Термопары, термопреобразователи сопротивления - выбор, подключение, установка. Низкая цена

В данной статье приведены основные технические характеристики термопреобразователей сопротивления, ГОСТ 6651-94 (Общие технические требования и методы испытаний) и преобразователей термоэлектрических (далее термопары), ГОСТ 6616-94 (Общие технические условия, а также рекомендации по правильному выбору термопреобразователей, их установке, подключению и обслуживанию.

(Также см. статью: Что такое температура? Как правильно измерять температуру? Что выбрать: термосопротивление или термопару? Советы по применению.)

Термины и определения

Термоэлектрический эффект - генерирование термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов или сплавов, образующих часть одной и той же цепи.

Термопара - два проводника из разнородных материалов, соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Соединение при измерении (рабочий конец для термопар) - соединение, подлежащее воздействию температуры, которую необходимо измерить.

Соединение при контроле (свободный конец для термопары) - соединение термопары, находящееся при известной температуре, с которой сравнивают измеряемую температуру.

Длина монтажной части -
для термопреобразователей сопротивления и термопар с неподвижным штуцером или фланцем - расстояние от рабочего конца защитной арматуры до опорной плоскости штуцера или фланца;
для термопреобразователей сопротивления и термопар с подвижным штуцером или фланцем, а также без штуцера или фланца - расстояние от рабочего конца защитной арматуры до головки, а при отсутствии ее - до мест заделки выводных проводников.

Длина наружной части - расстояние от опорной плоскости неподвижного штуцера или фланца до головки.

Длина погружаемой части - расстояние от рабочего конца защитной арматуры до места возможной эксплуатации при температуре верхнего предела измерения.

Диапазон измеряемых температур - интервал температур, в котором выполняется регламентируемая функция термопреобразователя по измерению.

Рабочий диапазон - интервал температур, измеряемых конкретным термопреобразователем и находящийся внутри диапазона измеряемых температур.

Номинальное значение температуры применения - наиболее вероятная температура эксплуатации, для которой нормируют показатели надежности и долговечности.

Показатель тепловой инерции - время, необходимое для того, чтобы при внесении термометра сопротивления или термопары в среду с постоянной температурой разность температур среды и любой точки внесенного в нее преобразователя стала равной 0,37 того значения, которое будет в момент наступления регулярного теплового режима.

Допуск - максимально допустимое отклонение от номинальной зависимости сопротивления (термопреобразователя сопротивления) или ЭДС (термопары) от температуры, выраженное в градусах Цельсия.

Чувствительный элемент (ЧЭ) - элемент термопреобразователя, воспринимающий и преобразующий тепловую энергию в другой вид энергии для получения информации о температуре.

Измерительный ток термопреобразователя сопротивления - ток, вызывающий изменение сопротивления термопреобразователя сопротивления при 0°С не более 0,1% его номинального значения.

Термопреобразователи сопротивления, основные технические характеристики

Тип ТС	Класс допуска	Допускаемое отклонение сопротивления от номинального значения при 0°С, %	Значение W100		Диапазон измеряемых температур, °С	Предел допускаемого отклонения сопротивления от НСХ, °С
Тип ТС	Класс допуска		Номинальное	Наименьшее допускаемое	Диапазон измеряемых температур, °С	Предел допускаемого отклонения сопротивления от НСХ, °С
Платиновый (ТСП)	А	0,05	1,3850 1,3910	1,3845 1,3905	-220…+850	±(0,15 + 0,002 \|t\|)
	В	0,1	1,3850 1,3910	1,384 1,390	-220…+1100	±(0,3 + 0,005 \|t\|)
	С	0,2	1,3850 1,3910	1,3835 1,3995	-100…+300	±(0,6 + 0,008 \|t\|)
Медный (ТСМ)	А	0,05	1,4260 1,4280	1,4255 1,4275	-50…+120	±(0,15 + 0,002 \|t\|)
	В	0,1	1,4260 1,4280	1,4250 1,4270	-200…+200	±(0,25 + 0,0035 \|t\|)
	С	0,2	1,4260 1,4280	1,4240 1,4260	-200…+200	±(0,5 + 0,0065 \|t\|)

Схемы соединений внутренних проводников термопреобразователя сопротивления с ЧЭ и их условные обозначения

При использовании схемы 2 (двухпроводная схема) сопротивление соединительных проводов термопреобразователя сопротивления не должно превышать 0,1% номинального значения сопротивления термопреобразователя при 0°С.

