Temperatura je eden glavnih fizikalnih parametrov. Pomembno ga je meriti in nadzorovati tako v vsakdanjem življenju kot v proizvodnji. V ta namen obstaja veliko posebnih naprav. Uporovni termometer je eden najpogostejših instrumentov, ki se pogosto uporablja v znanosti in industriji. Danes vam bomo povedali, kaj je uporovni termometer, njegove prednosti in slabosti ter razumeli različne modele.
Vsebina
Področje uporabe
Uporovni termometer - je naprava za merjenje temperature trdnih, tekočih in plinastih medijev. Uporablja se tudi za merjenje temperature razsutih trdnih snovi.
Njegov uporni termometer najdemo v proizvodnji plina in nafte, metalurgiji, energetiki, javnih službah in številnih drugih industrijah.
POMEMBNO! Uporovne termometre lahko uporabljamo tako v nevtralnih okoljih kot tudi v agresivnih. To prispeva k širjenju instrumenta v kemični industriji.
Prosimo, upoštevajte! Za merjenje temperatur v industriji se uporabljajo tudi termoelementi, o katerih izveste več na v našem članku o termočlenih.
Vrste senzorjev in njihove značilnosti
Merjenje temperature z uporovnim termometrom vključuje enega ali več uporovnih zaznavnih elementov in povezovanje žice, ki sta varno skrita v zaščitnem ohišju.
RTD so razvrščeni glede na vrsto senzorskega elementa.
Kovinski uporovni termometer po GOST 6651-2009
Po navedbah GOST 6651-2009 Obstaja skupina kovinskih uporovnih termometrov, to je TS, katerih občutljiv element - to je majhen upor iz kovinske žice ali filma.
Platinasti merilniki temperature
Platinum RTD veljajo za najpogostejše med drugimi vrstami, zato so pogosto nameščeni za spremljanje pomembnih parametrov. Območje merjenja temperature je od -200 °C do 650 °C. Karakteristika je blizu linearne funkcije. Ena najpogostejših vrst je Pt100 (Pt je platina, 100 pomeni 100 ohmov pri 0 °C).
POMEMBNO! Glavna pomanjkljivost te naprave - draga zaradi uporabe plemenite kovine v sestavi.
Nikljevi uporovni termometri
Nikljevi uporovni termometri se v proizvodnji skoraj ne uporabljajo zaradi ozkega temperaturnega območja (od -60 °С do 180 °С) in zahtevnosti delovanja, vendar je treba upoštevati, da imajo najvišji temperaturni koeficient 0,00617 °С-1.
Prej so se takšni senzorji uporabljali v ladjedelništvu, zdaj pa so jih v tej industriji nadomestili platinasti RTD.
Bakreni senzorji (TCM)
Zdi se, da imajo bakreni senzorji celo ožji obseg uporabe kot senzorji iz niklja (samo od -50 °C do 170 °C), vendar so kljub temu bolj priljubljena vrsta TCS.
Skrivnost je v poceni naprave.Bakreni senzorski elementi so enostavni in nezahtevni za uporabo ter odlični za merjenje nizkih temperatur ali sorodnih parametrov, kot je temperatura zraka v trgovini.
Vendar je življenjska doba takšne naprave kratka, povprečna cena bakrenih RTD-jev pa ne udari preveč po žepu (približno 1 tisoč rubljev).
Toplotni upori
Termoupori so uporovni termometri, katerih občutljivi element je izdelan iz polprevodnika. To je lahko oksid, halid ali druge snovi z amfoternimi lastnostmi.
Prednost te naprave ni le visok temperaturni koeficient, temveč tudi možnost dajanja kakršne koli oblike bodočemu izdelku (od tanke cevi do naprave z dolžino nekaj mikronov). Običajno so termistorji zasnovani za merjenje temperature od -100 °С do +200 °С..
Obstajata dve vrsti termistorjev:
- Termistorji - imajo negativen temperaturni koeficient upora, to je, ko se temperatura dvigne, se upor zmanjša;
- pozistorji - imajo pozitiven temperaturni koeficient upora, to pomeni, da se z naraščajočo temperaturo povečuje tudi upor.
Graduacijske tabele za uporovne termometre
Graduacijske tabele so zbirna mreža, iz katere lahko enostavno ugotovite, pri kateri temperaturi bo imel termometer določen upor. Takšne tabele pomagajo delavcem na instrumentih oceniti vrednost izmerjene temperature iz določene vrednosti upora.
V tej tabeli so posebne oznake RTD. Vidite jih lahko v zgornji vrstici. Številka pomeni vrednost upora senzorja pri 0 °C, črka pa kovino, iz katere je izdelan.
Za označevanje kovine uporabite:
- P ali Pt - platina;
- M - baker;
- n - nikelj.
Na primer, 50M je bakren RTD z uporom 50 ohmov pri 0 °C.
Spodaj je fragment kalibracijske tabele termometra.
| 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 °C | 60.7 | 121.4 | 59.7 | 119.4 | 1193.95 |
| 100 °С | 71.4 | 142.8 | 69.25 | 138.5 | 1385 |
| 150 °C | 82.1 | 164.2 | 78.66 | 157.31 | 1573.15 |
Razred tolerance
Razreda tolerance ne smemo zamenjevati z razredom točnosti. S termometrom neposredno ne merimo in vidimo rezultata meritve, temveč posredujemo vrednost upora, ki ustreza dejanski temperaturi, na pregrade ali sekundarne naprave. Zato je bil uveden nov koncept.
