Ошибка 404 | НПФ КонтрАвт. КИПиА для АСУ ТП
Выберите продукцию из спискаНормирующие преобразователи измерительные …НПСИ-ТП нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения …НПСИ-237-ТП нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения, IP65 …НПСИ-ТС нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений …НПСИ-237-ТС нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений, IP65 …НПСИ-150-ТП1 нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения …НПСИ-150-ТС1 нормирующий преобразователь сигналов термометров сопротивления …НПСИ-110-ТП1 нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения …НПСИ-110-ТС1 нормирующий преобразователь сигналов термометров сопротивления …НПСИ-250/500-УВ1 нормирующий преобразователь сигналов термопар, термосопротивлений и потенциометров…НПСИ-230-ПМ10 нормирующий преобразователь сигналов потенциометров …НПСИ-200-ГРТП модули гальванической развязки токовой петли…НПСИ-200-ГР1/ГР2 модули гальванической развязки токового сигнала (4…20) мА.
..НПСИ-200-ГР1.2 модуль разветвления 1 в 2 и гальванической развязки сигнала (4…20) мА…НПСИ-ДНТВ нормирующий преобразователь действующих значений напряжения и тока…НПСИ-ДНТН нормирующий преобразователь действующих значений напряжения и тока …НПСИ-200-ДН/ДТ нормирующие преобразователи действующих значений напряжения и тока…НПСИ-МС1 преобразователь мощности, напряжения, тока, коэффициента мощности…НПСИ-500-МС3 измерительный преобразователь параметров трёхфазной сети с RS-485 и USB …НПСИ-500-МС1 измерительный преобразователь параметров однофазной сети с RS-485 и USB …НПСИ-УНТ нормирующий измерительный преобразователь унифицированных сигналов с сигнализацией…НПСИ-237-УНТ нормирующий измерительный преобразователь унифицированных сигналов с сигнализацией, IP65 …НПСИ-ЧВ/ЧС нормирующие преобразователи частоты, периода, длительности сигналов, частоты сети…ПНТ-х-х нормирующий преобразователь сигналов термопар…ПСТ-х-х нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений…
ПНТ-a-Pro нормирующий преобразователь сигналов термопар программируемый…ПCТ-a-Pro нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений программируемый…ПНТ-b-Pro нормирующий преобразователь сигналов термопар программируемый…ПCТ-b-Pro нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений программируемыйБарьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности)…КА5004Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники сигналов термопар, термосопротивлений и потенциометров, 1-канальные…КА5011Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART …КА5022Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные…КА5013Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приемники-разветвители 1 в 2 аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART, шина питания …КА5031Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART .
..КА5032Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные, HART …КА5131Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), передатчики аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART …КА5132Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), передатчики аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные…КА5241Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 1-канальные…КА5242Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 2-канальные…КА5262Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 2-канальные…КА5232Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 2-канальные…КА5234Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 4-канальныеКонтроллеры, модули ввода-вывода…MDS AIO-1 Модули комбинированные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов…MDS AIO-1/F1 Модули комбинированные функциональные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов.
..MDS AIO-4 Модули комбинированные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов…MDS AIO-4/F1 Модули комбинированные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов, 4 ПИД регулятора…MDS AI-8UI Модули ввода аналоговых сигналов тока и напряжения…MDS AI-8TC Модули ввода сигналов термопар, тока и напряжения…MDS AI-8TC/I Модули ввода сигналов термопар, тока и напряжения с индивидуальной изоляцией между входами…MDS AI-3RTD Модули ввода сигналов термосопротивлений и потенциометров…MDS AO-2UI Модули вывода сигналов тока и напряжения…MDS DIO-16BD Модули ввода-вывода дискретных сигналов…MDS DIO-4/4 Модули ввода-вывода дискретных сигналов …MDS DIO-12h4/4RA Модули ввода-вывода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DIO-8H/4RA Модули ввода-вывода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DI-8H Модули ввода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DO-8RС Модули вывода дискретных сигналов …MDS DO-16RA4 Модули вывода дискретных сигналов …MDS IC-USB/485 преобразователь интерфейсов USB и RS-485.
..MDS IC-232/485 преобразователь интерфейсов RS-232 и RS-485…I-7561 конвертер USB в RS-232/422/485…I-7510 повторитель интерфейса RS-485/RS-485…I-7520 преобразователь интерфейса RS-485/RS-232Измерители-регуляторы технологические…МЕТАКОН-6305 многофункциональный ПИД-регулятор с таймером выдержки…МЕТАКОН-4525 многоканальный ПИД-регулятор…МЕТАКОН-1005 измеритель технологических параметров, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1015 измеритель, нормирующий преобразователь, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1105 измеритель, позиционный регулятор, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1205 измеритель-регулятор, нормирующий преобразователь, контроллер, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1725 двухканальный измеритель-регулятор, нормирующий преобразователь, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1745 четырехканальный измеритель-регулятор, нормирующий преобразователь, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-512/522/532/562 многоканальные измерители-регуляторы…Т-424 универсальный ПИД-регулятор…МЕТАКОН-515 быстродействующий универсальный ПИД-регулятор.
..МЕТАКОН-513/523/533 ПИД-регуляторы…МЕТАКОН-514/524/534 ПДД-регуляторы…МЕТАКОН-613 программные ПИД-регуляторы…МЕТАКОН-614 программные ПИД-регуляторы…СТ-562-М источник тока для ПМТ-2, ПМТ-4Регистраторы видеографические…ИНТЕГРАФ-1100 видеографический безбумажный 4/8/12/16 канальный регистратор данных …ИНТЕГРАФ-1000/1010 видеографические безбумажные 8/16 канальные регистраторы данных …ИНТЕГРАФ-3410 видеографический безбумажный регистратор-контроллер термообработки… DataBox Накопитель-архиваторСчётчики, реле времени, таймеры…ЭРКОН-1315 восьмиразрядный одноканальный счётчик импульсов, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-315 счётчик импульсов одноканальный, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-325 счетчик импульсов двухканальный, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-415 тахометр-расходомер…ЭРКОН-615 счетчик импульсов реверсивный многофункциональный, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-714 таймер астрономический…ЭРКОН-214 одноканальное реле времени, цифровая индикация, монтаж на DIN-рельс или на панель.
..ЭРКОН-224 двухканальное реле времени, цифровая индикация, монтаж на DIN-рельс или на панель…ЭРКОН-215 реле времени программируемое одноканальное, поддержка RS-485, щитовой монтаж, цифровая индикацияБлоки питания и коммутационные устройства…PSM-120-24 блок питания 24 В (5 А, 120 Вт)…PSM-72-24 блок питания 24 В (3 А, 72 Вт)…PSM-36-24 блок питания 24 В (1,5 А, 36 Вт)…PSL низковольтные DC/DC–преобразователи на DIN-рейку 3 и 10 Вт…PSM-4/3-24 многоканальный блок питания 24 В (4 канала по 0,125 А, 3 Вт)…PSM-2/3-24 блок питания 24 В (2 канала по 0,125 А, 3 Вт)…PSM/4R-36-24 блок питания и реле, 24 В (1,5 А, 36 Вт)…БП-24/12-0,5 блок питания 24В/12В (0,5А)…ФС-220 фильтр сетевой…БПР блок питания и реле…БКР блок коммутации реверсивный (пускатель бесконтактный реверсивный)…БР4 блок реле…PS3400.1 блок питания 24 В (40 А) …PS3200.1 блок питания 24 В (20 А)…PS3100.1 блок питания 24 В (10 А)…PS3050.1 блок питания 24 В (5 А)…PS1200.1 блок питания 24 В (20 А)…PS1100.
1 блок питания 24 В (10 А)…PS1050.1 блок питания 24 В (5 А)Программное обеспечение…SetMaker конфигуратор…… История версий…MDS Utility конфигуратор…RNet программное обеспечение…OPC-сервер для регулятров МЕТАКОН…OPC-сервер для MDS-модулей
Термопары и термосопротивления — Терморегуляторы Термодат — промышленные приборы нового поколения для измерения и регулирования температуры
Для измерения температуры служат первичные преобразователи температуры — термодатчики (термопреобразователи).
В промышленности, как правило, используются две разновидности датчиков температуры — термопары и термосопротивления. С приборами Термодат могут быть использованы термопары любого отечественного или иностранного производителя, при условии, что они имеют стандартную градуировку по ГОСТ Р 50342-92.
С приборами Термодат могут использоваться термосопротивления любого отечественного или иностранного производителя, при условии, что они имеют стандартную градуировку по ГОСТ Р 50353-92, при этом термосопротивления должны быть электрически изолированы от корпуса.
Следует отметить, что приборы Термодат имеют универсальный вход, к которому также можно подключить пирометры (с градуировкой 20-РК15 и 21-РС20), а также другие датчики с унифицированным сигналом напряжения 0-50мВ или тока 0-20 мА (0-5мА, 4-20мА).
Термоэлектрические преобразователи (термопары)
Существует несколько типов термопар. Самые распространенные термопары — хромель-алюмель ХА(К) и хромель-копель ХК(L). Другие типы — платина-платинородий ПП(S и R), железо-константан ЖК(J), медь-константан МК(T), вольфрам-рений ВР и некоторые другие менее распространены. Приборы Термодат могут работать с термопарой любого типа. В памяти прибора прошиты градуировочные таблицы, тип градуировочной таблицы и соответствующее обозначение в меню указывается в паспорте прибора. Перед установкой прибора на оборудование следует установить тип используемой термопары. Тип термопары устанавливается в третьем уровне режима настройки приборов. В многоканальных приборах ко всем каналам должны быть подключены термопары одного типа.
Следует помнить, что термопара по принципу действия измеряет температуру между «горячим спаем» (рабочим спаем) и свободными концами («холодными спаями») термоэлектродов. Поэтому термопары следует подключать к прибору непосредственно, либо с помощью удлиннительных проводов, изготовленных из тех же термоэлектродных материалов. Температура «холодных спаев» в приборах Термодат измеряется в зоне подключения термопар (вблизи клеммной колодки) специальным термодатчиком и автоматически учитывается при вычислении температуры. Для достижения наибольшей точности и правильного измерения температуры холодных спаев, необходимо следить, чтобы в зоне контактной колодки отсутствовали большие градиенты температуры, конвективные потоки (обдув, ветер, сквозняки), а также лучистый нагрев от горячих тел. Если включить прибор Термодат, а вместо термопары к входу прибора подключить перемычку (закоротить вход), то прибор должен показать измеренную температуру в зоне контактной колодки (температуру «холодного спая»).
Если у Вас возникли сомнения в правильности работы прибора, исправности термопары, компенсационного провода, в качестве первого теста мы рекомендуем погрузить термопару в кипящую воду. Показания прибора не должны отличаться от 100 градусов более чем на 1-2 градуса. Более тщательную проверку и настройку прибора Термодат можно выполнить в соответствии с инструкцией по калибровке.Приборы Термодат имеют высокое входное сопротивление, поэтому сопротивление термопары и компенсационных проводов и их длина в принципе не влияют на точность измерения. Однако, чем короче термопарные провода, тем меньше на них электрические наводки.
Термосопротивления
К приборам Термодат могут быть подключены как медные (ТСМ) так и платиновые (ТСП) термосопротивления. При настройке прибора следует установить тип термосопротивления и его градуировку (сопротивление при 0°C) в третьем уровне режима настройки. Стандартные значения составляют 50 и 100 Ом (50М, 50П, 100М, 100П), однако могут быть установлены и другие значения.
Термосопротивления могут быть подключены к прибору Термодат как по трехпроводной, так и по двухпроводной схеме. Двухпроводная схема подключения дает удовлетворительные результаты, когда датчик удален на небольшое расстояние от прибора. Уточним наши слова. Предположим, Вы используете медное термосопротивление номиналом 100 Ом (градуировка 100М). Сопротивление этого датчика изменяется на dR=0,4%R=0,4Ом, при изменении температуры на один градус. Это означает, что если сопротивление проводов, соединяющих термодатчик с прибором, будет равно 0,4 Ом, ошибка измерения температуры будет равна одному градусу. В таблице приведены справочные значения сопротивлений медных проводов разного сечения, и допустимые длины проводов при двухпроводной схеме подключения.
| Сечение подводящих проводов, мм² | Сопротивление провода при 20°C, Ом/км | Максимально допустимое удаление датчика, при котором ошибка, вызванная подводящими проводами при двухпроводной схеме подключения составляет один градус | |
|---|---|---|---|
| М50, П50 | М100, П100 | ||
| 0,25 | 82 | — | 2,5 |
| 0,5 | 41 | 2,5 | 5 |
| 0,75 | 27 | 3,5 | 7,1 |
| 1,0 | 20,5 | 5 | 10 |
| 1,5 | 13,3 | 7,5 | 15 |
| 2,0 | 10 | 10 | 20 |
| 2,5 | 8 | 12,5 | 25 |
При удалении термодатчика на большие расстояния следует применять трехпроводную схему подключения.
Для быстрой проверки работоспособности прибора, термодатчика, схемы подключения и настроек мы рекомендуем, как и в случае с термопарами, поместить подключенный датчик в кипящую воду или в тающий лед. Измеренная прибором температура не должна отличаться от 100°C (от 0°C) более, чем на 2°C. Прибор без датчика можно протестировать, подключив к входу вместо термосопротивления точный постоянный резистор номиналом 100 Ом (точность не хуже 0,5%).
Диапазон измерения температуры, точность измерения и разрешение по температуре
Разрешение по температуре определяется последней значащей цифрой на индикаторе прибора и составляет 1°C для большинства моделей, работающих с термопарами. Для программных регуляторов температуры и части приборов, работающих с термосопротивлениями, разрешение составляет 0.1°C.
Разрешение по температуре следует отличать от точности измерения. Допускаемая относительная погрешность измерения приборов Термодат составляет 0,5% от нормирующего значения (класс точности 0,5). Под нормирующим значением принимается алгебраическая разность верхнего и нижнего пределов измерения. Максимальные диапазоны измерений температуры при работе с различными типами термодатчиков приведены в таблице..jpg)
| Тип термопреобразователя | Диапазон измерения, °C | Обозначение в меню настройки |
|---|---|---|
| Термопара ХА(К) | -50 +1100 | 1 |
| Термопара ХК(L) | -50 +800 | 2 |
| Термопара МК(Т) | -50 +400 | указывается в паспорте |
| Термопара ЖК(J) | -50 +700 | указывается в паспорте |
| Термопара ПП (S) | 0 +1600 | указывается в паспорте |
| Термопара ПП (R) | 0 +1700 | указывается в паспорте |
| Термопара ПР (B) | +300 +1800 | указывается в паспорте |
| Термопара ВР (А-1,А-2,А-3) | +300 +2500 | указывается в паспорте |
| Термосопротивление ТСМ (М50, М100) | -50 +200 | Cu |
| Термосопротивление ТСП (П50, П100) | -50 +800 | Pt |
Погрешность измерения температуры складывается из погрешности измерения электронного прибора и погрешности датчика температуры.
Максимально допустимая погрешность используемого Вами датчика температуры должна быть указана в его паспорте или ГОСТе. Для термопар, например, погрешность измерения связана с возможными отклонениями от номинальной статической характеристики (НСХ). В соответствии с ГОСТ Р 50342-92, для термопар ХА(К) второго класса точности допустимые отклонения от НСХ составляют 2,5°C в диапазоне температур 0-330°C и 0,0075*t °C в диапазоне температур 330-1000°C. В случае, если требуется более высокая точность измерения, следует применять термопары более высокого класса точности, а также термопары из благородных металлов (ПП или ПР). Следует отметить, что точность измерения температуры зависит не только от прибора и термодатчика. Многое зависит от конструкции объекта измерения, от точки расположения термодатчика, от качества теплового контакта с измеряемой средой, от условий отвода тепла холодной монтажной частью термодатчика. То есть, задача измерения температуры является сложной инженерной задачей и должна решаться специалистами.
Время измерения
В большинстве задач регулирования температуры быстродействия измерительного прибора не имеет значения, так как характерные времена тепловых процессов велики. Приборы Термодат последовательно опрашивают все каналы и производят измерения. В каждом цикле измерения производится измерение температуры холодных спаев и опрос опорных каналов для самокалибровки и балансировки нуля. Время измерения по одному каналу для малоканальных одноблочных приборов составляет 200мс, с учетом усреднений и пауз после переключения коммутатора. Полный цикл измерения составляет 2 сек для одноканального прибора, 2,5 сек для двухканального и 3 сек для трехканального. Время полного цикла измерения для многоканальных приборов зависит от количества установленных каналов измерения N и может быть оценено по формуле: Т= (0.6 + 0.2N) секунд.
Цифровой фильтр
В условиях повышенных электромагнитных помех показания прибора могут быть неустойчивыми и колебаться в пределах 1-2 последних разрядов.
Эти колебания не выходят за пределы погрешности измерения, однако, вызывают неудовлетворенность работой аппаратуры. Мы рекомендуем в таких условиях включить программный цифровой фильтр. Фильтр включается наладчиком оборудования во втором уровне режима настройки. Алгоритм обработки результатов измерения при включении цифрового фильтра предусматривает анализ результатов измерений, отсев случайных выбросов, специальное цифровое сглаживание сигнала. Фильтр существенно увеличивает соотношение сигнал/шум в приборе и, соответственно, стабильность показаний прибора. Однако при включении фильтрации сигнала увеличивается постоянная времени прибора. Если условия работы прибора благоприятные, устанавливать цифровую фильтрацию не следует.
Термопары, термопреобразователи сопротивления — выбор, подключение, установка. Низкая цена
В данной статье приведены основные технические характеристики термопреобразователей сопротивления, ГОСТ 6651-94 (Общие технические требования и методы испытаний) и преобразователей термоэлектрических (далее термопары), ГОСТ 6616-94 (Общие технические условия, а также рекомендации по правильному выбору термопреобразователей, их установке, подключению и обслуживанию.
(Также см. статью: Что такое температура? Как правильно измерять температуру? Что выбрать: термосопротивление или термопару? Советы по применению.)
Термины и определения
Термоэлектрический 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 термопар) — соединение, подлежащее воздействию температуры, которую необходимо измерить.
Соединение при контроле (свободный конец для термопары) — соединение термопары, находящееся при известной температуре, с которой сравнивают измеряемую температуру.
Длина монтажной части —
для термопреобразователей сопротивления и термопар с неподвижным штуцером или фланцем — расстояние от рабочего конца защитной арматуры до опорной плоскости штуцера или фланца;
для термопреобразователей сопротивления и термопар 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 термометра сопротивления или термопары 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 (термопреобразователя сопротивления) или ЭДС (термопары) 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 термопреобразователя сопротивления — ток, вызывающий изменение сопротивления термопреобразователя сопротивления при 0°С не более 0,1% его номинального значения.
Термопреобразователи сопротивления, основные 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 термопреобразователя сопротивления с ЧЭ и их условные обозначения
При использовании схемы 2 (двухпроводная схема) сопротивление соединительных проводов термопреобразователя сопротивления 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 термопреобразователь сопротивления, 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 термопреобразователь сопротивления, то достаточно, чтобы были одинаковы сопротивления двух проводов: 1 и 2.
Мостовая схема подключения термопреобразователя сопротивления
термопреобразователя сопротивления
Наиболее точные термопреобразователи сопротивления 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 термопреобразователя сопротивления и применяемыми при этом материалами.
Необходимо помнить, что для точного измерения температуры вся погружаемая часть термопреобразователя сопротивления должна находиться в измеряемой среде.
Термопары, основные технические характеристики
|
Тип термопары |
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 включенияРабочий 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 проводаТакже смотрите кабели высокотемпературные и термопарные, соединители медные и термопарные, разъемы со склада.
Стандартные удлинительные провода маркируются. При включении этих проводов в цепь термопар 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 |
Платина |
Медь П, красный или розовый |
Медно-никелевый |
0,64 ± 0,03 |
0,05 |
2,5 |
|
Платинородий – платино-родий |
ПР (B) |
Платинородий |
Платинородий |
— |
— |
— |
0,05 |
0,02 |
|
Хромель — алюмель |
ХА (K) |
Хромель |
Алюмель |
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 |
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 |
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 |
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. Поэтому при большой удаленности датчика от прибора лучше применять ТП ХА(K) и удлинительный провод МК.
Сравнительные характеристики термопар и термопреобразователей сопротивления
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 |
— |
+ |
— |
— |
+ |
Также смотрите термопреобразователи сопротивления, термопары, датчики температуры с токовым выходом, чувствительные элементы нашего производства. А также кабели высокотемпературные и термопарные, соединители медные и термопарные, разъемы со склада.
Читайте также статьи из разделов:
• Измерение температуры и влажности, датчики температуры и влажности
• Автономные регистраторы
• Автоматизация, приборы для автоматизации
• Медицинские приборы
Термодат 17E5: установка и подключение прибора
Прибор предназначен для щитового монтажа. Прибор крепится к щиту с помощью двух крепежных скоб, входящих в комплект поставки. Размеры выреза в щите для монтажа 92х92 мм.
Следует обратить внимание на рабочую температуру в шкафу, она не должна превышать 50ºС.
При подключении прибора к сети рекомендуем установить предохранитель и внешний тумблер для включения прибора.
Подключение датчиков температуры
Для обеспечения надежной работы прибора, следует обратить особое внимание на монтаж проводов от датчиков температуры.
- Провода от датчиков температуры должны иметь хорошую электрическую изоляцию и ни в коем случае не допускать электрических утечек между проводами и на землю и, тем более, попадания фазы на вход прибора.
- Провода от датчиков должны быть проложены на максимальном удалении от мощных силовых кабелей, во всяком случае, они не должны крепиться к силовым кабелям и не должны быть проложены в одном коробе с силовыми кабелями.
- Провода от датчиков должны иметь минимально возможную длину.
Подключение термопары
Термопару следует подключать к прибору с помощью удлинительных термопарных проводов. Удлинительные термопарные провода должны быть изготовлены из тех же материалов, что и термопара. Например, одна жила из хромеля, вторая из алюмеля для термопары ХА. Подключать удлинительные провода к термопаре следует с учётом полярности (хромель к хромелю, алюмель к алюмелю для ХА).
Подключать термопару или термопарные провода к прибору следует также с учётом полярности. Температура «холодных спаев» в приборе Термодат измеряется на клеммной колодке и автоматически учитывается при вычислении температуры.
Если у Вас возникли сомнения в правильности работы прибора или исправности термопары мы рекомендуем для проверки погрузить термопару в кипящую воду. Показания прибора не должны отличаться от 100 градусов более чем на 1…2 градуса.
Приборы Термодат имеют высокое входное сопротивление, поэтому сопротивление термопарных проводов и их длина не влияют на точность измерения. Однако, чем короче термопарные провода, тем меньше на них электрические наводки.
Во избежание использования неподходящих термопарных проводов или неправильного их подключения рекомендуем использовать термопары с неразъемными проводами. Вы можете заказать у нас термопару с любой длиной провода.
Смотрите также: каталог термопар ХА, ХК, НН, ЖК
Подключение термосопротивления
К прибору может быть подключено платиновое, медное или никелевое термосопротивление. Термосопротивление подключается по трехпроводной схеме. Все три провода должны находиться в одном кабеле. Провода должны быть медные, сечение не менее 0,5 мм2 (допускается 0,35 мм2 для коротких линий). Провода должны иметь одинаковую длину и сопротивление. Максимальное сопротивление каждого провода должно быть не более 20 Ом. При соблюдении этих условий сопротивление проводов автоматически учитывается и не влияет на точность измерения температуры.
Смотрите также: термометры сопротивления ТСМ, ТСП
Подключение датчиков с токовым выходом
Для подключения датчиков с токовым выходом 0…20 мА или 4…20 мА необходимо установить шунт 2 Ома.
Подключение исполнительных устройств
Реле, установленное в приборе, может коммутировать нагрузку до 7 А при ~ 220 В. Следует помнить, что ресурс работы контактов реле зависит от тока и типа нагрузки. Чем выше индуктивность нагрузки и чем выше ток, тем быстрее изнашиваются контакты реле. Для защиты контактов реле параллельно индуктивной нагрузке следует устанавливать RC-цепочки (типовые значения 0,1 мкФ и 100 Ом).
Реле можно использовать для включения нагрузки с малой индуктивностью (ТЭН, лампа накаливания) мощностью до 1,5 кВт.
Для включения мощной нагрузки обычно используются электромагнитные пускатели. Пускателями следует управлять с помощью реле прибора. Не рекомендуем устанавливать вторичные реле между пускателем и реле прибора. Индуктивность катушки промежуточных реле велика, эти реле разрушают контакты реле прибора значительно быстрее, чем пускатели.
Параллельно катушке пускателя рекомендуем устанавливать RC-цепочку. Для 32 защиты реле при аварии рекомендуем устанавливать плавкие предохранители.
Принцип работы термопары. Статья компании Технонагрев
Термопара — это обычный элемент измерения температуры, который очень часто сейчас используется в различном оборудовании. Термопара имеет четкое соответствие сигнала температуры и возникающего электрического потенциала, тем самым делая возможным преобразование электрических параметров в значение температуры.
Принцип работы термопары заключается в том, что когда два разных проводника или полупроводника A и B образуют цепь и два их конца соединены друг с другом, пока температура в двух узлах разная, температура на одном конце равна t ( что называется рабочим концом или горячим концом), а температура на другом конце равна t0 (известном как свободный конец, который также известен как контрольный конец или холодный конец), петля будет генерировать электродвижущую силу, направление и размер которой связаны с материалом проводника и температурой двух контактов.
Это явление называется термоэлектрическим эффектом, а схема, состоящая из двух проводников, называется термопарой. Эти два проводника называются термоэлектрическим полюсом, а генерируемая электродвижущая сила называется термоэлектрической электродвижущей силой.
Термоэлектрическая ЭДС состоит из двух частей. Одна — это контактная ЭДС двух проводников, а другая — ЭДС разности температур одного проводника. Величина термоэлектрической ЭДС в контуре термопары напрямую связана с материалом проводника и температурой двух контактов, но не с формой и размером датчика термопары. Когда два электродных материала термопары зафиксированы, термоэлектрическая ЭДС будет иметь температуру двух контактов t и t0.
Это соотношение широко используется при практическом измерении температуры. Поскольку холодный конец t0 постоянен, термоэлектрическая ЭДС, создаваемая датчиком термопары, изменяется только с температурой горячего конца (измерительного конца), то есть определенная термоэлектрическая ЭДС соответствует определенной температуре. Достичь цели измерения температуры можно только путем измерения термоэлектрической ЭДС.
Основной принцип измерения температуры термопарой заключается в том, что два разных компонента проводников из материала образуют замкнутую цепь.
Когда на обоих концах есть температурный градиент, через цепь будет проходить ток, а затем возникнет электродвижущая сила — термоэлектрическая электродвижущая сила между двумя концами, что является так называемым эффектом Зеебека. Два типа однородных проводников с разными компонентами — это термоэлектрические полюса, один с более высокой температурой — рабочий конец, другой с более низкой температурой — свободный конец, а свободный конец обычно имеет постоянную температуру. В соответствии с функциональным соотношением между термоэлектрической ЭДС и температурой составляется градуированная таблица термопары. Градуировочная таблица получается, когда температура свободного конца составляет 0 ℃, и разные термопары имеют разные градуированные таблицы.
Когда третий металлический материал подключен к цепи термопары, пока температура двух контактов материала одинакова, термоэлектрический потенциал, создаваемый датчиком термопары, останется неизменным, то есть на него не повлияет третий металл в цепи. Следовательно, когда термопара используется для измерения температуры, ее можно подключить к измерительному прибору, и температура измеряемой среды может быть известна после измерения термоэлектрической ЭДС. При измерении температуры термопары необходимо, чтобы температура ее холодного конца (измерительный конец — это горячий конец, а конец, соединенный с измерительной схемой через подводящий провод, называется холодным концом), должна оставаться неизменной, а ее тепловой потенциал пропорционален измеренной температуре. Если температура холодного конца (окружающей среды) изменится во время измерения, это серьезно повлияет на точность измерения. Принятие некоторых мер для компенсации влияния, вызванного изменением температуры холодного конца, называется нормальной компенсацией холодного конца термопары. Специальный компенсационный провод используется для соединения с измерительным прибором.
В компании ТЕХНОНАГРЕВ вы можете заказать изготовление термопар типов К или J с необходимой вам формой и параметрами. Подробнее о наших термопарах смотрите на странице здесь.
Термопары. Виды и состав. Устройство и принцип действия
Преобразователь температуры в электрический ток называется термопарой. Такой термоэлемент используется в преобразовательных и измерительных устройствах, а также во многих системах автоматики. Если рассматривать термопары по международным стандартам, то это два проводника из разных материалов.
Устройство термопары
На одном конце эти проводники соединены между собой для создания термоэлектрического эффекта, позволяющего измерять температуру.
Внешне такое устройство выглядит в виде двух тонких проволочек сваренных на одном конце между собой, образуя маленький шарик. Многие китайские мультиметры имеют в комплекте такие термопреобразователи, что дает возможность измерять температуру разных нагретых элементов устройств. Эти два проводника обычно помещены в стекловолоконную прозрачную трубку. С одной стороны находится аккуратный сварной шарик, а с другой специальные разъемы для подключения к измерительному прибору.
Промышленное оборудование имеет более сложную конструкцию, по сравнению с китайскими термопарами. Рабочий элемент термодатчика заключают в металлический корпус в виде зонда, внутри которого он изолирован керамическими изоляторами, способными выдержать высокую температуру и воздействие агрессивной среды. На производстве таким термодатчиком измеряют температуру в технологических процессах.
Термопары являются наиболее популярным старым термоэлементом, который применяется в различных приборах для измерения температуры. Он обладает высокой надежностью, низкой инертностью, универсален и имеет низкую стоимость. Диапазон измерения различными видами термопар очень широк, и находится в пределах -250 +2500°С. Конструктивные особенности термодатчика не позволяют обеспечить высокую точность измерений, и погрешность может составлять до 2 градусов.
В бытовых условиях термопары используются в паяльниках, газовых духовках и других бытовых устройствах.
Принцип действияРабота рассматриваемого термодатчика заключается в использовании эффекта ученого физика Зеебека, который обнаружил, что при спайке двух разнородных проводов в них образуется термо ЭДС, величина которого возрастает с увеличением нагрева места спайки. Позже это явление назвали термоэлектрическим эффектом Зеебека.
Напряжение, вырабатываемое термопарой, зависит от степени нагревания и вида применяемых металлов. Величина напряжения небольшая, и находится в интервале 1-70 микровольт на один градус.
При подключении такого температурного датчика к измерительному устройству, возникает дополнительный термоэлектрический переход. Поэтому образуется два перехода в разных режимах температуры. Входящий электрический сигнал на измерительном приборе будет зависеть от разности температур двух переходов.
Для измерения абсолютной температуры используют способ, называемый компенсацией холодного спая. Суть этого способа заключается в помещении второго перехода, не находящегося в зоне измерения, в среду образцовой температуры. Раньше для этого применяли обычный способ – размещали второй переход в тающий лед. Сегодня для этого используют вспомогательный температурный датчик, находящийся рядом со вторым переходом. По данным дополнительного термодатчика измерительное устройство корректирует итоги измерения. Это упрощает схему измерения, так как измерительный элемент и термопару совместно с дополнительным компенсатором можно соединить в одно устройство.
РазновидностиТемпературные датчики на основе термопары разделяются по типу применяемых металлов.
Термопары из неблагородных металловЖелезо-константановые:
- Достоинством стала низкая стоимость.
- Нельзя применять при температуре менее ноля градусов, так как на металлическом выводе влага создает коррозию.
- После термического старения показатели измерений возрастают.
- Наибольшая допустимая температура использования +500°С, при более высокой температуре выводы очень быстро окисляются и разрушаются.
- Железо-константановый вид является наиболее подходящим для вакуумной среды.
Хромель-константановые:
- Способны работать при пониженных температурах.
- Материалы электродов обладают термоэлектрической однородностью.
- Их достоинство – повышенная чувствительность.
Медно-константановые термопары:
- Оба электрода отожжены для создания термоэлектрической однородности.
- Не восприимчивы к высокой влажности.
- Нецелесообразно применять при температурах, превышающих 400°С.
- Допускается применение в среде с недостатком или избытком кислорода.
- Допускается применение при температуре ниже 0°С.
Хромель-алюмелевые термопары:
- Серная среда вредно влияет на оба электрода термодатчика.
- Нецелесообразно применять в среде вакуума, так как из электрода Ni-Cr может выделяться хром. Это явление называют миграцией. При этом термодатчик изменяет ЭДС и выдает температуру ниже истинной.
- Снижение показаний после термического старения.
- Применяется в насыщенной кислородом атмосфере или в нейтральной среде.
- В интервале 200-500°С появляется эффект гистерезиса. Это означает, что при охлаждении и нагревании показания отличаются. Разница может достигать 5°С.
- Широко применяются в разных сферах в интервале от -100 до +1000 градусов. Этот диапазон зависит от диаметра электродов.
Нихросил-нисиловые:
- Наиболее высокая точность работы из всех термопар, изготовленных из неблагородных металлов.
- Повышенная стабильность функционирования при температурах 200-500°С. Гистерезис у таких термодатчиков значительно меньше, чем у хромель-алюмелевых датчиков.
- Допускается работа в течение короткого времени при температуре 1250°С.
- Рекомендуемая температура эксплуатации не превышает 1200°С, и зависит от диаметра электродов.
- Этот тип термопары разработан недавно, на основе хромель-алюмелевых термодатчиков, которые могут быстро загрязняться различными примесями при повышенных температурах. Если спаять два электрода с кремнием, то можно заранее искусственно загрязнить датчик. Это позволит уменьшить риск будущего загрязнения при работе.
Платинородий-платиновые:
- Наибольшая рекомендуемая температура эксплуатации 1350°С.
- Допускается кратковременное использование при 1600°С.
- Нецелесообразно использовать при температуре менее 400°С, так как ЭДС будет нелинейной и незначительной.
- При температуре более 1000°С термопара склонна к загрязнению кремнием, содержащимся в керамических изоляторах. Поэтому рекомендуется применять керамические трубки из чистого оксида алюминия.
- Способны работать в окислительной внешней среде.
- Если температура работы более 900°С, то такие термодатчики загрязняются железом, медью, углеродом и водородом, поэтому их запрещается армировать стальными трубками, либо необходимо изолировать электроды керамикой с газонепроницаемыми свойствами.
Платинородий-платинородиевые:
- Оптимальная наибольшая рабочая температура 1500°С.
- Нецелесообразно использование при температуре менее 600°С, где ЭДС нелинейная и незначительная.
- Допускается кратковременное использование при 1750°С.
- Может применяться в окислительной внешней среде.
- При температуре 1000 и более градусов термопара загрязняется кремнием, поэтому рекомендуется применять керамические трубки из чистого оксида алюминия.
- Загрязнение железом, медью и кремнием ниже, по сравнению с предыдущими видами.
- Прочность и надежность конструкции.
- Простой процесс изготовления.
- Спай датчика можно заземлять или соединять с объектом измерения.
- Широкий интервал эксплуатационных температур, что позволяет считать термоэлектрические датчики наиболее высокотемпературными из контактных видов.
- Материал электродов реагирует на химические вещества, и при плохой герметичности корпуса датчика, его работа зависит от атмосферы и агрессивных сред.
- Градуировочная характеристика изменяется из-за коррозии и появления термоэлектрической неоднородности.
- Требуется проверять температуру холодных спаев. В новых устройствах измерительных приборов на базе термодатчиков применяется измерение холодных спаев полупроводниковым сенсором или термистором.
- На большой длине удлинительных и термопарных проводников может появляться эффект «антенны» для имеющихся электромагнитных полей.
- ЭДС зависит от температуры по нелинейному графику, что затрудняет проектирование вторичных преобразователей сигнала.
- Если серьезные требования предъявляются к времени термической инерции термодатчика, и требуется заземлять спай, то необходимо изолировать преобразователь сигнала, чтобы не было утечки тока в землю.
Точность и целостность системы измерений на основе термопарного датчика может быть увеличена, если соблюдать определенные условия:
- Не допускать вибраций и механических натяжений термопарных проводников.
- При применении миниатюрной термопары из тонкой проволоки. Необходимо применять ее только в контролируемом месте, а за этим местом следует применять удлинительные проводники.
- Рекомендуется применять проволоку большого диаметра, не изменяющую температуру измеряемого объекта.
- Использовать термодатчик только в интервале рабочих температур.
- Избегать резких перепадов температуры по длине термодатчика.
- При работе с длинными термодатчиками и удлинительными проводниками, необходимо соединить экран вольтметра с экраном провода.
- Для вспомогательного контроля и температурной диагностики используют специальные температурные датчики с 4-мя термоэлектродами, позволяющими выполнять вспомогательные температурные измерения, сопротивления, напряжения, помех для проверки надежности и целостности термопар.
- Проводить электронную запись событий и постоянно контролировать величину сопротивления термоэлектродов.
- Применять удлиняющие проводники в рабочем интервале и при наименьших перепадах температур.
- Применять качественный защитный чехол для защиты термопарных проводников от вредных условий.
Похожие темы:
Схемы подключений — Энциклопедия по машиностроению XXL
Схема подключения — схема, показывающая внешние подключения изделия. [c.255]Схема подключения показывает внешние подключения изделия. Ею пользуются при разработке других конструкторских документов, а также для осуществления подключений изделий и при их эксплуатации. [c.351]
Исследуемый вихревой термотрансформатор испытывался на Нижневартовском газоперерабатывающем заводе. Схема подключения вихревого термотрансформатора показана на рис. 9.34. [c.266]
Существует большое разнообразие конструкций делительных клапанов [2, 5 . На рис. 12.13, а приведена одна из возможных схем подключения делителя потока к гидроцилиндрам. [c.199]
| Рис. 16.4. Схемы подключения вращающегося диска к измерительной аппаратуре |
| Рис. 16.5. Схемы.подключения термопар к измерительной аппаратуре |
На рис. 9.7 представлена схема подключения здания к трубопроводу разводящей сети. Из схемы следует, что требуемый напор [c.101]
Рассмотрим схему подключения внутреннего водопровода (рис. 15.1) fy, / здания. По вводу, подключенному к [c.162]
| Рис. 12.3, Схема подключения резонатора к точке соединения двух линий с разными волновыми сопротивлениями. |
| Рис. 8.3. Схема подключения и структура КОП |
Принципиальные схемы подключения источника тока и измерительных приборов к контролируемому участку приведены на рис. 75. [c.201]
| Рис. 3.7. Схема подключения двух термопар к измерительному прибору |
| Рис. 4. Схема подключения стабилизатора |
Подобная схема подключения используется при работе с датчиками, контакты которых размыкаются в процессе измерения. [c.54]
Схема подключения прибора для шлифования на проход показана на рис. 7, д. В цепь контактов реле конечной команды включены контакты микропереключателя КПС, фиксирующего крайние положения стола (точки 3—10). В случае срабатывания реле конечной команды Р2 и выдачи команды размер последняя будет реализована только тогда, когда стол дойдет до крайнего положения. Команд сразу берется на самопитание нормально-открытыми контактами реле 2РП (точки 3—5). [c.142]
| Рис. 43. Схемы подключения электроинструментов, питаемых от понижающих |
| Рис. 2.12. Схема подключения ингибиторной установки в шлеМ овыб трубопровод |
Тарировочные кривые для зонда показаны на рис. XVI. 14, а установка для тарирования зондов и схема подключения отверстий зонда к микроманометрам —на рис. XVI.15. Тариро- [c.489]
Схема подключения (Э5) — схема, показывающая внешние подключения изделия. На ней должны быть изображены изделие, его входные и выходные элементы (разъемы, заж1имы и т. п.) и подводимые к 1ним концы проводов и кабелей внешнего монтажа, около которых помещают данные о подключении изделия — характеристики цепей и (или) адреса. Само изделие на схеме изображается услоано в виде прямоугольника. Входные и выходные элементы изделия изображаются в виде УГО (рис. 2.33). Расположение этих элементов внутри графического обозначения изделия должно примерно соответствовать их действительному размещению в изделии. [c.63]
На сборочных чертежах соединение кристалла с выводами на норпус не показы1вают, а составляют электрическую схему подключения ( рис. 3.18). На топ ологичесном чертеже вид с изображением ир исталла ш семи 1наиесенны1М1и на него элементами и соединениями не выполняют, а составляют электрическую схему расположения (рис. 3.19). [c.102]
Структурная схема комплекса технняескнх средств Принципиальная схема Схема соединений внешних проводок Схема подключения внешних проводок План расположения [c.160]
Рнс. 8J. Гидраапическая схема подключения блока подпиточных и предохранительных клапанов [c.237]
| Рис. 12.6. Схема подключения с диодами при катодной защите разнородных материалов / — сталь 2 — алюминий . 3 — специальная сталь 4 — преобразователь станции катодной защиты 5 — к анодным заземлнтелям 6 — кремниевые диоды |
Трубопроводу, а полонсительным — к анодному заземлению. Принципиальная схема подключения генератора постоянного тока и измерительных приборов дана на рис. 3. В качестве генератора постоянного тока может использоваться любой генератор, обеспечивающий плавный подъем напряжения, например сварочный. [c.64]
Генератор высокой частоты (5 Мгц) выполнен по трехточечной схеме на лампе Л (6П14П). Нагрузкой генератора является измерительная схема, подключенная через согласующий трансформатор (диаметр каркаса 8 мм, с обмотками Ш1 = 75 и = 25 витков проводом ПЭВ-0,35). Катушка сеточного контура генератора Li намотана проводом ПЭВ-0,35 на каркасе диаметром 8 мм и имеет 80 витков. [c.73]
Схема подключения — схема, показывающая внешние подключения изделия. Схемами подключения пользуются при разработке других конструкторских документов, а также для осуществления подключений изделий и при их эксплуатации. На схеме подключения должны быть изображены изделие, его входные и выходные элементы (разъемы, зажимы и т. п.) и подводимые к ним концы проводов и кабелс11 внешнего монтажа, около которых помещают данные о подключении изделия (характеристики внешних цепей, адреса). Изделия и их составные части изображают в виде прямоугольников, а входные или выходные элементы — в виде условных графических обозначений. [c.449]
Плоские контакты изолированы от корпуса пластмассовыми втулками 12. Вьшоды от контактов подпаяны к переходной колодке 6, от которой через штуцер 7 и уплотняющую гайку 8 в общем жгуте в защитной трубке 10 выведены из датчика. Электрическая связь с контактами, запрессованными в микровннты, осуществляется через корпус датчика, являющийся таким образом общей точкой схемы подключения. Общая точка выведена из датчика через специальный провод, расположенный в том же жгуте. [c.36]
Как правильно установить термопары? Советы по установке термопар
Опубликовано 6 января 2020 г.
Термопары бывают разных типов: от прямого погружения до защитной гильзы, портативных, поверхностного монтажа и многих других. У каждого есть свой способ реализации датчика, но следует помнить о нескольких вещах:
- Помните, что единственная температура, которую измеряет термопара, — это ее собственная температура.Следовательно, цель состоит в том, чтобы довести измерительный спай термопары до той же температуры, что и объект или процесс, который вы хотите измерить.
- Тепло всегда течет от горячего к холодному, а металлические провода, оболочки и корпуса проводят тепло. Поэтому для получения точных измерений при погружении в воду важно, чтобы датчик был достаточно погружен, чтобы исключить передачу тепла вверх или вниз по проводам и корпусу. Это называется «проводимостью стержня» и зависит от процесса и условий окружающей среды.
- Для поверхностных датчиков многие имеют монтажные отверстия для крепежа или клейкие поверхности для установки.
- Некоторые термопары имеют монтажную резьбу или другие очевидные способы установки. С другой стороны, существует большой выбор компрессионных фитингов, вводов, кронштейнов и других принадлежностей для их монтажа в вашем технологическом процессе.
Электромонтажные термопары
У термопар есть положительный и отрицательный провода, поэтому при установке важно соблюдать полярность.Для термопар с цветовыми кодами ANSI / ASTM отрицательный провод всегда красный. В термопарах с цветовой кодировкой IEC отрицательный провод всегда белый.
При использовании удлинительного провода или соединителей необходимо использовать термопары того же типа, чтобы не создавать ошибки. Разъемы для термопар имеют полярность, указанную на корпусе разъема, и уникальные размеры контактов, обеспечивающие правильное соединение разъемов.
Если какое-либо соединение поменять местами, это приведет к ошибке измерения.
Подключение термопар к другим устройствам
При подключении термопар к другим устройствам необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить соблюдение правильной полярности. Термопары, изготовленные в соответствии с цветовыми кодами ANSI / ASTM, всегда имеют отрицательный провод как красный провод. Это противоположно нормальному электрическому стандарту положительного провода красного цвета. Кроме того, когда требуется удлинительный провод, для обеспечения точности необходимо использовать провод термопары.
Пересечение полярности и использование не термопарного провода в качестве удлинительного провода — две из наиболее распространенных причин ошибок при установке термопар.
Как использовать одну термопару для питания двух устройств
Если требуется более одного измерения, следует использовать двойные или несколько термопар. В сдвоенных термопарах в датчике содержатся отдельные измерительные цепи, поэтому каждый сигнал термопары не зависит от другого. Это гарантирует, что один измерительный сигнал не окажет отрицательного влияния на другой.
Передача сигнала
Сигналы термопар — это сигналы низкого напряжения, на которые легко влияет электромагнитный шум.Устройства высокого напряжения и электромагнитные излучатели, такие как двигатели и радиоприемники, могут попасть в сигнал термопары и подавить его. В случаях, когда необходимы длинные кабели или ожидаются электромагнитные помехи, можно использовать экранированный кабель для защиты сигнала термопары от этих источников.
Для многих лучшим вариантом является использование преобразователей температуры или кондиционеров сигнала. Эти устройства могут быть расположены рядом с датчиком и не только преобразуют сигнал низкого напряжения в сигнал 4-20 мА или другой более надежный сигнал, но также будут обеспечивать опорный переход.
Вопрос о том, какой длины может быть кабель термопары, больше зависит от возможностей измерительного прибора.