В двухпроводной схеме к сопротивлению ЧЭ добавлено сопротивление соединительных проводников, что приводит к сдвигу характеристики при 0°С и уменьшению W100.

На практике эта проблема решается за счет измерительного прибора, к которому подключается термопреобразователь сопротивления, путем задания соответствующих корректировок по смещению и наклону характеристики.

Термопреобразователь с двухпроводной схемой подключения внутренних проводников может подключаться к прибору по трехпроводной схеме с использованием трехжильного кабеля.

При использовании термопреобразователей сопротивления с трехпроводной схемой подключения, прибор автоматически вычитает из сопротивления полной цепи сопротивление соединительных проводов. Сопротивление внутренних проводов и жил кабеля при этом должны быть между собой одинаковы.

Если входная электрическая схема прибора представляет собой мост, в одно плечо которого подключается термопреобразователь сопротивления, то достаточно, чтобы были одинаковы сопротивления двух проводов: 1 и 2.

Мостовая схема подключения термопреобразователя сопротивления

термопреобразователя сопротивления

Наиболее точные термопреобразователи сопротивления имеют четырехпроводную схему подключения. Для этой схемы не требуется равенство в сопротивлениях проводников. Каждый конкретный тип термопреобразователя имеет свой более узкий по сравнению с приведенным в таблице основных характеристик диапазон измеряемой температуры. Это связано с технологией сборки термопреобразователя сопротивления и применяемыми при этом материалами.

Необходимо помнить, что для точного измерения температуры вся погружаемая часть термопреобразователя сопротивления должна находиться в измеряемой среде.

Термопары, основные технические характеристики

Тип термопары	Класс допуска	Диапазон измеряемых температур, °С	Предел допускаемого отклонения от НСХ, °С
Хромель-копелевый ХК (L)	2	-40…+300 +300…+800	±2,5 ±0,0075 \|t\|
Хромель-копелевый ХК (L)	3	-200…-100 -100…+100	±0,015 \|t\| ±2,5
Хромель-алюмелевыый ХА (K)	1	-40…+375 +375…+1000	±1,5 ±0,004\|t\|
	2	-40…+333 +333…+1200	±2,5 ±0,0075 \|t\|
	3	-200…-167 -167…+40	±2,5 ±0,0075 \|t\|

Термопара хромель-алюмель ХА(K) обладает наиболее близкой к прямой термоэлектрической характеристикой. Термоэлектроды изготовлены из сплавов на никелевой основе. Хромель (НХ9,5) содержит 9...10%Сг; 0,6...1,2%Со; алюмель (НМцАК) - 1,6...2.4%Al, 0,85...1,5%Si, 1,8...2,7%Mn, 0.6...1.2%Со. Алюмель светлее и слабо притягивается магнитом; этим он отличается от более темного в отожженном состоянии совершенно немагнитного хромеля. Благодаря высокому содержанию никеля хромель и алюмель лучше других неблагородных металлов по стойкости к окислению. Учитывая почти линейную зависимость термо-ЭДС термопары хромель - алюмель от температуры в диапазоне 0...1000°С, ее часто применяют в терморегуляторах.

Термопара хромель-копель ХК(L) обладает большей термо-ЭДС, чем термопара ХА(K), но уступает по жаростойкости и линейности характеристики. Копель (МНМц 43-0,5) - серебристо-белый сплав на медной основе, содержит 42,5-44,0%(Ni+Со), 0,1-1,0%Mn. Даже в сухой атмосфере при комнатной температуре на его поверхности быстро образуется окисная пленка, в дальнейшем удовлетворительно предохраняющая сплав от дальнейшего окисления.

Номинальные статические характеристики термопар приведены в ГОСТ Р 8.585-2001.

Схемы включения

Рабочий конец термопары погружается в среду, температуру которой требуется измерить. Свободные концы подключаются к вторичному прибору. Если температура свободных концов постоянна и известна, то подключение может быть сделано медным проводом, а если не постоянна и неизвестна, то оно выполняется специальными удлинительными (компенсационными) проводами. В качестве последних используются два провода из различных материалов. Провода подбираются так, чтобы в паре между собой они имели такие же термоэлектрические свойства, как и рабочая термопара. При подсоединении к термопаре компенсационные провода удлиняют ее и дают возможность отвести холодный спай до измерительного прибора.

Удлинительные провода

Также смотрите кабели высокотемпературные и термопарные, соединители медные и термопарные, разъемы со склада.

