Принцип действия термосопротивления: Термопреобразователи сопротивления

Термопреобразователи сопротивления

Термопреобразователи сопротивления.

Принцип действия термопреобразователей сопротивления основан на использовании зависимости электрического сопротивления проводников и полупроводников от температуры. У большинства чистых металлов с ростом температуры сопротивление увеличивается приблизительно на 0,4 % град-1.

Зная зависимость сопротивления от температуры, можно судить о температуре среды, в которой находится термометр. Измерительный комплект состоит из термопреобразователя сопротивления, вторичного прибора, подсоединительных проводов, источника питания. Чаще всего применяют металлические термопреобразователи сопротивления, чувствительные элементы которых изготовляют из чистых металлов.

Металлы для термопреобразователей сопротивления должны обладать следующими свойствами: не окисляться и не вступать в химическое взаимодействие с измеряемой средой; иметь большой и по возможности постоянный температурный коэффициент электрического сопротивления; изменять свое сопротивление с изменением температуры по прямой или плавной кривой; иметь большое удельное сопротивление; легко технологически производиться. Наиболее полно указанным требованиям отвечают платина и медь.

Платина Pt имеет достаточно большой температурный коэффициент электрического сопротивления (3,94 · 10-3 град-1) и высокое удельное сопротивление (0,099 Ом-мм2/м). Она обладает химической инертностью в окислительной среде и может быть легко получена в чистом виде. Сопротивление Rt платины в зависимости от температуры в интервале 0-650 °С выражается формулой Rt = R0(l+At+Bt2), где Ro — сопротивление при 0°C; А и В — постоянные, определяемые при градуировке термопреобразователя.

Медь достаточно дешева, может быть легко получена в чистом виде, имеет высокий температурный коэффициент электрического сопротивления (4,26 · 10-3 град-1). Зависимость сопротивления меди от температуры в интервале- 50-180°С выражается уравнением

Rt=Ro(1 + at), где а — температурный коэффициент сопротивления меди.

Помимо металлов для термопреобразователей сопротивления применяются полупроводниковые материалы, которые изготовляют из смесей оксидов меди, марганца, магния, никеля, кобальта и других металлов. Смеси двух-трех оксидов со связывающими добавками спекают и придают им нужную форму (цилиндра, шайбочек, бусинок). В торцы таких элементов заделывают контакты.

Платиновые термопреобразователи сопротивления.

Они бывают технические, образцовые и эталонные. Технические термопреобразователи типа ТСП выпускаются для измерения температуры от -200 до +650 °С Чувствительный элемент этих термопреобразователей представляет собой платиновую спираль 1 (рис.1.9), расположенную в четырех капиллярных керамических трубках (каналах) каркаса 3, заполненных керамическим порошком 2, который служит изолятором, создает эффект подпружинивания спиралей, соединенных с выводами 4. Чувствительный элемент помещают в герметичную защитную алюминиевую трубку, свободное сечение которой по всей длине чувствительной части заполнено оксидом алюминия. Собранный элемент термопреобразователя помещается еще в одну наружную трубку с заваренным дном, имеющую штуцерную гайку и головку, в которой расположена контактная колодка с зажимами для проводов, соединяющих термопреобразователь с измерительным устройством.

Рис. Чувствительный элемент платинового термопреобразователя сопротивления.

Платиновые технические термопреобразователи сопротивления выпускаются трех градуировок:

Обозначение градуировки Гр. 20 Гр. 21 Гр. 22 Сопротивление R0, Ом 10 46 100

Допустимые отклонения Ro при 0 °С у технических термопреобразователей класса 1 составляют ±0,05%, класса 2 — 0,1 %.

Медные термопреобразователи сопротивления. Эти термопреобразователи (типа ТСМ) имеют чувствительный элемент в виде бескаркасной безындукционной намотки 2 (рис.) из медной проволоки диаметром 0,08 мм, покрытой фторопластовой пленкой 3. К намотке припаяны два вывода 1. Для обеспечения виброустойчивости чувствительный элемент помещают в тонкостенную металлическую гильзу, которую засыпают керамическим порошком и герметизируют. Гильзу помещают во внешний защитный чехол с заваренным дном, имеющим штуцерную гайку и головку.

Медные технические термопреобразователи сопротивления бывают двух градуировок:

Обозначение градуировки Гр. 23 Гр. 24

Сопротивление R0, Ом 53 100

Платиновые и медные термопреобразователи сопротивления отечественного производства выпускаются со строго определенными значениями сопротивления, обеспечивающими их взаимозаменяемость. Внешний вид и размеры этих приборов такие же, как и у термоэлектрических термометров.

Рис. Чувствительный элемент медного термопреобразователя сопротивления.

Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления.

Кроме металлических термопреобразователей сопротивления в последние годы применяют полупроводниковые, предназначенные для измерения температуры от -90 до +180°С. Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления называются термисторами и терморезисторами. При 50°С и ниже терморезисторы обладают значительно большим (в 5-10 раз) температурным коэффициентом электрического сопротивления, чем металлы, и вследствие этого намного превосходят по чувствительности медные и платиновые термометры сопротивления. Терморезисторы подразделяются на кобальто-марганцевые (типа КМТ) и медно-марганцевые (типа ММТ). Устройство стержневого полупроводникового сопротивления показано на рис. Полупроводниковый элемент 6 покрыт снаружи эмалевой краской, имеет на концах контактные колпачки 2, к которым припаяно два вывода 1. Полупроводник, обмотанный металлической фольгой 3, помещен в защитный металлический чехол 5, в верхней части которого имеется стеклянный изолятор 4. Термосопротивление имеет диаметр 4 мм и длину 20 мм. Широкое внедрение терморезисторов в промышленность ограничивается слабой воспроизводимостью свойств полупроводников, что исключает их взаимозаменяемость.

Рис. Стержневой полупроводниковый термопреобразователь сопротивления.

Электрические платиновые и медные термопреобразователи сопротивления являются одними из основных измерительных устройств при осуществлении автоматизации технологических процессов пищевых производств и применяются для измерения температуры в диффузионных и выпарных установках сахарного производства, в дезодораторах, барометрических конденсаторах, холодильных барабанах масло-жирового производства, ‘в темперирующих машинах кондитерского производства, в вакуум-аппаратах и сушилках макаронного производства, в мучных силосах и пекарных камерах хлебопекарного и кондитерского производств.

Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления применяются в системах температурной компенсации, в сигнализаторах и регуляторах температуры, автоматических установках контроля температуры плавления саломаса при гидрогенизации жиров.

Термопреобразователи сопротивления можно устанавливать в любом положении на глубину 150-1900 мм. При этом чувствительный элемент должен полностью погружаться в контролируемую среду, а середина активной части его соответствовать точке измерения температуры (рис.а). При измерении температуры среды в трубопроводах небольшого диаметра или в колене термопреобразователь устанавливают наклонно (рис. в), но в обоих случаях навстречу потоку. Важным требованием при установке термометра является предупреждение утечки тепла от чувствительного элемента через арматуру или лучеиспусканием и притока тепла к чувствительному элементу от более нагретых поверхностей.

Рис. Установка термопреобразователя сопротивления.

Датчики и термостаты — Термопреобразователи сопротивления ДТС (датчики температуры

Конструктивное исполнение Модель Параметры Материал Длина монтажной части L*, мм 015 D=8 мм сталь 12Х18Н10Т 60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000 025 D=10 мм 035 D=8 мм, M=20х1,5 мм**, S=22 мм 045 D=10 мм, M=20х1,5 мм**, S=22 мм 145 D=6 мм, M=20х1,5 мм**, S=22 мм остальное см. модель 045 055 D=10 мм, M=20х1,5 мм**, S=22 мм 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000 065 D=8 мм, M=20х1,5 мм**, S=27 мм 60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000 075 D=10 мм, M=20х1,5 мм**, S=27 мм 085 D=10 мм, M=27х2 мм**, S=32 мм 095 D=10 мм, M=20х1,5 мм**, S=22 мм 105 D=8 мм, M=20х1,5 мм**, S=27 мм 125 D=6 мм (-50…+100 0С) 60, 80, 100 Конструктивное исполнение головки (стандартное исполнение) (увеличенная) Пластмассовая Металлическая

Термосопротивление ДТС 064

Каталог / Преобразователи температуры / Термосопротивления ТСМ , ТСП / Термосопротивление ДТС 064 Термопреобразователи (датчики температуры) предназначены для непрерывного измерения температуры различных рабочих сред (например, пар, газ, вода, сыпучие материалы, химические реагенты и т.п., а также поверхностей твёрдых тел), не агрессивных к материалу корпуса датчика. Принцип действия термосопротивления основан на свойстве проводника изменять электрическое сопротивление с изменением температуры окружающей среды. Возможно также их изготовление с параметрами отличными от стандартных по спец. заказу. Термосопротивления отличаются : конструктивными исполнениями и градуировками 50М ( ТСМ ), 100М ( ТСМ ) , 50П ( ТСП ), 100П ( ТСП ), Pt100 ( ТСП ) Конструкционное исполнение Конструктивное исполнение Модель Параметры Длина монтажной части L*, мм 064 D = 8 мм, М=20х1,5 мм**, S=27 мм, h=8 мм Длина защитной части арматуры L = 60 мм, 80 мм, 100 мм, 120 мм, 160 мм, 200 мм, 250 мм, 320 мм, 400 мм, 500 мм, 630 мм, 800 мм, 1000 мм**; Длина кабельного вывода l* выбирается при заказе. * Длина кабельного вывода l и длина монтажной части L выбираются при заказе. ** По спец. заказу возможно изготовление датчика с параметрами, отличных от указанных. Класс допуска и диапазон измерений термопреобразователей ДТС Номинальная статическая характеристика (НСХ) 50М; 100М 50П; 100П; Pt100 Рабочий диапазон измеряемых температур -50…+150 °С -50…+250 °С Класс допуска В А; В Величина рабочего тока, не более 5 мА Количество чувствительных элементов 1 шт. Сопротивление изоляции, не менее 100 Мом Схема соединения внутренних проводников 2-х, 3-х, 4-х проводная Материал защитной арматуры сталь 12Х18Н10Т Форма заказа: ДТС064- A.БВ.Г/Д А Номинальная статическая характеристика ( НСХ ) 50М 100М 50П 100П Pt100 Б Класс допуска A (только для ТСП) B (стандартное исполнение) В Схема соединений 2 — двухпроводная 3 — трёхпроводная (стандартное исполнение) 4 — четырёхпроводная Г Длина монтажной части L, мм 60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000 Д Длина кабельного вывода l, м до 20 м (при длине каб. вывода более 1м — только при 3-х и 4-х проводной схеме) Документация:

Специфические особенности термосопротивления Pt100 и принцип работы

Термодатчики являются основными элементами во многих системах управления. Термосопротивление PT100 – это один из видов приборов, которые могут использоваться. Существуют также приборы Pt-500, Pt-100, 10K. Конкретно этот вид изготавливается на основе платины, но можно встретить и медные, и никелевые. В нашей статье мы рассмотрим особенности датчиков измерения температуры.

Основные особенности прибора

Платиновое термосопротивление Pt100 является достаточно распространенным элементом, так как у него очень хорошее соотношение качества и цены. Его можно использовать как отдельный прибор для измерения. Но можно встроить в гильзу иного устройства, чтобы осуществлять учет данных изменения температуры. Главное при этом – правильно учесть диаметр гильзы, чтобы не было большой разницы диаметров. В этом случае удастся обеспечить наилучшее условие для того, чтобы анализировать температуру сред.

Обычно такие датчики применяются для того, чтобы контролировать температуру в системах вентиляции, теплоэнергетических установках, а также иных отраслях.

Принцип функционирования

В основе лежат элементы из платины, у которых сопротивление при 0 градусов равно 100 Ом. Стоит отметить, что у платины имеется положительный коэффициент. А это означает, что сопротивление растет при увеличении температуры. У некоторых приборов в одном корпусе может быть заключено сразу три термоэлемента. Но чаще всего в промышленности используют термосопротивление Pt100 «Овен» с одним элементом. «Овен» — это отечественная компания, которая занимается производством и продажей оборудования для автоматизации и измерения данных.

В зависимости от разновидности измерительной цепи, используется определенный способ подключения – двух-, трех-, четырехпроводной. От того, где и для чего используется устройство, вы можете подобрать наиболее приемлемую характеристику. Термосопротивления Pt-100 можно использовать для измерения температуры газов или жидкостей. Впрочем, его можно применять и для контроля температуры продуктов в пищевой промышленности.

Эти приборы могут быть совместимы с устройствами, у которых аналогичное входное сопротивление. Максимальная температура, которую позволяет измерять датчик – около 350 градусов. Но в пике может выдерживать скачки до 400 градусов. Но это усредненные значения, зависят они от производителя. Для одних датчиков рабочий диапазон -40..+90, для других уже -50..+250. Но есть и модели, которые работают и в диапазоне -100..+600.

Когда нельзя сделать монтаж?

Не допускается монтаж устройств в таких условиях:

1. Если слишком высокий уровень вибрации.
2. Большая вероятность нанесения повреждения корпуса.
3. Агрессивная химическая среда.
4. Взрывоопасная среда.
5. В непосредственной близости к источникам электрических помех.

Технические характеристики прибора

Технические особенности датчика (в пример взято термореле):

1. Корпус изготавливается из нержавеющей стали.
2. Масса – 600 гр.
3. Размеры 62х66х67 см. Не учитывается размер непосредственно чувствительного элемента датчика.
4. Может измерять температуры в диапазоне -50..+100 градусов.
5. Максимальное значение погрешности – 2%.
6. Максимальная потребляемая мощность – 2 Вт.
7. Влажность среды, в которой происходит работа – 80% при температуре 35 градусов.
8. Давление – 0,01..1,6 МПа.

При проведении монтажных работ крайне важно соблюдать требования техники безопасности. На предприятиях монтаж этих устройств осуществляется лицами, прошедшими соответствующий инструктаж. Они также должны быть обучены работе с оборудованием. Установка, демонтаж и проведение осмотра возможно только при условии отключения питания от устройства.

Почему ломаются датчики?

Всего можно выделить три причины, по которым происходит выход из строя элемента:

1. Нарушены правила эксплуатации.
2. Отказ одного или нескольких элементов реле.
3. Слабый крепеж датчика.

Чтобы избежать преждевременного выхода из строя, нужно перед установкой и обслуживанием изучить внимательно инструкцию.

Как происходит работа датчика?

Принцип работы не очень сложный. Как мы говорили, в основе находится платиновый элемент, у которого при 0 градусов сопротивление равно 100 Ом. Если речь идет о датчике, например, Pt1000, то у него, соответственно, сопротивление уже будет 1000 Ом (1 кОм). У платиновых приборов коэффициент положительный, поэтому при возрастании температуры увеличивается и сопротивление.

На рисунке вы можете видеть подключение термосопротивления Pt100. Мы упоминали о том, что существует несколько вариантов подключений – с двумя, тремя или четырьмя проводами. Какой выбрать – решать только вам. Но нужно отметить, что наилучшая точность будет у четырехпроводного прибора. Но если вам не нужна высокая точность, то разумнее использовать двухпроводные датчики.

Существует также два класса точности – А и В. Последний разделяется на два подкласса – В1/3DIN и В1/10DIN. Они не могут самостоятельно использоваться на целиковом диапазоне температур.

Подведем итоги

Очень часто датчики Pt-100 используются в теплоэнергетике, чтобы поддерживать заданную температуру в измеряемой среде. Также часто их используют для автоматической системы регулировки обогрева. Это позволяет автоматизировать производство и снизить затраты на управление системами.

Нередко датчики устанавливаются в подводных и подземных трубопроводах. У изделия очень высокое качество, что гарантирует большой срок службы. Если правильно проведен монтаж, конечно. Характеристики термосопротивления Pt100 достаточно хорошие, что позволяет использовать прибор в любых сферах.

Диапазон рабочих температур достаточно большой, что позволяет использовать прибор практически в любой отрасли. Также датчик может контролировать состояние воздушной среды. Поэтому может использоваться в складских и производственных помещениях, у которых имеются определенные требования к среде и климату. Утилизация должна проводиться по правилам, которые относятся к переработке электроотходов.

ТС-035, Термопреобразователь сопротивления

Термосопротивления дТС типа ТСП, ТСМ предназначены для непрерывного измерения температуры различных рабочих сред (пара, газа, воды, сыпучих материалов, химических реагентов и т. п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика

Чертеж

Принцип действия термосопротивления основан на свойстве проводника изменять электрическое сопротивление с изменением температуры окружающей среды. 
Термосопротивления отличаются материалом чувствительного элемента: ТСМ — медь, ТСП — платина 

 Технические характеристики

Параметры	Значение
НСХ	50М; 100М; 50П; 100П; Pt100
Рабочий диапазон измеряемых температур:	−50…+180°C −50…+500°C
Класс допуска:
Группа климатического исполнения	Д2; Р2
Условное давление	10 МПа
Величина измерительного тока	Не более 5 мА
Показатель тепловой инерции	10…30 с
Количество чувствительных элементов	1; 2.
Сопротивление изоляции	Не менее 100 МОм
Схема соединения внутренних проводников	2-, 3- и 4-проводная
Степень защиты	IP54
Материал защитной арматуры	Сталь 12Х18Н10Т
Параметры	D = 8 мм; М = 20×1,5 мм
Длина монтажной части	60; 80; 100; 120; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000 мм

Пример записи при заказе: ТС-035-50П.В3.60

Комплект термосопротивления КДТС014-Pt500.А4.60/2

Комплект термосопротивления

Pt 500 термопреобразователь сопротивления платиновый, комплект 2 шт. с защитными гильзами. Длина кабеля — 1,5 м.

Длина гильз: 34 мм
(или 84, 134, 174 мм) — приобретаются дополнительно

Назначение Pt 500
Комплект термопреобразователей сопротивления платиновых типа Pt 500 предназначен для измерения температур и разности температур в системах теплоснабжения в составе теплосчетчиков.
Комплект состоит из двух термопреобразователей, подобранных в пару.
Комплект термопреобразователей Pt 500 имеют при выпуске из производста первичную гос. поверку.

Устройство и принцип действия Pt 500
Принцип действия Pt 500 основан на изменении электрического сопротивления термопреобразователя от температуры. Конструкция неразборная. Чувствительный элемент помещен в корпус.
Подбор пар производится при изготовлении.

Основные технические характеристики Pt 500

 

Технические характеристики	Значение характеристики
Номинальная статическая характеристика по ГОСТ 6651-94	Pt500
Диапазон измеряемых температур	0 — 160°C
Класс допуска по ГОСТ 6651-94	В
Диапазон измеряемой разности температур	от 1 до 150°С
Номинальное W преобразователей	1.3850
Предел допускаемого отклонения сопротивления ТС по НСХ, °С	±(0,3+0,004t )
Предел допускаемой абсолютной погрешности комплекта при измерении разности температур dt, °С	(0,09 + 0,005dt)
Схема присоединения	двухпроводная
Номинальный рабочий ток, мА	0,2
Показатель тепловой инерции, сек	не более 15
Минимальная глубина погружения, мм	32
Габаритные размеры, мм	диаметр 6, длина 47
Длина кабеля, м	1,5; 2; 3; 10
Электрическое сопротивления 1 м кабеля, Ом	не более 0,05
Средний срок службы	не менее 8 лет

Неуказанные параметры вписываются после испытаний индивидуально для каждого комплекта.

Монтаж и Эксплуатация Pt 500
Перед установкой термопреобразователи необходимо извлечь из упаковки, проверить внешний вид, комплектность и наличие отметок в паспорте.
Выдержать комплект после транспортировки 2 часа в нормальных условиях (t=25±10°C, относительной влажности не более 80%), затем установить на месте эксплуатации.
Монтаж комплекта термопреобразователей Pt 500 осуществляется в соответствии с паспортом и инструкцией по эксплуатации на теплосчетчик.
Установка комплекта термопреобразователей осуществляется в защитные гильзы индентично как на подающем, так и на обратном трубопроводах. Чувствительный элемент термопреобразователя свой серединой должен быть на оси трубопровода.
Гильзы термопреобразователей сопротивления должны монтироваться в патрубках (см. рис.), привариваемых к трубопроводу, и должны быть расположены на трубопроводе так, чтобы вода омывала их по всей длине.

Термопреобразователи сопротивления непосредственно в присоединителях должны монтироваться между отсекающими кранами.
Часть отрезка трубопровода в месте монтажа следует изолировать, чтобы исключить дополнительные погрешности измерения. Изоляция должна быть так сформирована, чтобы был обеспечен демонтаж термопреобразователей сопротивления.

Изменение длины кабеля влияет на измеряемые параметры. Допускается увеличивать длину кабеля до 10 м, при этом длина «горячего» и холодного» термометров должны быть одинаковыми.
Гильзы можно заполнять силиконовым маслом для улучшения теплового контакта с термопреобразователем. Не рекомендуется использовать другие сорта масла в связи с возможностью коксования последнего.
Не рекомендуется крепить защитный металлорукав к кабелю. Кабель термопреобразователя не должен касаться горячих трубопроводов.

 

Преимущества заказа у нас:

 

Как сделать заказ:

Заказ товара на сайте (мы свяжемся с вами в течении рабочего дня) и в офисе компании.	Согласование деталей заказа, оплаты и доставки с менеджером.	Предоплата 100% любым наиболее подходящим способом.	Сбор посылки и отправка, исходя из наличия товара.

Датчик

Услуги специалиста

Датчик – измерительный преобразователь — чувствительный элемент, преобразующий измеряемую физическую величину (перемещение, давление, температуру, электрическое напряжение и т.д.) в сигнал (обычно электрический) для передачи, обработки или регистрации. Обычно в системах датчики предназначены для получения, преобразования и регистрации первичной информации. Для передачи информации используются электрические сигналы, поэтому широко применяют датчики, преобразующие неэлектрический сигнал в электрический. Датчики можно классифицировать по назначению: температуры, давления, уровня, линейных и угловых перемещений, состава веществ, оптических величин и т.п. Принцип действия резисторных датчиков (активного сопротивления) основан на зависимости их электрического сопротивления R, Ом, от длины l, площади сечения S или удельного электрического сопротивления P:R=pl/S . Основной характеристикой датчика перемещения является зависимость вида: R=f(l), т.е. сопротивления от перемещения. Такие датчики могут работать в цепях постоянного и переменного тока. Разновидностью резисторных датчиков является потенциометрические датчики и тензорезисторы (или тензодатчики). Потенциометрические датчики используют в системах автоматического управления для измерения угловых и линейных перемещений (см. Датчик положения). Тензорезисторы используют для измерения сил и деформации тел. Действие проволочных фольговых и пленочных тензорезисторов основано на изменении сопротивления проволоки, пленки или фольги при сжатии или растяжении. Проволочный тензорезистор представляет собой свернутую в спираль проволоку диаметром не более 0,05 мм, наклеенную на полоску бумаги длиной до 40 мм и имеющую медные выводы. Сопротивление тензорезистора составляет обычно 100 — 200 Ом, измеряемая деформация не превышает 1%. Полупроводниковые тензорезисторы обычно при меняют для динамических измерений в широком диапазоне частот. Изготовляют их в виде пластин из кристаллов германия или кремния, наклеенных на бумажное основание, с металлическими выводами. Длина их составляет 5 — 15 мм. По сравнению с проволочными они обладают более высокой относительной чувствительностью. Сопротивление тензорезистора составляет от 50 Ом до 5 кОм. Емкостные датчики основаны на принципе преобразования линейных или угловых перемещений в изменение емкости конденсатора, они работают на переменном токе повышенной частоты (до 1000 Гц). Индуктивные датчики предназначены для измерения угловых и линейных перемещений, которые преобразуются в изменение индуктивности. Управляющим устройством датчика является реактивное сопротивление, поэтому питание схемы осуществляется от источника переменного тока. Индуктивные датчики не имеют трущихся контактов и обладают большей надежностью и более высокой чувствительностью, чем потенциометрические. Эти датчики нашли применение для изменения малых перемещений — от единиц микрометров до единиц миллиметров. Электротепловые датчики используют для изменения температуры. Они преобразуют изменение температуры в изменение электрической величины — ЭДС или сопротивления. В зависимости от выходной величины они делятся на термопары и термосопротивления. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте. Термопары из тугоплавких материалов и сплавов служат для измерения высоких температур, °С: вольфрам-молибден 1300-2400; вольфрам-рений 0-2500 и т.п. Более высокую точность измерения температуры получают при использовании термосопротивлений, выполненных из металлов или полупроводников. Термосопротивления, изготовленные из платины, позволяют измерять температуры в широком диапазоне от минус 260 до плюс 3600 °С. Для изготовления высокотемпературных термосопротивлений используют радий, иридий, рений и т.п. Полупроводниковые термосопротивления (термисторы), изготовленные из смеси оксидов различных металлов, дают возможность повысить. пределы и точность измерения температуры. Среди электромеханических систем автоматики значительное место занимают системы дистанционной передачи угла, в которых применяются преобразователи угловых перемещений различных типов, так называемые датчики электромашинного типа. К ним можно отнести потенциометр, датчики и сельсины, которые в последние годы используют все реже. Наибольшее применение получают вращающиеся трансформаторы, индукционные редуктосины, круговые и линейные индуктосины и др.

