ЖУРНАЛ СТА 3/2012

97 СТА 3/2012 www.cta.ru В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Зависимость напряжения между свободными концами термопары от температуры при условии, что температура холодного спая стабилизирована на уровне 0°С, в стандартах NIST (National Institute of Standards and Technology – Нацио- нальный институт стандартов и технологии США) и ГОСТ Р описывается полиномом вида [4, 5]: , (3) где A i – коэффициенты полинома, N = 4…14 – степень поли- нома. Для обеспечения необходимой точности аппроксима- ции весь температурный диапазон разбивается на 1–3 под- диапазона, для каждого из которых используется отдельный полином вида (3). Обратная зависимость описывается аналогичным выраже- нием: . (4) Погрешность такой аппроксимации составляет от ±0,02 до ±0,05°С. Благодаря стандартизации допусков и номинальных характеристик преобразования термопары являются взаимо- заменяемыми без дополнительной подстройки. Т ЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И РАЗНОВИДНОСТИ ТЕРМОПАР Сварка проводов термопары, изготовленных из разных ме- таллов, выполняется таким образом, чтобы получилось не- большое по размеру соединение – спай. Провода можно про- сто скрутить, однако такое соединение ненадёжно и имеет большой уровень шумов. Сварку металлов иногда заменяют пайкой, но верхняя граница диапазона измерений такой тер- мопары ограничена температурой плавления припоя. Термо- пары, изготовленные сваркой, выдерживают более высокую температуру, однако химический состав термопары и структу- ра металла в процессе сварки могут нарушаться, что приводит к увеличению разброса градуировочных характеристик. Под действием высокой температуры в процессе эксплуа- тации может произойти уход характеристики термопары от номинального вида вследствие окисления и диффузии ком- понентов окружающей среды в металл, а также изменения структуры материала. В таких случаях термопару следует откалибровать заново или заменить. Промышленностью выпускаются термопары трёх различ- ных конструкций: с открытым спаем, с изолированным незаземлённым спаем и с заземлённым спаем. Термопары с открытым спаем имеют малую постоянную времени, но пло- хую коррозионную стойкость. Термопары двух других типов применимы для измерения температуры в агрессивных сре- дах. Изготавливают также микроминиатюрные термопары по тонкоплёночной и полупроводниковой технологиям для измерений температуры малоразмерных тел, в частности, поверхности полупроводниковых компонентов [6–8]. В [7] описана термопара с диаметром рабочего конца 1 мкм, кото- рая имеет постоянную времени 1 мкс. При высоких температурах сопротивление материала изо- ляции термопары уменьшается и токи утечки через изоляцию могут вносить погрешность в результат измерения. Погреш- ность возрастает также при попадании жидкости внутрь тер- мопары, вследствие чего возникает гальванический эффект. П ОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ Основная проблема построения измерительного канала на базе термопары связана с её малым выходным напряжением (около 50 мкВ на градус), которое гораздо меньше помех, наводимых на элементах измерительной цепи в обычных условиях. Поэтому очень важно правильно выполнить экра- нирование и заземление проводов, идущих от термопары к модулю ввода. Модуль ввода желательно помещать по воз- можности ближе к термопаре, чтобы снизить длину проводов, по которым передаётся аналоговый сигнал. Для снижения уровня помех с частотой 50 Гц в модулях ввода используют режекторный фильтр (фильтр, не пропускающий колебания одной частоты – частоты режекции и пропускающий колеба- ния других частот). Например, в модулях NL-8TI подавление помехи нормального вида (источник помехи включён после- Таблица 1 Типы термопар и их основные параметры по 2–3 классам допуска ТИП ОБОЗНАЧЕНИЕ МАТЕРИАЛ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА МАТЕРИАЛ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ДИАПАЗОН ИЗМЕРЕНИЙ, °С ПРЕДЕЛЫ ОТКЛОНЕНИЙ, °С КЛАСС ДОПУСКА J ТЖК Железо, Fe Константан, Cu-Ni (55% Cu) 0...333 333...900 ±2,5 ±0,0075 Т 2 K TXA Хромель, Cr-Ni (90,5% Ni) Алюмель, Ni-Al (94,5% Ni) –250...–167 –167...+40 ±0,015| Т | ±2,5 3 T ТМК Медь, Cu Константан, Cu-Ni (55% Cu) –200...–66 –66...+40 ±0,015| Т | ±1,0 3 E ТХКн Хромель, Cr-Ni (90,5% Ni) Константан, Cu-Ni (55% Cu) –200...–167 –167...+40 ±0,015| Т | ±2,5 3 N ТНН Нихросил, Ni-Cr-Si-Fe-C-Mg Нисил, Ni-Cr-Si-Fe-C-Mg –250...–167 –167...+40 ±0,015| Т | ±2,5 3 R ТПП Платина–родий (13% Rh) Платина, Pt 0...600 600...1600 ±1,5 ±0,0025 Т 2 S ТПП Платина–родий (10% Rh) Платина, Pt 0...600 600...1600 ±1,5 ±0,0025 Т 2 B ТПР Платина–родий (30% Rh) Платина–родий (6% Rh) 600...800 800...1800 ±4 ±0,005 Т 3 L TXK Хромель, Cr-Ni (90,5% Ni) Копель, Cu-Ni (56% Cu) –200...–100 –100...+100 ±1,5+0,01| Т | ±2,5 3 M ТМК Медь, Cu Копель, Cu-Ni (56% Cu) –200...0 0...100 ±1,3+0,001| Т | ±1 — A1 , A2 , A3 ТВР Вольфрам–рений, W-Re (5% Re) Вольфрам–рений, W-Re (20% Re) 1000...2500 ±0,0075 Т 3 Примечания. 1. Пределы отклонений (технологический разброс) указаны как отклонения от номинальной нелинейной характеристики (4). 2. В таблице приведены значения отклонений для классов допуска 2 и 3. Термопары класса 1 и 2 имеют меньшие отклонения (до- пуск) – см. ГОСТ Р 8.585-2001. © СТА-ПРЕСС