Tolerančni razred je razlika med dejansko telesno temperaturo in temperaturo, pridobljeno z meritvijo.
Obstajajo 4 razredi točnosti TC (Od najbolj natančnih do naprav z večjo napako):
- AA;
- A;
- B;
- S.
Tukaj je delček tabele tolerančnih razredov, polno različico si lahko ogledate v GOST 6651-2009.
| Razred točnosti | Toleranca, °C | Temperaturno območje, °C | ||
|---|---|---|---|---|
| Baker TS | Platinasti TS | Nikelj TS | ||
| AA | ±(0,1 + 0,0017 |t|) | - | od -50°C do +250°C | - |
| A | ±(0,15+0,002 |t|) | od -50 °C do +120 °C | od -100 °C do +450 °C | - |
| V | ± (0,3 + 0,005 |t|) | od -50 °C do +200 °C | od -195 °C do +650 °C | - |
| S | ±(0,6 + 0,01 |t|) | -180 °C do +200 °C | -195 °C do +650 °C | -60 °C do +180 °C |
žični diagram
Da bi vedeli vrednost upora, ga je treba izmeriti. To lahko storite tako, da ga vključite v merilno vezje. Če želite to narediti, uporabite tri vrste vezja, ki se med seboj razlikujejo po številu žic in doseženi merilni natančnosti:
- 2-žilno vezje. Vsebuje minimalno število žic in je zato najcenejša možnost. Vendar to vezje ne bo doseglo optimalne natančnosti - upor termometra bo dodan uporu uporabljenih žic, kar bo povzročilo napako, ki je odvisna od dolžine žic. V industriji se takšna shema redko uporablja. Uporablja se samo za meritve, kjer natančnost ni pomembna in je senzor v neposredni bližini sekundarnega pretvornika. 2-žilno vezje prikazano na levi sliki.
- 3-žilno vezje. V nasprotju s prejšnjo različico je tukaj dodan dodatni vodnik, ki je v kratkem stiku z enim od drugih dveh merilnih vodnikov. Njegov glavni namen je je, da lahko dobimo upornost povezanih žic in odštejte to vrednost (nadomestiti) iz izmerjene vrednosti senzorja. Sekundarna naprava poleg osnovne meritve dodatno meri upor med sklenjenimi vodniki in tako pridobi vrednost upora priključnih vodnikov od senzorja do pregrade ali sekundarne naprave. Ker so žice zaprte, bi morala biti ta vrednost enaka nič, v resnici pa lahko zaradi velike dolžine žic ta vrednost doseže več ohmov. Nato se ta napaka odšteje od izmerjene vrednosti, s čimer se pridobi natančnejši odčitek zaradi kompenzacije upora žic. Ta povezava se uporablja v večini primerov, saj je kompromis med zahtevano natančnostjo in sprejemljivo ceno. 3-žilno vezje je prikazano na srednji sliki.
- 4-žilno vezje. Namen je enak kot pri 3-žilnem vezju, vendar gre kompenzacija napak na obe merilni žici. V trižičnem vezju se domneva, da je vrednost upora obeh merilnih vodnikov enaka, v resnici pa se lahko nekoliko razlikuje. Z dodajanjem še četrte žice v štirižilno vezje (v kratkem stiku z drugim testnim kablom), je mogoče ločeno pridobiti njegovo vrednost upora in skoraj v celoti kompenzirati ves upor žic. Je pa to vezje dražje, saj je potreben četrti vodnik in se zato izvaja v podjetjih z zadostnimi finančnimi sredstvi ali pri merjenju parametrov, kjer je potrebna večja natančnost. Shema 4-žilne povezave vas lahko vidite na sliki na desni.
Prosimo, upoštevajte! Senzor Pt1000 že ima upornost 1000 ohmov pri nič stopinjah.Vidite jih lahko na primer na parni cevi, kjer je izmerjena temperatura enaka 100-160 ° C, kar ustreza približno 1400-1600 Ohm. Odpornost žic glede na dolžino je približno 3-4 ohmov, t.j. praktično ne vplivajo na napako in nima smisla uporabljati trižične ali štirižilne povezovalne sheme.
Prednosti in slabosti uporovnih termometrov
Kot vsaka naprava ima tudi uporaba uporovnih termometrov številne prednosti in slabosti. Poglejmo jih.
Prednosti:
- praktično linearna značilnost;
- meritve so dovolj natančne (napaka ne več kot 1 ° C.);
- nekateri modeli so poceni in enostavni za uporabo;
- zamenljivost naprav;
- stabilnost delovanja.
Slabosti:
- majhno merilno območje;
- precej nizka mejna temperatura meritev;
- Potreba po uporabi posebnih povezovalnih shem za večjo natančnost, kar poveča stroške izvedbe.
Uporovni termometer je običajna naprava v skoraj vseh panogah. Primeren je za merjenje nizkih temperatur, ne da bi se bali za točnost dobljenih podatkov. Termometer ni posebej vzdržljiv, vendar razumna cena in enostavnost zamenjave senzorja preglasita to majhno pomanjkljivost.
Povezani članki:
