13.2.2. Введение поправки.

Для большинства случаев измерения температуры в промышленных условиях термостатирование не является приемлемым вариантом ввиду громоздкости термостатирующих устройств и потребности в постоянном за ними наблюдении.

В этом случае необходимо вводить поправку на температуру свободных концов. Она должна компенсировать разницу между градуировочной температурой t₀(0°С) и текущей температурой в помещении t‘.

Существует два способа введения поправки: ручной и автоматический.

Ручной способ требует наличия вспомогательного термометра (например, ртутного) для измерения температуры t'₀ и градуировочной таблицы соответствующего ТЭП.

Автоматическое введение поправки на температуру свободных концов ТЭП при помощи специальных компенсирующих устройств, что не требует обеспечения постоянства этой температуры. Эти устройства располагаются отдельно или встраиваются во вторичный прибор (рис. 13.6).

Рис. 13.6

Компенсирующий мост представляет собой неуравновешенный мост с постоянными манганиновыми резисторами R₁, R₂, R₃ и медным резистором R_M. Нагрузочное сопротивление R_H предназначено для изменения напряжения питания моста при переходе к преобразователям с различной градуировкой.

2. Классическая компенсация температуры холодного спая

Принципиальная схема подобного устройства приведена на рис. 13.7

Рис. 13.7

Дополнительный температурный датчик (часто полупроводниковый датчик, а иногда термистор) измеряет температуру холодного спая и его сигнал используется для введения напряжения в измерительную цепь термопары.

Сигнал компенсирует разницу между действительной температурой холодного спая и ее идеальной величиной (0°С).

Таким образом, не столь просто измерить напряжение, созданное термопарой, поскольку провода, подключенные к вольтметру, также образуют спаи термопар в местах их подключения.

Если оба этих дополнительных спая находятся при одной и той же температуре (несущественно какой величины), тогда «Закон о промежуточных металлах» утверждает, что они не внесут ничего в общую ЭДС системы. Если же спаи находятся при разных температурах, то они будут вносить ошибки.

На рис. 13.8 показаны схемы промышленного подключения термопар.

Рис. 13.8

Очевидно, что для реальных схем проблема еще более сложна, и необходимо обратить особое внимание на то, чтобы все пары контактов в цепи, содержащей термопару, исключая собственно измерительный и опорный спаи, находились при одной и той же температуре.

При разработке схем нормирования сигналов следует иметь в виду, что термопары с относительно малыми выходными сигналами требуют усилителей с более низкими шумами, малым дрейфом и высоким усилением.

2. Область применения резистивных датчиков и термопар

Приблизительно 50-60% всех измерений температуры в промышленности выполняются термопарами, 30-40% – резистивными датчиками температуры (РДТ), а остальные измерения – другими датчиками, например, термисторами или оптическими пирометрами. В большинстве приложений лучшим выбором оказывается РДТ, поэтому их доля на рынке постоянно увеличивается.

В последние годы появилось множество других температурных датчиков, включая интеллектуальные датчики, например, волоконно-оптические. Интеллектуальные датчики, несомненно, займут свое место на рынке, но термопары и РДТ, как ожидается, не сдадут своих лидирующих позиций в промышленных процессах и останутся таковыми в обозримом будущем.

За последние три десятилетия произошел большой прогресс в разработке и оснащении новой аппаратурой технологических процессов. Это касается появления интеллектуальных температурных датчиков, цифровой обработки аналоговых сигналов датчиков, обеспечения цифрового отображения показаний и компьютерного управления. Несмотря на все это, первичными элементами для измерения температур, как в самых обычных, так и в интеллектуальных температурных датчиках, по большей части, все еще остаются термопары или РДТ. Эти датчики используются более столетия, но за это время практически не изменились и все еще остаются лучшими инструментальными средствами для проведения температурных измерений в промышленности.

В принципе, можно использовать РДТ для измерений высоких температур (примерно до 1000 °С), но практически оказывается трудно обеспечить точность измерения, если температура превышает даже 400 °С. Точно так же термопары (thermocouples) могут использоваться для измерения температур вплоть до 3000 °С, но получить достоверные данные уже при температурах выше 1000 °С крайне трудно. В наиболее распространенных промышленных процессах температура редко превышает 200 или 400 °С, а здесь РДТ и термопары работают достаточно хорошо (рис. 13.9).

Рис. 13.9

Проблема измерения высоких температур заключается в ограниченных свойствах материалов, использующихся при производстве датчиков. Большинство материалов ухудшает свои свойства или даже изменяет их при воздействии высокой температуры. Например, изоляция датчиков обычно не может выдерживать температуры близкие к 1000 °С в течение любого существенного промежутка времени.

РДТ более точны, чем термопары, но точно откалиброванная термопара может быть столь же точна, как и РДТ. РДТ держит свою калибровку лучше и дольше, чем термопара, он может быть удален из технологического процесса и повторно откалиброван, тогда как повторно откалиброванная термопара из-за любой неоднородности в ее проводах может иметь существенные отклонения от точности измерений.