Lämpötila on yksi tärkeimmistä fysikaalisista parametreista. On tärkeää mitata ja valvoa sitä sekä jokapäiväisessä elämässä että tuotannossa. Tähän tarkoitukseen on saatavilla monia erikoislaitteita. Vastuslämpömittari on yksi yleisimmistä tieteessä ja teollisuudessa laajalti käytetyistä laitteista. Tänään selvitämme, mikä vastuslämpömittari on, sen edut ja haitat sekä eri mallit.
Sisältö
Soveltamisala
Vastuslämpömittari - Vastuslämpömittari on laite, jolla mitataan kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten väliaineiden lämpötilaa. Sitä käytetään myös irtotavaran lämpötilan mittaamiseen.
Heidän paikkansa vastuslämpömittari löytyy kaasun ja öljyn tuotannossa, metallurgiassa, energia-alalla, yleishyödyllisissä laitoksissa ja monilla muilla teollisuudenaloilla.
TÄRKEÄÄ! Vastuslämpömittareita voidaan käyttää sekä neutraaleissa että aggressiivisissa väliaineissa. Tämä on osaltaan vaikuttanut laitteen laajaan käyttöön kemianteollisuudessa.
Huomaa! Lämpötilan mittaamiseen teollisuudessa käytetään myös termopareja, lue niistä lisää kohdasta artikkelissamme termopareista.
Anturityypit ja niiden tekniset tiedot
Lämpötilan mittaus vastuslämpömittarilla tapahtuu käyttämällä yhtä tai useampaa vastusanturielementtiä ja liittämällä johdotNämä on koteloitu suojakoteloon.
RTD:t luokitellaan anturielementin tyypin mukaan.
GOST 6651-2009 mukainen metallin vastuslämpömittari
Mukaan GOST 6651-2009 On olemassa ryhmä metallisia vastuslämpömittareita eli TS-lämpömittareita, joiden herkkä elementti on metallilangasta tai -kalvosta valmistettu pieni vastus.
Platinasta valmistetut lämpötilamittarit
Platina RTD:tä pidetään yleisimpänä muista tyypeistä, joten niitä asennetaan usein tärkeiden parametrien valvontaan. Lämpötilan mittausalue on -200 °C - 650 °C. Ominaiskäyrä on lähellä lineaarista funktiota. Yksi yleisimmistä tyypeistä on Pt100 (Pt tarkoittaa platinaa, 100 tarkoittaa 100 ohmia 0 °C:ssa.).
TÄRKEÄÄ! Tämän laitteen suurin haittapuoli on korkeat kustannukset, jotka johtuvat jalometallin käytöstä koostumuksessa.
Nikkelin vastuslämpömittarit
Nikkeliresistanssilämpömittareita ei juuri koskaan käytetä tuotannossa niiden kapean lämpötila-alueen vuoksi (-60 °C:sta 180 °C:een) ja toiminnan monimutkaisuudesta, mutta on kuitenkin huomattava, että niiden lämpötilakerroin on korkein lämpötilakerroin 0,00617 °С-1.
Näitä antureita käytettiin aiemmin laivanrakennuksessa, mutta ne on nyt korvattu platinalämpötila-antureilla tällä alalla.
Kuparianturit (TCM)
Kupariantureilla näyttäisi olevan vielä kapeampi tuntoalue kuin nikkeliantureilla (vain -50 °C:sta 170 °C:seen), mutta ne ovat kuitenkin suositumpi anturityyppi.
Salaisuus on alhaiset omistuskustannukset. Kupariset anturielementit ovat yksinkertaisia ja vaatimattomia käyttää, ja ne soveltuvat erinomaisesti matalien lämpötilojen tai niihin liittyvien parametrien, kuten työpajan ilman lämpötilan, mittaamiseen.
Tällaisen laitteen käyttöikä on kuitenkin lyhyt, eikä kuparilämpötila-anturin keskihinta ole kovin halpa (noin 1 tuhat ruplaa).
Lämpövastukset
Termoresistorit ovat vastuslämpömittareita, joiden herkkä elementti on valmistettu puolijohteesta. Tämä voi olla oksidi, halogenidi tai muu aine, jolla on amfoteerisia ominaisuuksia.