Диагностика ошибок считывания температуры с помощью термопар
При исследовании ошибок чтения следует начать с нескольких шагов:
- Термопары имеют положительный и отрицательный провода, поэтому при их подключении необходимо убедиться, что полярность подключений правильная. Это также верно при добавлении удлинительных проводов в схему.Помните, что красный провод является отрицательным при использовании термопар с цветовой кодировкой ANSI / STM (белый для термопар с цветовой кодировкой IEC).
- Если для подключения термопары к измерительному прибору используется удлинительный провод, необходимо использовать провод того же типа, иначе возникнут ошибки. Для термопар
- требуется так называемый эталон холодного спая на приборной стороне цепи. Большинство термопар включают это, но если вы используете милливольтметр, это необходимо учитывать.
- Электрический шум может вызвать ошибки измерения, особенно при использовании заземленных термопар.
Два способа измерения температуры с помощью термопар: простота, точность и гибкость
Введение
Термопара — это простой и широко используемый компонент для измерения температуры.В этой статье представлен базовый обзор термопар, описаны общие проблемы, возникающие при их проектировании, и предложены два решения по преобразованию сигналов. Первое решение сочетает в себе компенсацию холодного спая и преобразование сигнала в единой аналоговой ИС для удобства и простоты использования; Второе решение отделяет компенсацию холодного спая от обработки сигнала, чтобы обеспечить измерение температуры на цифровом выходе с большей гибкостью и точностью.
Теория термопар
Термопара, показанная на рисунке 1, состоит из двух проводов из разнородных металлов, соединенных вместе на одном конце, называемых измерением («горячим») спаем.Другой конец, где провода не соединены, подключается к дорожкам схемы преобразования сигнала, обычно сделанным из меди. Этот спай между металлами термопары и медными дорожками называется эталонным спайом («холодный»). *
Рисунок 1. Термопара.* Мы используем термины «измерительный спай» и «эталонный спай», а не более традиционные «горячий спай» и «холодный спай». Традиционная система именования может сбивать с толку, потому что во многих приложениях измерительный спай может быть холоднее эталонного спая.
Напряжение, создаваемое на эталонном спаях, зависит от температуры как на измерительном, так и в эталонном спайах. Поскольку термопара является дифференциальным устройством, а не устройством для измерения абсолютной температуры, для получения точных абсолютных показаний температуры необходимо знать температуру эталонного спая. Этот процесс известен как компенсация холодного спая (компенсация холодного спая).
Термопарыстали промышленным стандартом для экономичного измерения широкого диапазона температур с разумной точностью.Они используются во множестве применений при температуре примерно до + 2500 ° C в котлах, водонагревателях, духовках и авиационных двигателях — и это лишь некоторые из них. Самая популярная термопара — тип K , состоящая из Chromel ® и Alumel ® (никелевые сплавы с товарным знаком, содержащие хром и алюминий , марганец и кремний, соответственно), с диапазоном измерения — От 200 ° C до + 1250 ° C.
Зачем нужна термопара?
Преимущества
- Температурный диапазон: Большинство практических температурных диапазонов, от криогенных до выхлопных газов реактивных двигателей, можно обслуживать с помощью термопар.В зависимости от используемой металлической проволоки термопара может измерять температуру в диапазоне от –200 ° C до + 2500 ° C.
- Надежность: термопары — это надежные устройства, устойчивые к ударам и вибрации, и подходящие для использования во взрывоопасных средах.
- Быстрый отклик. Поскольку термопары маленькие и обладают низкой теплоемкостью, они быстро реагируют на изменения температуры, особенно если чувствительный спай обнажен. Они могут реагировать на быстро меняющиеся температуры в течение нескольких сотен миллисекунд.
- Без самонагрева: поскольку термопарам не требуется мощность возбуждения, они не склонны к самонагреву и искробезопасны.
Недостатки
- Комплексное преобразование сигнала: требуется существенное преобразование сигнала для преобразования напряжения термопары в пригодное для использования значение температуры. Традиционно преобразование сигнала требовало больших затрат времени на разработку, чтобы избежать ошибок, снижающих точность.
- Точность: В дополнение к присущей термопарам неточности из-за их металлургических свойств, измерение термопары является настолько точным, насколько может быть измерена температура эталонного спая, обычно в пределах от 1 ° C до 2 ° C.
- Восприимчивость к коррозии: поскольку термопары состоят из двух разнородных металлов, в некоторых средах коррозия со временем может привести к снижению точности. Следовательно, им может потребоваться защита; и уход и обслуживание имеют важное значение.
- Восприимчивость к шуму: при измерении изменений сигнала микровольтного уровня могут возникнуть проблемы с шумом от паразитных электрических и магнитных полей. Скручивание пары проводов термопары может значительно уменьшить наводку магнитного поля. Использование экранированного кабеля или прокладки проводов в металлическом кабелепроводе и ограждении может уменьшить наводку электрического поля.Измерительный прибор должен обеспечивать фильтрацию сигнала аппаратно или программно с сильным подавлением частоты сети (50 Гц / 60 Гц) и ее гармоник.
Трудности при измерении термопарами
Преобразовать напряжение, генерируемое термопарой, в точное показание температуры непросто по многим причинам: сигнал напряжения мал, зависимость температуры от напряжения нелинейная, требуется компенсация холодного спая, а термопары могут создавать проблемы с заземлением.Давайте рассмотрим эти вопросы по порядку.
Сигнал напряжения мал: Наиболее распространенными типами термопар являются J, K и T. При комнатной температуре их напряжение изменяется на 52 мкВ / ° C, 41 мкВ / ° C и 41 мкВ / ° C соответственно. Другие, менее распространенные типы имеют еще меньшее изменение напряжения с температурой. Этот слабый сигнал требует каскада с высоким коэффициентом усиления перед аналого-цифровым преобразованием. В таблице 1 сравниваются чувствительности различных типов термопар.
Таблица 1. Изменение напряжения в зависимости отПовышение температуры
(коэффициент Зеебека) для различных типов термопар при 25 ° C.
| Термопара Тип | Коэффициент Зеебека (мкВ / ° C) |
| E | 61 |
| Дж | 52 |
| К | 41 |
| № | 27 |
| R | 9 |
| S | 6 |
| т | 41 |
Поскольку сигнал напряжения невелик, схема преобразования сигнала обычно требует усиления около 100 или около того — довольно простое преобразование сигнала.Что может быть сложнее, так это отличить реальный сигнал от шума, улавливаемого выводами термопары. Провода термопары длинные и часто проходят в среде с электрическими помехами. Шум, улавливаемый проводами, может легко подавить крошечный сигнал термопары.
Для выделения сигнала из шума обычно комбинируют два подхода. Первый заключается в использовании усилителя с дифференциальным входом, такого как инструментальный усилитель, для усиления сигнала. Поскольку большая часть шума возникает на обоих проводах (, синфазный сигнал, ), дифференциальное измерение устраняет его.Второй — это фильтрация нижних частот, которая удаляет внеполосный шум. Фильтр нижних частот должен устранять как радиочастотные помехи (выше 1 МГц), которые могут вызвать выпрямление в усилителе, так и 50 Гц / 60 Гц (источник питания) гул . Важно установить фильтр радиопомех перед усилителем (или использовать усилитель с фильтрами на входах). Расположение фильтра 50/60 Гц часто не имеет решающего значения — его можно комбинировать с фильтром RFI, помещенным между усилителем и АЦП, встроенным как часть сигма-дельта АЦП, или его можно запрограммировать в программном обеспечении. как усредняющий фильтр.
Компенсация холодного спая: Температура холодного спая термопары должна быть известна для получения точных показаний абсолютной температуры. Когда термопары были впервые использованы, это было сделано путем выдерживания контрольного спая в ледяной бане. На рисунке 2 изображена схема термопары, один конец которой находится при неизвестной температуре, а другой конец находится в ледяной бане (0 ° C). Этот метод использовался для исчерпывающей характеристики различных типов термопар, поэтому почти во всех таблицах термопар используется 0 ° C в качестве эталонной температуры.
Рис. 2. Базовая схема железо-константановой термопары.Но держать эталонный спай термопары в ледяной бане нецелесообразно для большинства измерительных систем. Вместо этого в большинстве систем используется метод, называемый компенсации холодного спая (также известный как компенсация холодного спая ). Температура эталонного спая измеряется другим термочувствительным устройством — обычно ИС, термистором, диодом или RTD (резистивным датчиком температуры). Затем значение напряжения термопары компенсируется, чтобы отразить температуру холодного спая.Важно, чтобы эталонный спай считывался как можно точнее — с помощью точного датчика температуры, поддерживающего ту же температуру, что и эталонный спай. Любая ошибка в считывании температуры холодного спая будет отображаться непосредственно в окончательном показании термопары.
Для измерения эталонной температуры доступны различные датчики:
- Термисторы: они имеют быстрый отклик и небольшой корпус; но они требуют линеаризации и имеют ограниченную точность, особенно в широком диапазоне температур.Им также требуется ток для возбуждения, который может вызвать саморазогрев, что приведет к дрейфу. Общая точность системы в сочетании с формированием сигнала может быть низкой.
- Резистивные датчики температуры (RTD): RTD являются точными, стабильными и достаточно линейными, однако размер корпуса и стоимость ограничивают их использование для приложений управления технологическим процессом.
- Дистанционные термодиоды: диод используется для измерения температуры рядом с разъемом термопары. Микросхема кондиционирования преобразует напряжение на диоде, пропорциональное температуре, в аналоговый или цифровой выходной сигнал.Его точность ограничена примерно ± 1 ° C.
- Встроенный датчик температуры: Встроенный датчик температуры, автономная ИС, которая измеряет температуру локально, должна быть осторожно установлена рядом с эталонным спаем и может сочетать компенсацию холодного спая и формирование сигнала. Может быть достигнута точность с точностью до малых долей в 1 ° C.
Сигнал напряжения нелинейный: Наклон кривой отклика термопары изменяется в зависимости от температуры.Например, при 0 ° C выходной сигнал термопары типа T изменяется на 39 мкВ / ° C, но при 100 ° C крутизна увеличивается до 47 мкВ / ° C.
Существует три распространенных способа компенсации нелинейности термопары.
Выберите относительно плоский участок кривой и аппроксимируйте наклон как линейный в этой области — подход, который особенно хорошо работает для измерений в ограниченном диапазоне температур. Никаких сложных вычислений не требуется. Одна из причин популярности термопар K- и J-типа заключается в том, что они обе имеют большие диапазоны температур, для которых наклон приращения чувствительности (коэффициент Зеебека) остается довольно постоянным (см. Рисунок 3).
Рисунок 3. Изменение чувствительности термопары в зависимости от температуры. Обратите внимание, что коэффициент Зеебека K-типа примерно постоянен и составляет около 41 мкВ / ° C от 0 ° C до 1000 ° C.Другой подход заключается в хранении в памяти таблицы поиска, которая сопоставляет каждый из набора напряжений термопары с соответствующей температурой. Затем используйте линейную интерполяцию между двумя ближайшими точками в таблице, чтобы получить другие значения температуры.
Третий подход заключается в использовании уравнений более высокого порядка, которые моделируют поведение термопары.Хотя этот метод является наиболее точным, он также требует больших вычислительных ресурсов. Для каждой термопары существует две системы уравнений. Один набор преобразует температуру в напряжение термопары (полезно для компенсации холодного спая). Другой набор преобразует напряжение термопары в температуру. Таблицы термопар и уравнения термопар более высокого порядка можно найти на http://srdata.nist.gov/its90/main/. Все таблицы и уравнения основаны на температуре холодного спая 0 ° C. Компенсацию холодного спая необходимо использовать, если он имеет любую другую температуру.
Требования к заземлению: Производители термопар изготавливают термопары как с изолированными, так и с заземленными наконечниками для измерительного спая (рисунок 4).
Рисунок 4. Типы измерительного спая термопары.Устройство преобразования сигнала термопары должно быть спроектировано таким образом, чтобы избежать контуров заземления при измерении заземленной термопары, но также иметь путь для входных токов смещения усилителя при измерении изолированной термопары. Кроме того, если наконечник термопары заземлен, диапазон входного сигнала усилителя должен быть рассчитан таким образом, чтобы выдерживать любые различия в потенциале земли между наконечником термопары и заземлением измерительной системы (рисунок 5).
Рисунок 5. Варианты заземления при использовании наконечников разных типов.Для неизолированных систем система формирования сигнала с двумя источниками питания обычно будет более надежной для типов заземленных и открытых наконечников. Благодаря широкому входному синфазному диапазону усилитель с двумя источниками питания может справиться с большим перепадом напряжения между землей печатной платы и землей на наконечнике термопары. Системы с однополярным питанием могут удовлетворительно работать во всех трех случаях, если синфазный диапазон усилителя имеет некоторую способность измерять под землей в конфигурации с однополярным питанием.Чтобы справиться с ограничением синфазного сигнала в некоторых системах с однополярным питанием, полезно смещение термопары до среднего напряжения. Это хорошо работает для изолированных наконечников термопар или если вся измерительная система изолирована. Однако это не рекомендуется для неизолированных систем, предназначенных для измерения заземленных или открытых термопар.
Практические решения с термопарами: Преобразование сигнала термопары сложнее, чем в других системах измерения температуры.Время, необходимое для разработки и отладки системы формирования сигнала, может увеличить время вывода продукта на рынок. Ошибки в формировании сигнала, особенно в секции компенсации холодного спая, могут привести к снижению точности. Следующие два решения устраняют эти проблемы.
В первом описывается простое аналоговое интегрированное аппаратное решение, сочетающее прямое измерение с помощью термопары с компенсацией холодного спая с использованием одной ИС. Второе решение представляет собой программную схему компенсации холодного спая, обеспечивающую повышенную точность измерения термопар и гибкость в использовании многих типов термопар.
Измерительное решение 1: оптимизировано для простоты
На рисунке 6 показана схема измерения термопары К-типа. Он основан на использовании усилителя термопары AD8495, который разработан специально для измерения термопар типа K. Это аналоговое решение оптимизировано для минимального времени разработки: оно имеет прямую сигнальную цепочку и не требует программного кодирования.
Рис. 6. Измерительное решение 1: оптимизировано для простоты.Как эта простая сигнальная цепочка удовлетворяет требованиям к формированию сигнала для термопар K-типа?
Масштабный коэффициент усиления и выхода: Малый сигнал термопары усиливается коэффициентом усиления AD8495, равным 122, что дает чувствительность выходного сигнала 5 мВ / ° C (200 ° C / В).
Подавление шума: Высокочастотный синфазный и дифференциальный шум удаляется внешним фильтром радиопомех. Низкочастотный синфазный шум подавляется инструментальным усилителем AD8495. Любой оставшийся шум устраняется внешним постфильтром.
Компенсация холодного спая: AD8495, который включает датчик температуры для компенсации изменений температуры окружающей среды, должен быть размещен рядом с холодным спаем, чтобы поддерживать одинаковую температуру для точной компенсации холодного спая.
Коррекция нелинейности: AD8495 откалиброван таким образом, чтобы выдавать выходной сигнал 5 мВ / ° C на линейном участке кривой термопары типа K с погрешностью линейности менее 2 ° C в диапазоне от –25 ° C до + 400 ° Температурный диапазон C. Если требуются температуры за пределами этого диапазона, в примечании к применению AN-1087 компании Analog Devices описывается, как можно использовать справочную таблицу или уравнение в микропроцессоре для расширения диапазона температур.
