Особенности подключения датчиков
Принцип работы термопреобразователей сопротивления ТСМ, ТСП, Pt100 основан на зависимости электрического сопротивления металлов от температуры.
Термопреобразователи выполняют в виде катушки из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную гильзу.
Термопреобразователи сопротивления характеризуются двумя параметрами:
R0 – сопротивление датчика при 0 °С и W100 – отношение сопротивления датчика при 100 °С к его сопротивлению при 0 °С.
Для подключения термопреобразователей сопротивления к приборам ОВЕН используется трехпроводная схема,
При этом необходимо соблюдать условие равенства сопротивлений всех трех проводов.
Термопреобразователи сопротивления могут подключаться к прибору с использованием двухпроводной линии, но при этом отсутствует компенсация сопротивления соединительных проводов и поэтому будет наблюдаться некоторая зависимость показаний прибора от колебаний температуры проводов.
Подключение термопар
Термопара (термоэлектрический преобразователь) типа ТХА, ТХК, ТПП и пр. состоит из двух спаянных на одном из концов проводников, изготовленных из металлов, обладающих разными термоэлектрическими свойствами.
| Спаянный конец, называемый «рабочим спаем», погружается в измеряемую среду, а свободные концы («холодный спай») термопары подключаются ко входу измерителей-регуляторов. Если температуры «рабочего» и «холодного спаев» различны, то термопара вырабатывает термоЭДС, которая и подается на прибор. |
Поскольку термоЭДС зависит от разности температур двух спаев термопары, то для получения корректных показаний необходимо знать температуру «холодного спая», чтобы скомпенсировать эту разницу в дальнейших вычислениях.
В модификациях входов, предназначенных для работы с термопарами, предусмотрена схема автоматической компенсации температуры свободных концов термопары. Датчиком температуры «холодного спая» служит полупроводниковый диод, установленный рядом с присоединительным клеммником.
Подключение термопар к прибору должно производиться с помощью специальных компенсационных (термоэлектродных) проводов, изготовленных из тех же материалов, что и термопара. Допускается использовать провода из металлов
с термоэлектрическими характеристиками, аналогичными характеристикам
материалов электродов термопары в диапазоне температур 0…100 °С. При
соединении компенсационных проводов с термопарой и прибором необходимо
Во избежание влияния помех на измерительную часть прибора линию связи прибора с датчиком рекомендуется экранировать. В качестве экрана может быть использована заземленная стальная труба.
При нарушении указанных условий могут иметь место значительные погрешности при измерении.
Подключение датчиков с унифицированным выходным сигналом тока или напряжения
Многие датчики различных физических величин оснащены нормирующими измерительными преобразователями. Нормирующие преобразователи преобразуют сигналы с первичных (термопар, термопреобразователей сопротивления, манометров, дифманометров и др.) в унифицированный сигнал постоянного тока или напряжения с диапазонами: 0. 20 мА, 4. 20 мА, 0. 5 мА или 0. 1 В. Диапазон выходного тока нормирующего преобразователя пропорционален значению физической величины, измеряемой датчиком, и соответствует рабочему диапазону датчика, указанному в его технических характеристиках.
В ряде приборов ОВЕН имеется встроенный источник питания постоянного тока, гальванически изолированный от схемы прибора.
На рисунках показаны схемы подключения датчиков с унифицированным выходным сигналом 4. 20 мА по двухпроводной линии к прибору 2ТРМ1
| со встроенным источником питания, |
| с внешним питанием. |
Измерение влажности психрометрическим методом
Психрометрический метод основан на измерении разности температур сухого и влажного термометров. Температура влажного термометра всегда ниже температуры сухого из-за испарения воды с поверхности фитиля. Чем суше воздух (влажность ниже), тем интенсивнее испаряется
вода с поверхности фитиля, тем ниже температура увлажняемого термометра.
Существуют полуэмпирические психрометрические формулы, из которых выведена
общепринятая формула относительной влажности:
| ,где – относительная влажность воздуха, %; Евлаж. – максимально возможное парциальное давление водяного пара при температуре воздуха Твлаж., оС; Есух. – максимально возможное парциальное давление водяного пара при температуре воздуха Тсух., оС; р – атмосферное давление; Тсух. – температура сухого термометра, оС; Твлаж. – температура влажного термометра, оС; A – психрометрический коэффициент (психрометрическая постоянная). |
Психрометрический коэффициент A зависит от многочисленных факторов:
Под «влажным» датчиком помещается резервуар с водой, в который опускается увлажняющий фитиль, закрывающий датчик. Резервуар изготавливается из нержавеющей стали, оцинкованного железа, термостойкой пластмассы, стекла или другого стойкого к условиям эксплуатации материала, не выделяющего вредных вещества. Увлажняющий фитиль чаще всего изготавливается из тонкой неотбеленной хлопчатобумажной ткани – марли, батиста, муслина, обладающих максимальной всасывающей способностью. Фитиль должен закрывать чувствительный элемент и максимальную площадь поверхности датчика.
| Для пополнения резервуара можно поставить дополнительный резервуар вне камеры и соединить его с внутренним . |
Как правильно пользоваться термопарой?
