Промислові платинові термометри опору в більшості випадків використовуються зі стандартною залежністю опір-температура (НСХ), що обумовлює допуск чи не краще 0,1 ° С (клас АА при 0 ° С). Однак висока стабільність деяких термометрів дозволяє робити їх індивідуальну градуювання і визначати характерну саме для них залежність опір-температура. Така градуювання може підвищити точність до декількох сотих градуса. Слід зазначити, що використання функції МТШ-90 (що можливо зараз для багатьох цифрових термометрів) може точніше описати індивідуальну залежність ТС, використання квадратичного рівняння Каллендара Ван дью обмежує точність апроксимації до 0,01-0,03 ° С в залежності від діапазону температур.
Еталонні платинові термометри (ПТС, ТСПН) першого розряду і термометри-робочі еталони по точності перевершують промислові термометри опору (розширена невизначеність ПТС 1 розряду при 0 ° С дорівнює 0,002 ° С), але вони вимагають дуже обережного поводження, не виносять трясіння і різких теплових . Крім того, їх вартість в десятки разів перевищує номінальну вартість робочих термометрів опору. Стандарт на зразкові ПТС першого і другого розряду: ГОСТ Р 51233-98 «Термометри опору платинові еталонні 1 і 2 розрядів. Загальні технічні вимоги »(див. Розділ Російські стандарти). Детальна інформація про властивості еталонних платинових термометрів опору і методах роботи з ними наводиться в розділі "Платиновий термометр опору - основний інтерполяційний прилад МТШ-90"
Для точного зміни кріогенних температур з успіхом застосовуються залізо-родієві термометри опору. Їх дія заснована, на ефекті аномальної температурної залежності сплаву 0,5 ат.% Заліза до родію при низьких температурах з позитивним коефіцієнтом опору. Досвід роботи з термометрами показав, що їх стабільність може досягати 0,15 мк / рік при 20 К. Залежність опір - температура в діапазоні 0,5-27 К добре апроксимується поліномами не висока ступенів (8 -11 ступінь). Однак, труднощі виникають при спробі апроксимувати діапазони, що включають 28 К, тому що в цій точці «низькотемпературне» опір, обумовлене домішками, поступається місцем «високотемпературного» опору, обумовленого розсіюванням на фононах.
Найпоширенішим в промисловості є клас В. Клас допуску є, перш за все, показником точності підгонки ЧЕ під номінальний опір при виготовленні. Стабільність, опір ізоляції, нагрівання вимірювальним струмом та інші параметри, що впливають на точність вимірювання температури, можуть бути ідентичними у термометрів різних класів допуску.
Стандарт МЕК і російський стандарт допускає завдання виробником спеціальних допусків для платинових термометрів опору, на основі допуску класу В. Ці допуски гарантуються заводом і складають зазвичай 1/3 В або 1/6 В. Однак, як зазначає, наприклад, фірма АМЕТЕК в своєму керівництві , ці допуски можуть реально означатиме тільки наближення термометра до номінального опору при 0 ° С, при цьому залежить від температури частина похибки зазвичай не змінюється.
Стабільність визначається як зміна опору в будь-якої постійної температурної точці (найчастіше 0 ° С) за певний період часу. Дані по стабільності не завжди наводяться в каталогах зарубіжних фірм. У більшості випадків вони наводяться для дротяних платинових ЧЕ при нормальних умовах застосування, в межах номінальних робочих температур і рівня вібрації. Деякі фірми вважають, що хорошим показником є стабільність опору 0,05 ° С / год. Більшість фірм дає іншу оцінку - стабільність ТЗ на їхню думку становить не більше 0,1 ° С. Однак стабільність може сильно знизиться при відхиленні від нормальних умов, використанні ТЗ в середовищі, схильною до різких коливань температури. Стандартні вимоги до стабільності ТС і ЧЕ змінюються з вдосконаленням конструкцій і технології виготовлення термометрів. Після обговорення в робочій групі експертів по температурі, в новий стандарт ГОСТ Р 8.625 (п.6.5) були включені наступні вимоги:
«... 6.5 Стабільність чутливих елементів і термометрів опору
6.5.1 Після витримки ЧЕ при температурі верхньої межі робочого діапазону температур протягом 1000 год опір ЧЕ при 0 ° С повинно залишатися в межах допуску відповідного класу.
