Замер температуры на судне. Термопара, Термометр сопротивления и Pt100.
Sanford Leffler
Продолжаем знакомиться с датчиками, ведь без них — никуда. Сегодня поговорим о самых распространённых типах датчиков, разберёмся с тем, как они работают и, главное, как их проверять.
Термопара
Принцип действия.
В прошлой статье я вскользь затрагивал такое понятие как «потенциал». Свободные электроны в проводнике ведут себя точно так же, как масло в гидравлической системе: когда в одном цилиндре повышается давление (растет потенциал) — масло стремится в поршень, двигая его и пытаясь выровнять эту разницу потенциалов. Это-же правило работает и с электрическим потенциалом: если у нас имеется достаточно большой лист металла и мы начнём нагревать его в одном месте — мы получим то самое изменение потенциала в металле за счёт его термических свойств. Т.е. уже в рамках одного листа металла мы можем получить разность потенциалов которая будет изменяться хоть и в небольших значениях, единицах милливольт, но тем не менее этого уже достаточно для того, чтобы вызвать движение заряженных частиц из одной части листа в другую, не смотря на то, что лист металла для нас является такой себе «единой точкой».
А теперь представим что будет если мы соединим между собой два металла с разными термическими характеристиками при помощи сварки и будем нагревать этот спай. Таким образом мы получим бо́льший лист металла, разность потенциалов в разных частях которого будет ещё больше! И вот мы с вами, по сути, изобрели термопару.
Термопара представляет собой два отрезка различных металлов соединённых в одну точку при помощи сварки (это место называется «Рабочий спай»). Нагревая рабочий спай относительно свободных концов (это место называется «Холодный спай») — мы и получим разность потенциалов. Величина этой разности потенциалов зависит от материалов из которых изготовлена термопара. За подробностями обращайтесь к литературе которая уже выложена на канале.
Часто на собеседованиях вам могут задать вопрос, который звучит следующим образом:
Какой сигнал на выходе термопары?
«Термоэлектродвижущая сила», или «Термо ЭДС». Ибо величина, которую мы, по итогу, и замеряем представляет собой ЭДС генерируемое термическими свойствами металлов и измеряется в вольтах.
На схемах термопара обозначается соответствующе, два провода из разных металлов соединены в точку.
Когда следует проверить термопару?
Для проверки нам нужны конкретные основания. Особенно эта мысль касается механиков: прекратите звать электромехаников когда вы просто не знаете что делать!
И так, какие у нас возможные варианты неисправности термопары?
Короткое замыкание.
При коротком замыкании потенциалы, само собой, сравняются и на на выходе мы получим 0мВ. Следовательно и на индикации мы увидим экстремально низкое значение температуры, а не отличающееся на ± 10%.
Обрыв.
Вот тут уже интереснее. В случае обрыва мы получим два длинных отдельных провода в пространстве (от, грубо говоря, монитора в ЦПУ до цилиндра главного). При таком раскладе ЭДС будет наводиться в этих двух проводах независимо, а наш компьютер будет фиксировать это и выдавать нам галиматью. Если вы возьмёте мультиметр и, присоединив к нему щупы, включите режим измерения милливольт вы увидите что показания на мультиметре безумно скачут в весьма широком диапазоне (±10мВ) и равняется нулю лишь когда мы замыкаем щупы между собой.
Происходит это потому, что в каждом щупе наводится свой потенциал из-за множества факторов: температура ваших рук, температура в комнате, наличие слабого электромагнитного поля вокруг вас и т.д., а замыкая щупы между собой — мы выравниваем их потенциалы и измерительный прибор показыват нам 0 мВ.
Если вы видите на индикаторе что температура скачет в пределах ±30 градусов даже когда, к примеру, главный стоит и ничего не происходит — можно обосновано считать что, во-первых: там установлена термопара; во-вторых: в цепи данной термопары обрыв. Само собой при этом, когда вы запустите главный, температура не поднимется, а останется на прежнем уровне и будет продолжать скакать.
Никаких других вариантов неисправности термопары нет.
Главными плюсами термопар можно уверенно назвать их весьма высокую надёжность, но это, в принципе, касается всех датчиков которые мы рассмотрим в данной статье. К минусам именно термопар можно отнести, разве что, не самую высокую точность по сравнению со следующими типами датчиков температуры.
Термометр сопротивления
Само по себе понятие «Термометр сопротивления» включает в себя спектр датчиков которые используют свойство различных материалов изменять своё сопротивление при воздействии на них температуры. Уж не знаю стоит-ли сделать настолько базовую статью про величины вроде сопротивления и тока. Дайте знать. Пока что нам будет достаточно понять (если слово «сопротивление» ни о чем вам не говорит) что эти материалы меняют степень своего препятствия прохождению сквозь них электрического тока.
Термисторы (они же терморезисторы), позисторы, силисторы и бла-бла-бла. Всё это названия для готовых элементов которые используются при измерении температуры, которые изменяют своё электрическое сопротивление. Отличаются они друг от друга диапазоном измерения температур, положительным/отрицательным температурным коэффициентом (при увеличении температуры одни датчики увеличивают своё сопротивление, другие — уменьшают), линейностью/нелинейностью своих выходных характеристик.
