Сравнение старого и современного термометров сопротивления методами квалиметрии
Сравнение старого и современного
термометров сопротивления методами квалиметрии
1. Общая характеристика термометров сопротивления
Термометр сопротивления - датчик для измерения температуры, сопротивление
чувствительного элемента которого зависит от температуры. Может быть выполнен
из металлического или полупроводникового материала. В последнем случае
называется термистором.
Металлический термометр сопротивления.
Представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или
плёнки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от
температуры. Наиболее распространённый тип термометров сопротивления -
платиновые термометры. Это объясняется тем, что платина имеет высокий
температурный коэффициент сопротивления и высокую стойкость к окислению.
Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным
коэффициентом не менее 0,003925. В качестве рабочих средств измерений
применяются также медные и никелевые термометры.
Температурный коэффициент сопротивления характеризует зависимость
электрического сопротивления от температуры и измеряется в кельвинах в минус
первой степени.
Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев
используются со стандартной зависимостью сопротивление-температура (НСХ), что
обуславливает погрешность не лучше 0,1°C (класс АА при 0°C). Термометры
сопротивления на основе напыленной на подложку плёнки отличаются повышенной
вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Максимальный диапазон, в
котором установлены классы допуска платиновых термометров для проволочных
чувствительных элементов составляет 660°C (класс С), для плёночных 600°C (класс
С).
Существуют полупроводниковые термометры сопротивления - при
увеличении температуры, сопротивление этих датчиков уменьшается. Применяются
обычно на транспорте. Для подключения используют обычно 2-х проводную схему
подключения.
Преимущества термометров сопротивления
· Высокая точность измерений (обычно лучше ±1°C), может доходить до 0,01°C.
· Возможность исключения влияния изменения сопротивления линий
связи на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы
измерений
· Практически линейная характеристика
Недостатки термометров сопротивления
· Малый диапазон измерений (по сравнению с термопарами)
· Более дорогой (по сравнению с термопарами)
· Требуется дополнительный источник питания для определения температуры.
Среди всех термометров наиболее точными считаются спиртовые термометры
(погрешность ±0,05°С) и термометры сопротивления (погрешность ±0,01°С), однако
наибольшее распространение получили цифровые термометры, так как такой
термометр невозможно разбить, мало время измерения (30-60 с), лёгкость чтения
результатов, автоматическое отключение, они помнят последние показания, есть
сменная шкала «Цельсий-Фаренгейт» и их можно использовать в полной темноте.
Областью применения, в частности, являются климатическая, холодильная и
нагревательная, лабораторная техника, машиностроение, а также различные
технологические процессы, техника кондиционирования, производство нагревателей,
печей и аппаратов, измерение температуры твердых тел, подшипников,
инструментов, газов, жидкостей, замкнутых систем трубопроводов.
По оценкам российских и зарубежных специалистов надежность современных
датчиков температуры растет. Если стоит вопрос выбора контактного датчика
повышенной надежности и стабильности для температур от 200 до 600°С, то очень
сложно найти что-то более подходящее, чем платиновый термометр сопротивления.
Превалирующая часть выходов из строя современных термометров сопротивления уже
связана с проблемами их крепления на объекте и проблемами во внешней
измерительной цепи, а не с проблемой нестабильности ЧЭ.
2. Сравнительная часть
термометр сопротивление датчик температура
Экспериментами
установлены величины коэффициентов, которые учитывают эстетические показатели
качества 
=0,05; эргономические показатели 
=0.07; уменьшение показателя тепловой инерции
и
увеличение условного давления 
Решение.
Найдем интегральный показатель
качества.
Определим величины изменения показателей качества нового ТС как:
; 
.
Полезный эффект от использования ТС:
грн;
грн.