Тепловое сопротивление — обзор

5.2.2.3 Теплопередача внутри скважинного теплообменника и его основные влияющие факторы

В соответствии с основными принципами, обсуждавшимися ранее при работе с сильно связанными источниками тепла окружающей среды, при проектировании скважинного теплообменника (BHE), очень важно обеспечить — экономически эффективным — то, что тепло может закачиваться или извлекаться из земли без чрезмерной разницы температур между жидким теплоносителем и окружающей землей, тем самым сводя к минимуму разницу между T _2r и T ₂ (см. Рисунок 5.1). Эта разница температур сильно зависит от параметра, известного как тепловое сопротивление жидкости относительно земли, в котором двумя основными составляющими этого сопротивления являются тепловое сопротивление между жидкостью-теплоносителем и стенкой ствола скважины, известное как тепловое сопротивление скважины , и тепловое сопротивление окружающего грунта от стенки скважины до некоторого подходящего среднего уровня температуры, называемого тепловым сопротивлением грунта (см. Eskilson, 1987; Hellström & Kjellsson, 1998).

Термическое сопротивление грунта включает окружающий грунт от стенки скважины до некоторого эталонного уровня температуры, обычно естественной ненарушенной температуры грунта T ₂ в приложениях типа GSHP. ⁵ В этом типе применения удобно рассматривать тепловую реакцию из-за скачкообразного изменения удельной скорости закачки тепла q (Вт / м) ⁶ , заданной на единицу длины ствола скважины, и ассоциировать температуру эволюция с зависящим от времени тепловым сопротивлением заземления R _g , так что:

(5.2) Tb − T2 = qRg

, где T _b — температура в стенке скважины. Единица термического сопротивления заземления R _g — К / (Вт / м). Другим важным фактором при проектировании скважинных систем является тепловое сопротивление между теплоносителем в проточных каналах ствола скважины и стенкой ствола скважины. Тепловое сопротивление между флюидом и стенкой ствола скважины дает разницу температур между температурой флюида в коллекторе ( T _f ) и температурой у стенки скважины ( T _b ) для определенной удельной скорости теплопередачи. q (Вт / м):

(5.3) Tf − Tb = qRb

As T _f представляет реальную температуру, при которой тепловой насос фактически забирает тепло из холодного резервуара (Tf≈T2r), из комбинации уравнения (5.2) и Уравнение (5.3) мы можем легко вывести:

(5.4) T2r − T2 = q (Rg + Rb)

Следовательно, с точки зрения производительности системы, мы можем видеть, что важно минимизировать термическое воздействие на грунт, а также на скважину. тепловое сопротивление. Однако тепловое сопротивление грунта сильно зависит от таких факторов, как удельное тепловое сопротивление грунта (в зависимости от типа или состава грунта), которое проектировщик не может изменить.Также важно отметить, что обычно используется несколько групп скважин. Тепловое взаимодействие между соседними скважинами разовьется через относительно короткое время, что повлияет на значение R _г . Обычный подход здесь заключается в измерении с помощью так называемых методов импульсного или переходного отклика (TRT) (ASHRAE, 2002; Gehlin, 1998) индивидуального значения скважины R _g , которое затем экстраполируется путем моделирования. через соответствующие так называемые g-функции на поведение всего скважинного поля.Наконец, R _г также зависит от того, насколько интенсивно грунт использовался ранее для термического извлечения / закачки и, следовательно, от энергетического поведения системы (характеризуемого количеством часов, в течение которых система использовалась при полной нагрузке на протяжении всего нагрева. сезон).

Термическое сопротивление скважины зависит от расположения проточных каналов и тепловых свойств используемых материалов. Типичные значения, наблюдаемые при полевых испытаниях, находятся в диапазоне от 0,01 К / (Вт / м) для разомкнутой коаксиальной схемы до примерно 0.25 К / (Вт / м) для одинарных U-образных труб из бентонитового раствора с плохим тепловым контактом с окружающей стенкой скважины. Для типичной скорости теплопередачи 50 Вт / м соответствующие перепады температур, которые могут возникнуть из-за термического сопротивления ствола скважины, будут варьироваться от 0,5 ° C до значений вплоть до 12,5 ° C, что потенциально может очень существенно повлиять на производительность системы. Чтобы свести к минимуму R _b , для обеспечения лучшей теплопередачи используются заполняющие материалы (например, бентонит, бетон и т. Д.) В скважинах, залитых раствором.Однако в заполненных водой скважинах — очень популярных на севере Европы — теплопередача вызывает естественную конвекцию в скважинной воде и в окружающем проницаемом грунте. Этот эффект возможен только при соблюдении определенных условий грунта и приводит к снижению общего термического сопротивления скважины.

В целом термическое сопротивление ствола скважины зависит:

•

От качества раствора

•

От материала ствола скважины

•

От потока жидкости внутри ППТ — если условия потока ламинарные, тепловой контакт намного хуже, чем в условиях турбулентного потока

•

Возможное тепловое короткое замыкание между нижним и восходящим участками внутри BHE

Использование более высоких скоростей потока может свести к минимуму последнее два фактора, но в результате возникает компромисс с увеличением потребности в насосах.

Наконец, при рассмотрении уравнения (5.4) можно пойти другим путем: ограничить удельную скорость отвода тепла, q . Это подход некоторых из наиболее известных стандартов для разработки мелководных геотермальных источников, таких как немецкий стандарт VDI 5450 (VDI, 2008). Здесь фиксируются максимально допустимые показатели отвода тепла в зависимости от различных почв и рабочих параметров данной системы. В первые годы внедрения BHE в Европе стандартным значением для Германии было значение 50 Вт / м (тогда как значение 55 Вт / м обычно принималось для Швейцарии).Эти значения использовались в то время при проектировании жилых зданий GSHP, и значение 50 Вт / м до сих пор является практическим значением для определения размеров небольших установок. Однако из всех рассмотрений, сделанных ранее, очевидно, что система BHE не должна разрабатываться в соответствии с такими типами правил.

Основы термического сопротивления | Celsia

Сегодняшний гостевой блог об основах термического сопротивления ведет доктор Джеймс Стивенс, профессор машиностроения из Университета Колорадо.Доктор Стивенс специализируется на численном и аналитическом анализе теплопередачи, охватывающем как установившиеся, так и переходные ситуации, с приложениями к тепловой истории, тепловому отклику, электронному охлаждению, температурным профилям, тепловому расчету и определению скорости теплового потока.

Аналогия теплового сопротивления

Термическое сопротивление — это удобный способ анализа некоторых проблем теплопередачи с использованием электрической аналогии, чтобы упростить визуализацию и анализ сложных систем.Он основан на аналогии с законом Ома:

В законе Ома для электричества «V» — это напряжение, возбуждающее ток величиной «I». Сила тока, протекающего при заданном напряжении, пропорциональна сопротивлению (R _elec ). Для электрического проводника сопротивление зависит от свойств материала (например, медь имеет более низкое сопротивление, чем древесина) и физической конфигурации (толстые короткие провода имеют меньшее сопротивление, чем длинные тонкие провода).

Для одномерных стационарных задач теплопередачи без внутреннего тепловыделения тепловой поток пропорционален разнице температур в соответствии с этим уравнением:

где Q — тепловой поток, k — свойство материала теплопроводность, A — площадь, перпендикулярная потоку тепла, Δx — расстояние, на котором течет тепло, а ΔT — разность температур, приводящая в движение тепловой поток.

Если мы проведем аналогию, сказав, что электрический ток течет подобно теплу, и заявив, что напряжение управляет электрическим током, как разница температур управляет тепловым потоком, мы можем записать уравнение теплового потока в форме, аналогичной закону Ома:

где R _th — это тепловое сопротивление, определяемое как: Как и в случае с электрическим сопротивлением, тепловое сопротивление будет выше для небольшой площади поперечного сечения теплового потока (A) или на большом расстоянии (Δx).

Обоснование

Итак, зачем все это? Ответ заключается в том, что термическое сопротивление позволяет нам решать несколько сложные проблемы относительно простыми способами. Мы поговорим о различных способах его использования, но сначала давайте рассмотрим простой случай, чтобы проиллюстрировать преимущества.