Правильное использование термопары позволит не только получить точные значения температуры для обеспечения качественной продукции, но также поможет уменьшить расход материала термопары для существенной экономии средств. Вот четыре случая, которые являются основными ошибками при применении термопар.
Неправильная установка термопары
- Неверно выбрано место установки термопары.
Место установки термопары должно быть выбрано очень тщательно, чтобы измерять точную температуру интересующей вас области. Например, если место установки термопары и глубина вставки выбраны не верно, то показания термопары не будут отражать истинную температуру печи. Для измерения температуры в печи термопара не должна быть установлена слишком близко к двери или месту нагрева, глубина вставки должна быть не менее чем в 8-10 раз больше диаметра защитной трубки. - Плохая изоляция.
Если защитная гильза термопары и зазоры между стенками не заполняются изоляционным материалом, это может привести к перетоку тепла печи или проникновению холодного воздуха в область произведения замеров. Поэтому пространство между защитной гильзой термопары и отверстием в стене печи должно быть заполнено изоляционным материалом, таким как огнеупорная глина или асбестовый шнур, чтобы избежать конвекции горячего и холодного воздуха для исключения влияния внешних факторов на точность измерения температуры. - Холодный спай должен быть на достаточном расстоянии.
Если холодный конец термопары находится слишком близко к месту нагрева, так что температура превышает 100 ℃, это приведет к неверным показаниям датчика; - Исключите помехи.
Термопару следует устанавливать вдали от сильного магнитного и электрического поля, поэтому нельзя помещать термопару и силовые кабели вместе, чтобы избежать ошибок, вызванных помехами.
Ошибки изоляции
Если термопара изолирована, но защитная труба и натяжная пластина имеют слишком много грязи или остатков соли, это приведет к плохой изоляции между электродом термопары и стенкой печи, что более серьезно при высоких температурах. Такая ситуация не только вызовет потерю термоэлектрической мощности, но и повлечет за собой помехи, погрешность которых иногда достигает 100 ℃.
Ошибки тепловой инерции
Из-за тепловой инерции термопары изменение показанного прибором значения отстает от изменения измеренной температуры. При быстром изменении температуры в зоне измерения этот эффект особенно заметен. Для получения верных динамических температурных показаний лучше выбирать более тонкий горячий электрод и защитную трубку термопары меньшего диаметра.
Когда позволяют температурные условия, можно даже снять защитную трубку. Из-за наличия запаздывания амплитуда колебаний измеряемой термопарой температуры меньше амплитуды колебаний температуры печи. Чем больше отставание измерения, чем меньше амплитуда колебаний термопары, тем больше разница между фактической температурой печи и получаемым значениями.
При использовании термопары с большой постоянной времени для измерения или контроля температуры, несмотря на то, что флуктуация температуры, указанная на приборе, невелика, колебания фактической температуры печи могут быть значительными.
Для точного измерения температуры следует выбирать термопару с малой постоянной времени. Постоянная времени обратно пропорциональна коэффициенту теплопередачи, но пропорциональна диаметру горячего конца термопары, плотности материала и удельной теплоемкости.
Если вы хотите уменьшить постоянную времени, помимо увеличения коэффициента теплопередачи, наиболее эффективным способом является уменьшение размера горячего конца. Обычно используются материалы с хорошей теплопроводностью, с тонкими стенками и защитными трубками с малым внутренним диаметром.
При более точном измерении температуры используйте незащищенную термопару с неизолированным проводом, но термопара будет легко повреждена, ее следует своевременно исправлять и заменять.
Ошибка теплового сопротивления
Если защитная трубка термопары имеет налипшую грязь, увеличенное из-за этого тепловое сопротивление будет блокировать теплопроводность и измеренные значения температуры будут ниже, чем реальная. Поэтому защитная трубка термопары должна содержаться в чистоте, чтобы уменьшить количество ошибок.