Работа с изолированными, заземленными и незащищенными термопарами: На рисунке 5 показан резистор 1 МОм, подключенный к земле, что позволяет использовать все типы наконечников термопар.AD8495 был специально разработан, чтобы иметь возможность измерять несколько сотен милливольт под землей при использовании с одним источником питания, как показано на рисунке. Если ожидается больший перепад заземления, AD8495 также может работать с двумя источниками питания.
Подробнее об AD8495: На рисунке 7 показана блок-схема усилителя термопары AD8495. Усилители A1, A2 и A3 — и показанные резисторы — образуют инструментальный усилитель, который усиливает выходной сигнал термопары K-типа с коэффициентом усиления, подходящим для создания выходного напряжения 5 мВ / ° C.Внутри коробки с надписью «Компенсация реф. Перехода» находится датчик температуры окружающей среды. При постоянной температуре измерительного спая дифференциальное напряжение на термопаре будет уменьшаться, если температура опорного спая повысится по какой-либо причине. Если крошечный (3,2 мм × 3,2 мм × 1,2 мм) AD8495 находится в непосредственной близости от опорного спая, схема компенсации опорного спая подает дополнительное напряжение в усилитель, так что выходное напряжение остается постоянным, таким образом компенсируя опорное напряжение. изменение температуры.
Рисунок 7. Функциональная блок-схема AD8495.Таблица 2 обобщает производительность интегрированного аппаратного решения с использованием AD8495:
Таблица 2. Решение 1 (Рисунок 6) Сводная информация о производительности
| Термопара Тип | Диапазон измерения температуры спая | Диапазон температур холодного спая | Точность при 25 ° C | Потребляемая мощность |
| К | от –25 ° C до + 400 ° C | от 0 ° C до 50 ° C | ± 3 ° C (класс А) ± 1 ° C (класс C) | 1.25 мВт |
Измерительное решение 2: оптимизировано для точности и гибкости
На рисунке 8 показана схема измерения термопары J-, K- или T-типа с высокой степенью точности. Эта схема включает высокоточный АЦП для измерения напряжения малосигнальной термопары и высокоточный датчик температуры для измерения температуры холодного спая. Оба устройства управляются через интерфейс SPI от внешнего микроконтроллера.
Рис. 8. Измерительное решение 2: оптимизировано для обеспечения точности и гибкости.Как эта конфигурация удовлетворяет упомянутым ранее требованиям к формированию сигнала?
Удаление шума и усиление напряжения: AD7793, подробно показанный на рисунке 9 — высокоточный маломощный аналоговый входной каскад, — используется для измерения напряжения термопары. Выход термопары фильтруется извне и подключается к набору дифференциальных входов AIN1 (+) и AIN1 (-). Затем сигнал направляется через мультиплексор, буфер и инструментальный усилитель, который усиливает небольшой сигнал термопары, и на АЦП, который преобразует сигнал в цифровой.
Рисунок 9. Функциональная блок-схема AD7793.Компенсация температуры холодного спая: ADT7320 (подробно на Рисунке 10), при размещении достаточно близко к опорному спайу, может точно измерять температуру холодного спая с точностью до ± 0,2 ° C, от –10 ° C до +85 ° C. Встроенный датчик температуры генерирует напряжение, пропорциональное абсолютной температуре, которое сравнивается с внутренним опорным напряжением и подается на прецизионный цифровой модулятор. Оцифрованный результат модулятора обновляет 16-битный регистр значения температуры.Затем регистр значения температуры может быть считан с микроконтроллера с использованием интерфейса SPI и объединен со считыванием температуры с АЦП для осуществления компенсации.
Рисунок 10. Функциональная блок-схема ADT7320.Правильная нелинейность: ADT7320 обеспечивает отличную линейность во всем номинальном температурном диапазоне (от –40 ° C до + 125 ° C), не требуя корректировки или калибровки пользователем. Таким образом, его цифровой выход можно считать точным представлением состояния холодного спая.
Чтобы определить фактическую температуру термопары, это эталонное измерение температуры должно быть преобразовано в эквивалентное термоэлектрическое напряжение с помощью уравнений, предоставленных Национальным институтом стандартов и технологий (NIST). Затем это напряжение добавляется к напряжению термопары, измеренному AD7793; и суммирование затем переводится обратно в температуру термопары, снова с использованием уравнений NIST.
Обращайтесь с изолированными и заземленными термопарами: На рисунке 8 показана термопара с оголенным наконечником.Это обеспечивает лучшее время отклика, но такая же конфигурация может также использоваться с термопарой с изолированным наконечником.
В таблице 3 приведены характеристики программного решения для измерения холодного спая с использованием данных NIST:
Таблица 3. Решение 2 (Рисунок 8) Сводная информация о производительности
| Термопара Тип | Диапазон измерения температуры спая | Диапазон температур холодного спая | Точность | Потребляемая мощность |
| Дж, К, Т | Полный диапазон | от –10 ° C до + 85 ° C от –20 ° C до + 105 ° C | ± 0.2 ° С ± 0,25 ° С | 3 мВт 3 мВт |
Заключение
Термопары обеспечивают надежное измерение температуры в довольно широком диапазоне температур, но они часто не являются первым выбором для измерения температуры из-за необходимого компромисса между расчетным временем и точностью. В этой статье предлагаются рентабельные способы решения этих проблем.
Первое решение сконцентрировано на уменьшении сложности измерения с помощью аппаратного метода компенсации аналогового эталонного спая. В результате получается прямая сигнальная цепочка без необходимости программирования программного обеспечения, основанная на интеграции, обеспечиваемой усилителем термопары AD8495, который выдает выходной сигнал 5 мВ / ° C, который может подаваться на аналоговый вход большого количества микроконтроллеров.
Второе решение обеспечивает высочайшую точность измерения, а также позволяет использовать различные типы термопар.Это программная методика компенсации холодного спая, основанная на высокоточном цифровом датчике температуры ADT7320, который обеспечивает гораздо более точное измерение компенсации холодного спая, чем это было возможно до сих пор. ADT7320 поставляется полностью откалиброванным и рассчитанным на диапазон температур от –40 ° C до + 125 ° C. Полностью прозрачный, в отличие от традиционного измерения термистора или датчика RTD, он не требует дорогостоящего этапа калибровки после сборки платы и не потребляет ресурсы процессора или памяти с коэффициентами калибровки или процедурами линеаризации.Потребляя только микроватты энергии, он позволяет избежать проблем с саморазогревом, которые снижают точность традиционных резистивных датчиков.
Приложение
Использование уравнения NIST для преобразования температуры ADT7320 в напряжение
Компенсация холодного спая термопары основана на соотношении:
| (1) |
где:
Δ В = выходное напряжение термопары
В @ Дж 1 = напряжение, генерируемое на спайе термопары
В @ Дж 2 = напряжение, генерируемое на опорном спайе
Чтобы это соотношение компенсации было действительным, обе клеммы холодного спая должны поддерживаться при одинаковой температуре.Выравнивание температуры достигается с помощью изотермической клеммной колодки, которая позволяет выравнивать температуру обоих клемм при сохранении гальванической развязки.
После измерения температуры эталонного спая ее необходимо преобразовать в эквивалентное термоэлектрическое напряжение, которое будет генерироваться переходом при измеренной температуре. В одном методе используется многочлен степенного ряда. Рассчитано термоэлектрическое напряжение:
| (2) |
где:
E = термоэлектрическое напряжение (микровольт)
a n = коэффициенты полинома, зависящие от типа термопары
T = температура (° C)
n = порядок полинома
NIST публикует таблицы полиномиальных коэффициентов для каждого типа термопар.В этих таблицах приведены списки коэффициентов, порядок (количество членов в полиноме), допустимые диапазоны температур для каждого списка коэффициентов и диапазон ошибок. Для некоторых типов термопар требуется более одной таблицы коэффициентов, чтобы охватить весь рабочий температурный диапазон. Таблицы полиномов степенных рядов перечислены в основном тексте.
Подключение сигналов термопары к устройству сбора данных
Включено в раздел
В этом документе представлены пошаговые инструкции по подключению и настройке вашего устройства NI DAQ для использования с термопарой.Прежде чем вы начнете использовать оборудование DAQ, вы должны установить среду разработки приложений и программное обеспечение драйвера NI-DAQmx. Обратитесь к документу Установка LabVIEW и NI-DAQmx для получения дополнительной информации.
Основы измерения термопар
Термопары — наиболее часто используемые датчики температуры. Термопара создается, когда два разнородных металла соприкасаются и создают небольшое напряжение холостого хода, соответствующее температуре. Это термоэлектрическое напряжение известно как напряжение Зеебека и нелинейно по температуре.
Типы термопар
Термопары различаются по составу и диапазону точности:
Тип термопары | Положительный провод | Отрицательный провод | Диапазон температур (° C) для полиномиальных коэффициентов или для преобразования таблицы | Диапазон температур (° C) для коэффициентов обратного полинома |
Дж | Утюг | Константан | -210 до 1200 | -210 до 1200 |
К | Хромель | Алюмель | -270 до 1372 | -200 до 1372 |
N | Никросил | Нисил | -270 до 1300 | от -200 до 1300 |
R | Платина-13% родий | Платина | -50 до 1768 | -50 до 1768 |
S | Платина-10% родий | Платина | -50 до 1768 | -50 до 1768 |
Т | Медь | Константан | -270 до 400 | от -200 до 400 |
B | Платина | Родий | 0 до 1820 | 250 до 1820 |
E | Хромель | Константан | -270 до 1000 | -200 до 1000 |
Таблица 1. Типы термопар
Компенсация холодного спая
Для термопартребуется некоторая форма эталонной температуры для компенсации нежелательных паразитных термопар. Паразитная термопара создается, когда вы подключаете термопару к измерительному оборудованию. Поскольку клеммы на оборудовании изготовлены из материала, отличного от материала провода термопары, на стыках, называемых холодными спаями, создается напряжение, которое изменяет выходное напряжение самой термопары.Вы можете измерить температуру в этом эталонном спайе с помощью датчика температуры прямого считывания, такого как термистор или датчик IC, а затем вычесть термоэлектрические вклады паразитных термопар. Этот процесс называется компенсацией холодного спая (CJC). Вы должны указать свой источник CJC или постоянное значение (обычно 25 ° C) при настройке измерения термопары в программном обеспечении.
Расположение выводов устройства сбора данных
Прежде чем подключать какие-либо сигналы, найдите распиновку вашего устройства.
- Откройте Measurement & Automation Explorer (MAX) и разверните Устройства и интерфейсы.
- Щелкните правой кнопкой мыши имя устройства и выберите «Распиновка устройства».
Рисунок 1. Справка по терминалам устройства
Следующие типы клемм соответствуют измерениям с помощью термопар:
- TC X (+/-) — Большинство аппаратных средств термопар NI относится к клеммам TC + и TC- для каждого канала дифференциальных измерений.
- AI X (+/-) — Некоторые устройства могут вместо этого ссылаться на AI x + и AI x -, где x относится к номеру канала.
- COM — Общая клемма заземления для всех каналов DI может быть изолирована от земли, в зависимости от вашего устройства.
Настройка измерения термопары
Вы можете использовать NI MAX для быстрой проверки точности вашей измерительной системы. Настройка. Используя глобальный виртуальный канал NI-DAQmx, вы можете настроить измерение термопары без какого-либо программирования.Виртуальный канал — это концепция архитектуры драйвера NI-DAQmx, используемая для представления набора настроек свойств устройства, который может включать в себя имя, физический канал, входные клеммные соединения, тип измерения или генерации и информацию о масштабировании.
Для начала выполните следующие действия:
- Открыв MAX, щелкните правой кнопкой мыши Data Neighborhood и выберите Create New.
- Выберите NI-DAQmx Global Virtual Channel и нажмите Next.
- Выберите Сбор сигналов »Аналоговый вход» Температура »Термопара
Рисунок 2. Создание виртуального канала NI-DAQmx
- Выберите ai0 или любой другой физический канал, который вы собираетесь подключить к термопаре. Физический канал — это клемма или вывод, на котором вы можете измерять или генерировать аналоговый или цифровой сигнал. Один физический канал может включать в себя более одной клеммы или вывода, как в случае входного канала дифференциальной термопары. В этом случае ai0 соответствует TC0 + и TC0- на схеме выводов NI-9211.
Рисунок 3. Физические каналы устройства
- Нажмите Далее и введите имя глобального виртуального канала или оставьте значение по умолчанию.
- Нажмите Finish, чтобы увидеть следующий экран в MAX:
Рисунок 4. Настройка канала термопары в MAX
- На вкладке настроек введите минимальное и максимальное значения температуры, которые вы ожидаете считывать с термопары (от 0 ° C до 100 ° C по умолчанию).
- Выберите тип термопары и CJC Source и CJC Value .
Подключение термопары к устройству
Следующим шагом является физическое подключение термопары к вашему DAQ-устройству.
- Щелкните вкладку Схема подключения в MAX, чтобы продолжить.
Рисунок 5. Схема подключения термопары
Каждый провод термопары имеет положительный и отрицательный вывод. Схема подключения показывает, какие контакты на вашем DAQ-устройстве должны быть подключены в соответствии с выбранным вами физическим каналом.Подключите положительный провод термопары к клемме TC +, а отрицательный провод термопары к клемме TC–. Если вы не уверены, какой из выводов термопары положительный, а какой отрицательный, проверьте документацию на термопару или катушку с проводом термопары.
Если вы используете экранированную термопару, подключите клемму COM вашего устройства к экрану, а экран — к опорному синфазному напряжению термопары. Синфазное опорное напряжение — это напряжение в пределах ± 1.2 В синфазного напряжения термопары. Если вы используете плавающую термопару или термопару в пределах ± 1,2 В от заземления, подключите COM и экран к заземлению. Методика заземления экрана может варьироваться в зависимости от области применения. См. Рисунок 6 для иллюстрации типичной конфигурации экрана.
Рисунок 6. Подключение экранированной термопары
Используйте глобальные виртуальные каналы NI-DAQmx для предварительного просмотра ваших измерений.
- Пока MAX все еще открыт, снова щелкните вкладку NI-DAQmx Global Channel и нажмите кнопку Run. Значение температуры вашей термопары отображается в верхней части экрана.
Рисунок 7. Предварительный просмотр измерения термопары в MAX
Вы можете просмотреть сигнал в табличной форме или в виде графика, выбрав График в раскрывающемся списке Display Type . У вас также есть возможность сохранить ваш глобальный виртуальный канал NI-DAQmx, если вы захотите снова обратиться к этому экрану конфигурации в будущем.
Пред. Подключение и настройка оборудования Введение в LabVIEW СледующиеВыполнение параллельных измерений термопар
Часто возникает вопрос: «Могу ли я одновременно подключить термопару к вашей системе сбора данных и вторичное устройство (например, дополнительное оборудование для мониторинга, контроллер и т. Д.)?» Ответ положительный. Часто бывает удобно проводить параллельное измерение при использовании термопары для сбора данных о температуре, в то же время используя ту же информацию о температуре для управления процессом.Однако есть некоторые предостережения.
Для начала, провода, используемые для присоединения термопары как к прибору сбора данных, так и к вторичному устройству, должны быть изготовлены из одного и того же металла / сплава (в зависимости от типа используемой термопары). Например, в случае термопары J-типа положительный (белый) провод изготовлен из железа, а отрицательный (красный) провод — из константана, сплава, состоящего из меди и никеля. Помимо использования одинаковых проводов, соединения между проводами должны быть сварены, а не просто скручены вместе.Плохое соединение может привести к неверным показаниям температуры.