Tämän laitteen etuna ei ole ainoastaan sen korkea lämpötilakerroin, vaan myös mahdollisuus muovata tuleva tuote mihin tahansa muotoon (ohuista putkista useiden mikronien pituisiin putkiin). Tyypillisesti termistorit on suunniteltu mittaamaan lämpötiloja -100 °C:n ja +200 °C:n välillä..
Termistoreissa erotetaan toisistaan kaksi eri tyyppiä:
- Termistorit - on negatiivinen lämpötilakerroin, eli kun lämpötila nousee, resistanssi pienenee;
- posistorit - resistanssin lämpötilakerroin on positiivinen, eli lämpötilan kasvaessa myös resistanssi kasvaa.
Vastuslämpömittareiden kalibrointitaulukot
Asteikkotaulukot ovat yhteenvetoruudukko, jonka avulla voidaan helposti määrittää, missä lämpötilassa lämpömittarin vastus on tietty. Tällaiset taulukot auttavat mittateknikkoa arvioimaan mitatun lämpötilan arvon tietystä vastusarvosta.
Tässä taulukossa on erityisiä RTD-nimityksiä. Näet ne ylimmällä rivillä. Numero ilmaisee anturin vastusarvon 0 °C:ssa ja kirjain sen metallin, josta anturi on valmistettu.
Käytetään metallin nimitystä:
- P tai Pt - platina
- М - kupari;
- N - nikkeli.
Esimerkiksi 50M on kuparinen TC, jonka resistanssi on 50 ohmia 0 °C:ssa.
Alla on katkelma lämpömittarin asteikkotaulukosta.
| 50M (Ohm) | 100M (Ohm) | 50P (Ohm) | 100P (Ohm) | 500P (Ohm) | |
|---|---|---|---|---|---|
| -50 °С | 39.3 | 78.6 | 40.01 | 80.01 | 401.57 |
| 0 °С | 50 | 100 | 50 | 100 | 500 |
| 50 °С | 60.7 | 121.4 | 59.7 | 119.4 | 1193.95 |
| 100 °С | 71.4 | 142.8 | 69.25 | 138.5 | 1385 |
| 150 °С | 82.1 | 164.2 | 78.66 | 157.31 | 1573.15 |
Toleranssiluokka
Toleranssiluokkaa ei pidä sekoittaa tarkkuusluokkaan. Lämpömittarilla emme mittaa suoraan ja näe mittaustulosta, vaan välitämme todellista lämpötilaa vastaavan vastusarvon esteisiin tai toissijaisiin laitteisiin. Siksi on otettu käyttöön uusi termi.
Toleranssiluokka on kehon todellisen lämpötilan ja mitatun lämpötilan välinen ero.
TC:n tarkkuusluokkia on neljä (Tarkkuusluokat tarkimmista suurimman epävarmuuden omaaviin luokkiin.):
- AA;
- А;
- B;
- С.
Tässä on ote toleranssiluokkien taulukosta, täydellinen versio löytyy osoitteesta GOST 6651-2009.
| Tarkkuusluokka | Toleranssi, °C | Lämpötila-alue, °C | ||
|---|---|---|---|---|
| Kupari TS | Platina TS | Nikkeli TS | ||
| AA | ±(0,1 + 0,0017 |t|) | - | 50 °C - +250 °C | - |
| А | ±(0,15+0,002 |t|) | -50 °C:sta +120 °C:een | 100 °C - +450 °C | - |
| В | ± (0,3 + 0,005 |t|) | -50 °C:sta +200 °C:een | -195 °C - +650 °C | - |
| С | ±(0,6 + 0,01 |t|) | -180 °C - +200 °C | -195 °C - +650 °C | -60 °C - +180 °C |
kytkentäkaavio
Vastuksen arvo on mitattava, jotta se saadaan selville. Tämä voidaan tehdä sisällyttämällä se mittauspiiriin. Yleensä käytetään kolmea erilaista piiriä, jotka eroavat toisistaan johtojen lukumäärän ja saavutettavan mittaustarkkuuden mukaan:
- 2-johtiminen piiri. Se sisältää mahdollisimman vähän johtoja ja on siksi halvin vaihtoehto. Tällä piirillä ei kuitenkaan saavuteta optimaalista tarkkuutta - lämpömittarin vastus lisätään käytettyjen johtojen resistanssiin, mikä aiheuttaa johtojen pituudesta riippuvan virheen. Teollisuudessa tällaista järjestelmää käytetään harvoin. Sitä käytetään vain mittauksissa, joissa tarkkuus ei ole tärkeää ja anturi sijaitsee lähellä toissijaista anturia. 2-johtiminen piiri näkyy vasemmassa kuvassa.