Термопары от компании ТЕРМОЭЛЕМЕНТ
Компания Термоэлемент занимается производством индивидуальных термопар с нужными заказчикам характеристиками. Кроме того, на складе у нас имеется большой выбор уже готовых термопар, которые вы можете купить без всяких задержек. Если у вас есть вопросы по поводу термопар, просто звоните нам по телефону +7 495 145-24-23 или пишите на почтовый ящик info@telemento.ru.
Подключение термопар, компенсационные провода
Чтобы измерить температуру объекта с помощью термопары, её необходимо подключить к вторичному измерительному прибору. Измерительный прибор часто находится на некотором удалении от термопары. Для подключения обычные медные провода использовать нельзя, так как в паре с проводами термопары создаётся дополнительная термо-ЭДС, которая вносит дополнительную погрешность. По этой причине используют специальные удлинительные провода. Такие провода в паре с соответствующим термоэлектродом создают практически нулевую термо-ЭДС. Это можно обеспечить двумя способами: используя провода с жилами из тех же сплавов, что и электроды самой термопары (термоэлектродные провода) либо провода из других материалов, которые в заданном интервале температур (как правило, 0-100°С) развивают такую же термо-ЭДС, как и термопара. Такие провода называются компенсационными. Первый способ обеспечивает более точные измерения.
Технические характеристики токопроводящих жилнекоторых термоэлектродных (компенсационных) проводов
| Материал термоэлектрического преобразователя | Материал жилы термоэлектродного провода, компенсационого провода, полярность | Обозначение | Термо-ЭДС в паре между жилами при температуре рабочего конца 100°С и свободного 0°С, мВ | Сопротивление пары жил провода длиной 1 м, Ом, при площадях сечения, мм 2 | ||||
| + | — | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,5 | |||
| хромель-копель (ХК) | хромель | копель | ХК | 6,88±0,2 | — | 1,57 | 1,04 | 0,54 |
| железо-константан (ЖК) | железо | константан | ЖК | 5,57 | — | 0,6 | — | 0,24 |
| хромель-алюмель (ХА) | хромель | алюмель | ХА | 3,97. 4,23 | 2,0 | — | — | 0,40 |
| медь | константан | М | 4,10±0,15 | — | 0,64 | 0,41 | 0,22 | |
| медь-титан | никель-медь | МТ-НМ | 4,10±0,12 | 0,87 | — | 0,30 | 0,17 | |
| платинородий-платина (ПП) | медь | сплав ТП | П | 0,64±0,03 | — | 0,06 | 0,04 | 0,02 |
| медь-копель (МК) | медь | копель | МК | 4,79±0,1 | — | 0,66 | 0,47 | 0,22 |
| вольфрам-рений (ВР) | медь | медно-никелевый сплав | М-МН | 1,33±0,03 | — | — | — | — |
Положительный электрод у термопар типа ЖК и отрицательный электрод у термопар типа ХА обладают магнитными свойствами.
Термоэлектрические преобразователи (термопары) типа ТПР не нуждаются в термоэлектродных (компенсационных) проводах; при высокой температуре окружающей среды рекомендуется жаропрочный кабель с медными жилами типа КМЖ 2х1.
При подключении термопары необходимо соблюдать полярность. Нарушение полярности вместо устранения погрешности, обусловленной нагревом свободных концов термопары, приведёт к её удвоению. Во избежание ошибок при определении полярности и марок удлинительных проводов, они выпускаются в виде двухжильного провода с разными цветами оболочек каждой жилы. Маркировка проводов в зависимости от материала изоляции выполняется цветом изоляции проводов либо цветными нитями в оплётке. Кроме того, у проводов типа ПТВ, ПТВЭ, ПТВГ, ПТВГЭ положительный электрод маркируется риской по всей длине.
Цвета оболочки распространённых термоэлектродных проводов
| Тип термопары | Цвет изоляции |
| Хромель-алюмель ХА (К) | Белый или зелёный |
| Хромель-копель ХК (L) | Фиолетовый |
| Нихросил-нисил НН (N) | Синий |
| Медь-константан МКн (T) | Коричневый |
| Железо-константан ЖК (J) | Чёрный |
Цвета изоляции жил термоэлектродных (компенсационных) проводов
| Материал жилы | Цвет изоляции |
| Хромель | фиолетовый или черный |
| Копель | желтый или оранжевый |
| Алюмель | белый |
| Медь | красный или розовый |
| Константан | коричневый |
| Сплав ТП | зеленый |
| Сплав МН | синий или голубой |
| Сплав НМ | красный + синий |
| Сплав МТ | красный + зеленый на белом фоне |
В зависимости от области применения удлинительные провода изготавливаются в различной изоляции. Существует немалое количество марок кабеля: ПТВ, ПТВВ, ПТГВ, ПТГВВ,ПТГВВЭ, ПТФФ, ПТФФГ, ПТФФГЭ, ККМСЭ, КТМСЭ, КТМСФЭ, КТСФЭ, СФКЭ, ПТН,ПТНГ, ПТНЭ, ПТНГЭ, ПТП, ПТПЭ и многие другие. Чтобы правильно подобрать кабель или провод необходимо знать температуру и условия его эксплуатации. По температуре эксплуатации можно подобрать маркировку.