Еще одно соображение при подключении одной термопары к двум устройствам — это то, как эти устройства передают условия перегорания. В нашем примере все приборы серии DI-245, DI-2008 и DI-808 подтягивают положительный входной сигнал к низкому уровню с помощью резистора 5 МОм. Если предположить, что вторичное устройство потребляет высокий уровень на входе в случае перегорания, устройство сбора данных никогда не распознает состояние перегорания. Однако вы все равно можете измерить температуру в нормальных условиях.
Дополнительное чтение:
Помните о полярности при измерениях с помощью термопар
Измерения термопар при отрицательных температурах
Подписывайтесь на нас
Автор Дакхелпер ; Опубликовано 15 марта 2017
Рекомендации при измерении температуры с помощью термопар
Термопары являются популярными устройствами для измерения температуры благодаря своей универсальности, быстродействию, прочности и низкой стоимости.Вот пять вещей, которые вам следует знать о промышленных термопарах.
Термопары — это рабочие лошадки в мире измерения температуры. Они надежны, универсальны, долговечны, недороги и быстро реагируют на перепады температуры.
Термопары бывают разных типов калибровки, определяемых двумя металлами, используемыми для положительного и отрицательного проводов. Два проводника соединены на одном конце; это измерительный спай (горячий спай).На другом конце проводники не касаются; это опорный спай (холодный спай). Разница в электродвижущей силе (ЭДС), создаваемой на двух стыках, может быть откалибрована для получения достаточно точных показаний температуры.
Как и в случае с любым другим устройством для измерения температуры, основными критериями при выборе промышленной термопары являются 1) диапазон рабочих температур и 2) окружающая среда или среда, в которой будут использоваться эти инструменты. Однако при измерении температуры с помощью узла термопары следует учитывать и другие факторы.
1. Контрольное значение
Поскольку термопара измеряет температуру, используя разницу в ЭДС на двух спаях, она дает относительное измерение, а не абсолютное измерение. Чтобы получить фактическую температуру горячего спая, необходимо знать температуру холодного спая. Современные промышленные термопары упрощают эту компенсацию, поскольку в преобразователь температуры встроен отдельный датчик для измерения температуры окружающей среды на эталонном спайе.
2.Подключение
При подключении датчика термопары нельзя переключать положительный провод и отрицательный провод. В противном случае полярность будет обратной, и показание будет неправильным или даже отрицательным. Переключаемая проводка — одна из частых причин ошибок измерения температуры термопар. При подключении проводов обязательно следуйте спецификациям термопары.
Примечание. Во многих электрических системах красный цвет используется для обозначения положительной полярности. Обратное верно для термопар в Соединенных Штатах, где красный провод — это отрицательный провод.
3. Гальваническая развязка
Датчик температуры устанавливается и заземляется в полевых условиях, в то время как измерительный прибор часто располагается и заземляется в отдельной диспетчерской — иногда довольно далеко от датчика. Потенциал земли в поле может отличаться от потенциала земли в диспетчерской, вызывая токи и искры, которые могут повредить прибор. Наличие преобразователя температуры с гальванической развязкой и изолированным выходом позволит избежать этой проблемы.
Блок Crastin® имеет тот же температурный диапазон, что и соединительная коробка или полевые соединительные провода.Винты имеют специальные прорези, которые позволяют раздвигать многожильные провода и плотно зажимать. Он может обеспечить размер проводов от 16 AWG до 36AWG. Еще одна приятная особенность — это каналы, которые разделяют провода и предотвращают их замыкание друг на друга.
4. Контроль обрыва датчика
Термопары в сборе предназначены для подачи сигнала тревоги при размыкании цепи. Однако соединения в керамической клеммной колодке могут ослабнуть в условиях вибрации, что вызовет срабатывание сигнализации, даже если сама цепь в порядке.Керамические клеммные колодки также подвержены поломке. Клеммная колодка Crastin ® со специальными прорезями для проводов и зажимом, который надежно удерживает соединения на месте, предотвращает ложные срабатывания. Вот почему большинство термопар WIKA можно изготавливать с клеммной колодкой Crastin ® .
5. Линейность
Кривая напряжение-температура термопары не является линейной. Передатчики низкого качества берут верхний и нижний пределы и проводят прямую линию. Это упрощение может привести к ошибкам в считывании, в зависимости от того, какую часть кривой вы используете.Высококачественные преобразователи температуры, такие как все преобразователи WIKA, линеаризуют напряжение по кривой.
Обладая обширным лабораторным и практическим опытом, специалисты WIKA хорошо разбираются в промышленных системах термопар. Свяжитесь с ними сегодня, чтобы получить дополнительную информацию о том, какое решение для измерения температуры подходит для вашего применения.
Снижение погрешности измерения при подключении датчика термопары
Термопара (ТС) — это термоэлектрическое устройство, используемое для измерения температуры и почти двух третей U.Для измерения температуры S. используются термопары. В большинстве промышленных приложений термопары используются для дистанционного измерения температуры, а затем для передачи сигнала на некоторое расстояние с помощью передатчиков термопары для контроля и управления процессом. Передатчик TC усиливает, изолирует и преобразует сигналы низкого уровня в другой сигнал, пригодный для мониторинга и повторной передачи. К сожалению, интерфейс между термопаром и сопрягаемыми приборами понимается неправильно, что часто приводит к ошибке измерения. Основное внимание в этой статье уделяется аспектам подключения термопар и преобразователей термопары для уменьшения ошибок, которые могут быть расширены за счет подключения к любым термопарам.
TC формируется с помощью пары различных металлических проводов, соединенных на одном конце (называемых горячим спаем). На противоположном открытом конце пары проводов (его холодном или опорном спай) можно измерить напряжение низкого уровня, пропорциональное разнице температур между концами. Из доступных датчиков температуры TC имеет самый широкий диапазон применения, обеспечивая точное измерение экстремальных температур в суровых условиях. Чтобы извлечь температуру горячего конца из измеренного напряжения ТС, связанного с разницей, необходимо измерить температуру на открытом конце, чтобы определить температуру на другом конце (горячий спай).Поскольку напряжение термопары нелинейно зависит от температуры, его преобразование из напряжения в температуру обычно требует сложного полинома, специфичного для типа термопары или, необязательно, определяемого с помощью стандартной справочной таблицы зависимости напряжения термопары от температуры. Первоначально напряжение термопары табулировалось при выдержке его эталонного спая в ледяной бане, соответствующей температуре 0 ° C (отсюда и термин «холодный спай»). Современные термопары по-прежнему ссылаются на холодный спай с температурой 0 ° C, а в их стандартной таблице табулируется зависимость выходного напряжения от температуры относительно 0.000 мВ при 0 ° C. Использование стандартных таблиц TC и простой коррекции может уменьшить это полиномиальное преобразование напряжения в температуру до комбинации измеренного и табличного напряжения (подробнее об этом позже).
Датчики температуры. (Предоставлено: Acromag)Природа цепи термопары такова, что она склонна к ошибкам при подключении к измерительному устройству без некоторого понимания того, как работают эти термопары и компоненты термопары. В этой статье рассматривается поведение термопар и описываются общие проблемы, возникающие при подключении к термопарам для измерения температуры, чтобы помочь вам избежать ошибок и получить наилучшую возможную производительность от вашей системы измерения температуры термопары.Он написан в первую очередь для промышленных пользователей термопар и трансмиттеров термопары, но большая часть этой информации может быть распространена на любой термопарный прибор. Более подробную информацию о термопарах можно найти в техническом документе 8500-911 «Основы измерения температуры с использованием термопар», который можно бесплатно загрузить с сайта www.acromag.com.
Создание термопары
Термопарыбыли разработаны на основе принципа, впервые продемонстрированного в 1822 году немецким физиком Томасом Зеебеком, когда он заметил, что приложение температуры вдоль металлического проводника вызывает разделение зарядов в проводнике, так что на нем создается небольшое напряжение (рис. 1).Используя два разных металла, соединенных на одном конце, чтобы создать контур разомкнутой цепи, он смог измерить этот термоэлектрический эффект и связать напряжение, наблюдаемое на открытом конце, с разницей температур между концами. Этот эффект очевиден только для двух разных металлов, и разные комбинации дают разные уровни напряжения при одной и той же разнице температур. Позже это было названо «эффектом Зеебека», и коэффициент Зеебека для различных материалов остается мерой величины этого напряжения, создаваемого разницей температур на материале.Коэффициент Зеебека измеряется в вольтах на Кельвин (В / К) или микровольтах на Кельвин (мкВ / К) и обратно пропорционален плотности носителей тока материала, так что изоляторы будут иметь высокий коэффициент Зеебека, а металлы будут иметь более низкий коэффициент из-за более высокой концентрации носителей.
Рисунок 1Ссылаясь на рисунок 1, при приложении тепла к одному концу проводника атомы, составляющие металл, будут быстро вибрировать, а кинетическая энергия колеблющихся атомов распространяется по проволоке и проводит тепло от более горячего конца к более холодному. конец.Эти быстро колеблющиеся атомы на горячем конце металла перемещают свободно вращающиеся электроны к более холодному концу, оставляя его более положительно заряженным. Величина этого разделения зарядов или разности напряжений варьируется только в зависимости от типа материала, так что его длина или размер не влияют на величину напряжения. Поскольку разные материалы обеспечивают разную степень разделения заряда при одной и той же разнице температур, связывание двух разных проводников вместе на одном конце приводит к появлению разности напряжений, измеренной на открытом конце, и прямо пропорциональной разнице температур между концами.Табулировав эту разность напряжений для различных заданных температур горячего конца, в то время как его холодный конец поддерживается при постоянной эталонной температуре, можно получить соотношение между термоэлектрическим напряжением и измеренной температурой.
Самая важная вещь, которую следует помнить о термопреобразователе, заключается в том, что именно разница температур между концами приводит к дисбалансу заряда, который вызывает небольшие напряжения, а не соединение двух разнородных металлов, образующих цепь термопары.Хотя вы можете сформировать свою собственную цепь термопары с различными комбинациями двух проводников, доступны стандартные типы термопар с использованием определенных металлов и сплавов, которые обеспечивают более высокие, стабильные и предсказуемые выходные напряжения по сравнению с применяемыми температурными градиентами. Для этих стандартных типов в таблицах типов термопар указано их превышение напряжения по температуре относительно холодного спая при 0 ° C и 0,000 мВ. Эти напряжения TC можно было отнести к температуре, отличной от 0 ° C, но было выбрано значение 0 ° C, потому что оно легко воспроизводимо в пределах ± 0.2 ° C, используя смесь льда и воды. Удерживая холодный спай на уровне 0 ° C, температура другого конца напрямую соответствует его термоэлектрическому напряжению, найденному в стандартной таблице типов термопар.
Три основных принципа термопар
Чтобы правильно применять термопары для измерения температуры, важно понимать три термоэлектрических принципа, которые определяют поведение термопар и дают важные подсказки для их правильного кондиционирования.
Первый базовый принцип — это Закон однородных материалов (см. Википедию.org): термоэлектрический ток не может поддерживаться в цепи, состоящей из одного однородного материала, только за счет приложения тепла, и независимо от того, как материал может различаться по поперечному сечению.
Это говорит нам:
- При изготовлении из цельного металла ток не течет в цепи проводника только за счет нагрева.
- Для образования термопары требуются два разных металла.
- Размер провода не влияет на вырабатываемое напряжение.
- Вырабатываемое напряжение не зависит от колебаний температуры на пути термопары.
TC создает разность напряжений между концами независимо от распределения температуры по длине, позволяя пропустить провода TC через горячие и холодные области, не влияя на его измерения, если материал провода остается неизменным по всей длине пути (например, с использованием соединительных блоков TC. и удлинительные провода).
Второй принцип, регулирующий поведение TC, — это Закон промежуточных материалов (см. Википедию.org): алгебраическая сумма термоэлектрических ЭДС в цепи, состоящей из любого количества разнородных материалов, равна нулю, если все соединения поддерживаются при постоянной температуре.
Это говорит нам:
- Если для соединения одного или обоих проводов TC используется другой металл, нежели материал TC, на измеренное напряжение не повлияет, если другой металл будет поддерживаться при одной и той же температуре на его переходе или изотермическом.
Распространение этого принципа на холодный спай на открытом конце цепи термопары, где проводятся измерения (включая металлический свинец, припой, следы на медной плате и т. Д.), его можно считать изотермическим, когда его комбинированная температура остается постоянной, обычно после периода теплообмена с окружающей средой, когда его температура может медленно регулироваться с течением времени до окончательного достижения теплового равновесия (периода прогрева).