Предположим, что мы хотим рассчитать тепловой поток через стену, состоящую из трех разных материалов, и нам известны поверхностные температуры на каждой внешней поверхности, T _A и T _B , а также свойства и геометрия материала.

Мы могли бы написать уравнение проводимости для каждого материала:

Теперь у нас есть три уравнения и три неизвестных: T ₁ , T ₂ и Q. Было бы не так уж много работы, чтобы алгебраически решить эти три неизвестных, однако, если мы воспользуемся аналогией термического сопротивления, нам даже не придется проделывать столько работы:

, где

, и мы можем решить для Q в Единственный шаг.

Объединение тепловых сопротивлений

Этот простой пример показал, как последовательно объединить несколько тепловых сопротивлений, что имеет ту же структуру, что и в электрическом аналоге:

Так же, как электрические сопротивления, тепловые сопротивления также могут быть объединены параллельно или в обоих последовательностях и параллельно:

Beyond Conduction

До сих пор мы говорили о тепловом сопротивлении, связанном с проводимостью через плоскую стенку.Для стационарных одномерных задач другие уравнения теплопередачи могут быть сформулированы в формате термического сопротивления. Например, рассмотрим закон охлаждения Ньютона для конвективной теплопередачи:

где Q — тепловой поток, h — коэффициент конвективной теплопередачи, A — площадь, на которой происходит теплопередача, T _s — температура поверхности, на которой конвекция имеет место, а T _inf — это температура жидкости в набегающем потоке. Как и в случае теплопроводности, существует разница температур, движущая потоком тепла.В этом случае тепловое сопротивление будет:

Аналогично, для теплопередачи от серого тела:

где Q — тепловой поток, ε — коэффициент излучения поверхности, σ — постоянная Стефана-Больцмана, T _s — это температура поверхности излучающей поверхности, а T _surr — температура окружающей среды. Факторизуя выражение для температуры, можно записать тепловое сопротивление:

Преимущество: простая установка проблемы

Формулировки термического сопротивления могут сделать решение довольно сложной задачи довольно простым в установке.Представьте, например, что мы пытаемся рассчитать тепловой поток от потока жидкости известной температуры через композитную стенку к воздушному потоку с конвекцией и излучением, происходящим со стороны воздуха. Если свойства материала, коэффициенты теплопередачи и геометрия известны, то состав уравнения очевиден:

Теперь для решения этой конкретной проблемы может потребоваться итеративное решение, поскольку радиационное тепловое сопротивление содержит температура поверхности внутри него, но установка проста и понятна.

Преимущество: Problem Insight

Формулировка термического сопротивления имеет дополнительное преимущество, так как очень ясно показывает, какие части модели контролируют теплопередачу, а какие части не важны или, возможно, даже незначительны. В качестве конкретной иллюстрации предположим, что в последнем примере тепловое сопротивление на стороне жидкости составляло 20 К / Вт, что первый слой в композитной стене был пластиком толщиной 1 мм с тепловым сопротивлением 40 К / Вт, что второй слой состоял из стали толщиной 2 мм с термическим сопротивлением 0.5 К / Вт, и что тепловое сопротивление конвекции для воздуха было 200 К / Вт, а тепловое сопротивление излучению в окружающую среду было 2500 К / Вт, исходящему от поверхности с излучательной способностью 0,5.

Мы можем многое понять в проблеме, просто учитывая тепловое сопротивление. Например, поскольку сопротивление излучения параллельно гораздо меньшему сопротивлению конвекции, оно будет иметь небольшое влияние на общее тепловое сопротивление. Увеличение коэффициента излучения стены до единицы улучшило бы общее тепловое сопротивление только на 5%.Или полное игнорирование излучения приведет к ошибке всего в 6%. Точно так же термическое сопротивление стали является последовательным и крошечным по сравнению с другими сопротивлениями в системе, поэтому независимо от того, что сделано с металлическим слоем, это не окажет большого влияния. Например, переход со стали на чистую медь улучшит общее термическое сопротивление только на 0,2%. Наконец, очевидно, что тепловое сопротивление регулируется конвекцией со стороны воздуха. Если бы можно было удвоить коэффициент конвекции (скажем, увеличив скорость воздуха), только этот шаг уменьшил бы общее тепловое сопротивление на 36%.

Проводимость за пределами плоской стены

Тепловое сопротивление также можно использовать для других геометрий проводимости, если они могут быть проанализированы как одномерные. Тепловое сопротивление теплопроводности в цилиндрической геометрии составляет:

, где L — осевое расстояние вдоль цилиндра, а r ₁ и r ₂ такие, как показано на рисунке.

Термическое сопротивление для сферической геометрии составляет:

с r ₁ и r ₂ , как показано на рисунке.

Заключение

Термическое сопротивление — мощный и полезный инструмент для анализа проблем, которые могут быть аппроксимированы как одномерные, стационарные, и которые не имеют источников тепловыделения.

---

Свяжитесь с Celsia для решения следующей задачи теплового расчета. Мы специализируемся на разработке и производстве теплоотводов с использованием жидкостных двухфазных устройств: тепловых трубок и паровых камер.

Тепловое сопротивление — аналог электрического сопротивления

Теплопередача:

1. Основы тепломассообмена, 7-е издание.Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
2. Тепло- и массообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
3. Основы тепломассообмена. К. П. Котандараман. New Age International, 2006, ISBN: 9788122417722.
4. Министерство энергетики, термодинамики, теплопередачи и потока жидкости США. Справочник по основам DOE, том 2 от 3 мая 2016 г.

Ядерная и реакторная физика:

1. J.Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Эддисон-Уэсли, Ридинг, Массачусетс (1983).
2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. У. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Glasstone, Сесонске. Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
5. W.S.C. Уильямс.Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
6. Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Аддисон-Уэсли Паб. Co; 1-е издание, 1965 г.
7. Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерных реакторов, 1988 г.
8. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник DOE по основам, тома 1 и 2. Январь 1993 г.
9. Пол Ройсс, Нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

Advanced Reactor Physics:

1. K.О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, исправленное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033-2.
2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
4. Э. Льюис, У. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

Что такое RTD — Типы, использование и другое RTD от JMS Southeast

Что такое RTD?

RTD расшифровывается как резистивный датчик температуры. RTD иногда обычно называют термометры сопротивления. Американское общество испытаний и материалов (ASTM) определило термин «сопротивление». термометр следующего вида:

Термометр сопротивления, n. — устройство для измерения температуры, состоящее из элемента термометра сопротивления, внутреннего соединительные провода, защитная оболочка со средствами для монтажа соединительной головки или без них, соединительный провод или другое фитинги или и то, и другое.[Том. 14.03, E 344 — 02 3.1 (2007).]

RTD — это датчик температуры, который измеряет температуру по принципу изменения сопротивления металла. с температурой. На практике электрический ток передается через кусок металла (элемент RTD или резистор), расположенный в непосредственной близости от места измерения температуры. Значение сопротивления элемента RTD затем измеряется прибором.Это значение сопротивления затем соотносится с температурой на основе известного характеристики сопротивления элемента RTD.

Как работают RTD?
RTD работают на основе базовой корреляции между металлами и температурой. Как температура металла увеличивается, увеличивается сопротивление металла току электричества. Точно так же, как температура сопротивления RTD элемента увеличивается, электрическое сопротивление, измеряемое в омах (Ω), увеличивается.Элементы RTD обычно указываются в соответствии с их сопротивлению в Ом при нуле градусов Цельсия (0 C). Наиболее распространенная спецификация RTD — 100 Ом, что означает, что при 0 C элемент RTD должен иметь сопротивление 100 Ом.

Платина является наиболее часто используемым металлом для элементов RTD из-за ряда факторов, включая ее (1) химическую инертность, (2) почти линейная зависимость температуры от сопротивления, (3) достаточно большой температурный коэффициент сопротивления обеспечить легко измеримые изменения сопротивления при изменении температуры и (4) стабильность (в том смысле, что его термостойкость не кардинально меняются со временем).

Другие металлы, которые реже используются в качестве резисторных элементов в RTD, включают никель, медь и Balco.

Элементы RTD обычно имеют одну из трех конфигураций: (1) осажденная или экранированная пленка из суспензии платины или металлического стекла. на небольшую плоскую керамическую подложку, известную как «тонкопленочные» элементы RTD, и (2) платиновый или металлический провод, намотанный на стекло или керамическая бобина и герметизированная покрытием из расплавленного стекла, известного как элементы RTD с проволочной обмоткой.(3) Частично поддерживаемый намотанный элемент, который представляет собой небольшую катушку с проволокой, вставленную в отверстие в керамическом изоляторе и прикрепленную вдоль одной стороны эта дыра. Из трех элементов RTD тонкая пленка является наиболее прочной и со временем становится все более точной.