Величину суммарного полезного эффекта от использования нового логометра
находим по формуле:
грн;
Таблица 1. - Технические характеристики термометров сопротивления
|
Технические характеристики
|
Модель ТСП-1
|
ТСП-9721
|
|
Диапазон измеряемых
температур, °C
|
0…+500
|
-50…+500
|
|
Номинальная статическая характеристика
(НСХ) (Градуировка)
|
Rном при 0C, Ом 46П
(Градуировка 21)
|
50П, 100П (100П)
|
|
Класс допуска/точности
|
К-II; отклонение
сопротивления ±0.1 Ом ±(0,3+0,0045t)
|
Класс допуска В - 70С до +
500С ±(0,3+0,005|t|)
|
|
Показатель тепловой
инерции, с
|
120
|
80
|
|
Назначение
|
Измерения температуры
жидких и газообразных сред
|
Измерения температуры
жидких и газообразных сред
|
|
Диапазон условных давлений,
мПа
|
4
|
(0,4; 6,3) - опционально;
6,3 - выбрано для сравнения
|
|
Рабочая длина мм
|
160,200,320,400,800,1250
|
120, 160, 200, 250, 320,
400, 500, 630, 800, 1000, 1250; 1600; 2000
|
|
Вес, кг
|
1,2-3
|
0,28-0,67
|
|
Материал защитной арматуры
|
Сталь 20 или IX18H9T
|
Сталь 12Х18Н10Т (старое
название Х18Н10Т)
|
|
Схемы соединения
|
2-х, 3-х, 4-х проводная
|
2-х, 3-х, 4-х проводная
|
|
Степень защиты от пыли и
воды
|
-
|
IP55
|
|
Номинальное значение α, °Cˉ¹; (W100)
|
0,00391 (1,3910)
|
|
Устойчивость к вибрации
|
-
|
Группа исп. N3
|
|
Вид климатического
исполнения
|
-
|
ТВ1, ТВ2
|
|
Год выпуска
|
1965
|
2010
|
|
Цена
|
200 грн
|
680 грн
|
|
Нормаль
|
ГОСТ 6651-59
|
ГОСТ 12997-84; IEC 60529
(DIN 40050, ГОСТ 14254-96); ГОСТ 15150-69
|
|
Примечания
|
|
Термометры имеют разборную
конструкцию и состоят из защитной арматуры и термометрической вставки ТВ ТСП.
|
Таблица 2. - Исходные данные для нахождения интегрального
показателя качества
|
Название показателя
|
Значение показателей
|
|
Новый
|
Старый (Базовый)
|
|
Показатель тепловой
инерции, с
|
80
|
120
|
|
Условное давление, мПа
|
6,3
|
4
|
|
Средний термин службы, лет
|
15
|
12
|
|
Цена, грн
|
680
|
200
|
|
Годовые затраты на
эксплуатацию, грн
|
40
|
160
|
|
γ(t)
|
0,149
|
0,16
|
Интегральный показатель качества нового ТС ТСП-9721:
Из полученного результата видно, что новый термометр сопротивления имеет
лучший интегральный показатель качества, чем старый на 170%.
Сравним характеристики старого и нового термометров
сопротивления.
Градуировка - зависимость сопротивления датчика от температуры.
Если сравнить градуировочные характеристики 10П, 50П, 100П и 500П, то
можно заметить, что изменение сопротивления чувствительного элемента на каждые
10 градусов растет с ростом градуировки. Из этого следует, что с помощью
термометра сопротивления с градуировкой 100П можно добиться более точного
регулирования технологических параметров, что положительно будет сказываться на
стабильности технологического процесса. Значит ТСП-9721 в данной характеристике
лучше, чем ТСП-1 так, как его градуировочная характеристика - 100П.
Согласно классам допуска, ТСП-9721 имеет большее отклонение измеряемой величины,
чем ТСП-1, но оно является достаточно малым и отличается на ±(0,3+0,0005|t|).
Показатель тепловой инерции - время, необходимое для того, чтобы при внесении
преобразователя в среду с постоянной температурой разность температур среды и
любой точки внесенного в нее преобразователя стала равной 0,37 того значения,
которое она имела в момент наступления регулярного теплового режима. У нового
прибора это время проходит быстрее, что учтено при расчете интегрального
показателя качества.
Благодаря использованию защитной гильзы ДДШ 4 819 015 давление,
оказываемое на прибор при измерении, возросло до 6,3 Мпа, у старого - 4 Мпа.
ТСП-9721 также имеет меньшую максимальную массу (на 2,33 кг).
ТСП-9721 так же поддерживает три вида подключения: по 2-х, 3-х,
4-х проводной схемам, что обеспечивает возможность проведения более точных
измерений с использованием последней схемы.
ТСП-9721 отвечает ГОСТ 12997-84: Изделия ГСП. Общие технические условия.
Согласно которому изделия должны быть устойчивыми и (или) прочными к
воздействию синусоидальных вибраций высокой частоты (с частотой перехода от 57
до 62 Гц) с параметрами, соответствующими таблице 3.
