Широкий ассортимент подшипников ведущих мировых производителей. SKF, FAG, INA, NSK, TIMKEN
Направляющие, каретки, шарико-винтовые передачи для станков и автоматизации
Изготовление нестандартных деталей и узлов по чертежам заказчика
Консультации инженеров, помощь в подборе аналогов, расчёт ресурса
На подшипники NSK
Уже доступен
Технический справочник по средствам измерения температуры на химическом производстве
Быстрый переход к таблицам
Примечание: Значения в скобках указывают предельные температуры при кратковременном применении. Классы допуска определены согласно ГОСТ Р 8.585-2001 и ГОСТ 6616-94. Символ |t| обозначает абсолютное значение температуры в градусах Цельсия.
Обозначения: R0 — номинальное сопротивление при 0°C; α — температурный коэффициент сопротивления; W100 = R100/R0 — отношение сопротивления при 100°C к сопротивлению при 0°C. Значения в скобках — предельные рабочие температуры. Характеристики соответствуют ГОСТ 6651-2009 и МЭК 60751.
Примечание: Класс допуска определяет максимально допустимое отклонение измеренной температуры от номинальной статической характеристики. Символ |t| обозначает абсолютное значение температуры в градусах Цельсия. Классы соответствуют МЭК 60751 и ГОСТ 6651-2009.
Измерение температуры является одним из наиболее распространенных видов контроля технологических параметров в химической промышленности. Точное определение температурного режима критически важно для обеспечения качества выпускаемой продукции, безопасности процессов и эффективности работы оборудования. Согласно современным требованиям промышленной автоматизации, доля температурных измерений составляет более сорока процентов от общего количества контролируемых параметров на химических предприятиях.
Для измерения температуры в диапазоне от минус двухсот до плюс двух тысяч градусов Цельсия применяются два основных типа первичных преобразователей: термоэлектрические преобразователи, известные как термопары, и термометры сопротивления. Каждый из этих типов датчиков имеет свои физические принципы работы, диапазоны измерения, точностные характеристики и области применения.
Выбор конкретного типа датчика температуры определяется множеством факторов, включающих диапазон измеряемых температур, требуемую точность, условия эксплуатации, характеристики измеряемой среды, длительность контакта с агрессивными веществами и экономические соображения. На химических производствах датчики температуры работают в сложных условиях, подвергаясь воздействию коррозионных сред, высоких давлений, механических нагрузок и температурных градиентов.
Термоэлектрические преобразователи, регламентированные ГОСТ 6616-94 и ГОСТ Р 8.585-2001, представляют собой устройства с металлическими термопарами в качестве термочувствительных элементов. Термопары применяются для измерения температуры в широком диапазоне от минус двухсот семидесяти до плюс двух тысяч пятисот градусов Цельсия, что делает их незаменимыми для высокотемпературных процессов в химической промышленности.
Основными преимуществами термопар являются простота конструкции, высокое быстродействие, возможность измерения высоких температур, механическая прочность и относительно низкая стоимость. Термопары не требуют внешнего источника питания, что упрощает схему подключения и повышает надежность измерительной системы. Генерируемый термопарой сигнал в милливольтах может передаваться на большие расстояния с использованием специальных компенсационных или термопарных кабелей.
Принцип работы термопары основан на термоэлектрическом эффекте Зеебека, открытом в тысяча восемьсот двадцать первом году. Эффект заключается в возникновении электродвижущей силы в замкнутой цепи, составленной из двух разнородных проводников, если их соединения, называемые спаями, находятся при различных температурах. Величина термоэлектродвижущей силы зависит от материалов проводников и разности температур между горячим и холодным спаями.
Горячий спай термопары, также называемый рабочим концом, помещается в измеряемую среду. Холодный спай, или свободные концы термопары, поддерживается при известной температуре, обычно при нуле градусов Цельсия. В современных измерительных системах компенсация температуры холодного спая осуществляется электронным способом с использованием термометров сопротивления, установленных в соединительной головке или в измерительном приборе.