При подключении этих датчиков к измерительной системе система измеряет ток, проходящий через термометр сопротивления сравнивая его с референсным значением и, тем самым, определяя температуру датчика.
Если вы хоть немного понимаете в электрических делах или внимательно читали, к примеру, статью про трансформаторы тока, то уже знаете что при прохождении тока через проводник последний нагревается, так уж устроена вселенная. Так как же нам быть с этим фактом? Ведь получается что мы сами нагреваем наш датчик и в итоге получаем погрешность! Благо не мы одни уже это знаем, а потому системы измерений к которым эти самые датчики подключены имеют систему коррекции которая всё это дело нивелирует.
Что может пойти не так?
Теперь наш датчик не генерирует термо ЭДС и система к которой он подключаем измеряет не милливольты. В данном случае у нас имеются три возможных варианта развития событий, которые могут быть интерпретированы системой как угодно, в зависимости от типа датчика.
Обрыв.
В случае обрыва мы увидим либо слишком малое, либо слишком высокое значение температуры которое никак меняться не будет. Как я упоминал ранее: разные термометры сопротивления по-разному отыгрывают при повышении температуры, но суть в том, что мы увидим какое-либо крайнее положение ибо в цепи будет полностью отсутствовать ток.
Короткое замыкание.
То же самое что и предыдущий вариант, но система будет фиксировать свой максимально допустимый ток. Снова в зависимости от типа датчика получим какое-то крайнее положение которое не будет меняться при разных раскладах.
Деградация.
Речь пойдёт не про молодёжь, а про такое явление как деградация полупроводников и прочих материалов от высокой температуры, вибрации и прочих радостей жизни для любого морского оборудования. В таком случае мы можем наблюдать ощутимое линейно кратное отклонение, т.е. на главном, к примеру, которому лет 20 уже, это может быть отклонение в 40-50 и более градусов на цилиндре.
К главным минусам можно отнести тот факт, что для этих датчиков нужен отдельный источник питания, но поскольку не мы его покупаем и приходим «на всё готовое», то для нас это не минус, тем более что и термопара требует специального оборудования для считывания данных в неё.
А вот к плюсам, которые нас касаются, можно отнести, безусловно, очень высокую точность (вплоть до 0,013⁰С) и линейная (в основном) характеристика что упрощает нам его проверку.
ВАЖНОЕ ДОПОЛНЕНИЕ УПУЩЕННОЕ В ЭТОЙ СТАТЬЕ ОПИСАНО ТУТ!
Pt100
Иначе известна как ПЭТЭШКА. Это тот же термометр сопротивления состоящий из платины, чьё поведение при разных температурах прекрасно изучено. Собственно исходя из названия мы может это выяснить. P (платина) имеет сопротивление в 100 Ω при t = 0⁰С, а далее изменения сопротивления от температуры составляет 0,39 Ом/1⁰С в большую или меньшую сторону соответственно.
Pt100 наиболее популярный датчик температуры на судах. В большинстве своём мы измеряем температуру именно ими.
Плюсы и минусы, как и варианты неисправностей те же, что и у других термометров сопротивлений. Отдельно выделил лишь потому, что именно с ними мы встречаемся чаще всего.
Дополнительно:
Да, конечно существуют и другие типы датчиков температуры такие как пирометры, звуковые и тд. Однако эти типы являются крайне специфичными и настолько повсеместно не встречаются. Будет лучше, в случае необходимости, рассмотреть их по-отдельности или же, если вопрос заинтересовал, обратиться к уже не раз упомянутой литературе которая есть на канале.
Проверка датчиков температуры
На самом деле все эти телодвижения с замером датчиком мультиметром имеют мало смысла, ибо всегда проще поменять датчик и сравнить. Тем не менее когда мы имеем дело с экстремальными значениями (а-ля -50⁰С на цилиндре работающего главного) нам нужно убедиться что проблема именно в датчике, а не в цепи до него: обрыв или КЗ.
Из информации выше мы выяснили что наши датчики либо генерируют термо ЭДС, либо изменяют своё сопротивление, соответственно это и есть величины которые нам нужно будет измерять для проверки.
Опустим момент поиска физического места нахождения датчика. Нас больше интересует определение его типа и проверка самого датчика.
Допустим вы нашли датчик в нужном месте (труба охлаждения, к примеру) и решаете его проверить. Обычно температура в районе 45⁰С, а тут, вдруг, -20⁰С, при этом локальный градусник показывает что температура, по-факту, выше той, что показывает нам датчик, т.е. в норме. На самом датчике нет (допустим) никаких опознавательных знаков, мы видим только крышечку которую можно открыть и подключить два проводка.
Помню услышал однажды от одного электромеханика следующий «лайфхак»:
Если на выходе термодатчика два провода — это термопара, а если три — это Pt100.
Земля тебе пухом братишка, ибо Pt100 может иметь как 2, так и 3 и 4 провода на выходе. Нужны они для большей точности измерений, т.е. несут вполне конкретную функцию, но подробнее об этом милости прошу в литературу.
Самым простым вариантом, в данном случае, будет откинуть эти два проводка и произвести замер всех нужных нам величин поочерёдно. Не бойтесь замкнуть провода в процессе работы. Больших токов там не водится.
Начнём с замера термо ЭДС. ЭДС у нас измеряется в вольтах, а значение вольт, в случае с термопарами, очень мало, потому выбираем на мультиметре режим измерения милливольт.