Таблица 3
|
Группа исполнения
|
Частота, Гц
|
Амплитуда
|
Места, подверженные
вибрации от работающих механизмов. Типовое размещение на промышленных
объектах.
|
|
|
Смещения для частоты ниже
частоты перехода, мм
|
Ускорения для частоты выше
частоты перехода, м/c2
|
|
|
N3
|
5-80
|
0,075
|
9,8
|
|
Степень защиты IP (International/Ingress Protection Rating) - классификатор степеней защиты, регламентирующий
проникновение посторонних объектов - пыли и воды в соответствии с международным
стандартом IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96).
Так же преимуществом является более широкий диапазон рабочих длин нового
прибора.
Всем электротехническим устройствам присваивается определенная степень
защиты IP, в зависимости от оборудования установленного на(в) изделии. Корпус
электротехнического изделия может содержать разные элементы с разной степенью
защиты IP.
Обозначение степени защиты осуществляется двумя буквами IP и двумя
цифрами, обозначающими степень защиты. Проникновение твердых механических
предметов указывается первой цифрой, второй цифрой обозначается стойкость
оборудования к воздействию жидкости.Защита от водяных брызг под давлением
В итоге ТСП-1 соответствует ГОСТ 6651-59, ТСП-9721:
· IEC 60529
(DIN 40050, ГОСТ 14254-96) - Степени защиты, обеспечиваемые оболочками
· ГОСТ 12997-84 Изделия ГСП. Общие технические условия.
· ГОСТ 15150-69 Исполнения для различных климатических районов.
Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части
воздействия климатических факторов внешней среды
· Термометры сертифицированы. Сертификат об утверждении типа средств измерений
RU.C.32.051.A №8528 зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений
под №19919-00
Таблица 4. - Характеристики стали защитной арматуры
|
Марка:
|
12Х18Н10Т
|
|
Заменитель:
|
08Х18Г8Н2Т, 10Х14Г14Н4Т,
12Х17Г9АН4, 08Х22Н6Т, 08Х17Т, 15Х25Т, 12Х18Н9Т
|
|
Классификация:
|
Сталь конструкционная
криогенная
|
|
Применение:
|
детали, работающие до 600
°С. Сварные аппараты и сосуды, работающие в разбавленных растворах азотной,
уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей и другие детали,
работающие под давлением при температуре от -196 до +600 °С, а при наличии
агрессивных сред до +350 °С.; сталь аустенитного класса
|
|
Марка:
|
20
|
|
Заменитель:
|
15, 25
|
|
Классификация:
|
Сталь конструкционная
углеродистая качественная
|
|
Применение:
|
трубы перегревателей,
коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления, листы для штампованных
деталей, цементуемые детали для длительной и весьма длительной службы при
температурах до 350 град.
|
Таблица 5. - Предельная скорость потока измеряемой среды для
ТСП-9721
|
Длина монтажной части L, мм
|
Предельная скорость потока,
м/с
|
|
без гильзы
|
с гильзой
|
|
пар
|
вода
|
пар
|
вода
|
|
120; 160
|
25
|
1,5
|
40
|
4
|
|
200; 250; 320; 400; 500;
630
|
15
|
0,5
|
25
|
2,5
|
|
800; 1000
|
3
|
0,25
|
5
|
0,5
|
|
1250; 1600; 2000
|
1
|
0,1
|
2
|
0,2
|
Вывод
В результате сравнения термометров сопротивления установлено:
· Рассчитанный интегральный показатель качества нового прибора на 170%
выше, чем у старого;
· Все характеристики нового ТС являются лучшими, чем у старого;
· Новый ТС отвечает большему количеству стандартов.
Это позволяет сделать однозначный вывод о том, что новый ТС сможет
полностью заменить старый, позволяя добиться более точного регулирования
технологических параметров, экономии средств за счет более долгого срока
службы, меньших годовых затрат на эксплуатацию, а так же возможности применения
в другом месте, благодаря возможности работать под более высоким максимальным
давлением.
Список литературы
1. Методические
указания к практическим занятиям по дисциплине “Квалиметрия и управление
качеством”
2. Тепловые
и температурные измерения. / О.А. Геращенко - 1965.
3. IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ
14254-96) - Степени защиты, обеспечиваемые оболочками.
4. ГОСТ
12997-84 Изделия ГСП. Общие технические условия.
5. ГОСТ
15150-69 Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации,
хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней
среды.
. Приборы
и методы температурных измерений. / Олейник Б.М. - 1987.
. www.temperatures.ru
. www.sibspz.ru