6.5.2 Після витримки термометра опору при температурі верхньої межі робочого діапазону температур протягом 250 ч опір ТЗ при 0 ° С повинно залишатися в межах допуску відповідного класу. Опір ізоляції ТС має відповідати вимогам 6.3.
1 Час перевірки стабільності 250 ч встановлюють тільки для термометрів опору, ЧЕ яких попередньо були випробувані на стабільність протягом 1000 год.
2 Для ТЗ, призначених для тривалого використання без повірки, і для термометрів опору, встановлюваних на особливо важливих об'єктах, вимоги до стабільності повинні бути підвищені, час температурної витримки при верхній межі робочого діапазону температур збільшено. Дані вимоги повинні бути встановлені технічними документами на ТЗ конкретних типів. »
Найважливішим показником надійності конструкції є стабільність опору в процесі термоциклирования. На жаль, конкретні дані по термоциклювання не наводяться в описі типу і каталогах на імпортні ЧЕ і ТЗ. Найчастіше технічні характеристики декларуються відповідними стандарту МЕК. У ГОСТ Р 8.625 (п.6.6) встановлено такі вимоги до стабільності ТС при циклічній зміні температури:
«... 6.6 Стійкість термометрів опору до циклічного зміни температури Після 10 циклів зміни температури термометра опору від верхнього до нижнього краю робочого діапазону опір при 0 ° С повинно залишатися в межах допуску відповідного класу. Примітка - Для термометрів опору, призначених для роботи в умовах швидкоплинні температури і для термометрів, установлюваних на особливо важливих об'єктах, вимоги до стійкості до температурних циклів повинні бути підвищені, число циклів збільшено. Дані вимоги повинні бути встановлені технічними документами на ТЗ конкретних типів. »
Існує велика кількість вимірювальних мостів і потенціометрів, які працюють в комплекті з термометрами опору. Причому вітчизняні прилади не поступаються, а іноді перевершують за якістю імпортні установки. Термометри опору можуть підключатися до вимірювальній установці по двох-, трьох-, і чотирьох-провідний схемами. Причому для ТЗ класів АА і А двох-провідна схема не припустима, тому що в даному випадку, опір підвідних проводів включається в повне виміряний опір термометра і призводить до значного зниження точності вимірювання, навіть якщо номінальний опір висновків наведено в документації і враховується в розрахунках.
Вибір вимірювального струму також впливає на точність вимірювання температури. Оскільки ЧЕ виготовлений з дуже тонкого дроту або плівки, навіть малий струм може викликати істотний нагрів ЧЕ. Щоб уникнути значного збільшення похибки через нагрівання ЧЕ вимірювальним струмом для 100-омних ТС рекомендується використовувати струми 1 мА і нижче. В цьому випадку похибка не перевищить 0,1 ° С. Для зниження ефекту нагрівання ЧЕ іноді використовується імпульсний вимірювальний струм.
Корпус термометра опору зазвичай заповнюється неорганічної ізоляцією з оксиду алюмінію або магнію. Ці матеріали в великій мірі гігроскопічні, і як тільки невелика кількість вологи проникає в термометр, відбувається ефект шунтування чутливого елемента термометра. Перевірка опору ізоляції ТС - одне з найважливіших випробувань при випуску з виробництва. Перевірка відбувається шляхом вимірювання опору між корпусом ТС і висновками із застосуванням випробувального напрузі від 10 до 50 В. При кімнатній температурі опір ізоляції має бути більше 100 Ом.
Падіння опору ізоляції - основна причина зниження точності термометра або навіть виходу його з ладу. Важливе значення для запобігання цього ефекту має надійна герметизація ЧЕ, особливо при роботі термометра в умовах підвищеної вологості.
Швидкість реакції ЧЕ на зміну температури процесу залежить від конструкції ЧЕ, матеріалу корпусу термометра, ізоляції між ЧЕ і корпусом. Для зниження інерції використовуються спеціальні способи точної підгонки розмірів корпусу і ЧЕ, спеціальні ізолюючі теплопроводящие матеріали.