- 3-johtiminen piiri. Edellisestä versiosta poiketen tähän on lisätty ylimääräinen johdin, joka on oikosuljettu toiseen kahdesta muusta mittausjohdosta. Sen päätarkoituksena on on pystyä saamaan kytkettyjen johtojen resistanssi... ja vähennetään tämä arvo (korvaa) anturin mitatusta arvosta. Toissijainen laite mittaa perusmittauksen lisäksi myös suljettujen johtojen välisen resistanssin, jolloin saadaan anturista esteeseen tai toissijaiseen laitteeseen johtavien liitosjohtojen resistanssiarvo. Koska johdot ovat kiinni, tämän arvon pitäisi olla nolla, mutta johtojen pitkän pituuden vuoksi tämä arvo voi olla useita ohmeja. Tämä virhe vähennetään sitten mitatusta arvosta, jolloin saadaan tarkempi lukema kompensoimalla johtojen vastus. Tätä yhteyttä käytetään useimmissa tapauksissa, koska se on kompromissi vaaditun tarkkuuden ja hyväksyttävän hinnan välillä. 3-johtiminen piiri on esitetty keskipiirustuksessa.
- 4-johtiminen piiri. Tarkoitus on sama kuin 3-johtimisessa piirissä, mutta virheen kompensointi annetaan molemmille mittausjohdoille. Kolmijohdinpiirissä molempien testijohtojen vastusarvo oletetaan samaksi, mutta todellinen arvo voi hieman vaihdella. Lisäämällä toinen neljäs johto nelijohdinpiiriin (oikosuljettu toiseen mittausjohtimeen.), on mahdollista saada sen vastusarvo erikseen ja kompensoida lähes kokonaan kaikki johdoista tuleva vastus. Tämä piiri on kuitenkin kalliimpi, koska tarvitaan neljäs johdin, joten sitä olisi käytettävä joko yrityksissä, joilla on riittävästi varoja, tai mittaussovelluksissa, joissa vaaditaan suurempaa tarkkuutta. 4-johtiminen kytkentäkaavio näet oikeassa kuvassa.
Huomaa! Pt1000:n resistanssi on jo 1000 ohmia nolla asteessa. Nämä näkyvät esimerkiksi höyryputkessa, jossa mitattu lämpötila on 100-160 °C, mikä vastaa noin 1400-1600 ohmia. Johtojen resistanssi on niiden pituudesta riippuen noin 3-4 Ω, eli niillä ei ole juuri mitään vaikutusta virheeseen, eikä kolmi- tai nelijohtimista kytkentää kannata käyttää.
Vastuslämpömittareiden edut ja haitat
Kuten kaikilla laitteilla, myös vastuslämpömittareilla on useita etuja ja haittoja. Katsotaanpa niitä.
Edut:
- Käytännössä lineaarinen ominaisuus;
- mittaukset ovat melko tarkkoja (epätarkkuus enintään 1 °C.);
- jotkut mallit ovat halpoja ja helppokäyttöisiä;
- laitteiden vaihdettavuus;
- toiminnan vakaus.
haitat:
- pieni mittausalue;
- melko alhainen lämpötilarajoitus;
- Tarve käyttää erityisiä kytkentäkaavioita tarkkuuden lisäämiseksi, mikä lisää toteutuskustannuksia.
Vastuslämpömittari on yleinen laite lähes kaikilla teollisuuden aloilla. Alhaisia lämpötiloja on helppo mitata ilman, että lukemien tarkkuudesta tarvitsee huolehtia. Lämpömittari ei ole erityisen kestävä, mutta kohtuullinen hinta ja anturin helppo vaihdettavuus kompensoivat tämän pienen puutteen.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