Третий принцип, который управляет поведением ТС, помогает нам комбинировать напряжения ТС математически с использованием стандартных табличных значений, взятых относительно одного и того же эталона, называется «Законом последовательных или промежуточных температур» (см. Википедию.org): если два разнородных однородных материала создают термоэлектрическое напряжение V1, когда их соединения находятся в точках T1 и T2, а затем создают термоэлектрическое напряжение V2, когда соединения находятся в точках T2 и T3, тогда напряжение, возникающее, когда контакты находятся в точках T1 и T3, будет быть V1 + V2, пока T1 Поведение типа TC обычно характеризуется полиномом 5-го или более высокого порядка, используемым для вычисления его напряжения в зависимости от температуры в его стандартной таблице. Закон последовательных или промежуточных температур позволяет вместо этого выполнить компенсацию холодного спая при измерении ТС путем вычитания напряжения ТС температуры холодного спая из измеренного напряжения, чтобы получить фактическое напряжение, которое соответствует горячему концу цепи ТС.Это графически проиллюстрировано на Рисунке 2. На практике температура T3 неизвестна, а температура холодного спая не равна 0 ° C. У вас есть измеренное напряжение V3. Если вы также измеряете температуру холодного спая T1 и найдите его эквивалентное напряжение V1 относительно T2 = 0 ° C в стандартной таблице типа TC. Вычитая V1 из измеренного V3, вы можете определить V2. Затем температуру T3 можно согласовать с напряжением V2, обратившись к таблице зависимости стандартного напряжения TC от температуры. Вы должны знать, как прибор TC выполняет компенсацию холодного спая, ограничения, которые он накладывает на ваши измерения, и возможные условия, которые могут увеличить ошибку CJC. Вкратце, мы показали, что термоэлектрическое напряжение открытого конца, измеренное на термопаре, связано только с разницей температур между концами. Чтобы определить температуру на одном конце, нам нужно знать температуру на противоположном конце.Компенсация холодного спая просто относится к методу, который мы используем для извлечения измеренной температуры путем определения вклада холодного спая, чтобы получить оставшуюся часть, которая соответствует нашей измеренной температуре, когда температура холодного спая не равна 0 ° C. Вкратце, применение компенсации холодного спая к открытому концу помогает нам извлечь измеренную температуру на другом конце (горячий спай) из измеренного напряжения. Конечно, если соединения на открытом конце поддерживаются при 0 ° C, его вклад в измеренное напряжение составляет 0 мВ, что позволяет нам легко определять измеренную температуру с помощью простого поиска напряжения в стандартной таблице напряжения / температуры типа TC.На практике поддерживать открытый конец при 0 ° C нелегко. Вместо этого мы можем измерить его температуру, определить его вклад напряжения в справочной таблице типа TC, затем вычесть его из измеренного напряжения и найти соответствующую температуру для результирующего напряжения в стандартной таблице типов TC. Закон промежуточных материалов гласит, что сумма термоэлектрических напряжений в цепи термопары, создаваемых любым количеством различных металлических переходов, будет равна нулю, если каждый из переходов металл-металл может поддерживаться при одной и той же температуре или изотермически через их связь.Поддерживать все эти металлические элементы при одной и той же температуре или изотермической может быть очень сложно, особенно если они простираются на некоторое расстояние или индивидуально подвергаются другому тепловому воздействию, которое может неравномерно влиять на их температуру. Невозможно полностью избежать случайного сохранения изотермических характеристик термопар, но мы принимаем меры, чтобы их вклад был небольшим, ограничивая влияние на них различных температур. Производители приборов TC с компенсацией холодного спая сталкиваются с двумя проблемами: Характеристики передатчика TC отражают то, насколько хорошо производитель смог выполнить CJC, и это обычно требует некоторого компромисса.Например, передатчику может потребоваться более длительное время прогрева, что делает его уязвимым для временной ошибки, вызванной быстрым изменением температуры или условий электропитания вблизи соединения. Он может не измерять температуру холодного спая так же точно, как термопара, или с эквивалентным разрешением, что увеличивает неопределенность измерения. Но чаще всего неправильная установка при использовании этого оборудования увеличивает CJC и погрешность измерения, что делает его одним из главных источников погрешности измерения термопар. Закон о промежуточных материалах разрешает соединения термопар с использованием других металлов, не влияя на измеренное значение, если «другие металлы», если их соединения поддерживаются при той же температуре или изотермичны. Для определения напряжения ТС, измеренного для горячего спая, прибор должен точно измерить температуру его «изотермической» цепи холодного спая, и достигнутая точность измерения настолько же хороша, насколько точна его измеренная температура холодного спая. Упрощенная схема термопары, включая холодный спай, показана на рисунке 3. В идеале, приборы термопары должны иметь короткое время прогрева с быстрой компенсацией холодного спая и плотно соединять свой датчик CJC с выводами холодного спая или использовать выводы, изготовленные из совместимого материала термопары. Потому что многие приборы устанавливают датчик CJC на печатной плате с подключениями холодного спая за пределами корпуса. Некоторые производители пытаются встроить датчик CJC в большую часть клемм (обычно это пластик) или располагать датчик как можно ближе к клеммам, установленным на его печатной плате.Оба подхода ограничивают возможность точного измерения реальной температуры соединений холодного спая, и это иногда отражается в спецификациях, которые могут указывать на повышенную погрешность при включенном CJC или указывать точность только при выключенном CJC. Некоторые производители избегают ошибки CJC, используя клеммы холодного спая, сделанные из того же материала, что и TC, чтобы подтолкнуть холодный спай к печатной плате в более тесном контакте со встроенным датчиком температуры. К сожалению, это делает прибор TC специфичным, и переход по-прежнему уязвим для изменений источника тепла платы, вызванных другими компонентами платы.Реальность такова, что эти инструменты бывают разных размеров, форм и стилей, поэтому их конструкция часто требует компромиссов, влияющих на их CJC относительно стоимости и производительности. Помните о потенциальных проблемных областях, чтобы минимизировать ошибку CJC. Единственный лучший способ создания соединений холодного спая с другими металлами — это минимизировать расстояние между металлами, сбалансировать их тепловые массы и уменьшить тепловое сопротивление между ними (т.е. мы хотим, чтобы тепло распределялось по ним равномерно).Все, что может вызвать разность температур в цепи между соединениями холодного спая и включая их, добавит погрешности измерения. Как установщик, защитите клеммы холодного спая от всего, что может вызвать разницу температур между ними или вызвать неравномерное распределение тепла по ним. Обычно это предполагает их защиту от нестабильных условий окружающей среды вблизи соединений холодного спая и в его цепи. Всегда учитывайте потенциальные источники различной температуры и старайтесь сделать тепловые условия вблизи холодного спая более стабильными.Это может потребовать дополнительной защиты или простого изменения положения оборудования. Ищите соседние источники тепла (блоки питания, другие модули и т. Д.), Вентиляционные отверстия, охлаждающие вентиляторы и т. Д. Сосредоточьтесь на элементах, которые работают с перебоями или с переменным рассеиванием мощности. Хотя устранить элементы может быть невозможно, вы можете принять меры, которые минимизируют их влияние на холодный спай. Например, вы можете расположить измерительный прибор (или, по крайней мере, его выводы холодного спая) вне воздушного потока охлаждающего вентилятора шкафа.Иногда можно добавить пространство между приборами и соседними источниками тепла. Посмотрите на установленное положение инструмента относительно его вентиляционных отверстий — расположен ли он таким образом, что не может легко выпускать горячий внутренний воздух? Будьте осторожны при прокладке выводов датчика к прибору и убедитесь, что в точке отсоединения выводов термопары перед подключением один вывод не подвергается воздействию источника тепла, из-за которого его вывод проводит тепло к его соединению с холодным спаем. и нарушить его тепловой баланс в холодном спайе.Избегайте случайного включения других термопар в контур термопары. Например, выбрали ли вы внешние клеммные блоки, соответствующие TC, или заменили ли вы менее дорогие изотермические блоки, которые требуют, чтобы вы поддерживали ту же температуру через них (добавление еще одного пути для случайных термопар, которые могут отрицательно повлиять на ваши измерения, если вы не можете держать их изотермическими)? Использовали ли вы клемму совместно с одним выводом термопары, так что этот соседний провод может охладить провод термопары и нарушить его тепловой баланс на холодном спайе? Небольшие температурные градиенты в цепи холодного спая также могут возникать из-за самонагрева близлежащих компонентов платы.Также рассмотрите изменения в рабочем состоянии прибора, которые могут вызвать изменения во внутренней рассеиваемой мощности, которая будет воздействовать на датчик CJC, разделяющий это пространство. Соединениям холодного спая и его датчику требуется больше времени для достижения теплового равновесия, что вызывает периоды увеличения погрешности измерения сразу после изменения условий окружающей среды. Обязательно учитывайте потенциальные источники ошибок при подключении приборов термопары, связанные с тем, что температура окружающей среды холодного спая отслеживается медленно по сравнению с быстрым временем отклика горячего спая термопары.Это отставание может быть результатом большей тепловой массы разъемов и плохой тепловой связи с датчиком CJC. В то время как медленно реагирующий холодный спай имеет тенденцию отфильтровывать некоторые быстрые изменения окружающей холодного спая, он не предотвращает медленное продвижение прибора к точным измерениям после заметного изменения окружающей холодного спая. Потенциальная ошибка, связанная с CJC, очевидна по длительному времени прогрева, указанному для инструментов TC. Точность измерения обычно повышается, поскольку изменение окружающей среды холодного спая поглощается материалами CJC, и его тепло более равномерно распределяется по его соединениям с датчиком холодного спая.Например, если кто-то внезапно открывает дверцу шкафа, и содержащийся в нем горячий воздух вырывается наружу, вызывая быстрое изменение температуры холодного спая в окружающей среде, измерения временно прекращаются, пока не будет достигнуто новое тепловое равновесие. Или, возможно, вентилятор внутри шкафа периодически работает, вызывая смещение окружающей среды. Для датчиков термопары или измерительных приборов, которые включают компенсацию холодного спая, может потребоваться от 30 до 60 минут для достижения нового теплового равновесия. При оценке системы измерения температуры на наличие этих условий имейте в виду, что изменение рабочих условий окружающей среды также может быть вызвано самой схемой — изменилось ли ее рабочее состояние внезапно, что повлияло на ее внутреннее рассеивание мощности? Для двухпроводного передатчика с питанием от контура это будет верно, если внешняя управляемая нагрузка была уменьшена или закорочена, или если напряжение источника питания изменилось или является чрезмерным по сравнению с тем, что требуется для управления нагрузкой. Некоторые приборы позволяют отключать компенсацию холодного спая, и это может дать некоторое представление о том, сколько ошибок вносится из-за «температурных градиентов», действующих на CJC. При устранении этих ошибок проверьте размещение и положение модуля, соседние влияния, вашу проводку и т. Д. В дополнение к условиям, которые увеличивают ошибку CJC, другие реальные источники погрешности измерения часто связаны с неправильным выбором материалов для подключения, таких как провод, кабель, клеммы и т. Д. ошибки подключения термопары к преобразователю. Материалы, которые вы выбираете для подключения термопары, повлияют на точность вашей системы (клеммные колодки, провод и кабель термопары, а также удлинительный кабель). спроектированы так, чтобы их масса не влияла на измеряемую температуру, что делало их хрупкими и ломкими. Хотя производители приборов термопары часто предоставляют схемы подключения термопар, подключенных к клеммам холодного спая на приборе, часто это не так.В промышленных приложениях обычно используются клеммные колодки TC отдельно от прибора для соединения с выводами TC с помощью провода TC и удлинительного кабеля, соединяющего клеммы на передатчике. Эти дополнительные клеммы часто служат для снятия натяжения и упрощают замену вышедшего из строя прибора или датчика. К сожалению, смещение соединений TC от прибора добавляет еще один потенциальный источник ошибок, обычно связанный с выбором клемм. Пользователи, не знакомые с Законом однородных материалов или Законом промежуточных металлов, могут неправильно выбрать стандартные клеммы, которые подвержены TC, приводят к ошибочным термопарам, возникающим в результате температурных различий, возникающих на дополнительных спаях.Важно использовать клеммные колодки, разработанные специально для этого типа термопары, чтобы избежать добавления ошибок, и существует три основных типа использования клеммных колодок TC, которые бывают разных физических разновидностей. Большинство из них устанавливаются на DIN-рейку, а некоторые могут иметь специальную розетку для подключения штекера ручного счетчика, предназначенного для контроля напряжения термопары. В лучшем типе разъема TC используются такие же соединительные материалы, как и в металлах TC, или из совместимого сплава. Согласно закону однородных материалов, его использование в проводном тракте не повлияет на измерение напряжения, поскольку оно соответствует или имитирует материал проводов термопары.Любое изменение температуры через этот другой материал не влияет на измеренное напряжение термопары и действует прозрачно для провода термопары. Конечно, эти разъемы более дорогие, так как они зависят от типа TC. Любая ошибка, возникающая в результате их использования, обычно объясняется несоответствием их типу TC или изменением их полярности. В США цвет корпуса разъема TC близко соответствует внешней изолирующей оболочке типа TC. Следующим лучшим разъемом TC является «универсальный» тип.В универсальных типах не используются соединительные металлы, соответствующие выводам термопары, что снижает их стоимость. Вместо этого универсальные типы пытаются плотно соединить входной и выходной провода с минимальным контактом с промежуточным материалом или без него, чтобы создать изотермическое соединение с ТС и имитировать гомогенное соединение. В этом типе входной провод TC входит в один конец, а выходной провод TC выходит из противоположного конца. Два провода перекрываются на некоторой длине внутри соединителя и обеспечивают хороший тепловой и электрический контакт, обычно не проходя через промежуточный металл.Для крепления проводов используются два зажимных винта и обычная прижимная пластина. В результате отрицательный эффект от использования неоднородного материала сводится к минимуму. Самый дешевый универсальный тип предназначен для выравнивания температуры в штуцере и иногда называется «изотермическим блоком». Этот тип соединителя использует закон промежуточных материалов, чтобы позволить другим металлам подключаться к цепи термопары, но не влияет на измерения, пытаясь сохранить изотермичность материала или его температуру.Например, его проволочные винты обычно утоплены, чтобы защитить их от сквозняков, а его пластиковый корпус спроектирован таким образом, что его входные и выходные пути расположены близко друг к другу. Эти блоки действительно соединяются с термопарой с использованием промежуточного металла, и они менее удобны, потому что они полагаются на поддержание той же температуры через материал, чтобы минимизировать ее влияние на измерение, ограничивая длину контакта промежуточным металлом. И хотя они имеют преимущество в стоимости и могут применяться универсально к любому типу термопар, они не образуют идеальных изотермических соединений, и могут возникнуть небольшие эффекты напряжения, особенно там, где диаметры соединяемых проводов различаются, что чаще всего имеет место. Поскольку универсальные типы разъемов могут включать в себя некоторый промежуточный контакт, вы должны принять меры предосторожности с обоими, чтобы гарантировать отсутствие разницы в температуре между входным и выходным путями проводов. Конечно, для любого типа соединения ошибка может быть связана с измерением из-за разрыва, который они вызывают между отдельными проводами TC от их оболочки и друг от друга, что иногда подвергает один провод воздействию температуры, отличной от другой, отводя его тепло. к соединительному блоку и нарушит изотермический баланс на его неоднородном пути соединения.Обрыв отдельных проводов термопары оставляет неэкранированную часть провода уязвимой для наводок шума — всегда сохраняйте минимальную длину отрыва. Некоторые из этих соединительных блоков будут включать в себя винтовые соединения для экрана кабеля TC, что помогает продлить экран прямо на прибор, минимизируя возможность пробоя. Возможно, самая большая проблема при использовании любого типа внешнего терминала для подключения проводов термопары — убедиться, что стандартные типы, не являющиеся термопарами, никогда не используются для этой цели или были случайно заменены, что приводит к ошибочным напряжениям термопар в измерении и снижает точность.Не пытайтесь оправдать использование более дешевых стандартных блоков с помощью Закона о промежуточных металлах, так как эти клеммы используют сталь или никелированный медный сплав для их контактов, добавляя больше ошибочных термопар к вашим измерениям. Они работают только в том случае, если вы можете гарантировать, что температура на обеих сторонах соединительного блока остается одинаковой или изменяется с одинаковой скоростью — что маловероятно в упакованном шкафу управления, полном теплого оборудования, охлаждающих вентиляторов или других устройств, которые могут нагревать или охлаждать неровный интерьер. Чтобы удлинить провод термопары на большие расстояния, с клеммными колодками термопары часто используется менее дорогой удлинительный кабель для термопар, что снижает стоимость. Эти кабели часто имеют больший диаметр до 14 AWG и могут также использоваться для уменьшения сопротивления контура. В удлинительном кабеле будут использоваться материалы, аналогичные TC, или материалы, лучше подходящие для окружающей среды на его пути. Но что касается удлинительных кабелей, важно помнить, что их тепловые характеристики могут только приближаться к характеристикам ТС, а его изоляция может ограничивать использование ТС в более узком диапазоне температур.