Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Termometrie je jednou z nejjednodušších a nejúčinnějších metod měření. Je založena na skutečnosti, že fyzikální vlastnosti materiálu se mění s teplotou. Zejména měřením odporu kovového, slitinového nebo polovodičového prvku může být jeho teplota stanovena s vysokým stupněm přesnosti. Snímače tohoto typu se nazývají termoelektrické nebo tepelné odpory. Navrhujeme zvážit různé typy těchto zařízení, jejich princip fungování, design a vlastnosti.

Typy tepelných senzorů

Nejběžnější jsou následující typy odporových teploměrů (dále jen TC):

  1. Polovodičové snímače . Charakteristickými rysy těchto zařízení jsou vysoká přesnost a stabilní citlivost, stejně jako schopnost měřit přechodové procesy. Díky nízkému měřicímu proudu je možné pracovat s velmi nízkými teplotami (až do -270 ° C). Příklad konstrukce polovodičového vozidla.
    Konstrukce termistoru

Legenda:

  • A - Závěrka.
  • B - Skleněná zátka zakrývající ochranný obal.
  • C - Ochranná manžeta naplněná heliem.
  • D - Izolační fólie pokrývající vnitřek vložky.
  • E - Semiconductor sensitive element (dále jen SE), v daném příkladu je to germanium dopované antimonem.
  1. Kovové senzory . Pro takové elektroměry slouží vodič nebo filmový odpor umístěný v keramickém nebo kovovém pouzdru jako SE. Kov použitý pro výrobu snímacího prvku musí být zpracovatelný a odolný vůči oxidaci a musí mít také dostatečný teplotní koeficient. Platinum splňuje tato kritéria téměř dokonale. Tam, kde nejsou tak vysoké požadavky na měření, lze použít nikl nebo měď. Jako příklad lze uvést teplotní senzory: PT1000, PT500, TSP 100 P, TSP pt100, TSP 50P, TSM 296, TSM 045, TS 125, Jumbo, DTS Aries atd.

Zkratky

Abychom se vyhnuli jakýmkoliv otázkám ohledně toho, co je TCM, dáme dekódování této a dalších zkratek:

  • TCM je odporový teploměr (TC), v citlivém prvku (SE), z něhož se používá měděný vodič (M).
  • TSP, v platinové platině (platinový drát) SE.
  • КТС b - označení sady několika platinových vozidel., Pokud je možné provádět měření více zón, zpravidla se instalace těchto zařízení provádí na vstupu a výstupu topného systému, aby se zjistil teplotní rozdíl.
  • TPT - technický (T) platinový teploměr (PT).
  • KTPTR - sada zařízení TPT, písmeno „P“ na konci označuje, že lze měřit nejen teplotní rozdíl mezi různými čidly.
  • TSPN - "H" na konci TSP indikuje, že senzor je nízkoteplotní.
  • NSH - tato zkratka znamená „jmenovitou statickou charakteristiku“ odpovídající standardní funkci „teplotní odolnost“. Stačí se podívat na tabulku NSH pro pt100 nebo jiný senzor (například pt1000, rtd, ntc atd.), Abyste získali představu o jeho vlastnostech.
  • ETS - referenční zařízení pro kalibraci senzorů.

Jaký je rozdíl mezi termočlánkem a termočlánkem?

Schéma termočlánku, jeho konstrukce, stejně jako princip činnosti se výrazně liší od odporového teploměru, o čemž to řekneme jednoduchými slovy. V zařízení pt100, stejně jako v jiných senzorech, je princip činnosti založen na srovnatelnosti mezi změnou teploty kovu a jeho odporem.

Princip termočlánku je postaven na různých vlastnostech dvou kovů sestavených do jedné bimetalické struktury. Zařízení, připojení, účel termočlánku a popis chyby těchto zařízení budou popsány v samostatném článku.

Nyní stačí pochopit, že termočlánek a TSP, například pt100, jsou zcela odlišná zařízení, lišící se svým pracovním principem.

Platinové měřiče teploty

Vzhledem k prevalenci kovových senzorů má smysl uvést stručný popis těchto zařízení, aby bylo možné vizuálně ukázat srovnávací charakteristiky různých typů, znaků a také popsat rozsah použití.

V souladu s normami GOST 6651 2009 a IEC 60751 pro pracovní zařízení tohoto typu by hodnota teplotního koeficientu měla být 0, 00385 ° C -1, referenční - 0, 03925 ° C -1 . Měřený teplotní rozsah: od -196, 0 ° С do 600, 0 ° С. Mezi nesporné výhody patří vysoký koeficient přesnosti, teplotně odolná charakteristika v blízkosti vedení a stabilní parametry. Nevýhodou je, že přítomnost drahých kovů zvyšuje náklady na výstavbu. Je třeba poznamenat, že moderní technologie mohou minimalizovat obsah tohoto kovu, což umožňuje snížit výrobní náklady.

