Класс точности термометра сопротивления

Прежде, чем разобраться, что такое класс допуска термометров сопротивления, нужно затронуть понятие класса точности. Многие путают эти понятия, ставя их рядом, хотя они далеки друг от друга. Класс точности и класс допуска термометров сопротивления — не одно и то же!

«Класс точности» — это метрологическая характеристика измерительного прибора. Но задача термометра сопротивления не показать температуру, а преобразовать ее в электрическое сопротивление, представив ее в более удобный для измерения сигнал. То есть термометр сопротивления, по сути, не является измерительным прибором для температуры, а участвует в начальном этапе ее измерения — преобразовании, первичном преобразовании. Поэтому, если мы этим прибором не измеряем, то как мы можем использовать понятие класса точности?

Вместо класса точности мы оперируем понятием класс допуска термометров сопротивления.

Во многих нормативных документах вы не найдете официального определения термина «класс допуска», там можно найти четкие определения терминов «единица допуска» или «поле», но не «класса».

В пункте 3.13 раздела «Термины и определения» международного стандарта МЭК 60751 «Термопреобразователи сопротивления» (введен в 2008 г) и в новом ГОСТ 6651-2009 (введен в России с 1 января 2011) максимум, что можно найти – это значение понятия «допуск». Допуск – это максимально допустимое отклонение от номинальной статической характеристики (НСХ), выраженное в градусах Цельсия.

Термометр сопротивления преобразует температуру (градусы Цельсия) в сопротивление (Омы). Но нас интересуют только градусы Цельсия, поэтому мы обращаемся к таблице соответствий определённого сопротивления температуры. Разница фактической и вычисленной температур, взятая по модулю, не должна превышать определенного значения. Это значение и будет допуском.

Класс допуска имеет некую аналогию с погрешностью измерения. Точно так же, как величина погрешности определяет значение класса точности прибора, величина допуска определяет класс допуска термометров сопротивления: чем больше величина, тем ниже («хуже») класс!

Класс допуска термометров сопротивления

Существует четыре класса допуска (от «лучшего» к «худшему»): AA, A, B, C.

Следует знать, что класс допуска термометров сопротивления никак не зависит от его типа (платиновый, медный, никелевый), так же как и от чувствительного элемента (проволочный или пленочный). Класс допуска зависит только от величины допуска.

В стандарте МЭК 60751 и в ГОСТ 6651-2009 были приняты новые значения предельных отклонений ТС от стандартной функции сопротивление-температура. Также были изменены температурные диапазоны, для которых нормируется точность по стандарту. В классификацию допусков были включены пленочные термометры сопротивления. Рассмотрим таблицу.

Из таблицы можно увидеть следующее:

  • Самыми точными термометрами сопротивления являются платиновые, наименее точные – никелевые;
  • Класс допуска в какой-то мере определяется диапазоном измеряемых температур термопреобразователя: чем меньше диапазон, тем выше вероятность получить достоверный результат;
  • Класс допуска, к которому относится термометр сопротивления определяет не только максимальное отклонение температуры от номинальной статической характеристики.

    ГОСТ 6651-2009 показывает, что иметь максимальное отклонение должна не только температура, но и сопротивление термометра.

Что касается последнего пункта, то максимальное отклонение сопротивления можно определить умножив величину допуска температуры (берем из таблицы) на коэффициент чувствительности термометра (вычисляется не только для каждой температуры, но и для каждого типа термометра путем решения интерполяционного уравнения, указанного в ГОСТе).

Например, допуски по сопротивлению платинового термопреобразователя сопротивления приведены в таблице 2.

Чтобы установить класс допуска, нужно провести испытания термометра путем сличения с показаниями эталонного термометра сопротивления. В зависимости от величины отклонения, термометру присваивается класс допуска, который в дальнейшем подтверждается или наоборот опровергается в процессе периодических поверок.

Необходимо отметить, что производитель, согласно п. 5.7 ГОСТ 6651, имеет право расширить диапазон измерений и установить допуски вне диапазона измерений по своим ТУ.

Стандарт МЭК и российский стандарт допускает задание производителем специальных допусков для платиновых термометров сопротивления, на основе допуска класса В. Эти допуски гарантируются заводом и составляют обычно 1/3 В или 1/6 В. Однако необходимо иметь в виду, что эти допуски могут реально означать только приближение термометра к номинальному сопротивлению при 0 °С, при этом зависящая от температуры часть погрешности не изменяется и соответствует классу В.