Утыкаемся щупами в выводы датчика и видим 0 мВ. Возможность обрыва термопары мы так же исключаем т.к. в таком случае мы бы видели скачки ЭДС на экране мультиметра.
Следовательно имеем мы дело с Pt100 (вероятность того, что это какой-то другой датчик — крайне мала). В таком случае переключаемся на режим измерения сопротивления, утыкаемся щупами в то же место и наблюдаем следующее:
Вроде что-то показывает: 92,2 Ω.
Понимаем что для Pt100 сопротивление маловато, ибо для Pt100 сопротивление должно быть 100 Ω при 0⁰С. Понимаем что дело в пэтэшке и меняем её любой другой пэтэшкой подходящей по размеру. Полярность в данном случае не имеет никакого значения.
Практически всегда датчики температуры входящие в трубу не устанавливаются непосредственно в трубы. Они установленные в такие себе «карманы», т.е. сам датчик не соприкасается с водой/маслом/газом и его можно спокойно выкрутить, не опасаясь устроить потоп.
Системы обслуживающие датчик ОЧЕНЬ редко выходят из строя, а потому вариант с их неисправностью можно исключать до последнего. Как правило проблема даже не в датчиках, а в аппаратуре, температуру которой он замеряет. Да, механики, это я вам.
Итог
Вот мы и разобрались с основами датчиков температуры чаще всего применяемых на судах. Знаем какие они бывают и как работают. Если вы хотите разобраться в вопросе подробнее, то обращайтесь к указанной литературе.
Как всегда с ЛЮБЫМИ вопросами обращайтесь в комментарии. Если знаю — подскажу, а если нет — разберёмся вместе и другим расскажем. 😉
Как проверить датчик pt100
Подключение, диагностика, проверка (прозвон) датчиков температуры сопротивления Pt100, Pt1000, 50М, 100М и другие
В данном разделе мы решили пояснить, как правильно подключаются датчики температуры сопротивления, чем отличаются различные схемы подключения, как проверить датчик температуры, что делать если схема подключения и датчик который есть в наличии не совпадает.
Основные схемы подключения датчиков температуры сопротивления представлены на рис.1-3.
Как видно из рисунков 1-3 датчик представляет из себя некий термоэлемент, сопротивление которого изменяется в зависимости от его собственной температуры. К термоэлементу в зависимости от схемы подключения могут быть подпаяны 2 провода (рис.1), три провода (рис.2), четыре провода (рис.3).
Для чего применяются различные схемы подключения датчиков температуры сопротивления?
Дело в том, что измеряемым параметром при применении таких датчиков является сопротивление датчика, однако провода имеют собственное сопротивление и внсят тем самым определенную погрешность.
Например, если датчик температуры Pt100 при нуле градусов цельсия (сопротивление 100 Ом) подключен по двух проводной схеме медным проводом сечением 0,12 мм2, длина соединительного кабеля 3 м, то два провода в сумме дадут сопротивление около 0,5 Ом в результате набегает погрешность — датчик дает суммарное сопротивление 100,5 Ом, что соответствует температуре примерно 101,2 градуса.
Эту погрешность можно скорректировать прибором (если прибор это позволяет), введя корректировку на 1,2 градуса. Однако такая корректировка не может полностью компенсировать сопротивление проводов датчика. Это связано с тем, что медные провода являются сами по себе термосопротивлениями, т.е. сопротивление проводов так же меняется от темепратуры. Причем в случае например с нагреваемой камерой часть проводов, которая находится вместе с датчиком нагревается и меняет сопротивление, а часть за пределами камеры меняется с изменением температуры в комнате.
В случае рассмотреном выше при сопротивлении проводов 0,5 ома при нагреве на каждые 250 градусов сопротивление проводов может измениться практически вдвое. Дав дополнительно 1,2 градуса цельсия погрешность.
Для исключения влияния сопротивления проводов применяют трехпроводную схему подключения датчика температуры. При такой схеме подключения прибор измеряет суммарное сопротивление датчика с проводами и сопротивление двух проводов (или одного провода и умножает его на 2) и вычитает сопротивление проводов из суммарного, выделяя тем самым чистое сопротивление датчика. Такая схема подключения позволяет получать достаточно высокую точность при значительных влияниях сопротивлений проводов на тчоность измерения. Однако данная схема не учитывает, что провода ввиду погрешностей изготовления могут обладать разным сопротивлением (в следствии неоднородности материала, изменения сечения по длине и пр.) такие погрешности вводят меньшие отклонения в отображаемой температуре чем при двух проводной схеме, однако при больших длинах проводов могут быть существенны. В таких случаях может потребоваться применение четырех проводной схемы подключения, в которой прибор измеряет непосредственно сопротивление датчика без учета соединительных проводов.
В каких случаях можно применять двух проводную схему подключения:
1. Диапазон измерения не большой (например 0. 40 градусов) и требуется невысокая точность (например 1 градус)
2. Соединительные провода имеют большое сечение и длина их не велика, т.е сопротивление проводов мало по сравнению с сопротивлением датчика и не вносит существенной погрешности. Например суммарное сопротивление 2 проводов 0,1 ом, а сопротивление датчика меняется на 0,5 Ома на градус, требуемая точнось 0,5 градуса, таким образом сопротивление проводов вносит погрешность меньше, чем допустимая погрешность.