Hlavní oblastí použití je regulace teploty různých technologických procesů. Takové zařízení může být například instalováno v potrubí, ve kterém hustota pracovního média silně závisí na teplotě. V tomto případě jsou hodnoty průtokoměru vortexu korigovány informacemi o teplotě pracovního média.

Senzorový termokonvertor ТСП 5071 vyráběný společností Elemer

Nikl odporové teploměry

Teplotní koeficient (dále jen TC) pro tento typ měřicího zařízení je nejvyšší - 0, 00617 ° С -1 . Rozsah měřených teplot je také podstatně užší než platinový SE (od -60, 0 ° С do 180, 0 ° С). Hlavní výhodou těchto zařízení je vysoká úroveň výstupního signálu. Během provozu je třeba vzít v úvahu zvláštnost spojenou s přiblížením topné teploty k Curieově bodu (352, 0 ° C), což způsobuje významnou změnu parametrů v důsledku nepředvídatelné hystereze.

Tato zařízení se prakticky nepoužívají, protože ve většině případů mohou být nahrazena přístroji s prvky citlivými na měď, které jsou podstatně levnější a technologičtější (snadnější výroba).

Senzory mědi (TCM)

Přístroje pro měření mědi TC - 0, 00428 ° C -1, rozsah naměřených teplot je poněkud užší než v případě niklových protějšků (od -50, 0 ° C do 150 ° C). Nesporné výhody měřičů mědi by měly zahrnovat jejich relativně nízkou cenu a nejbližší lineární charakteristice teplotní odolnosti. Úzký rozsah měřených teplot a nízkých parametrů měrného odporu však významně omezuje rozsah použití tepelných převodníků TCM.

Vzhled termočlánku TCM 1088 1

Nicméně je příliš brzy na odepisování měděných senzorů, existuje mnoho příkladů úspěšných implementací, například TCA Metran 2700, který je určen pro různé druhy průmyslových odvětví, ale je také úspěšně využíván ve veřejných službách.

Vzhledem k tomu, že platinové termistory jsou nejvíce žádané, zvažte možnosti jejich návrhu.

Typické provedení platinových termistorů

Nejrozšířenější je provedení SE v PTS, nazývané "beznapěťová spirála", se zahraničními výrobci, která se koná pod termínem "bez napětí". Zjednodušená verze tohoto návrhu je uvedena níže.

Design "bez napětí"

Legenda:

  • A - Závěry termoelektrického prvku.
  • B - Ochranné pouzdro.
  • C - Spirála z platinového drátu.
  • D - Jemné plnivo.
  • E - Těsnění.

Jak je vidět z obrázku, čtyři spirály platinového drátu jsou umístěny ve speciálních kanálech, které jsou pak naplněny jemně rozptýleným plnivem. Posledně jmenovaný je oxid hlinitý (AI2O3) vyčištěný od nečistot. Výplň zajišťuje izolaci mezi otáčkami drátu a také hraje úlohu tlumiče otřesů při vibracích nebo při jeho expanzi v důsledku ohřevu. Pro utěsnění otvorů v ochranném pouzdru se používá speciální glazura.

V praxi existuje mnoho variant typického provedení, rozdíly mohou být v konstrukci, těsnícím materiálu a rozměrech hlavních komponent.

Execution Hollow Annulus.

Tento typ stavby je poměrně nový, byl vyvinut pro použití v jaderném průmyslu, stejně jako v zařízeních zvláštního významu. V jiných oblastech se senzory tohoto typu prakticky nepoužívají, hlavním důvodem je vysoká cena výrobků. Vyznačuje se vysokou spolehlivostí a stabilním výkonem. Dejme příklad takové konstrukce.

Ukázkový výkon "Hollow Annulus"

Legenda:

  • A - Závěry SE
  • B - Izolace závěrů SE.
  • C - Izolační jemné plnivo.
  • D - Pouzdro ochranného snímače.
  • E - Platinový drát.
  • F - Kovová trubka.

SE této konstrukce je kovová trubka (dutý válec), pokrytá vrstvou izolace, na jejímž povrchu je navinut platinový drát. Materiál válce je slitina s teplotním koeficientem blízkým platině. Izolační nátěr (Al 2 O 3 ) se nanáší stříkáním za tepla. Shromážděný PE je umístěn s ochranným pouzdrem, po kterém je utěsněn.

Tato konstrukce se vyznačuje nízkou setrvačností, může být v rozsahu od 350, 0 milisekund do 11, 0 sekund, v závislosti na tom, zda se používá ponořený nebo namontovaný SC.