Основные понятия

Зато мы можем смело оперировать понятием «класс допуска», имеющим самое непосредственно отношение к рассматриваемой термопаре.

Несмотря на упомянутое «непосредственное отношение» и использование во многих нормативных документах, термин «класс допуска» не имеет официального определения. Чёткое объяснение дано «полю» и «единице допуска», однако никак не «классу». Пролистав множество стандартов и технических справочников, вы сможете сами в этом убедиться.

Максимум, что удалось отыскать – значение понятия «допуск». Так как приведено оно в разделе «Определения» международного стандарта «Термопреобразователи сопротивления», смело воспользуемся им. Итак, ГОСТ 6651 гласит, что допуском следует считать максимально допустимое отклонение от номинальной зависимости сопротивления от температуры (возможный вариант – от НСХ – номинальной статической характеристики), выраженное в градусах Цельсия.

Громоздкое определение на самом деле достаточно просто понять. Термопара преобразует температуру в сопротивление. Однако нас интересуют градусы Цельсия, но никак не Омы.

Именно поэтому мы заглядываем в таблицу соответствий определённого сопротивления температуры (или смотрим на график зависимости). Взятая по модулю разница между реальной и высчитанной нами температурами не должна превышать определённого значения, именуемого допуском.

Определённо, существует аналогия между допуском и погрешностью измерения. Точно так же, как величина погрешности определяет значение класса точности прибора, величина допуска определяет класс допуска термометра сопротивления: чем больше величина, тем ниже («хуже») класс!

Какие бывают классы допуска и что они значать

Существует четыре класса допуска: AA, A, B, C – они перечислены от «лучшего» к «худшему». Для того чтобы говорить о них несколько подробнее, следует уяснить одну деталь: класс допуска напрямую зависит только от величины допуска, как уже упоминалось, но никак не от типа термометра сопротивления (платиновый, медный или никелевый) и чувствительного элемента (проволочный или плёночный).

В ГОСТ 6651-2009 приведена таблица классов допуска и диапазонов измерений для термометров сопротивления.

Таблица 1 – Классы допусков и диапазоны измерений для термопреобразователей сопротивления и чувствительных элементов

Класс допуска Допуск, ◦С Диапазон измерений, ◦С
Платиновый ТС, ЧЭ Медный ТС, ЧЭ Никелевый ТС, ЧЭ
Проволочный ЧЭ Пленочный ЧЭ

W 0.1

F 0.1

±(0.1 + 0.0017|t|) От -50 до +250 От 0 до +150

W 0.15

F 0.15

±(0.15 + 0.002|t|) От -100 до +450 От -30 до +300 От -50 до +120

W 0.3

F 0.3

±(0.3 + 0.005|t|) От -196 до +660 От -50 до +500 От -50 до +200

W 0.6

F 0.6

±(0.6 + 0.01|t|) От -196 до +660 От -50 до +600 От -180 до +200 От -60 до +180

Примечание — |t|— абсолютное значение температуры. ◦С, без учета знака.

ТС — термометр сопротивления

На что стоит обратить внимание, работая с таблицей?

Во-первых, на то обстоятельство, что наиболее точными термопарами являются платиновые, наименее – никелевые. Во-вторых, на то, что класс допуска в какой-то мере определяется диапазоном температур, для измерения (а точнее, преобразования) которых используется термопара. Чем он меньше, тем выше вероятность получить достоверный результат.

Класс допуска, к которому принадлежит термометр сопротивления, определяет не только максимальное отклонение температуры от НСХ, отнюдь. В ГОСТ 6651-2009 указано, что иметь максимальное отклонение должна не только температура, но и сопротивление термометра. Определяется оно путём умножения допуска температуры (его берут из вышеприведённой таблицы) на коэффициент чувствительности термометра (он считается отдельно не только для каждой температуры, но и для каждого типа термометра решением интерполяционного уравнения, указанного в ГОСТ).

В качестве примера можно привести следующую таблицу.

Таблица 2 – Допуски по сопротивлению платинового термопреобразователя сопротивления (α=0,00391ºС-1) номинальным сопротивлением 100 Ом

Класс допуска Допуск, Ом
При 0 ◦С При 100 ◦С
AA ± 0,04 ± 0,10
A ± 0,06 ± 0,13
B ± 0,12 ± 0,31
C ± 0,24 ± 0,62

Класс допуска термометра сопротивления устанавливается во время приёмных испытаний. Дальнейшее соответствие подтверждается или опровергается периодическими поверками.