Почему RTD иногда называют 2-, 3- или 4-проводными RTD? И зачем мне одна конфигурация проводов RTD вместо другой?
Простое практическое правило состоит в том, что чем больше проводов у RTD, тем он точнее.Вся сборка RTD не является платиной. Среди прочего Проблемы, построение RTD таким способом для большинства целей было бы непомерно дорогим. В результате только маленький RTD Сам элемент выполнен из платины. На практике значение сопротивления элемента RTD было бы бесполезным без средств чтобы передать это сопротивление инструменту. Соответственно, изолированные медные провода обычно соединяют элемент RTD с измерительный инструмент.

Как и платина, медь имеет значение сопротивления. Сопротивление вдоль медных выводных проводов может повлиять на измерение сопротивления. определяется прибором, подключенным к RTD. Двухпроводные RTD не имеют практических средств для учета сопротивление, связанное с медными подводящими проводами, которое снижает степень точности измерения сопротивления коррелирует с температурой элемента RTD.В результате двухпроводные RTD используются реже всего и обычно используется там, где требуется только приблизительное значение температуры.

Трехпроводные термометры сопротивления являются наиболее распространенной спецификацией для промышленных приложений. В трехпроводных резистивных датчиках температуры обычно используется мост Уитстона. схема измерения для компенсации сопротивления подводящего провода, как показано ниже.

В 3-проводной конфигурации RTD провода «A» и «B» должны быть примерно одинаковой длины.Эти длины важны, потому что цель моста Уитстона состоит в том, чтобы сделать импедансы проводов A и B, каждый из которых действует как противоположная ветвь моста, отключите другой, оставив провод «C» действовать как измерительный провод, по которому проходит очень небольшой (диапазон микроампер) ток. 4-проводные RTD

даже более точны, чем их 3-проводные аналоги RTD, потому что они могут полностью компенсировать сопротивление проводов, не обращая особого внимания на длину каждого из проводов.Это может обеспечить значительно повышенная точность при относительно невысокой стоимости увеличенного медного удлинительного провода.

Какие общие компоненты RTD?

1. Платиновый резистивный элемент RTD: Это фактическая часть датчика температуры RTD. Элементы различаются по длине от 1/8 дюйма до 3 дюймов. Есть много вариантов. Стандартный температурный коэффициент — это альфа 0,00385, а стандартное сопротивление составляет 100 Ом при 0 C.

2. Внешний диаметр RTD: Самый распространенный внешний диаметр — «в США» или 6 мм (0,236 дюйма) для приложений за пределами США. Тем не мение, диапазон наружных диаметров от 0,063 дюйма до 0,500 дюйма

Материал трубки RTD: Нержавеющая сталь 316 обычно используется для сборок до 500 F. При температуре выше 500 F рекомендуется использовать Inconel 600.

3. Присоединение к процессу RTD: Фитинги для присоединения к процессу включают все стандартные фитинги, используемые с термопарами (т.е.е. компрессионные, сварные, подпружиненные и др.).

4. Конфигурация проводов RTD: RTD доступны в 2-, 3- и 4-проводной конфигурации. 3-проводные конфигурации являются наиболее распространенными для промышленное применение. Стандартными изоляционными материалами для проводов являются тефлон и стекловолокно. Тефлон влагостойкий и его можно использовать до 400 F. Стекловолокно может использоваться до 1000 F.

5. Терминал холодного конца RTD: RTD могут подключаться к холодному концу с помощью вилок, неизолированных проводов, клеммных головок и любого другого эталонные спаи, общие для термопар.

Что такое термометр сопротивления? Принцип работы, конструкция, характеристика и принципиальная схема термометра сопротивления

Определение : Термометр сопротивления — это устройство, которое используется для определения температуры по вариации в сопротивлении проводника. Он широко известен как датчик температуры сопротивления (RTD) и представляет собой точный датчик температуры .

RTD не используется для динамического измерения температуры.

Принцип работы термометра сопротивления

Как мы знаем, в термометре сопротивления сопротивление проводника зависит от изменения температуры. При повышении температуры металла увеличивается амплитуда колебаний атомных ядер материала.

В результате увеличивается вероятность столкновения свободных электронов с связанными ионами. Таким образом, прерывание движения электрона вызывает увеличение сопротивления.Следовательно, вызывая повышение температуры, связанной с этим.

Так работает RTD.

Датчик температуры сопротивления обычно состоит из никеля , платины , меди или вольфрама . Однако платина используется в качестве основного элемента в таких точных датчиках температуры из-за ее химически инертной природы. Таким образом, его можно использовать во враждебной среде, чтобы снизить вероятность окисления.

В металле изменение сопротивления в зависимости от температуры определяется следующим соотношением:

R _t = R _o (1 + αt + βt ² + ϒt ³ ———)

: R _o = сопротивление при 0 ° C

R _t = сопротивление при t⁰ C

α, β, ϒ и т. Д. Здесь постоянные.

Конструкция термометра сопротивления

На рисунке ниже показана структурная схема платинового RTD

.

Состоит из скрещенной слюды рамки, внутри которой находится платина в виде спирали. Вся конструкция помещена в откачиваемую трубку из нержавеющей стали. Расположение змеевика создает наименьшее напряжение при повышении температуры. По мере того как напряжение увеличивается с увеличением напряжения. Значит, это вызовет нежелательное изменение сопротивления провода.

Мы можем получить лучшую электрическую изоляцию, если поместить слюду между откачанной трубкой и платиновой катушкой.

Здесь следует отметить, что используемый материал должен быть достаточно чистым, чтобы обеспечить надлежащие результаты.

Чистоту платины можно проверить измерением R ₁₀₀ / R _o . Что касается чистого платинового материала, значение отношения должно быть выше 1,390

Основное уравнение термометра сопротивления

Как известно,

R _t = R _o (1 + αt + βt ² + ϒt ³ ———)

R _t из приведенного выше уравнения можно приблизительно представить как:

R _t = R _o (1 + αt + βt ² )

Если элемент — чистая платина,

α = 3.94 Χ 10 ^-3 / ⁰C

β = — 5,8 Χ 10 ^-7 / (⁰C) ²

Вышеупомянутое уравнение можно переписать как:

R _t = R _o (1 + C t _pt )

: C = средний температурный коэффициент сопротивления от 0 C до 100 ⁰C.

t _pt = температурный коэффициент платины

и выдается

: R _t , R _o , R ₁₀₀ — сопротивление при t C, 0 ⁰C, 100 ⁰C

Основной интервал термометра обозначается R ₁₀₀ — R _o
Уравнение, приведенное ниже, показывает разницу истинной температуры «t» и температуры платины «t _pt »

: δ = постоянная

Значение δ находится между 1.488 к 1.498 . Поскольку меньшее значение δ указывает на высокую степень чистоты.

Тип провода, используемого в RTD, определяет его эффективный диапазон. Диапазон температур платинового RTD составляет от 100 C до 650 ⁰C .

Характеристики материалов, используемых в термометре сопротивления

На приведенном ниже рисунке показаны типичные температурные характеристики сопротивления для различных типов материалов, используемых в RTD.

Поскольку золото и серебро являются менее резистивными материалами, они практически не используются в конструкции RTD.Когда мы говорим об удельном сопротивлении, вольфрам имеет высокое удельное сопротивление, но он ограничен для высокотемпературных применений.

Еще одним элементом, используемым в конструкции RTD, является медь из-за ее низкого удельного сопротивления, но с низкой линейностью. Таким образом, среди всех других элементов предпочтение отдается платине.

Цепь термометра сопротивления

По сути, схемы RTD представляют собой схемы моста Уитстона, но следует отметить, что это не простой мост Уитстона, а модифицированная форма.

RTD можно подключить к одному из плеч моста Уитстона, как показано на рисунке ниже:

Здесь R ₁ и R ₂ — 2 фиксированных сопротивления, R ₃ — переменное сопротивление, а R _t — сопротивление детектора.

В состоянии баланса,

Когда ₁ = ₂

R _т = R ₃

Переменное сопротивление R ₃ здесь — регулируемый потенциометр.Чтобы избежать всего эффекта, который возникает из-за изменений температуры, резисторы, используемые в цепи, сделаны из манганина. Это так, потому что манганин имеет самый низкий температурный коэффициент сопротивления .