Приблизний час термічної реакції для платинових термометрів опору різного діаметру
Необхідно завжди враховувати, що термометр фактично реєструє температуру його власного чутливого елемента, а не температуру середовища або об'єкта в яку він занурений. Те, на скільки температура ЧЕ близька до вимірюваної температурі об'єкта залежить від сумарного теплового опору між ЧЕ і об'єктом. Монтаж термометра в вимірювальний канал здійснюється, як правило, за допомогою притискної пружини, канал іноді заповнюється теплопроводящим матеріалом. Якщо контакт з об'єктом порушений, то це може привести до помилкових значень реєструється температури. Для перевірки теплового контакту розроблені спеціальні методики, найбільш поширена з яких - дослідження часу реагування ТЗ на імпульсний нагрів струмом.
Переважний спосіб для з'єднання висновків ЧЕ і внутрішніх проводів термометра - зварювання. Це запобігає забрудненню вивідних провідників іншими металами, що виникає при пайку, що може привести до виникнення паразитної ТЕДС. Внутрішні висновки виготовляють зазвичай з міді, нікелю, константана, міді з нікелевим покриттям, міді зі сталевим покриттям і інших металів і сплавів. Висновки ізолюють трубками з оксиду алюмінію, скловолоконними трубками або пластиковими трубками, якщо дозволяє робоча температура ТС.
Орієнтовна схема збірки ЧЕ, наведена на малюнку.
У даній конструкції матеріалом для внутрішніх висновків служить мідь покрита нікелем (27%), шляхом холодного пресування (так званий матеріал Kulgrid) або корозійностійких високотемпературний сплав (Oxalloy). Для зовнішніх висновків використовується ізольована тефлоном багатожильний мідь з нікелевим покриттям.
Збірка ЧЕ з внутрішніми висновками поміщається в циліндричну металеву трубку-корпус термометра і засипається дрібнодисперсним гігроскопічним порошком з оксиду алюмінію або магнію. Кінець трубки, в місці виходу провідників герметизується. Для надійної герметизації при високих температурах використовується спеціальна «кришка» з вбудованим переходом метал-скло або кераміка-скло. Висновки, попередньо уварені в кришку зварюються з висновками термометра, кришка зварюється з корпусом. Такий спосіб забезпечує повну герметизацію термометра і значно підвищує його довговічність і надійність.
Матеріалом корпусу ТЗ служить латунь (для низьких і кімнатних температур), сталь 314, сталь 316, інконель 600. Найкращу корозійну стійкість забезпечує інконель 600.
Довжина термометра опору повинна вибиратися виходячи з необхідної глибини занурення термометра. Глибина занурення термометра в об'єкт вимірювання є важливим фактором, що впливає на похибка вимірювання температури об'єкта, що виникає через теплових втрат від ЧЕ в навколишнє середовище. У стандарті МЕК визначено критерій достатньої глибини занурення: при зануренні нижче цієї глибини ТС повинен міняти свідчення не більше допуску. Мінімальна глибина занурення у високому ступені залежить від умов теплообміну, складу середовища (рідина, газ), швидкості потоку. Для попереднього вибору необхідної довжини ТЗ пропонується наступна таблиця, що задає коефіцієнт, на який необхідно помножити діаметр корпусу ТЗ, щоб отримати мінімальну глибину занурення:
До отриманої глибині слід додати довжину ЧЕ термометра, яка може становити від 5 до 60 мм. Якщо діаметр труби з теплоносієм, в яку повинен бути вставлений ТЗ, менше розрахованої мінімальної глибини занурення застосовують установку ТС під кутом до поверхні труби, або в місці вигину труби.
- теплопроводящие властивості даної конструкції термометра і монтажних елементів;
- перенесення тепла випромінюванням в навколишнє середовище;
- теплоємність датчика температури;
- швидкість зміни вимірюваної температури;
- витоку струму (якість заземлення);
- точність вимірювача або перетворювача сигналу.
За оцінками російських і зарубіжних фахівців надійність сучасних датчиків температури зростає. Якщо стоїть питання вибору контактного датчика підвищеної надійності і стабільності для температур від 200 до 600 ° С, то дуже складно знайти щось більш підходяще, ніж платиновий термометр опору. Переважаюча частина виходів з ладу сучасних термометрів опору вже пов'язана з проблемами їх кріплення на об'єкті і проблемами у зовнішній вимірювального ланцюга, а не з проблемою нестабільності ЧЕ.
Всі матеріали в розділі "Промисловість і виробництво"