Испытания проводятся путём сличения с эталонным термометром сопротивления в термостате. Определив отклонение, термометру присваивают соответствующий класс допуска.

Прибор с каким классом допуска нужно выбрать

Класс допуска – не первая характеристика, на которую обращают внимание при выборе термометра сопротивления. Это связано с тем, что независимо от КД погрешность измерения будет минимальной и не превысит 1ºС (даже для класса С). Этого вполне достаточно для использования в большинстве отраслей.

Естественно, термпары класса С имеют наименьшую стоимость, поэтому они широко используются в сферах, где допустима погрешность, превышающая 1ºС.

Оптимальное же сочетание класса допуска и цены имеют термометры сопротивления В, используемые в промышленности практически повсеместно.

Термометры класса А используют в энергетике для определения температуры теплоносителя с максимальной точностью.

Сверхточные термометры АА используют исключительно в исследовательских и научных изысканиях.

Класс допуска термометра сопротивления можно узнать, изучив маркировку, нанесённую на его корпус или прикреплённую бирку. Он имеет четвёртую позицию (после модификации, количества чувствительных элементов и обозначения номинальной статической характеристики).

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Никелевые термометры сопротивления

Характеристики никелевых термометров сопротивления нормируются стандартом СЭВ 1057-78 на интервал температур от минус 60 до плюс 180 °C.

Класс допуска – III. Номинальные сопротивления при 0 °C составляют 50 и 100 Ом.

Никель обладает высоким температурным коэффициентом, достигающим a = 6,75×10-3 К-1, большим удельным сопротивлением
r = 1,28×10-7 Ом×м, что позволяет получать достаточно малогабаритные термометры с большим коэффициентом преобразования. Номинальное отношение W100 для слаболегированного никеля установлено 1,617±0,004.

Номинальные статическая характеристика преобразования для никелевых термометров сопротивления в диапазоне 0…200 °C описывается уравнением

,

где A = 5,86×10 –3 K –1, B = 8×10 –6 К –2.

Недостатками никеля являются окисление при высоких температурах, сильная зависимость ТКС от чистоты металла.

Чистая платина является одним из наиболее распространенных металлов, применяемых для изготовления термометров сопротивления.

Платина отвечает обязательным требованиям, предъявляемым к материалам для изготовления термометров сопротивления.

Диапазон использования платины от минус 269 до плюс 1100 °C. Термометрическая платина для рабочих термометров характеризуется отношением

Для воспроизведения международной практической термометрической шкалы используется особо чистая платина в виде отожженной свободной от напряжения проволоки, имеющей отношение

Сопротивление платины имеет сложную нелинейную температурную зависимость. В интервале температур 0÷850 °C зависимость экстраполируется выражением

,

на интервале от минус 200 до 0 °C – выражением

,

где A = 3,968×10–3 °C–1, B = – 5,847 10 –7 °C –2, C = – 4,22×10–12 °C–4.

Платиновые термометры сопротивления имеют следующие значения сопротивления при 0 °C: 1, 5, 10, 50, 100 и 500 Ом (в эксплуатации находятся термометры с R0 = 46 Ом). Этим термопреобразователям сопротивления присвоены следующие условные обозначения номинальной статической характеристики преобразования: 1П, 5П, 10П, 50П, 100П и 500П (термометры с сопротивлением R0 = 46 Ом обозначаются гр. 21).

Некоторые стандартизованные номиналы чувствительных элементов платиновых рабочих термометров представлены в табл. 6.9.

Таблица 6.9. Платиновые термометры сопротивления

Условное обозначение НСХ R0, Ом Диапазон измерений, °С
–50…+1100
–100…+1100
10П –200…+1000
гр. 21 –260…+1000
50П –260…+1000
100П –260…+1000
500П –260…+300


Недостатком платины является ее загрязнение в восстановительной среде парами металлов, окислами углерода и другими веществами, что особенно проявляется при высоких температурах.

Проволочные чувствительные элементы являются превалирующими в практической термометрии. Однако в настоящее время с ними успешно конкурируют термометры в металлопленочном исполнении. Такие термометры изготавливаются на различных подложках – из ситалла, сапфира, поликора методом вакуумного напыления. Такие термометры имеют особую перспективу при массовом производстве. Большая часть операций по их изготовлению и подгонке номинала сопротивления практически полностью автоматизирована.

В металлопленочном исполнении чувствительные элементы характеризуются несколько меньшим ТКС по сравнению с проволочными (до 10 %).

