Первичный измерительный преобразователь. Термоэлектрический сенсор
Сенсор термоэлектрического преобразователя состоит из двух проводов, которые изготовлены из различных металлов или сплавов и которые на одном конце в месте измерения температуры соединены (спаяны или сварены) друг с другом, т. е.имеют рабочий спай.
Если температура измерения отличается от температуры на свободном конце сенсора, то между свободными концами возникает напряжение, термическое напряжение. Величина термического напряжения зависит от разницы между температурой места измерения и температурой на свободных концах, а также от вида комбинации материалов сенсора. Для определения температуры места измерения свободные концы должны находиться на клемме термокомпенсации с равномерной и известной температурой.
Наиболее широко применяются сенсоры из различного материала с номинальными статическими характеристиками НСХ, которые имеют обозначения К,L,R,S,В по ГОСТ Р 8.585-2001.
НСХ — номинальная статическая характеристика — метрологическая характеристика, устанавливаемая нормативными документами для данного средства измерения, применяемого при измерении физической величины, принимаемой за неизменную.
НСХ определяет тип термопреобразователя и материал термопроводов сенсора. Тип термопреобразователя, НСХ и материал проводов приведены в таблице 18.15.Т1.
Основные пределы измеряемых температур, пределы температурных отклонений и классы допуска для различных типов термопреобразователей с НСХ К,L,R,S,В приведены в верхней части таблицы 18.15.Т2.
Графически отклонения показали на рисунке 18.15.Р2.
Обычно поставляются сенсоры класса допуска 2. Для более точных измерений могут поставляться сенсоры класса допуска 1 с уменьшенным допуском или сертификатом заводского испытания. Допуски действуют только при поставке прибора. В процессе эксплуатации при высоких температурах допуски сенсоров могут изменяться из-за поглощения примесей, окисления или испарения составных частей сплавов.
Сенсоры от их места соединения через компенсационные линии по возможности имеют удлинение до места с равномерной температурой (клемма термокомпенсации), например, в коробке холодных спаев.
Широко используются схемы компенсации холодного спая (западно-европейское обозначение CJC), входящих в состав модулей ввода аналоговых сигналов ВТили нормализаторов.
Сенсор термосопротивления
Сенсор термопреобразователя сопротивления представляет из себя измерительный резистор из металла (платина, медь, никель), заключенного, как правило, в керамическую оболочку. Виброустойчивые резисторы из платины скручены и помещены в стекло.
Сенсор — это температурное сопротивление, т. е. сопротивление, которое изменяет сопротивление в зависимости от температуры измеряемой среды по определенной воспроизводимой кривой. Зависимость сопротивления от температуры и допустимые отклонения определяются конструкцией преобразователя, теплопередачей между измеряемой средой и сенсором, материалом сенсора.
Номинальная статическая характеристика НСХ ПИП определяется по ГОСТ 6651-94 и имеет обозначение и допустимое отклонение от НСХ, которые приведены в нижней части таблицы 18.15.Т2 (50П, 100П, 50М, 100М и др.). В этой таблице также указаны пределы измеряемых температур и формулы расчета предела температурных отклонений. Допустимые отклонения показаны на рисунке 18.15.РЗ.
Изменение сопротивления от температуры вызывает соответствующее изменение протекающего через сопротивление электрического тока. В зависимости от диапазона измерений и требуемой точности измерения сенсор подсоединяется к внеш- ним измерительным клеммам по двух-, трех-, четырехпроводной схеме.
Необходимо отметить, что выбор преобразователя сопротивления ограничивается тем, что различные вторичные средства автоматизации и устройства ввода аналоговых сигналов от термосопротивлений допускают подключение входных сигналов по двухпроводной, трехпроводной или четырехпроводной схеме. Поэтому знание возможных связей с вторичными приборами обязательно при заполнении опросного листа на термопреобразователь сопротивления.
Следует также учитывать следующее.
Двухпроводная схема подключения применима при незначительной длине ли- нии и при незначительном колебании температуры в месте прокладки линии. Двухпроводная схема подключения допустима при низких требованиях к точности измерения температуры из-за невозможности учета падения напряжения в проводниках канала измерения.
Трехпроводная и четырехпроводная схемы подключений применимы для использования в наружных установках при значительных колебаниях температуры окружающей среды.
Четырехпроводная схема обладает более высокими показателями помехозащищенности и точности результатов измерения.
При четырехпроводной схеме подключения в головку ПИП следует вводить кабель или провод с двумя скрученными (витыми) парами с парным и/или общим экраном. Провода одной пары подключаются к «плюсовым» (например, четным клеммам) ПИП, а провода второй пары — к «минусовым» (например, к нечетным клеммам колодки).
Интеллектуальный преобразователь
Интеллектуализация первичных средств автоматизации привела к созданию таких средств, в которых первичный измерительный преобразователь совмещен конструктивно с измерительным преобразователем в виде электронного модуля, встроенного в головку ПИП.
Такое полевое средство автоматизации называется интеллектуальным измерительным преобразователем или преобразователем с унифицированным выходным сигналом. Это средство автоматизации можно также называть датчиком.
По определению РМГ29-99:
«п. 6.17 измерительный преобразователь;
ИП
de Messwandler
en measuring transducer
fr transducteur de mesure
Техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.
Примечания:
ИП или входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, измерительной системы и др.), или применяется вместе с каким-либо средством измерения.
По характеру преобразования различают аналоговые, цифроаналоговые, аналогоцифровые преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные и промежуточные преобразователи. Выделяют также масштабные и передающие преобразователи.
Примеры:
Термопара в термоэлектрическом термометре.
Измерительный трансформатор тока.
Электропневматический преобразователь.