Трехпроводная схема подключения датчиков температуры сопротивления:
Наиболее распространненная схема подключения, применяемая для измерений на удалении датчика от 3 до 100 м, позволяющая в диапазоне до 300 градусов иметь погрешность порядка 0,5 %, т.е. 0,5 С на 100 С.
Четырех проводная схема подключения:
Применяется как правило для прецизионных измерений с точностью 0,1 С и выше.
Прозвонка (проверка) датчиков температуры сопротивления:
Для прозвонки датчиков температуры требуется обычный тестер показывающий сопротивление, для датчиков с сопротивлением при нуле градусов до 100 ом включительно потимальный диапазон измерения тестера до 200 Ом.
Прозвонку можно производить при комнатной температуре, либо при другой заранее известной температуре входящей в рабочую зону датчика (например поместив датчик в сосуд с водо-ледяной смесью 0 градусов или кипящий чайник примерно, с поправкой на давление, 100 градусов).
При прозвонке определяется, какие провода соединены между собой накоротко возле датчика, сопротивление между такими проводами как правило существенно меньше чем сопротивление датчика (это сопротивление между выводами 1,3 и 2,4). Сопротивление между такими выводами для стандартных датчиков составляет от 0 до 5 Ом, в зависимости от сечения и длинны соединительных проводов. Найдя провода с таким значением сопротивления мы однозначно можем определить какие выводы куда подключать. При трехпроводной схеме выводы 1 и 3 равнозначны т.е. если их подключить наоборот на измерение это никак не повлияет. При четырехпроводной схеме пары проводов 1,3 и 2,4 между собой равнозначны, и внутри пары между собой провода тоже равнозначны, т.е. первый с третим можно переставлять между собой, и второй с четвертым можно переставлять, и целиком пару 1,3 можно переставить с парой 2,4 на результаты измерений это не повлияет.
Кроме этого проверяется, что датчик рабочий, т.е. выдает то сопротивление которое должен при данной температуре (измерение между выводами 1 и 2).
Таблицу значений сопротивлений для основных типов датчиков при разных температурах можно посмотреть тут.
Кроме этого нужно убедиться, что датчик не замыкает на корпус термопреобразователя, прозвонив на мегаомном диапазоне (20. 200 МОм) сопротивление между проводами и корпусом датчика, при этом руками касаться контактов корпуса, проводов и щупов нельзя. Если на мегаомах тестер показывает не бесконечное сопротивление, то скорее всего в корпус датчика попал жир или влага, такой датчик может работать некоторое время, но точность показаний будет снижаться, показания могут плавать.
Каким образом можно подключить датчик температуры сопротивления если его схема подключения не совпадает со схемой на приборе?
Рассмотрим различные варианты:
1. в наличии есть двухпроводный датчик температуры
Соответственно если подключить требуется к прибору с трехпроводной или четырехпроводной схемой, то можно установить соответственно одну или две перемычки на контактах прибора, в местах, где подключаются короткозамкнутые провода. На рисунках 4 и 5 это обозначено перемычками на контактах 1,3 и 2,4.
Несомненно такое подключение приведет к погрешности измерения, и если прибор не позволяет её скомпенсировать, то можно в требуемом диапазоне измерения определить погрешность показаний используя образцовый термометр и рассчитать корректировку, которую нужно прибавлять к показаниям. Это позволит временно решить проблему и не останавливать технологический процесс.
2. в наличии есть трехпроводный датчик температуры
Если подключать такой датчик по двухпроводной схеме рекомендуется соединить два короткозамкнутых у датчика провода вместе, для уменьшения споротивления соединительных проводов (так же можно один из короткозамкнутых проводов заизолировать и не подключать или откусить кусачками). Датчик будет работать в двухпроводной схеме не внося никакой дополнительной погрешности.
 |
Тел: +7(495)960-92-41
Факс: +7(495)960-92-41
Форум АСУТП
Andron_1988 осмотрелся
Сообщения: 115 Зарегистрирован: 07 дек 2016, 19:44 Имя: Кульчицкий Андрей Евгеньевич Страна: Беларусь город/регион: Сморгонь Благодарил (а): 2 раза Забанен: Бессрочно
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение Andron_1988 » 15 апр 2018, 21:15
Подскажите пожалуйста как правильно прозвонить 3-х проводную Pt 100, если нет никаких обозначений и подключить ее.
Заранее благодарен.
Andron_1988
Andreywys освоился
Сообщения: 286 Зарегистрирован: 15 сен 2016, 18:47 Имя: Андрей Страна: Россия город/регион: Вологда Благодарил (а): 18 раз Поблагодарили: 73 раза
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение Andreywys » 15 апр 2018, 23:00
Смотрите здесь схему http://www.zamer.ru/info/proverka
По схеме ясно как прозвонить
Andreywys
Serex эксперт
Сообщения: 2085 Зарегистрирован: 15 авг 2011, 21:36 Имя: Пупков Сергей Викторович Страна: Россия город/регион: Москва Благодарил (а): 101 раз Поблагодарили: 132 раза
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение Serex » 15 апр 2018, 23:14
Надо просто представить, что перед тобой сопротивление порядка 100 Ом, к которому припаяно несколько концов.
