 | -200…-167 -167…+40 | ±2,5 ±0,0075 |t| |
Термопара хромель-алюмель ХА(K) обладает наиболее близкой к прямой термоэлектрической характеристикой. Термоэлектроды изготовлены из сплавов на никелевой основе. Хромель (НХ9,5) содержит 9...10%Сг; 0,6...1,2%Со; алюмель (НМцАК) - 1,6...2.4%Al, 0,85...1,5%Si, 1,8...2,7%Mn, 0.6...1.2%Со. Алюмель светлее и слабо притягивается магнитом; этим он отличается от более темного в отожженном состоянии совершенно немагнитного хромеля.
Благодаря высокому содержанию никеля хромель и алюмель лучше других неблагородных металлов по стойкости к окислению. Учитывая почти линейную зависимость термо-ЭДС термопары хромель - алюмель от температуры в диапазоне 0...1000°С, ее часто применяют в терморегуляторах. Термопара хромель-копель ХК(L) обладает большей термо-ЭДС, чем термопара ХА(K), но уступает по жаростойкости и линейности характеристики. Копель (МНМц 43-0,5) - серебристо-белый сплав на медной основе, содержит 42,5-44,0%(Ni+Со), 0,1-1,0%Mn. Даже в сухой атмосфере при комнатной температуре на его поверхности быстро образуется окисная пленка, в дальнейшем удовлетворительно предохраняющая сплав от дальнейшего окисления. Номинальные статические характеристики термопар приведены в ГОСТ Р 8.585-2001. Схемы включения Рабочий конец термопары погружается в среду, температуру которой требуется измерить. Свободные концы подключаются к вторичному прибору. Если температура свободных концов постоянна и известна, то подключение может быть сделано медным проводом, а если не постоянна и неизвестна, то оно выполняется специальными удлинительными (компенсационными) проводами. В качестве последних используются два провода из различных материалов. Провода подбираются так, чтобы в паре между собой они имели такие же термоэлектрические свойства, как и рабочая термопара. При подсоединении к термопаре компенсационные провода удлиняют ее и дают возможность отвести холодный спай до измерительного прибора. Удлинительные провода 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. Основные характеристики термопар и удлинительных проводов Термопара | Условное обозна-чение НСХ | Материал термоэлектрода | Материал удлинительного провода, марка и цвет оплетки | ТермоЭДС, мВ при t=100°С, t0=0°C | Сопро-тивление 1 м. Ом для сечения, мм2 | положит. | отрицат. | положит. | отрицат. | 1 | 2,5 | Платинородий - платина | ПП (R, S) | Платинородий
(90%Pt+10%Rh) | Платина | Медь П, красный или розовый | Медно-никелевый
(99,4%Сu +0,6%Ni) зеленый | 0,64 ± 0,03 | 0,05 | 2,5 | Платинородий – платино-родий | ПР (B) | Платинородий
(70%Pt+30%Rh) | Платинородий
(94%Pt+6% Rh) | - | - | - | 0,05 | 0,02 | Хромель - алюмель | ХА (K) | Хромель
(89%Ni+9,8% Cr+1% Fe+ 0,2% Mn) | Алюмель
(94% Ni+2% Al+ 2,5% Mn+1% Si+ 0,5% Fe) | Медь М, красный или разовый | Константан (42%Ni+58%Cu), коричневый | 4,10 ± 0,16 | 0,52 | 0,02 | Хромель - копель | ХК (L) | To же | Копель
(55%Cu+45%Ni+Co) | Хромель ХК, фиолетовый или черный | Копель, желтый, оранжевый | 6,95 ± 0,2 | 1,15 | 0,21 | Железо - копель | ЖК | Железо | То же | Железо ЖК, белый | То же | 5,57 | 0,60 | 0,46 | Медь - копель | МК (M) | Медь | То же | Медь МК, красный или розовый | То же | 4,76 | 0,50 | 0,24 | Медь - константан | МКт (T) | Медь | Константан
(42%Ni+58%Cu) | То же | Константан, коричневый или черный | 4,10 ± 0,16 | 0,52 | 0,20 | Вольфрам - рений- вольфрам - рений | ВР (A1, A2, A3) | Вольфрам-рений | Вольфрам-рений | То же | Медно -никелевыи
синий или голубой | 1,33 ± 0,03 | 0,20 | 0,21 | Вольфрам - молибден | ВМ | Вольфрам | Молибден | То же | Медно- никелевыи (99,7%Cu+ 0,3%Ni) | 0,40 ± 0,03 | 0,05 | 0,04 |
В связи с высокой стоимостью термопарных кабелей по сравнению, например, с медными при значительной удаленности прибора от датчика более целесообразно в ряде случаев присоединение датчика к прибору осуществлять четырехжильным медным кабелем. При этом две жилы кабеля подключаются к термоэлектродам термопары, а две - к термосопротивлению, контролирующему температуру свободных концов термопары. Как в этом случае, так и при подключении термопары непосредственно к зажимам прибора, необходимо обеспечить хороший тепловой контакт термосопротивления с выводами термопары. При измерении температуры до +600°С более предпочтительным является использование термопары ХК(L), имеющей в 1,5…2 раза большую термо-ЭДС, чем ХА(K). С другой стороны, для ТП ХК(L) не существует недорогого термокомпенсационного провода. Пэтому при большой удаленности датчика от прибора лучше применять ТП ХА(K) и удлинительный провод МК. Сравнительные характеристики ТП и ТС В данной таблице приведены сравнительные эксплуатационные характеристики термопреобразователей сопротивления и термоэлектрических преобразователей («+» - преимущество, «-» - недостаток). Тип преобразователя | Характеристики | Диапазон измеряемой температуры | Точность измерения | Инерционность | Цена преобразователя | Цена подсоединения преобразователя | ТП | + | - | + | + | - | ТС | - | + | - | - | + |
|