Помните об использовании удлинителя и его потенциальных ограничениях, так как при неправильном применении он может увеличить погрешность с учетом температуры и окружающей среды. Удлинительные проводники термопар из недрагоценных металлов (J, K, N, E и T) обычно соответствуют составу термопары и обладают одинаковыми термоэлектрическими свойствами. Удлинители термопар из благородных металлов (R, S и B) обычно представляют собой другой сплав, который может только приблизительно соответствовать свойствам благородных металлов и в более ограниченном диапазоне.Их проводящие материалы различаются, потому что благородные металлы содержат платину, которую очень дорого использовать в качестве удлинителя на большом расстоянии. Тщательное использование различных материалов обычно не является проблемой, поскольку эти типы благородных металлов в основном используются при более высоких температурах с более низким разрешением, что делает их вклад в погрешность различных материалов менее значительным. Но во всех случаях максимальная температура применения ограничивается изоляцией удлинительного провода, и это важный фактор при их выборе. Возможные ошибки измерения из-за использования удлинительных кабелей часто возникают из-за плохого соединения, вызывающего ошибочные термоэлектрические напряжения в измерениях, несовпадения типов термопар или изменения полярности. Вы должны использовать правильный тип удлинительного кабеля TC для TC и соблюдать правильную полярность. Замена любого другого типа увеличит погрешность измерения. Те же правила применяются к стыковочным соединительным блокам. Другие проблемы могут возникнуть при использовании удлинительного кабеля из материала, несовместимого с окружающей средой, или при несовпадении удлинительного провода с датчиком или окружающей средой.Например, термопары, в которых используется металлическое железо, будут подвержены коррозии, которая может нарушить целостность, особенно во влажной среде. Удлинительный кабель, который точно не соответствует типу TC, будет иметь более низкий диапазон рабочих температур, что не подходит для использования рядом с горячим спаем. Путь, по которому вы ведете датчик к прибору, также повлияет на точность измерения. Учтите, что тонкие выводные провода TC, изготовленные из других материалов, чем медь, имеют более высокое сопротивление, чем медь, что делает их более чувствительными к шумам, особенно шумам по переменному току.Кроме того, поскольку термопары выдают низкое напряжение, они имеют низкое отношение сигнал / шум, более высокий импеданс проводника и чаще всего подключаются к оборудованию, которое усиливает его сигнал, что делает длинные маршруты термопары легким улавливанием ошибочных шумовых сигналов от ближайшего оборудования и линии электропередач. Примите следующие меры при прокладке проводов термопары и удлинительных кабелей, учитывающих эту чувствительность к шумоподавлению: Также обратите внимание, что, хотя сигналы термопары малы, на приборе могут присутствовать гораздо большие напряжения из-за наличия синфазных напряжений, создаваемых индуктивным датчиком вдоль провода датчика или через несколько заземляющих соединений в датчике. система.Например, индуктивный датчик является распространенной проблемой при использовании термопары для измерения температуры обмотки двигателя или силового трансформатора. Для некоторых приложений несколько заземлений могут быть непреднамеренными, например, при использовании неизолированного или заземленного ТС для измерения температуры трубы с горячей водой. В этом случае из-за плохого соединения с землей может возникнуть разница в несколько вольт между трубой и измерительным прибором. В этих приборах часто используются высококачественные дифференциальные инструментальные усилители с высоким коэффициентом усиления, которые помогают подавлять шум, общий для обоих входных проводов, при напряжении в пределах синфазного входного диапазона усилителя, обычно ограниченном только ± 3 В или ± 5 В. по внутренней шине постоянного напряжения.Эта способность подавлять синфазный шум сильна для сигналов, близких к постоянному току, но слабее по мере увеличения частоты шума. Обычно это помогает скрутить провода вместе, чтобы убедиться, что оба провода улавливают один и тот же сигнал, позволяя усилителю подавлять любые синфазные помехи. Длина проводов должна быть короткой, а площадь петель должна быть небольшой в том месте, где проходят провода кабеля для подключения прибора. Для длинных участков рекомендуется использовать экранированный кабель с заземлением, подключенным на конце прибора, чтобы свести к минимуму его наводки.Существуют различные типы экранированных кабелей, включая медную или майларовую / алюминиевую ленту, или даже экранированную витую пару, если требуется. У вас есть много вариантов борьбы с шумом в цепи термопары, и вы можете проконсультироваться с поставщиком кабеля. Следующая ссылка является хорошим ресурсом для изучения других вариантов в этом отношении: www.thermocables.com/faq.htm Также учтите, что соединение датчика TC обычно заземлено и находится в прямом контакте с окружающим его металлом корпуса, чтобы обеспечить более быстрое время отклика, но это может быть проблематичным из-за захвата шума и потенциальной ошибки контура заземления, что значительно увеличит погрешность измерения. часто во много раз больше, чем ошибка, вызванная другими факторами, которые мы рассмотрели.Датчики TC с незаземленным переходом доступны там, где требуется изоляция датчика, но обычно с увеличением времени отклика. В качестве альтернативы вы можете выбрать изолированный трансмиттер TC для использования с заземленным сенсором TC для борьбы с ошибкой контура заземления. Тщательно продумайте соединение TC, эффекты CJC, а также разъемы и кабели, которые вы используете для повышения точности измерения: Подвержены ли соединения холодного спая воздействию сквозняков, которые могут неравномерно распределять тепло по ним, например, от вентиляторов системы отопления или охлаждения? Согласно закону однородных материалов, на напряжение термопары НЕ влияет изменение температуры вдоль пути прохождения провода (только на концах), если металл провода однороден (или почти однороден, как некоторый удлинительный провод). Это означает, что вы можете вставлять металлические переходы из того же материала проводов, не влияя на измеряемое напряжение, что полезно для сращивания и удлинения термопары. Согласно Закону о промежуточных материалах, если другой металл вставлен в один или оба вывода, это не повлияет на напряжение термопары, если переходы в другой металл и из другого металла будут поддерживаться при одинаковой температуре.Это позволяет вам подключать ваш прибор к TC, не влияя на его измерения, если вы можете обеспечить постоянную температуру через цепочку дополнительных металлов, добавленных в цепь. По закону последовательных или промежуточных температур нелинейный датчик термопары, который обычно требует сложного полинома для определения зависимости его напряжения от температуры, может быть поочередно сведен к простой математической комбинации измеренного нами напряжения термопары и табличного напряжения, найденного в стандарте. Таблица зависимости напряжения от температуры для типа ТП.Это позволяет компенсировать измерение холодного спая путем простого добавления или вычитания значений напряжения с использованием измеренного напряжения, измеренной температуры холодного спая и стандартной таблицы TC для определения соответствующей температуры TC. Проще говоря, этот закон позволяет использовать ТС, откалиброванный при одной эталонной температуре, при любой другой эталонной температуре с помощью простой алгебраической коррекции. Точное понимание трех основных законов термопар: однородных материалов, промежуточных металлов и последовательных или промежуточных температур может быть полезным в устранении потенциальных источников ошибок в системах измерения термопар.Это также полезно для правильного выбора и применения компонентов, обычно используемых для подключения термопар к приборам. Это в сочетании с осознанием того, как работает компенсация холодного спая, и ограничений, которые она накладывает на нашу практику измерения и подключения, будет иметь большое значение для повышения точности измерений термопар. Самый распространенный датчик — это датчик температуры, а наиболее распространенный датчик температуры — это термопара, и все же большинство людей не знают, как работает термопара.Это один из самых сложных датчиков для измерения, но при этом они очень дешевы и надежны. Если вы не понимаете компенсацию холодного спая, у вас, вероятно, есть ошибки больше, чем указано для вашего устройства. Сначала некоторые основы, затем мы обсудим некоторые серьезные общие проблемы. Термопара генерирует напряжение, которое изменяется в зависимости от температуры, поэтому на базовом уровне устройство, которое может измерять напряжение, может измерять сигнал термопары. Это называется термоэлектрическим эффектом или эффектом Зеебека и возникает из-за того, что разнородные металлы контактируют с образованием соединения.Однако напряжение очень маленькое. Наиболее распространенные термопары типов E, J, K, N и T изменяют температуру примерно на 30–60 микровольт на градус Цельсия. Таким образом, устройство сбора данных с полным диапазоном шкалы 10 В и разрешением 16 бит может обнаруживать изменение только на 3-5 градусов Цельсия или больше. Таким образом, обычно требуется усиление. Более экзотические термопары типов B, R и S изменяют температуру примерно на 10 микровольт на градус Цельсия. Одно и то же устройство сбора данных с напряжением 10 В и 16 бит может обнаруживать изменение только на 15 градусов Цельсия или больше для этих типов. С усилением полный диапазон шкалы может составлять 100 мВ или меньше, что дает разрешение около 0,05 ° C для обычных типов и 0,2 ° C для экзотических типов термопар. При полном диапазоне 100 мВ температура может быть измерена от -270 до +2300 градусов C, в зависимости от типа термопары (см. Таблицу 1 ниже). Еще одна проблема с термопарами заключается в том, что напряжение не изменяется линейно с температурой. В отличие от многих устройств, погрешность линейности велика, более 1% для обычных термопар, и даже больше при температуре ниже нуля градусов.Для некоторых типов напряжение даже не изменяется с температурой в части диапазона. По этой причине тип B нельзя использовать при комнатной температуре или ниже ее. Линейность должна корректироваться практически для любого практического использования термопары. Существует два метода: найти температуру в справочной таблице зависимости напряжения от температуры или рассчитать температуру с помощью уравнения. Оба они могут быть очень точными. Справочная таблица представляет собой два столбца чисел, в одном из которых указано напряжение, а в другом — температура.Температура определяется путем определения местоположения двух ближайших значений напряжения и вычисления аппроксимации прямой линии между ними для определения температуры. Для того чтобы погрешность линейности не превышала 0,1 градуса С, обычно требуется таблица, содержащая около 100 или более записей. Вычисление, с другой стороны, представляет собой экспоненциальное уравнение высокого порядка вида: T = c 0 + c 1 V + c 2 V 2 + c 3 V 3 + c 4 V 4 + c n V n Где T — температура, V — напряжение, а c 0 от до c n — константы. Каждый добавленный член более высокого порядка (c n V n , где n — порядок) увеличивает точность. Некоторым термопарам требуется уравнение более десятого порядка, чтобы погрешность линейности не превышала 0,1 градуса C. Коррекция линейности обычно выполняется в программном обеспечении на ПК, где сложность уравнения не является проблемой. Для устройств, не подключенных к ПК, таких как автономные измерители, контроллеры температуры или многие регистраторы данных, коррекция линейности выполняется микропроцессором в устройстве, где справочная таблица может быть самым простым.Несколько очень простых устройств без микропроцессора не имеют линеаризации. Термопара имеет уникальную дополнительную коррекцию, называемую компенсацией холодного спая. Он уникален среди датчиков температуры, и его часто неправильно понимают. Причина компенсации заключается в том, что термопара сообщает только относительную разницу температур между чувствительным концом и клеммами, к которым она подключена. Для измерения температуры клемм необходимо использовать датчик абсолютной температуры.Давным-давно это делали с помощью термопары в ледяной воде, то есть холодного спая. Датчик холодного спая обычно представляет собой полупроводниковый датчик или термистор, расположенный на соединительных выводах. Температура, измеренная датчиком холодного спая, добавляется к температуре термопары. Это довольно просто, но есть тонкие разветвления. Из-за компенсации холодного спая подключение термопар сложнее, чем других датчиков. Важны тип провода и расположение соединений.Напряжение, создаваемое термопарой, возникает в результате контакта двух разнородных металлов, что создает напряжение из-за эффекта термопары. Напряжение меняется с температурой. Каждый вывод термопары должен иметь одинаковый тип провода от чувствительного конца до клемм, на которых расположен датчик холодного спая. Если медный провод подсоединяется к не содержащему меди проводу термопары, создается еще один спай термопары, и напряжение на новом спайе изменяется в зависимости от температуры.Измеренное напряжение будет результатом двух переходов, а не ожидаемым. Датчик холодного спая должен быть расположен там, где провод термопары переходит на медь, обычно внутри измерительного устройства. Во избежание проблем всегда используйте провод термопары от термопары до соединения на датчике холодного спая. Для этой цели продается термопарный провод удлиненного класса. Он дешевле, чем обычный провод термопары. Ошибка измерения термопары складывается из следующих ошибок: Первая ошибка указана производителем термопары.Второй и третий обычно включены в технические характеристики измерительного устройства (хотя часто ошибка датчика холодного спая указывается отдельно или опускается). Четвертая ошибка указывается редко, и часто это самая большая ошибка. Это ошибка из-за предположения, что все соединения термопары имеют ту же температуру, что и датчик холодного спая. Трудно указать эту ошибку, потому что она зависит от температурных градиентов около соединений. Хуже всего то, что в отличие от других ошибок, которые повторяются и могут быть устранены с помощью тщательной калибровки, эта ошибка изменяется непредсказуемым образом, вызывая ошибки, которые, вероятно, останутся незамеченными.В результате многие люди думают, что у них более высокая точность, чем на самом деле при использовании термопар. Ошибка значительно уменьшается, если имеется радиатор, который поддерживает одинаковую температуру всех соединений. Также полезно изолировать провода возле соединений. Многие устройства сбора данных снабжены радиаторами того или иного типа, но обычно от них мало пользы. Это основной источник ошибок, который широко не обсуждается. Изоляцию применяют редко, поскольку ее необходимо снимать при подключении термопар. Многие устройства сбора данных имеют какой-либо тип радиатора, но обычно они ненамного лучше, чем отсутствие радиатора. Изоляция сложна, потому что ее необходимо снимать при подключении термопар. В значительной степени пользователю предоставляется возможность поддерживать одинаковую температуру соединений. Это может быть сложно в электронном устройстве, которое рассеивает тепло, или рядом с горячими или холодными объектами, которые измеряются. Мы наблюдали температурные ошибки в несколько градусов Цельсия из-за разницы температур между холодным спаем и соединениями термопары, что часто является самой большой ошибкой в системе. Что ты умеешь? На приведенном ниже рисунке показан редкий пример хорошо работающей системы холодного спая. Первоначально мы разработали его в 1984 году, но, к сожалению, он не использовался другими. Устройство сбора данных с минимальной ошибкой холодного спая из пенопласта. Толстый алюминиевый радиатор поддерживает все винтовые клеммы, к которым подключаются термопары, при той же температуре, что и внутренний датчик холодного спая (не виден). Испытания показали, что разница температур воздуха на пластине в 5 градусов (большая, но может случиться) уменьшилась до нуля.Ошибка 3 степени. Без радиатора погрешность составила бы 5 градусов. Ошибки также можно свести к минимуму, поддерживая равномерную температуру воздуха вокруг соединений и самих проводов термопары с изоляцией. В приведенном выше примере крышка предотвращает прохождение воздуха через клеммы, поддерживая равномерную температуру. Еще больше помогает окружение проводов термопар изоляцией из пенопласта. Наиболее распространены термопары типов E, J, K, N и T (см. Таблицу 1).Они недороги, работают в широком диапазоне температур и имеют относительно большой температурный коэффициент. Это делает их полезными для большинства приложений и относительно простыми в интерфейсе. Различные типы подходят для разных сред в зависимости от материала, из которого они сделаны. K и T, пожалуй, самые распространенные, они подходят для самых разных сред, включая воздух и воду. Таблица 1 Характеристики термопар Для высоких температур используются термопары типа B, R и S.Обе проволоки изготовлены из платиновых сплавов, которые имеют очень высокую температуру плавления, но они дороги, и, поскольку материалы аналогичны, термоэлектрический эффект намного меньше, а температурный коэффициент намного меньше. Многие устройства сбора данных могут взаимодействовать с этими термопарами. Для очень высоких температур используются термопары C, D и G. Они сделаны из вольфрама и рения, что обеспечивает им максимальную рабочую температуру. Большинство устройств сбора данных не могут работать с этими термопарами, потому что они не включают линеаризацию для этих редко используемых типов. Холодный спай и компенсация холодного спая
Соединительные материалы
Клеммные колодки
Провода для термопар Удлинительный провод и кабель TC
Схема подключения датчика термопары и прокладка проводов
ST с кабелем. (Предоставлено: Acromag) Обзор передового опыта при подключении термопар
Важные принципы, о которых следует помнить
Заключение
Избегайте ошибок с помощью термопар | Voler Systems
Усиление
Линейность
Компенсация холодного спая
Самый большой источник ошибок редко бывает в спецификациях!
Различия между типами термопар
Источник, Omega Engineering Temperature Handbook, авторское право 2002 г. Тип Материал Диапазон (C) E Никель, хром, константан 0 до 1300 Дж Утюг, Константин -270 до 1000 К Никель, Хром -210 к 760 № Никросил, Нисил –270 к 1372 т Медь, Константин 0 до 1300 B Платина, Родий -270 к 400 R Платина, Родий 130 к 1820 S Платина, Родий -50 до 1768 С Вольфрам, Рений 0 до 2320 D Вольфрам, Рений 0 до 2320 G Вольфрам, Рений 0 до 2320