Как к контроллеру подключить, то это уже схему конкретного модуля смотреть надо.
Serex
Автор темы
Andron_1988 осмотрелся
Сообщения: 115 Зарегистрирован: 07 дек 2016, 19:44 Имя: Кульчицкий Андрей Евгеньевич Страна: Беларусь город/регион: Сморгонь Благодарил (а): 2 раза Забанен: Бессрочно
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение Andron_1988 » 18 апр 2018, 22:57
Между 1 и 2 проводом будет 100 Ом, между 1 и 3 будет звониться накоротко и между 2 и 4 тоже накоротко. Так в чем прикол этих левых проводов 3 и 4
Andron_1988
VADR администратор
Сообщения: 4624 Зарегистрирован: 25 июл 2008, 07:12 Имя: Диев Александр Васильевич Страна: Россия город/регион: г. Сегежа, Карелия Благодарил (а): 186 раз Поблагодарили: 326 раз
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение VADR » 18 апр 2018, 23:28
В том, что подключив ТСП (и ТСМ тоже — любой термометр сопротивления) по двухпроводке (только 1 и 2 провода), получишь дополнительно к сопротивлению ТСП ещё и сопротивление линии. Тем больше, чем больше длина. И «гулять» оно будет в зависимости от температуры окружающей среды. А трёх- и четырёхпроводная схемы позволяют это компенсировать.
Повторное использование кода не отменяет повторного использования мозга при его повторном использовании.
VADR
Никита почётный участник форума
Сообщения: 3887 Зарегистрирован: 20 янв 2010, 22:23 Имя: Никита Страна: РФ город/регион: Мурманск Благодарил (а): 18 раз Поблагодарили: 186 раз
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение Никита » 19 апр 2018, 09:18
В четырехпроводной схеме, как в старом анекдоте, по двум проводам течет ток, по другим двум — напряжение. Ток от источника тока, где ток не зависит от сопротивления, в т.ч. линии, а напряжение идет на цепи измерения напряжения. В первом приближении — на вход операционника. У которого входное сопротивление таково, что сопротивлением проводов можно пренебречь.
В трехпроводной ситуация немного сложнее, там один провод идет в одно плечо моста, другой, вместе с термосопротивлением — в другое плечо, третий — в диагональ. Немного сложнее, но идея та же — оба провода одинаково влияют на баланс моста. Ну а третий для того, чтобы этот мост в нужном виде собрать.
Это классика. Но возможны и другие варианты.
Опыт — это когда на смену вопросам: «Что? Где? Когда? Как? Почему?» приходит единственный вопрос: «Нахрена? «
Никита
perfect_gentleman не первый раз у нас
Сообщения: 383 Зарегистрирован: 13 фев 2013, 12:47 Имя: Лавриненко Кирилл Олегович Страна: Украина город/регион: Киев Благодарил (а): 45 раз Поблагодарили: 16 раз
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение perfect_gentleman » 19 апр 2018, 14:13
Никита писал(а): ↑ 19 апр 2018, 09:18 В четырехпроводной схеме, как в старом анекдоте, по двум проводам течет ток, по другим двум — напряжение. Ток от источника тока, где ток не зависит от сопротивления, в т.ч. линии, а напряжение идет на цепи измерения напряжения. В первом приближении — на вход операционника. У которого входное сопротивление таково, что сопротивлением проводов можно пренебречь.
В трехпроводной ситуация немного сложнее, там один провод идет в одно плечо моста, другой, вместе с термосопротивлением — в другое плечо, третий — в диагональ. Немного сложнее, но идея та же — оба провода одинаково влияют на баланс моста. Ну а третий для того, чтобы этот мост в нужном виде собрать.
Это классика. Но возможны и другие варианты.
Как проверить pt100 мультиметром датчик температуры
Как проверить pt100 мультиметром датчик температуры
В данном разделе мы решили пояснить, как правильно подключаются датчики температуры сопротивления, чем отличаются различные схемы подключения, как проверить датчик температуры, что делать если схема подключения и датчик который есть в наличии не совпадает.
Основные схемы подключения датчиков температуры сопротивления представлены на рис.1-3.
Как видно из рисунков 1-3 датчик представляет из себя некий термоэлемент, сопротивление которого изменяется в зависимости от его собственной температуры. К термоэлементу в зависимости от схемы подключения могут быть подпаяны 2 провода (рис.1), три провода (рис.2), четыре провода (рис.3).
Для чего применяются различные схемы подключения датчиков температуры сопротивления?
Дело в том, что измеряемым параметром при применении таких датчиков является сопротивление датчика, однако провода имеют собственное сопротивление и внсят тем самым определенную погрешность.
Например, если датчик температуры Pt100 при нуле градусов цельсия (сопротивление 100 Ом) подключен по двух проводной схеме медным проводом сечением 0,12 мм2, длина соединительного кабеля 3 м, то два провода в сумме дадут сопротивление около 0,5 Ом в результате набегает погрешность — датчик дает суммарное сопротивление 100,5 Ом, что соответствует температуре примерно 101,2 градуса.