Номинальная статическая характеристика термопары представляет собой зависимость термоэлектродвижущей силы от температуры рабочего конца при температуре свободных концов ноль градусов Цельсия. Эти характеристики для различных типов термопар стандартизированы и приведены в соответствующих нормативных документах, что обеспечивает взаимозаменяемость датчиков от различных производителей.
Хромель-алюмелевые термопары типа ТХА с международным обозначением K являются наиболее распространенными в промышленности благодаря оптимальному сочетанию диапазона измерений, точности и стоимости. Они состоят из положительного электрода из хромеля, сплава никеля с хромом, и отрицательного электрода из алюмеля, сплава никеля с алюминием. Диапазон применения составляет от минус сорока до плюс одной тысячи ста градусов Цельсия при длительной эксплуатации и до одной тысячи двухсот градусов при кратковременном применении.
Хромель-константановые термопары типа ТХКн, соответствующие международному типу E, применяются в диапазоне от минус сорока до плюс восьмисот градусов Цельсия. Они характеризуются высокой термоэлектродвижущей силой, что обеспечивает лучшую чувствительность измерений. Эти термопары устойчивы к воздействию влаги и находят применение в пищевой и фармацевтической промышленности.
Никросил-нисиловые термопары типа ТНН, международный тип N, разработаны как улучшенная альтернатива хромель-алюмелевым термопарам. Они обеспечивают более высокую стабильность показаний при длительной эксплуатации при высоких температурах и лучшую устойчивость к окислению. Диапазон применения аналогичен типу K, но долговременная стабильность значительно выше.
Платинородий-платиновые термопары типов ТПП и ТПР, соответствующие международным типам S и R, применяются для точных измерений высоких температур от нуля до одной тысячи четырехсот градусов Цельсия с возможностью кратковременной работы до одной тысячи шестисот градусов. Эти термопары используются в качестве эталонов для поверки других средств измерения температуры и в ответственных технологических процессах, требующих высокой точности и стабильности.
Положительный электрод термопары типа S изготавливается из сплава платины с десятью процентами родия, а отрицательный из чистой платины. Для типа R содержание родия в положительном электроде составляет тринадцать процентов. Термопары типа B с электродами из сплавов платины с тридцатью и шестью процентами родия применяются при температурах от шестисот до одной тысячи семисот градусов Цельсия.
Вольфрам-рениевые термопары типа ТВР предназначены для измерения сверхвысоких температур до двух тысяч пятисот градусов Цельсия. Они применяются в вакууме или в защитной атмосфере, так как вольфрам активно окисляется на воздухе при высоких температурах. Эти термопары используются в металлургии, производстве керамики и других высокотемпературных процессах.
Термометры сопротивления, регламентированные ГОСТ 6651-2009 и международным стандартом МЭК 60751, являются наиболее точными и стабильными датчиками температуры для диапазона от минус двухсот до плюс шестисот градусов Цельсия. Термосопротивления широко применяются в химической промышленности благодаря высокой точности измерений, линейности характеристики преобразования и долговременной стабильности показаний.
Чувствительный элемент термометра сопротивления представляет собой резистор из чистого металла, сопротивление которого закономерно изменяется с температурой. Наиболее распространенными материалами для изготовления термосопротивлений являются платина, медь и никель. Каждый материал имеет свои характеристики температурного коэффициента сопротивления, диапазон применения и особенности эксплуатации.
Принцип работы термометров сопротивления основан на свойстве металлов изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. Для чистых металлов зависимость сопротивления от температуры в рабочем диапазоне приближенно описывается полиномом второй степени, известным как уравнение Календара-Ван Дюзена. Для платиновых термосопротивлений эта зависимость имеет высокую линейность и воспроизводимость.
Измерение температуры с помощью термосопротивления требует пропускания через него измерительного тока и регистрации падения напряжения на датчике. Величина измерительного тока выбирается таким образом, чтобы саморазогрев термосопротивления не превышал двадцати процентов от допуска соответствующего класса. Типичные значения измерительного тока для датчиков Pt100 составляют от одного до пяти миллиампер.
Термосопротивления являются пассивными датчиками и требуют внешнего источника питания для проведения измерений. Это отличает их от термопар, которые генерируют собственный сигнал. Однако преимущество термосопротивлений заключается в значительно более высокой точности измерений и стабильности характеристик во времени.