Filmový výkon (tenký film).

Hlavní rozdíl oproti předchozím typům spočívá v tom, že se platina nanáší na keramický nebo plastový podklad s tenkou vrstvou (několik mikrometrů tlustou). Na sprej se aplikuje skleněná, epoxidová nebo plastová fólie.

Miniaturní filmový senzor

Jedná se o nejběžnější typ konstrukce, jejíž hlavní výhody jsou nízké náklady a malé rozměry. Kromě toho mají filmové senzory nízkou setrvačnost a relativně vysoký vnitřní odpor. Ten téměř zcela eliminuje vliv odporu závěrů na odečty přístrojů (tabulky tepelného odporu lze nalézt v síti).

Pokud jde o stabilitu, je nižší než měřidla drátu, ale je třeba mít na paměti, že filmová technologie se z roka na rok zlepší a pokrok je poměrně hmatatelný.

Skleněná izolační spirála.

V některých drahých vozidlech je platinový drát potažen skleněnou izolací. Tato konstrukce poskytuje kompletní těsnění SE a zvyšuje odolnost proti vlhkosti, ale zužuje rozsah měřené teploty.

Třída tolerance

V souladu s platnými předpisy je povolena určitá odchylka od lineárního teplotního odporu. Níže je uvedena tabulka přesnosti dodržování předpisů.

Tabulka 1. Třídy tolerance.

Třída přesnosti Přijímací standardy

° C | t |

 Rozsah měření teploty
Platinové senzory Měď Nikl
DrátFilm
AA± 0, 10 + 0, 0017-50 ° C … 250 ° C-50 ° C … 150 ° Cxx
A± 0, 15 + 0, 002-100 ° C … 450 ° C-30 ° C… 300 ° C-50 ° C … 120 ° Cx
B± 0, 30 + 0, 005-196 ° C … 660 ° C-50 ° C … 500 ° C-50 ° C … 200 ° Cx
S± 0, 60 + 0, 01-196 ° C … 660 ° C-50 ° C … 600 ° C-180 ° C … 200 ° C-60 ° C … 180 ° C

Chyba uvedená v tabulce odpovídá aktuálním normám.

Programy inkluze pro TCM / TSP

Existují tři možnosti připojení:

  • 2-vodič (viz A na obr. 7), jedná se o nejjednodušší metodu používanou v případech, kdy přesnost výsledků není kritická. Další chyba je způsobena jmenovitým odporem vodičů, se kterými je snímač připojen. Všimněte si, že pro třídy přesnosti A a AA je toto inkluzní schéma nepřijatelné.
    Obrázek 7. Dvouvodičový, třívodičový a čtyřvodičový obvod pro zapnutí odporového teploměru
  • 3vodičové (B) . Tato volba má vyšší přesnost než možnost dvouvodičového připojení. To je dáno tím, že je možné měřit odpor vedení, aby se zohlednil jejich účinek.
  • 4vodičové . Tato volba umožňuje zcela eliminovat vliv odporu instalačních vodičů na výsledky měření.

V měřicích zařízeních vozidla se zpravidla zapíná můstkovým obvodem.

Příklad můstkového připojení sekundárního zařízení (pt100) pro měření teploty vzduchu

Všimněte si, že pod r hp v elektrickém obvodu implikuje odpor komunikačních vedení, tj. vodičů, které jsou připojeny ke snímači.

Služba

Informace o údržbě teplotního čidla jsou uvedeny v pasu přístroje nebo v návodu k obsluze, typických poruchách a způsobech jejich opravy, doporučené délce kabelu pro připojení a dalších užitečných informací.

Odporové teploměry nevyžadují zvláštní údržbu, přičemž úkolem personálu je:

  • Zkontrolujte podmínky, ve kterých je čidlo provozováno.
  • Vizuální kontrola konstrukční integrity a kabelových spojů, kontrola pohybu pohyblivé tlumivky (pokud existuje).
  • Kromě toho se kontroluje přítomnost těsnění.
  • Uzemnění je kontrolováno.

Takové vyšetření by mělo být prováděno jednou měsíčně nebo častěji.

Kalibrace přístrojů by měla být prováděna s použitím referenčního senzoru, například ETS 100.

Platinová reference TCP (senzor ETS 100)

Pro kalibraci senzorů se používají speciální tabulky, z nichž jeden je uveden jako příklad tepelného odporu pt100. Samotný kalibrační postup nedáme, jeho popis lze snadno nalézt v síti.

Kalibrační tabulka pro termistor pt100 (fragment, bez určení mezí kalibrace měření)

Pokud jde o metodu kalibrace standardních platinových senzorů, měla by být provedena na speciálních referenčních bodech.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Elektrikář