Рекомендации по проектированию схемы термометра сопротивления

В RTD необходимо учитывать некоторые моменты при проектировании схемы. Это следующие:

1. Для подключения RTD к цепи требуются подводящие провода некоторой подходящей длины.Таким образом, изменение температуры приведет к изменению сопротивления в мостовой схеме. Таким образом, необходимо соблюдать надлежащее расстояние между точкой, где должен быть установлен RTD, и точкой измерения.

2. Ток, протекающий через RTD, учитывает эффект нагрева в цепи. Таким образом, выделяемое тепло увеличивает температуру датчика RTD.

Это эффект самонагрева , и мы не можем его избежать. Единственное, что мы можем сделать — это пойти на компромисс с чувствительностью инструмента.Снижение тока через RTD определенно снизит скорость тепловыделения, но также снизится чувствительность устройства. Однако его можно улучшить с помощью надлежащего усиления.

Повышение температуры устройства из-за эффекта самонагрева можно представить как:

: ∆T = повышение температуры, ° C
P = мощность, рассеиваемая в RTD, в ваттах

P _d = Константа рассеяния RTD в Вт / ⁰C

Трехпроводной термометр сопротивления

На рисунке ниже показана схема 3-проводного RTD

.

Для компенсации влияния переменного сопротивления проводов используется трехпроводной метод.Обычно используется медный выводной провод одинаковой длины и диаметра, чтобы иметь одинаковое сопротивление.

В промышленности чаще всего используются 3-проводные РДТ.

Преимущества термометра сопротивления

1. Обеспечивает очень точные результаты.
2. RTD обеспечивает широкий рабочий диапазон.
3. Благодаря своей высокой точности, RTD используется во всех таких приложениях, где требуются точные результаты.

Недостатки термометра сопротивления

1. Чувствительность платинового RTD очень низкая для незначительных колебаний температуры.
2. RTD имеет более низкое время отклика.

Одним из наиболее распространенных ранее использовавшихся индикаторов RTD был прибор для измерения перекрестной катушки с коэффициентом или . Несмотря на то, что он дешев и надежен по своей природе, резистивный датчик температуры мостового типа с цифровой индикацией заменил его.

Тепловой поток, теплоемкость и термическое сопротивление локализованных поверхностей тела человека с использованием нового калориметрического датчика

В этом разделе представлены результаты экспериментов. В таблице 2 представлены антропометрические характеристики испытуемых.Полученные термические результаты показаны в Таблице 3 и обсуждаются ниже. В разделе 4 представлено временное исследование ожога второй степени на запястье у субъекта 1.

Таблица 2 Антропометрические характеристики субъектов Таблица 3 Тепловой поток тела для каждой температуры термостата, A ₀₂₆ и A ₀₃₆ , эквивалентное тепловое сопротивление R _экв и теплоемкость C ₁ . Для каждого объекта и зоны показаны средние значения ± стандартное отклонение

Обсуждение теплового потока (

A ₀₂₆ , А ₀₃₆ , А ₁ и τ ₁ )

Прикладывание датчика к коже вызывает падение температуры кожи в области измерения, поскольку изначально термостат установлен на 26 ° C.Термистор, установленный в приборе, считывает температуру кожи во время измерения. Мы определили T _skin как среднее значение температуры кожи, когда термостат установлен на 26 ° C. Эта температура немного ниже физиологической температуры кожи в состоянии покоя в термонейтральной среде. У T _skin значения были 31,6 ± 0,7 ° C на виске, 31,5 ± 0,7 ° C на запястье, 30,1 ± 0,9 ° C на бедре, 29,6 ± 1,3 ° C на руке, 28,8 ± 0,7 ° C. на бедре и 25.1 ± 1,1 ° C на пятке.

На рис. 5a значения теплового потока для двух температур термостата ( A ₀₂₆ и A ₀₃₆ ) представлены в зависимости от разницы температур между кожей и окружающей средой, T _skin — Т _комн. . На рис. 5b переходная энергия контакта, которая передается от датчика к коже (или наоборот), представлена ​​как функция температуры кожи. Эта энергия определяется как интеграл теплового потока выше стабильного значения, значение которого является произведением A ₁ τ ₁ (см.(2)). Этот интеграл соответствует площади под начальным пиком теплового потока W ₁ (см. Рис. 2а).

Рис.5

a Тепловой поток для различных температур термостата 26 ° C и 36 ° C ( A ₀₂₆ и A ₀₃₆ ) по сравнению с ( T _скин — T _комн. ). Параметры линейной настройки указаны в таблице 4. b Переходная энергия контакта ( A ₁ τ ₁ ) по сравнению с ( T _скин ).Среднее значение T _{комната} = 23 ° C

Как показано на рис. 5a, тепловой поток был больше, когда термостат был на 26, чем 36 ° C. Когда термостат был установлен на 26 ° C, все значения были положительными, за исключением некоторых случаев в области пятки. При 36 ° C все значения на виске были положительными; в области живота, кисти и бедра 60% были положительными, в области запястья 85% — положительными, а в области пятки все были отрицательными. С другой стороны, самая низкая температура кожи была измерена на пятке (более низкие значения), а самая высокая — на виске (большие значения).

Тепловой поток может быть положительным даже при температуре кожи ниже температуры термостата. Это происходит потому, что датчик стабилизируется с помощью близлежащей области под поверхностью кожи, которая должна иметь более высокую температуру, чем поверхность кожи и термостат. Как и ожидалось, тепловой поток пропорционален разности температур T _кожи — T _{комнаты} . Линии регрессии показаны на рис. 5а, а параметры каждой корректировки — в таблице 4.

Таблица 4 Параметры линейной регулировки теплового потока (рис. 5а)

Тепловой поток был разным в каждой зоне. Среднее значение термостата при 26 ° C с учетом всех испытуемых составляет 315 мВт на виске, 309 мВт на запястье, 240 мВт на животе, 237 мВт на руке, 186 мВт на бедре и 48 мВт. на пятке. Наибольший тепловой поток приходился на висок, а наименьший — на нижнюю конечность (бедро и пятку). В среднем наибольшая изменчивость теплового потока наблюдалась в руке, а меньшая — в виске.

Существовали также половые и возрастные различия. В среднем мужчины рассеивают примерно на 8% больше, чем женщины, хотя в этом исследовании эта разница не значима. Что касается возраста, диссипация в области живота, виска и бедра была одинаковой у всех испытуемых. Однако в случае с рукой тепловой поток у пожилых людей (> 50 лет, n = 2) на 34% больше, чем у молодых людей (<30 лет, n = 4). И в пятке у молодых испытуемых тепловой поток близок к нулю или отрицателен (в среднем 3 мВт), в то время как у более старших испытуемых он значительно выше (в среднем 93 мВт).Тест Велча t был использован для оценки разницы между образцами для каждой зоны (см. Таблицу 5).

Таблица 5 Сравнение теплового потока (термостат при 26 ° C) между пожилыми ( x ₁ ) и молодыми ( x ₂ ) испытуемыми для каждой зоны ( n _i — размер выборки)

Что касается переходной энергии контакта, она также пропорциональна температуре кожи, демонстрируя поведение, подобное поведению стационарного теплового потока.Эта величина получена из преходящего явления, и поэтому ее изменчивость очень высока.

Эти наблюдения согласуются с гипотезами термодинамики кожи, выдвинутыми другими авторами [30,31,32,33].

Обсуждение теплоемкости (

C ₁ )

На рисунке 6 показана теплоемкость протестированных участков кожи в зависимости от температуры кожи, T _кожа . Каждое экспериментальное облако точек представлено разными цветами.Также изображена серия измерений, сделанных в первую неделю после ожога второй степени на запястье. Характеристики и исследование этого поражения описаны в разделе «Временное термическое исследование ожога второй степени на запястье».