Номинальная статическая характеристика термосопротивления определяет зависимость сопротивления от температуры для датчика конкретного типа. Характеристика задается номинальным сопротивлением при нуле градусов Цельсия, температурным коэффициентом сопротивления и отношением сопротивлений при ста и нуле градусах, обозначаемым как W100.
Для платиновых термосопротивлений стандартный температурный коэффициент составляет ноль целых три тысячи восемьсот пятьдесят десятитысячных обратных градусов Цельсия. Это значение соответствует высокой чистоте платины и обеспечивает хорошую воспроизводимость характеристики. Отношение W100 для платины равно одной целой три тысячи восемьсот пятьдесят десятитысячных.
Медные термосопротивления характеризуются более высоким температурным коэффициентом ноль целых четыре тысячи двести восемьдесят десятитысячных обратных градусов, что обеспечивает большую чувствительность, но ограничивает диапазон применения температурами до ста восьмидесяти градусов Цельсия. Никелевые термосопротивления имеют еще более высокий коэффициент, но меньшую линейность характеристики.
Согласно ГОСТ 6651-2009 и МЭК 60751, термометры сопротивления классифицируются по классам допуска, определяющим максимально допустимое отклонение сопротивления от номинальной статической характеристики. Установлены четыре класса допуска: AA, A, B и C, перечисленные в порядке убывания точности. Класс допуска зависит только от величины допустимого отклонения и не связан с типом материала чувствительного элемента или конструкцией датчика.
Класс AA является наиболее точным и применяется в диапазоне от минус пятидесяти до плюс двухсот пятидесяти градусов Цельсия. Допуск для этого класса составляет плюс минус ноль целых десять сотых плюс ноль целых семнадцать десятитысячных умноженных на модуль температуры в градусах Цельсия. Термосопротивления класса AA используются для высокоточных измерений и в качестве рабочих эталонов.
Класс A обеспечивает точность плюс минус ноль целых пятнадцать сотых плюс ноль целых две тысячных умноженных на модуль температуры и применяется в широком диапазоне от минус двухсот до плюс шестисот градусов. Этот класс является стандартным для ответственных промышленных измерений в химической промышленности. Класс B с допуском плюс минус ноль целых тридцать сотых плюс ноль целых пять тысячных умноженных на модуль температуры используется для общепромышленных применений.
Двухпроводная схема является наиболее простой и экономичной, так как использует минимальное количество проводников. Однако в этой схеме сопротивление соединительных проводов суммируется с сопротивлением термосопротивления, что приводит к систематической погрешности измерения. Погрешность зависит от длины и сечения проводов, а также от температуры окружающей среды, в которой проложена линия связи.
Двухпроводная схема применяется только при коротких расстояниях между датчиком и измерительным прибором. Для датчиков Pt100 длина линии не должна превышать двух метров, для Pt500 — пяти метров, а для Pt1000 — десяти метров. При этих ограничениях погрешность от сопротивления проводов остается в допустимых пределах. Двухпроводное подключение используется в неответственных измерениях, где требования к точности невысоки.
Трехпроводная схема является компромиссом между точностью и экономичностью и получила широкое распространение в промышленной автоматизации. В этой схеме используются три проводника, два из которых подключаются к разным выводам чувствительного элемента, а третий служит для компенсации сопротивления линии связи. Компенсация достигается при условии, что все три провода имеют одинаковое сопротивление.
Измерительная цепь с трехпроводным подключением позволяет вычислить и исключить влияние сопротивления соединительных проводов на результат измерения. Погрешность от неравенства сопротивлений проводов обычно не превышает ноль целых пять десятых процента при температуре сто градусов Цельсия. Трехпроводная схема применяется на расстояниях до ста метров и является стандартной для большинства промышленных термосопротивлений.
Четырехпроводная схема обеспечивает полную компенсацию сопротивления соединительных проводов и является наиболее точной. В этой схеме две пары проводов подключаются к чувствительному элементу: одна пара для подачи измерительного тока, другая для измерения падения напряжения непосредственно на датчике. Поскольку измерение напряжения производится высокоомным входом, ток через измерительные провода практически не течет, и их сопротивление не влияет на результат.