В проводах ПТВ, ПТГВ, ПТВВ, ПТВВт, ПТГВВ изоляция проводников выполнена из ПВХ-пластиката (винила). Такая изоляция выдерживает до +70°C, так же есть специальный, теплостойкий пластикат Вт – до +105°С.
В проводах ПТФФ, ПТФФГ изоляция проводников выполнена из фторопласта. Такая изоляция выдерживает до +200°С (+250°С теплостойкий фторопласт). Так же до +200°С выдерживает изоляция из силикона (она более мягкая, в сравнении с фторопластом).
В проводах и кабелях КТМСЭ, ККМСЭ изоляция выполнена из стеклонити. Максимальная температура эксплуатации кабеля с изоляцией из стеклонити – +400°С.
В проводах ПТН, ПТНГ изоляция выполнена из стеклонити повышенной нагревостойкости, которая выдерживает температуру до +650°C.
Провода и кабели СФКЭ, КТМСФЭ, КТСФЭ сочетают в себе изоляцию из стеклонити и фторопласта, максимальная температура их эксплуатации будет определяться наименьшей из двух видов изоляции – фторопластом, +200°C (+250°C).
Буква «Г», добавленная в маркировку, означает, что кабель гибкий, жила состоит их семи и более проволок, это необходимо для удобства при монтаже или для нестационарной прокладки.
Буква «Э» в маркировке означает, что на кабель (провод) или между слоями изоляции нанесен экран, который необходим для защиты от электромагнитных помех, которые могут вносить дополнительную погрешность. Экран может быть выполнен из меди луженой и нержавеющей стали. Стальной экран является не только защитой от помех, а так же увеличивает стойкость к механическим воздействиям на кабель. См. кабель ПТНГЭ.
Информация
- Информация о доставке
- Контакты и схема проезда
- Способы оплаты
- Инструкция по оформлению заказа
- Техническая документация
- Задать вопрос
- О нас
- Пользовательское соглашение
- Информация о возврате товара
- Реквизиты
Датчики температуры. Обзор
В общем случае термопара представляет собой два термоэлектрода из различных металлов, спаянных между собой. Один спай – «рабочий» – помещают в измеряемую среду, другой – «холодный» – должен находиться при температуре 0 °С. Если температуры спаев не равны, то в цепи термопары возникает ЭДС, прямо пропорциональная разности этих температур. Рабочий спай защищается от прямого соприкосновения со средой защитной арматурой. В современных АСУ ТП нет необходимости поддерживать холодный спай при 0 ⁰С – поправку на его температуру рассчитывает вторичный прибор, к которому подключена термопара. Компания ОВЕН выпускает термопары двух видов: проволочные и на основе КТМС. Проволочные термопары изготавливаются по традиционной технологии. Два термоэлектрода (проволоки) вставляются в керамические изоляторы или оплетаются кремнеземной нитью. Затем формируется «рабочий» спай. По сути, это уже готовый конструктив простых датчиков температуры – бюджетных бескорпусных термопар ДТПХхх1.
Также такие термопары играют роль сенсоров в более конструктивно сложных моделях датчиков. Проволочный измерительный узел (УИ) помещается внутрь защитной арматуры из различных сталей, а пространство между УИ и арматурой заполняется кварцевым песком. Подобные исполнения имеют термопреобразователи с кабельным выводом ДТПХхх4 и с коммутационной головкой ДТПХхх5.
Термопары на основе КТМС изготавливаются по более прогрессивной технологии. КТМС – Кабель Термопарный с Минеральной изоляцией в Стальной оболочке. Конструктивно КТМС состоит из гибкой металлической трубки, в которую помещены термоэлектроды (см. рис.). Пространство между термоэлектродами и стальной жаростойкой оболочкой заполнено плотной дисперсной минеральной изоляцией – оксидом магния.