Эту погрешность можно скорректировать прибором (если прибор это позволяет), введя корректировку на 1,2 градуса. Однако такая корректировка не может полностью компенсировать сопротивление проводов датчика. Это связано с тем, что медные провода являются сами по себе термосопротивлениями, т.е. сопротивление проводов так же меняется от темепратуры. Причем в случае например с нагреваемой камерой часть проводов, которая находится вместе с датчиком нагревается и меняет сопротивление, а часть за пределами камеры меняется с изменением температуры в комнате.
В случае рассмотреном выше при сопротивлении проводов 0,5 ома при нагреве на каждые 250 градусов сопротивление проводов может измениться практически вдвое. Дав дополнительно 1,2 градуса цельсия погрешность.
Для исключения влияния сопротивления проводов применяют трехпроводную схему подключения датчика температуры. При такой схеме подключения прибор измеряет суммарное сопротивление датчика с проводами и сопротивление двух проводов (или одного провода и умножает его на 2) и вычитает сопротивление проводов из суммарного, выделяя тем самым чистое сопротивление датчика. Такая схема подключения позволяет получать достаточно высокую точность при значительных влияниях сопротивлений проводов на тчоность измерения. Однако данная схема не учитывает, что провода ввиду погрешностей изготовления могут обладать разным сопротивлением (в следствии неоднородности материала, изменения сечения по длине и пр.) такие погрешности вводят меньшие отклонения в отображаемой температуре чем при двух проводной схеме, однако при больших длинах проводов могут быть существенны. В таких случаях может потребоваться применение четырех проводной схемы подключения, в которой прибор измеряет непосредственно сопротивление датчика без учета соединительных проводов.
В каких случаях можно применять двух проводную схему подключения:
1. Диапазон измерения не большой (например 0. 40 градусов) и требуется невысокая точность (например 1 градус)
2. Соединительные провода имеют большое сечение и длина их не велика, т.е сопротивление проводов мало по сравнению с сопротивлением датчика и не вносит существенной погрешности. Например суммарное сопротивление 2 проводов 0,1 ом, а сопротивление датчика меняется на 0,5 Ома на градус, требуемая точнось 0,5 градуса, таким образом сопротивление проводов вносит погрешность меньше, чем допустимая погрешность.
Трехпроводная схема подключения датчиков температуры сопротивления:
Наиболее распространненная схема подключения, применяемая для измерений на удалении датчика от 3 до 100 м, позволяющая в диапазоне до 300 градусов иметь погрешность порядка 0,5 %, т.е. 0,5 С на 100 С.
Четырех проводная схема подключения:
Применяется как правило для прецизионных измерений с точностью 0,1 С и выше.
Прозвонка (проверка) датчиков температуры сопротивления:
Для прозвонки датчиков температуры требуется обычный тестер показывающий сопротивление, для датчиков с сопротивлением при нуле градусов до 100 ом включительно потимальный диапазон измерения тестера до 200 Ом.
Читайте также: Датчик холостого хода chevrolet evanda
Прозвонку можно производить при комнатной температуре, либо при другой заранее известной температуре входящей в рабочую зону датчика (например поместив датчик в сосуд с водо-ледяной смесью 0 градусов или кипящий чайник примерно, с поправкой на давление, 100 градусов).
При прозвонке определяется, какие провода соединены между собой накоротко возле датчика, сопротивление между такими проводами как правило существенно меньше чем сопротивление датчика (это сопротивление между выводами 1,3 и 2,4). Сопротивление между такими выводами для стандартных датчиков составляет от 0 до 5 Ом, в зависимости от сечения и длинны соединительных проводов. Найдя провода с таким значением сопротивления мы однозначно можем определить какие выводы куда подключать. При трехпроводной схеме выводы 1 и 3 равнозначны т.е. если их подключить наоборот на измерение это никак не повлияет. При четырехпроводной схеме пары проводов 1,3 и 2,4 между собой равнозначны, и внутри пары между собой провода тоже равнозначны, т.е. первый с третим можно переставлять между собой, и второй с четвертым можно переставлять, и целиком пару 1,3 можно переставить с парой 2,4 на результаты измерений это не повлияет.
Кроме этого проверяется, что датчик рабочий, т.е. выдает то сопротивление которое должен при данной температуре (измерение между выводами 1 и 2).
Таблицу значений сопротивлений для основных типов датчиков при разных температурах можно посмотреть тут.
Кроме этого нужно убедиться, что датчик не замыкает на корпус термопреобразователя, прозвонив на мегаомном диапазоне (20. 200 МОм) сопротивление между проводами и корпусом датчика, при этом руками касаться контактов корпуса, проводов и щупов нельзя. Если на мегаомах тестер показывает не бесконечное сопротивление, то скорее всего в корпус датчика попал жир или влага, такой датчик может работать некоторое время, но точность показаний будет снижаться, показания могут плавать.
Каким образом можно подключить датчик температуры сопротивления если его схема подключения не совпадает со схемой на приборе?
Рассмотрим различные варианты:
1. в наличии есть двухпроводный датчик температуры
Соответственно если подключить требуется к прибору с трехпроводной или четырехпроводной схемой, то можно установить соответственно одну или две перемычки на контактах прибора, в местах, где подключаются короткозамкнутые провода. На рисунках 4 и 5 это обозначено перемычками на контактах 1,3 и 2,4.