Четырехпроводное подключение применяется в прецизионных измерениях, лабораторных эталонах и в системах, где требуется точность ноль целых одна десятая градуса Цельсия и выше. Недостатком схемы является удвоенное количество проводников, что увеличивает стоимость кабеля и сложность монтажа. При работе с искрозащитными барьерами четырехпроводная схема является обязательной.
Правильный монтаж датчиков температуры критически важен для обеспечения точности и надежности измерений. Основными требованиями при установке являются обеспечение необходимой глубины погружения, минимизация потерь тепла через элементы конструкции, защита от механических повреждений и обеспечение герметичности при работе под давлением.
Минимальная глубина погружения термосопротивления определяется как такая глубина, при которой дальнейшее погружение не изменяет показания более чем на одну пятую допуска соответствующего класса. Для большинства промышленных датчиков с монтажной длиной сто миллиметров минимальная глубина погружения составляет от шестидесяти до восьмидесяти миллиметров. При недостаточной глубине погружения происходит отвод тепла через защитную арматуру, что приводит к систематической погрешности.
Для измерения температуры в трубопроводах датчики устанавливаются перпендикулярно направлению потока. Чувствительный элемент должен находиться в центральной части потока, где температура наиболее репрезентативна. При измерении температуры газов важно учитывать возможное расслоение потока и устанавливать несколько датчиков в различных точках сечения трубопровода.
Защитные гильзы предназначены для предохранения чувствительного элемента датчика от воздействия измеряемой среды, механических повреждений, высокого давления и коррозии. Гильзы изготавливаются из нержавеющей стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т и других коррозионностойких материалов. Для особо агрессивных сред применяются гильзы из сплавов на основе никеля, титана или керамических материалов.
Конструкция защитной гильзы должна обеспечивать механическую прочность при расчетном давлении и температуре, стойкость к термическим ударам и минимальное время термической реакции. Толщина стенки гильзы выбирается исходя из условий прочности по ГОСТ 356 с учетом рабочего давления, температуры и наличия потока измеряемой среды. Типичная толщина стенки составляет от двух до четырех миллиметров.
Присоединение датчиков к технологическому оборудованию осуществляется с помощью резьбовых штуцеров или фланцев. Наиболее распространенными являются резьбовые соединения М20х1,5, М27х2, G1/2 и NPT1/2. Фланцевые присоединения применяются при высоких давлениях и температурах, а также для датчиков большого диаметра. Герметичность соединений обеспечивается прокладками из паронита, терморасширенного графита или металлическими прокладками.
Нормирующие преобразователи температуры предназначены для преобразования сигналов термопар или термосопротивлений в унифицированный токовый сигнал от четырех до двадцати миллиампер или цифровой сигнал по протоколу HART, Foundation Fieldbus или Profibus PA. Применение преобразователей позволяет передавать измеренное значение температуры на большие расстояния без потери точности и обеспечивает гальваническую развязку измерительной цепи.
Современные преобразователи температуры выполняются в головочном исполнении и устанавливаются непосредственно на датчике. Они обеспечивают линеаризацию характеристики преобразования, компенсацию температуры холодного спая для термопар, самодиагностику и индикацию неисправностей. Питание преобразователя осуществляется по токовой петле от источника напряжения от десяти до тридцати вольт постоянного тока.
Преобразователи с поддержкой цифровых протоколов обеспечивают передачу дополнительной информации, такой как диагностические данные, идентификация датчика, параметры настройки и статус устройства. Это позволяет реализовать предиктивное обслуживание и удаленную настройку параметров без необходимости доступа к датчику. Ведущие производители преобразователей температуры включают компании Rosemount, Yokogawa, Endress+Hauser и Siemens.
Выбор типа датчика температуры определяется комплексом факторов, включающих диапазон измеряемых температур, требуемую точность, характеристики измеряемой среды, динамические свойства процесса и экономические соображения. Для диапазона от минус двухсот до плюс шестисот градусов Цельсия предпочтительны термосопротивления, обеспечивающие высокую точность и стабильность. При температурах выше шестисот градусов применяются термопары.
Для прецизионных измерений с точностью лучше одного градуса используются платиновые термосопротивления класса A или AA с четырехпроводным подключением. В стандартных промышленных применениях достаточно термосопротивлений класса B с трехпроводной схемой. При измерении высоких температур выбор термопары зависит от максимальной температуры и требуемой долговременной стабильности.
Важным фактором является время термической реакции датчика, определяющее скорость реагирования на изменения температуры. Для процессов с быстрыми изменениями температуры применяются датчики с малой тепловой инерцией, имеющие тонкие защитные гильзы или кабельное исполнение. Показатель тепловой инерции типичных промышленных датчиков составляет от десяти до шестидесяти секунд в зависимости от конструкции.
Датчики температуры относятся к средствам измерений и подлежат периодической поверке в соответствии с требованиями законодательства о метрологии. Межповерочный интервал для термосопротивлений обычно составляет от одного до трех лет, для термопар от одного до двух лет в зависимости от условий эксплуатации. Поверка осуществляется аккредитованными метрологическими службами с использованием эталонных средств измерений.
Методика поверки термосопротивлений заключается в определении сопротивления датчика при контрольных температурах и сравнении с номинальной статической характеристикой. Контрольными точками являются ноль, сто и двести градусов Цельсия для платиновых термосопротивлений. Измерение сопротивления производится четырехпроводным методом с использованием прецизионных мостов или мультиметров с погрешностью не более десяти процентов от допуска поверяемого датчика.
Для термопар поверка заключается в определении термоэлектродвижущей силы при контрольных температурах с использованием компенсационного метода или цифровых вольтметров. Температура холодного спая поддерживается при нуле градусов с помощью термостата или измеряется и учитывается при расчетах. Результаты поверки документируются в свидетельстве о поверке с указанием фактических отклонений от номинальной характеристики.
На мировом рынке средств измерения температуры присутствует значительное количество производителей, предлагающих широкий спектр продукции от стандартных датчиков до специализированных решений. Ведущие мировые компании включают Rosemount (Emerson), Endress+Hauser, Yokogawa, Siemens и WIKA. Эти производители обеспечивают полный цикл разработки, производства и метрологической поддержки своей продукции.
Компания Rosemount, входящая в состав концерна Emerson, производит широкую линейку термосопротивлений и термопар серий 214C, 3144P, 644, 648 с различными вариантами исполнения и присоединений. Датчики Rosemount отличаются высоким качеством изготовления, наличием взрывозащищенных исполнений по стандартам ATEX и IECEx, возможностью интеграции с нормирующими преобразователями с поддержкой протокола HART.
Endress+Hauser предлагает датчики температуры серий iTHERM с инновационными технологиями, такими как самокалибрующиеся датчики TrustSens, использующие эффект температуры Кюри для генерации калибровочного сигнала. Это позволяет обеспечить непрерывный контроль метрологических характеристик датчика в процессе эксплуатации. Датчики Endress+Hauser соответствуют высочайшим требованиям точности класса A по МЭК 60751.
Yokogawa специализируется на комплексных решениях для систем автоматизации и предлагает датчики температуры, интегрированные с системами управления Centum и распределенными системами сбора данных. Продукция Yokogawa характеризуется высокой надежностью и совместимостью с различными полевыми шинами. Российские производители, такие как НПО Вакууммаш и ПК ТЕСЕЙ, производят датчики температуры, адаптированные к требованиям отечественных стандартов и условиям эксплуатации.
Какой тип датчика лучше выбрать для измерения температуры до 300°C: термопару или термосопротивление?
Для диапазона до трехсот градусов Цельсия рекомендуется использовать платиновое термосопротивление Pt100 класса A, поскольку оно обеспечивает более высокую точность по сравнению с термопарами. При температуре сто градусов погрешность термосопротивления класса A составляет плюс минус ноль целых тридцать пять сотых градуса, в то время как для термопары типа K она составляет плюс минус полтора градуса. Кроме того, термосопротивления имеют лучшую долговременную стабильность и могут подключаться обычным медным кабелем, в отличие от термопар, требующих дорогостоящего компенсационного кабеля.
Почему трехпроводная схема подключения термосопротивления является наиболее распространенной?
Трехпроводная схема представляет оптимальный баланс между точностью измерений и стоимостью реализации. Она позволяет компенсировать влияние сопротивления соединительных проводов при условии их равенства, что достигается использованием многожильного кабеля с проводниками одинакового сечения. Погрешность от неравенства сопротивлений проводов обычно не превышает ноль целых пять десятых процента. Трехпроводная схема применима на расстояниях до ста метров и обеспечивает точность, достаточную для большинства промышленных применений, при меньшей стоимости по сравнению с четырехпроводной схемой.
Чем отличаются классы допуска термосопротивлений AA, A, B и C?
Классы допуска определяют максимально допустимое отклонение измеренной температуры от номинальной статической характеристики. Класс AA обеспечивает наивысшую точность с допуском плюс минус ноль целых десять сотых плюс ноль целых семнадцать десятитысячных умноженных на модуль температуры и применяется в диапазоне от минус пятидесяти до плюс двухсот пятидесяти градусов. Класс A имеет допуск плюс минус ноль целых пятнадцать сотых плюс ноль целых две тысячных умноженных на модуль температуры для диапазона от минус двухсот до плюс шестисот градусов. Класс B с допуском плюс минус ноль целых тридцать сотых плюс ноль целых пять тысячных умноженных на модуль температуры является стандартным для общепромышленных применений. Класс C используется для неответственных измерений.
Какая максимальная длина линии связи допустима для термосопротивления при двухпроводной схеме подключения?
Максимальная длина линии связи при двухпроводной схеме зависит от номинального сопротивления термосопротивления. Для датчиков Pt100 с номинальным сопротивлением сто Ом длина не должна превышать двух метров, для Pt500 допускается до пяти метров, а для Pt1000 — до десяти метров. При превышении этих значений сопротивление соединительных проводов вносит недопустимую систематическую погрешность в результат измерения. Для больших расстояний необходимо применять трехпроводную или четырехпроводную схему подключения, обеспечивающую компенсацию сопротивления линии связи.
Нужно ли использовать специальный кабель для подключения термопар?
Да, для подключения термопар необходимо использовать специальный термопарный или компенсационный кабель, жилы которого изготовлены из тех же материалов, что и термоэлектроды термопары, или из материалов с аналогичными термоэлектрическими свойствами. Использование обычного медного кабеля приводит к появлению дополнительных термоэлектродвижущих сил в местах соединения разнородных металлов и вносит значительную погрешность в измерения. Компенсационные кабели маркируются в соответствии с типом термопары: для типа K используется кабель типа K или KX, для типа J — кабель типа J или JX. Альтернативным решением является установка нормирующего преобразователя в головке датчика, что позволяет использовать медный кабель для передачи унифицированного сигнала.
Как часто необходимо проводить поверку датчиков температуры?
Межповерочный интервал устанавливается в соответствии с требованиями метрологического обеспечения производства и условиями эксплуатации датчиков. Для платиновых термосопротивлений, работающих при температурах до трехсот градусов Цельсия, типичный межповерочный интервал составляет три года. Для термопар типа K и N при температурах до восьмисот градусов интервал обычно устанавливается два года. При эксплуатации в более жестких условиях с высокими температурами, агрессивными средами или значительными температурными градиентами межповерочный интервал может быть сокращен до одного года. Фактическая периодичность поверки определяется результатами анализа стабильности показаний датчиков в процессе эксплуатации.
В чем преимущество термосопротивлений Pt1000 перед Pt100?
Основное преимущество термосопротивлений Pt1000 с номинальным сопротивлением одна тысяча Ом заключается в уменьшении относительного влияния сопротивления соединительных проводов на результат измерения. При одинаковой длине линии связи абсолютное значение сопротивления проводов одинаково, но для Pt1000 его относительный вклад в десять раз меньше, чем для Pt100. Это позволяет использовать более длинные линии связи при двухпроводной схеме подключения или достигать более высокой точности при трехпроводной схеме. Кроме того, больший выходной сигнал датчика Pt1000 обеспечивает лучшее соотношение сигнал-шум в измерительной цепи. Недостатком является более высокий саморазогрев при том же измерительном токе, что требует использования меньших токов или учета поправки.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.