В металлопленочном исполнении возможно эффективное применение материалов, нетрадиционных для термометрии. Так, для области температур 4,2…25 К известно использование марганцевого пленочного термометра, имеющего линейную функцию преобразования в этой области и высокую воспроизводимость (не хуже 0,01 К).

Термометры сопротивления — электрический температурный датчик, использующий изменения сопротивления, которое противодействует протеканию тока, который является основой для измерений температуры.

В английском языке термометр сопротивления обозначается тремя буквами RTD.

Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Основным электрическим компонентом термометра сопротивления является резистор, который часто представляет собой провод, обмотанный вокруг керамического изолятора в виде стержня Резистор и является температурным чувствительным элементом термометра сопротивления. Для защиты чувствительного элемента от физического воздействия и изоляции электрической цепи от технологической жидкости во избежание короткого замыкания резистор обычно заключается в корпус из нержавеющей стали. Два провода подсоединяются к электрической цепи внутри корпуса посредством герметичного уплотнения.

Принцип действия термометра сопротивления

Термометры сопротивления могут использоваться для измерения температуры электрическим путем, так как существует прямо пропорциональная зависимость между изменениями сопротивления и изменением температуры.

Другими словами, при повышении температуры величина сопротивления возрастает прямо пропорционально, а при понижении температуры сопротивление пропорционально уменьшается. Подобный принцип используется в термометрах сопротивления, так как сопротивление термометра уменьшается или увеличивается пропорционально температуре процесса, который он измеряет. Любое изменение сопротивления может быть зарегистрировано и преобразовано в температурные показания с помощью таблицы, или отображено на шкале, которая откалибрована в единицах измерения температуры.

Как и термопара или любой другой температурный датчик термометр сопротивления (RTD) функционален при измерении температуре только, если он подсоединен к электрической цепи. Обычно с термометрами сопротивления применяются мостовые схемы, так как такие схемы позволяют добиться высокой точности. Вместе с мостовой схемой используется батарея, которая служит в качестве источника питания. Цепи термометров сопротивления должны иметь внешний источник питания, так как они не способны генерировать напряжение сами.

Мостовая схема, изображенная на рисунке выше состоит из пяти резисторов: Р1, R2, R3, R4, R5; и точек соединения: А, В, С, D.

В данном случае давайте предположим, что каждый резистор в мостовой схеме обладает одинаковым сопротивлением. Так как ток протекает от минуса к плюсу в данном контуре, то протекание начинается с минусовой клеммы батареи и ток достигает точки А. В точке А ток расщепляется на равные части: одна половина протекает через сопротивление R1 в точку В, а другая половина протекает через R2 к точке С. Так как сопротивление всех резисторов одинаковое, то между точками В и С нет разницы в величине напряжения, поэтому ток через R5 не протекает.

Когда ток через средний резистор не протекает, то мост, как говорится «уравновешен». В данном примере ток протекает от точки В, через R3 в точку D. Ток также протекает от точки С через R4 в точку D. Ток от точки D возвращается на положительную клемму батареи, завершая цепь.

Мостовая схема, изображенная на рисунке выше похожа на предыдущую схему за исключением того, что резистор R3 заменен термометром сопротивления. В данной конфигурации ток по-прежнему протекает от минусовой клеммы батареи на точки В и С. Однако, если сопротивление термометра сопротивления (RTD) отличается по величине от сопротивления резистора R4, то между точками В и С появится напряжение. Это означает, что мост неуравновешен и ток будет протекать через резистор R5.

Ток, протекающий через мост, может быть измерен, если мы заменим R5 измерительным прибором, который и будет определять температуру, измеряя ток. Так схема обеспечивает высокую точность, то она часто используется вместе с термометрами сопротивления для измерения температуры.

Когда для измерения температуры используются термометры сопротивления, то они включаются в схему, подобно той, что показана на рисунке выше. Во многих случаях термометры сопротивления расположены на удалении от остальных элементов цепи, так как они подвержены воздействию температуры технологического процесса. По мере того, как температура вокруг термометра меняется, то пропорционально меняется величина сопротивления термометра. Когда сопротивление термометра меняется, то мост становится неуравновешенным и определенный ток протекает через измерительный прибор. Этот ток пропорционален изменениям температуры. Температура процесса затем может быть определена по показаниям шкалы прибора. В некоторых случаях шкалы откалиброваны на показания величины сопротивления, а не температуры. В таких случаях надо воспользоваться переводной таблицей для перевода ом в градусы.

Добавить комментарий

Закрыть меню