Несомненно такое подключение приведет к погрешности измерения, и если прибор не позволяет её скомпенсировать, то можно в требуемом диапазоне измерения определить погрешность показаний используя образцовый термометр и рассчитать корректировку, которую нужно прибавлять к показаниям. Это позволит временно решить проблему и не останавливать технологический процесс.
2. в наличии есть трехпроводный датчик температуры
Если подключать такой датчик по двухпроводной схеме рекомендуется соединить два короткозамкнутых у датчика провода вместе, для уменьшения споротивления соединительных проводов (так же можно один из короткозамкнутых проводов заизолировать и не подключать или откусить кусачками). Датчик будет работать в двухпроводной схеме не внося никакой дополнительной погрешности.
|
Тел: +7(495)960-92-41
Факс: +7(495)960-92-41
Форум АСУТП
Клуб специалистов в области промышленной автоматизации
- Обязательно представиться на русском языке кириллицей (заполнить поле «Имя»).
- Фиктивные имена мы не приветствуем. Ивановых и Пупкиных здесь уже предостаточно — придумайте что-то пооригинальнее.
- Не писать свой вопрос в первую попавшуюся тему — вместо этого создать новую тему.
- За поиск и предложение пиратского ПО — бан без предупреждения.
- Рекламу и частные объявления «куплю/продам/есть халтура» мы не размещаем ни на каких условиях.
- Перед тем как что-то написать — читать здесь и здесь.
Как прозвонить и подключить Pt 100
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение Andron_1988 » 15 апр 2018, 21:15
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение Andreywys » 15 апр 2018, 23:00
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение Serex » 15 апр 2018, 23:14
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение Andron_1988 » 18 апр 2018, 22:57
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение VADR » 18 апр 2018, 23:28
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение Никита » 19 апр 2018, 09:18
Как прозвонить и подключить Pt 100
Сообщение perfect_gentleman » 19 апр 2018, 14:13
Измерение температуры. Датчики термосопротивления
Конструктивно датчики термосопротивления представляют собой катушку, намотанную очень тонкой (0,05 или 0,063) медной или платиновой проволокой. Катушка помещается внутрь завальцованной с одной стороны металлической гильзы с герметизирующей засыпкой или заливкой, имеющей электрическое сопротивление более 10 МОм. Выводы катушки соединены с клеммами, расположенными в головке датчика. Совокупность катушки, гильзы и клемм называется чувствительным элементом. Все остальное – корпусом или головкой датчика. По сути дела, датчик термосопротивления является переменным резистором, сопротивление которого меняется по определенному закону в зависимости от температуры среды. Закон изменения сопротивления зависит от градуировки датчика. С эксплуатационной точки зрения можно считать, что закон изменения сопротивления является линейной функцией.
Любая линейная функция, как известно, описывается двумя точками. В случае датчика термосопротивления первой точкой является точка R0 (сопротивление датчика при 0°С), второй точкой – W100 (коэффициент определяющий сопротивление датчика при 100°С).
Основными градуировками датчиков термосопротивления являются 50М, 50П, 100М, 100П, Pt100, 500М и 500П. Цифра в обозначении градуировки указывает на сопротивление датчика в омах при 0°С, то есть определяет упомянутую ранее точку R0. Буква в обозначении указывает на материал проволоки чувствительного элемента (М – медь, П и Pt — платина). Датчики градуировки 100П и Pt100 несмотря на одинаковое R0 и материал проволоки все же имеют разные характеристики. Это различие определяется коэффициентом W100. Платиновые датчики градуировки 100П отечественного производства чаще всего имеют коэффициент W100=1,3910 или W100=1,3850, медные датчики отечественного производства имеют W100=1,4280. Импортные платиновые и медные датчики термосопротивления имеют W100=1,3850 и W100=1,4260 соответственно. Коэффициент W100 показывает во сколько раз измениться сопротивление R0 датчика термосопротивления при его нагревании с 0 до 100°С.
Так сопротивление датчика градуировки 100П с W100=1,3910 при температуре чувствительного элемента равной 100°С составит:
R100=R0*W100=100(Ом)*1,3910=139,10(Ом)
Таким образом, для прикидочных расчетов, можно принять что на 1 Ом сопротивления датчиков градуировок 100П и Pt100 приходиться 2,5°С. Так при сопротивлении датчика 108 Ом измеряемая им температура равна 20°С. Измерение сопротивления датчика можно производить любым мультиметром, предварительно отсоединив от датчика соединительные провода, чтобы исключить влияние вторичного прибора. Для более точного определения температуры по сопротивлению датчика можно воспользоваться градуировочными таблицами. Для измерения температуры природного и технических газов наиболее часто применяются датчики 50М и 100М, а для измерения температуры воды и пара — 100П и 500П.
С 1 января 2008 года вступил в силу новый ГОСТ Р 8.625—2006 на датчики термосопротивления. Этот ГОСТ отменил понятие W100, заменив его на коэффициентом «альфа». Кроме того, ГОСТ Р 8.625—2006 установил однозначное соответствие между типом чувствительного элемента (М, П или Pt) и коэффициентом «альфа». Так для элемента 50М (100М и т.д) значение «альфа» равно 0,00428, что соответствует старому обозначению W100=1.428, для элемента Pt100 «альфа» равно 0,00385 (W100=1.385), для элемента 100П «альфа» равно 0,00391 (W100=1.391). Поэтому значение «альфа» и W100 в заводских паспортах и на шильдиках новых датчиков термосопротивления могут не указываться.