Стандартные удлинительные провода маркируются. При включении этих проводов в цепь термопар необходимо соблюдать полярность, иначе при измерениях возникает погрешность, равная удвоенной погрешности, которую старались устранить с помощью удлинительных проводов. Промышленность выпускает удлинительные провода в виде скомплектованного (двухжильного) кабеля с жилами различных цветов.

Основные характеристики термопар и удлинительных проводов

Термопара	Условное обозна-чение НСХ	Материал термоэлектрода		Материал удлинительного провода, марка и цвет оплетки		ТермоЭДС, мВ при t=100°С, t0=0°C	Сопро-тивление 1 м. Ом для сечения, мм2
Термопара	Условное обозна-чение НСХ	положит.	отрицат.	положит.	отрицат.	ТермоЭДС, мВ при t=100°С, t0=0°C	1	2,5
Платинородий - платина	ПП (R, S)	Платинородий (90%Pt+10%Rh)	Платина	Медь П, красный или розовый	Медно-никелевый (99,4%Сu +0,6%Ni) зеленый	0,64 ± 0,03	0,05	2,5
Платинородий – платино-родий	ПР (B)	Платинородий (70%Pt+30%Rh)	Платинородий (94%Pt+6% Rh)	-	-	-	0,05	0,02
Хромель - алюмель	ХА (K)	Хромель (89%Ni+9,8% Cr+1% Fe+ 0,2% Mn)	Алюмель (94% Ni+2% Al+ 2,5% Mn+1% Si+ 0,5% Fe)	Медь М, красный или разовый	Константан (42%Ni+58%Cu), коричневый	4,10 ± 0,16	0,52	0,02
Хромель - копель	ХК (L)	To же	Копель (55%Cu+45%Ni+Co)	Хромель ХК, фиолетовый или черный	Копель, желтый, оранжевый	6,95 ± 0,2	1,15	0,21
Железо - копель	ЖК	Железо	То же	Железо ЖК, белый	То же	5,57	0,60	0,46
Медь - копель	МК (M)	Медь	То же	Медь МК, красный или розовый	То же	4,76	0,50	0,24
Медь - константан	МКт (T)	Медь	Константан (42%Ni+58%Cu)	То же	Константан, коричневый или черный	4,10 ± 0,16	0,52	0,20
Вольфрам - рений- вольфрам - рений	ВР (A1, A2, A3)	Вольфрам-рений	Вольфрам-рений	То же	Медно -никелевыи синий или голубой	1,33 ± 0,03	0,20	0,21
Вольфрам - молибден	ВМ	Вольфрам	Молибден	То же	Медно- никелевыи (99,7%Cu+ 0,3%Ni)	0,40 ± 0,03	0,05	0,04

В связи с высокой стоимостью термопарных кабелей по сравнению, например, с медными при значительной удаленности прибора от датчика более целесообразно в ряде случаев присоединение датчика к прибору осуществлять четырехжильным медным кабелем. При этом две жилы кабеля подключаются к термоэлектродам термопары, а две - к термосопротивлению, контролирующему температуру свободных концов термопары. Как в этом случае, так и при подключении термопары непосредственно к зажимам прибора, необходимо обеспечить хороший тепловой контакт термосопротивления с выводами термопары.

При измерении температуры до +600°С более предпочтительным является использование термопары ХК(L), имеющей в 1,5…2 раза большую термо-ЭДС, чем ХА(K).

С другой стороны, для ТП ХК(L) не существует недорогого термокомпенсационного провода. Поэтому при большой удаленности датчика от прибора лучше применять ТП ХА(K) и удлинительный провод МК.

Сравнительные характеристики термопар и термопреобразователей сопротивления

В данной таблице приведены сравнительные эксплуатационные характеристики термопреобразователей сопротивления и термоэлектрических преобразователей («+» - преимущество, «-» - недостаток).

Тип преобразователя	Характеристики
Тип преобразователя	Диапазон измеряемой температуры	Точность измерения	Инерционность	Цена преобразователя	Цена подсоединения преобразователя
ТП	+	-	+	+	-
ТС	-	+	-	-	+

Также смотрите термопреобразователи сопротивления, термопары, датчики температуры с токовым выходом, чувствительные элементы нашего производства. А также кабели высокотемпературные и термопарные, соединители медные и термопарные, разъемы со склада.

Термопреобразователи сопротивления и термопары