Рис.6

Теплоемкость, C ₁ в зависимости от температуры кожи ( T _кожа ) для каждой области человеческого тела (виск, кисть, живот, бедро, запястье и пятка). Обведенное красным облако содержит измерения, сделанные в области запястья, пострадавшего от ожога второй степени.Средняя T _{комнатная} = 23 ° C. (Цветной рисунок онлайн)

Диапазон теплоемкости от 4,1 до 6,6 Дж · К ⁻¹ . Стандартное отклонение во всех областях одинаковое, хотя на висках оно немного выше. Тепловые свойства, измеряемые датчиком, представляют собой комбинацию тепловых свойств тканей, составляющих исследуемую область. В таблице 6 приведены некоторые справочные значения удельной теплоемкости, теплопроводности и плотности различных тканей. Мы определяем глубину теплового проникновения как глубину тканевой области, температура которой изменяется прибором [20].Это значение указывает на пространственную зону кожи, участвующую в измерении. Глубину теплового проникновения датчика можно оценить по соотношению между теплоемкостью, оцениваемой датчиком, и эталонной теплоемкостью ткани. Упрощенную оценку можно сделать, рассматривая призму 2 × 2 см ² с глубиной 0,3–0,4 см [27]. Учитывая среднее значение удельной теплоемкости 3,39 кДж кг ⁻¹ K ⁻¹ и среднюю плотность оболочки 1.11 г · см ⁻³ (таблица 6), мы получили для каждой глубины (0,3 и 0,4 см) теплоемкость 4,5–6,0 Дж · К ⁻¹ , значения того же порядка величины, что и экспериментальные результаты. .

Таблица 6 Значения теплоемкости, теплопроводности и плотности различных тканей [34]

Как показано на рис. 6, каждая зона имеет разную теплоемкость. Среднее значение теплоемкости составляет 4.9 Дж K ⁻¹ в пятке, 5.4 Дж K ⁻¹ в руке, 5.6 Дж K ⁻¹ в виске и бедре и 5,9 Дж K ⁻¹ в области живота и запястья. С учетом этих результатов более вероятно получение одинаковых значений теплоемкости в идентичных областях разных предметов, чем в разных областях одного и того же предмета. Обратите внимание, что стандартное отклонение не сильно отличается от разницы средних значений. По этой причине для установления точных корреляций было бы желательно провести эксперименты на большем количестве испытуемых. Прямых корреляций между теплоемкостью и тепловым потоком, температурой кожи или тепловым сопротивлением не наблюдается.

Однако есть некоторые совпадения с эталонными значениями в Таблице 6. Самые низкие значения теплоемкости соответствуют измерениям на руке, пятке и некоторых измерениях на виске (зеленые, красные и синие области на рис. 6). А именно, тыльная часть кисти и висок находятся ближе к пястной кости и кортикальной кости черепа соответственно, которые имеют очень низкую теплоемкость (см. Таблицу 6). Возможно, что высокая вариабельность измерений на виске связана с близостью к височной артерии, а также с вариациями кровотока в коже.Пятка также имеет низкую теплотворную способность, что является стабильным результатом, поскольку это область с плохой перфузией, с более толстым роговым слоем и обильным подкожным жиром. О низкой теплоемкости пятки уже сообщалось в других работах [21, 23]. Переднемедиальная часть бедра, ладонная область запястья и живот (правый бок) имеют более высокую теплоемкость, что может быть связано с их большей перфузией.

Обсуждение эквивалентного термического сопротивления (

R _экв )

На рис.7 показано эквивалентное тепловое сопротивление для каждой области человеческого тела в зависимости от температуры кожи. Как и на предыдущем рисунке, каждое облако точек ограничено цветной линией. Также представлена ​​серия измерений, соответствующая ожогу второй степени, которая будет рассмотрена в разделе «Временное термическое исследование ожога второй степени на запястье».

Рис. 7

Эквивалентное термическое сопротивление, R _eq , в зависимости от температуры кожи ( T _кожа ) для каждой протестированной поверхности (виск, рука, живот, бедро, запястье и пятка).Обведенное красным облако содержит измерения, сделанные в области запястья, пострадавшего от ожога второй степени. Средняя T _{комнатная} = 23 ° C. (Цветной рисунок онлайн)

Эквивалентное тепловое сопротивление составляет от 20 до 58 кВт ⁻¹ , и каждая поверхность человеческого тела имеет разное эквивалентное тепловое сопротивление. Среднее значение 34,4 K W ^-1 в виске, 32,0 KW ^-1 в руке, 34,3 K W ^-1 в животе, 44,5 K W ^-1 в бедре, 41.8 K W ⁻¹ в пятке и 27,3 K W ⁻¹ в запястье. Наблюдается некоторое соответствие между этими результатами и справочными данными в Таблице 6. Области с самым высоким термическим сопротивлением (пятка, бедро и живот) соответствуют областям, в которых процент жира выше, чем в других областях (запястье, виск и кисть). . Телесный жир имеет низкую теплопроводность, что означает более высокое тепловое сопротивление. С другой стороны, области с более низким тепловым сопротивлением расположены в областях с более высоким кровоснабжением и более тонкой подкожной жировой тканью (запястье, виск и кисть).Вариабельность, стандартное отклонение и распределение настоящих результатов согласуются с предыдущими исследованиями [19,20,21].

Широкие различия в тепловом сопротивлении до 12 кВт ⁻¹ наблюдаются между испытуемыми при сравнении одних и тех же анатомических областей. Эти различия, вероятно, связаны с различиями в составе ткани и перфузии между пациентами.

Явления вазоконстрикции и расширения сосудов являются частью механизмов регуляции температуры тела. Чем выше поток удара, тем больше энергии передается от кожи к окружающей среде.Это подразумевает более высокую теплопроводность (более низкое тепловое сопротивление). По этой причине ожидается взаимосвязь между тепловым потоком и тепловым сопротивлением. Фактически наблюдалась четкая корреляция между эквивалентным тепловым сопротивлением и тепловым потоком (рис. 8).

Рис. 8

Корреляция между эквивалентным тепловым сопротивлением и тепловым потоком для температуры термостата 26 ° C для каждой поверхности человеческого тела (виск, кисть, живот, бедро, запястье и пятка). Показаны линии регрессии для бедра, пятки, запястья и виска.В таблице 7 показаны коэффициенты подгонки.

В таблице 7 показаны параметры каждой выполненной регулировки. Между зонами есть большие различия. Периферийные зоны (запястье, кисть и пятка) имеют более высокий наклон (- 6,74 × 10 ^–3 , — 6,83 × 10 ^–3 , — 10,7 × 10 ^–3 ), чем более центральные зоны (- 2,55 × 10 ⁻³ , — 4,73 × 10 ⁻³ , 4,93 × 10 ⁻³ ).

Таблица 7 Параметры линейной регулировки между тепловым потоком с термостатом при 26 ° C ( A ₀₂₆ ) и эквивалентным термическим сопротивлением для каждой зоны

Общие наблюдения

В этой работе не наблюдалось значительных корреляций между тепловые результаты и частота сердечных сокращений или артериальное давление.Также нет существенной корреляции между тепловыми результатами и относительной влажностью. В нескольких исследованиях сообщалось о корреляции между теплообменом человеческого тела и частотой сердечных сокращений, артериальным давлением или относительной влажностью [35, 36]. Однако наши измерения проводились, когда испытуемые мирно отдыхали в контролируемых условиях окружающей среды, и поэтому не ожидалось больших изменений теплового потока из-за изменений в выделении тепла при распределении кровотока во время измерений. Было бы интересно определить, насколько эти переменные могут измениться в результате упражнений и других экспериментальных ситуаций, влияющих на условия окружающей среды и кожный кровоток, чтобы определить диапазон физиологических изменений для каждой области у человека.

Термическое сопротивление тепловому потоку

Термическое сопротивление тепловому потоку:

Термическое сопротивление тепловому потоку между двумя точками в среде (например, изоляция) равно разнице температур между этими точками, деленной на тепло, протекающее между ними за единицу времени, т.е.

В единицах СИ тепло, протекающее за единицу времени, измеряется в ваттах.

Ясно, что единицей измерения термического сопротивления в системе СИ является градус Цельсия на ватт.Это также называется тепловым сопротивлением .

Как и электрическое сопротивление, тепловое сопротивление прямо пропорционально длине l в направлении передачи тепла и обратно пропорционально площади поперечного сечения a под прямым углом к ​​этому направлению.

, где k — постоянная пропорциональности, известная как термическое сопротивление .

Термическое сопротивление диэлектрика одножильного кабеля:

Теперь найдем тепловое сопротивление диэлектрика одножильного кабеля.

Пусть

r = радиус жилы в метрах

r ₁ = внутренний радиус оболочки в метрах

k = тепловое сопротивление изоляции (т.е. диэлектрика)

Примите во внимание длину кабеля 1 м. Тепловое сопротивление малого элемента толщиной dx на радиусе x составляет (см. Рис. 11.21)

Тепловое сопротивление диэлектрика

Термическое сопротивление свинцовой оболочки невелико и обычно не учитывается в расчетах.

Допустимая текущая нагрузка:

При рассмотрении отвода тепла в подземных кабелях различные тепловые сопротивления, обеспечивающие путь отвода тепла, включены последовательно.