Подключение датчиков термосопротивления производиться по двух, трех или четырех проводной схеме. Двухпроводная схема подключения используется крайне редко, так как в этом случае сопротивление соединительных проводов вносит существенную погрешность в измерение. Наиболее часто используется трехпроводная схема подключения – именно по этой схеме датчики термосопротивления подключаются к контроллерам Siemens серии S300 как впрочем и к контроллерам других серий и других производителей. Четырехпроводная схема в основном используется при подключении датчиков термосопротивления к приборам технического и коммерческого учета потребления энергоресурсов, где важно максимально точное измерение температуры. Именно при четырехпроводной схеме осуществляется полная компенсация сопротивления соединительных проводов и наибольшая точность показаний. Датчики термосопротивления чаще всего имеют четыре клеммы для подключения соединительных проводов, широко распространены и датчики с тремя клеммами. Датчики с двумя клеммами встречаются редко и, как правило, они имеют соединительные провода фиксированной длины заводского изготовления, с помощью которых датчик присоединяется к вторичному прибору.
Погрешность измерения температуры ΔТ при применении двухпроводной линии связи датчика термосопротивления с вторичным прибором может быть рассчитана по следующей формуле.
Увеличение длины линии связи L приводит к возрастания погрешности, применение провода с большим сечение жилы S приводит к уменьшению погрешности. Удельное сопротивление меди ρ равно 0,0171 Ом*мм2/м. Через множитель 2 учитывается суммарное сопротивление обоих (двух) жил кабеля.
Коэффициент К зависит от градуировки применяемого датчика термосопротивления. Коэффициенты К, приведенные в таблице, были рассчитаны для W100=1,391 (платиновые датчики) и W100=1,428 (медные датчики).
Как видно из таблицы при двухпроводной линии связи с датчиком термосопротивления целесообразно применение провода с большим сечением жилы. Расчет выполнен для одножильных и многожильных проводов и кабелей 3 класса (по ГОСТ 22483-77). Реальная погрешность вносимая в результат измерения двухпроводной линией связи с длиной отличной от 10 метров будет отличаться от расчетной табличной величины.
В случае применения двухпроводной схемы подключения, предпочтительнее использовать датчики сопротивлением 100 или даже 500 Ом, так как сопротивление соединительных проводов в этом случае, вносит меньшую погрешность в результат измерения температуры, чем при применении 50-омного датчика. В некоторых случаях целесообразнее использовать встроенный в головку датчика нормирующий преобразователь.
При подключении датчика температуры к контроллеру Siemens S300 может возникнуть следующая ситуация. При ослаблении контакта от одного или нескольких выводов термометра сопротивления, например, в проходной клеммной коробке наблюдается рост показаний температуры. Причем возрастание показаний температуры происходит медленно и так же медленно потом уменьшается в зависимости от того, как изменяется сопротивление самого термометра. То есть все указывает на то, что происходит реальный нагрев датчика. Но при измерении сопротивления датчика цифровым мультиметром видно, что на самом деле датчик имеет температуру меньшую, чем показывает контроллер. Протяжка всех клеммных соединений устраняет данную проблему.
Платиновые датчики термосопротивления ТСП и Pt100 теоретически имеют диапазон измеряемых температур от -200 до 1100°С. Наиболее распространены датчики с диапазоном -50…350°С. Работа датчиков термосопротивления в этом диапазоне обеспечивает измерение температуры воды, пара и всевозможных технических газов, получивших распространение в промышленности и не требует применения специальных жаростойких марок сталей при их изготовлении. Медные датчики способны работать в диапазоне -200…200°С. Выпускаемые промышленностью датчики ТСМ имеют температурный диапазон -50…150°С. Для того чтобы датчик термосопротивления можно было заменить, выкрутив из трубы, не перекрывая трубопровод при их монтаже используют защитные гильзы (стаканы). Защитная гильза также предохраняет термометр сопротивления от высокого давления и скоростного напора в трубопроводе.
Гильза вкручивается в вваренную в трубопровод бобышку, а уже в нее вставляется датчик термосопротивления и фиксируется гайкой. Для лучшего теплообмена внутрь гильзы должно быть залито масло. У некоторых датчиков стакан является конструктивной единицей корпуса датчика, поэтому такой датчик вворачивается напрямую в бобышку. При выходе из строя датчика его чувствительный элемент вынимается из корпуса и заменяется новым. Корпус при этом остается на месте и герметичность трубопровода не нарушается. При измерении температуры агрессивных сред на поверхность защитной гильзы наносят полимерное защитное покрытие. Для измерения температуры свыше 300°С как правило используют термопары.
Дополнительную информацию вы можете найти в разделе «Вопрос-ответ».
Посмотреть другие статьи в том числе про измерение температуры.
- Свежие записи
- Где находится датчик коленвала у Chevrolet Cruze 2012: подробная инструкция
- Ультразвуковой датчик приближения в телефоне: что это и как работает
- Тензометрические датчики давления: как они работают?
- Датчик случайных чисел в Паскале: что это такое и как работает?
- Датчик сердечного ритма в смарт-часах: назначение и работа