Эксплуатационные особенности терморезисторов и термопар
Саморазогрев РДТ. Как известно, РДТ – активный датчик. Чтобы измерить его сопротивление, необходимо пропустить через него маленький электрический ток (обычно не более 1 мА). Ток заставляет платиновый элемент РДТ нагреваться выше температуры среды, в которую он помещен, что приводит к явлению теплоотвода.
Выделение тепла на чувствительном элементе – одна из основных причин возникновения погрешности, называемой ошибками саморазогрева: градус или даже больше при измерении в воздухе или газовых средах и менее одной десятой градуса – в жидкостях.
Вибрации. Из-за плохой виброустойчивости в соединительных контактах РДТ, когда по условиям техпроцесса датчик должен подвергаться вибрациям, механическим или тепловым ударам, лучше использовать термопары.
Помехоустойчивость. РДТ имеют лучшую помехоустойчивость по сравнению с термопарами, так как они имеют больший относительный уровень выходного сигнала, чем термопары, и их выходной сигал может быть легче усилен.
Итоговая характеристика Таблица 13.1
13.5.1. Уровень выходного сигнала и линейность резистивного датчика температуры
Рис. 13.10
Сравнение выходного сигнала РДТ с прямой линией в температурном диапазоне 0 – 400 °С дополнено графиком (рис. 13.10), из которого следует, что наблюдаемая разность между прямой линией и характеристической кривой РДТ составляет почти 6 °С в центре температурного диапазона. Для термопар это показатель в диапазоне температур 0 – 1000 °С примерно в четыре раза выше.
13.5.2. Уровень выходного сигнала и линейность термопар
Рис. 13.11
Термопары К-типа наиболее линейны из всех трех типов в данном температурном диапазоне. Это обстоятельство является одной из причин, по которой они используются в промышленности более широко, чем термопары типов J и Е.
В определенное время относительно высокая стоимость платины в терморезистивных датчиках способствовало широкому использованию термопар, однако различие в стоимости датчиков оказывается не столь существенным при построении автоматизированных системы управления промышленным объектом.
Основные типы термопар и их параметры
Таблица 13.2
Таблица 13.3
Из показанных термопар, термопары Е являются наиболее чувствительными, производя наибольшее выходное напряжение на заданный перепад температуры. С другой стороны, термопары S являются наименее чувствительными.
Определение приведенных значений термоЭДС
ТермоЭДС возникает только в спаях разнородных материалов. При сравнении различных материалов в качестве базовой применяют термоЭДС платины (нормальный электрод), по отношению к которой определяются термоЭДС других материалов.
Хотя зависимость
при θ0
= 0ºС является нелинейной, в первом
приближении значение термоЭДС можно
определить по выражению:
где eΣ – суммарная термоЭДС материалов термопары.
Суммарную термоЭДС определяют по данным табл. 13.4.
Таблица 13.4
Для исследуемого сочетания материалов термопары стремятся использовать компоненты, имеющие по отношению к платине разный потенциал.
Пример: используются материалы хромель, у которого приведенная к платине термоЭДС еХ = +31,3 мкВ/ºС, и алюмель с еА = -10,2 мкВ/°С. Итоговая термоЭДС хромель-алюмелевой термопары составит ЕХА = еХ - еА = 31,3 + 10,2 = +41,5 мкВ/°С. Теперь UВЫХ = ЕХА (T1 – To).
Создаваемая термопарами ЭДС сравнительно невелика: она не превышает 8 мВ на каждые 100 °С и обычно не превышает по абсолютной величине 70 мВ. Термопары позволяют измерять температуру в диапазоне от -200 до 2200 °С.
Наибольшее распространение для изготовления термоэлектрических преобразователей получили платина, ппатинородий, хромель, алюмель. Для высокотемпературных термопар применяется сплав вольфрама с рением. Функции преобразования (градуировочные характеристики) стандартных термопар приведены в ГОСТ 3044. Конструктивное исполнение (диаметр, длина погружаемой части, крепежные размеры и т.д.) приведены в ГОСТ 6616.