Сравним характеристики старого и нового термометров сопротивления.

Сравнение старого и современного термометров сопротивления методами квалиметрии

Общая характеристика термометров сопротивления

Термометр сопротивления - датчик для измерения температуры, сопротивление чувствительного элемента которого зависит от температуры. Может быть выполнен из металлического или полупроводникового материала. В последнем случае называется термистором.

Металлический термометр сопротивления.

Представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или плёнки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Наиболее распространённый тип термометров сопротивления - платиновые термометры. Это объясняется тем, что платина имеет высокий температурный коэффициент сопротивления и высокую стойкость к окислению. Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным коэффициентом не менее 0,003925. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры.

Температурный коэффициент сопротивления характеризует зависимость электрического сопротивления от температуры и измеряется в кельвинах в минус первой степени.

Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев используются со стандартной зависимостью сопротивление-температура (НСХ), что обуславливает погрешность не лучше 0,1°C (класс АА при 0°C). Термометры сопротивления на основе напыленной на подложку плёнки отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Максимальный диапазон, в котором установлены классы допуска платиновых термометров для проволочных чувствительных элементов составляет 660°C (класс С), для плёночных 600°C (класс С).

Существуют полупроводниковые термометры сопротивления - при увеличении температуры, сопротивление этих датчиков уменьшается. Применяются обычно на транспорте. Для подключения используют обычно 2-х проводную схему подключения.

Преимущества термометров сопротивления

· Высокая точность измерений (обычно лучше ±1°C), может доходить до 0,01°C.

·   Возможность исключения влияния изменения сопротивления линий связи на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы измерений

·   Практически линейная характеристика

Недостатки термометров сопротивления

· Малый диапазон измерений (по сравнению с термопарами)

·   Более дорогой (по сравнению с термопарами)

· Требуется дополнительный источник питания для определения температуры.

Среди всех термометров наиболее точными считаются спиртовые термометры (погрешность ±0,05°С) и термометры сопротивления (погрешность ±0,01°С), однако наибольшее распространение получили цифровые термометры, так как такой термометр невозможно разбить, мало время измерения (30-60 с), лёгкость чтения результатов, автоматическое отключение, они помнят последние показания, есть сменная шкала «Цельсий-Фаренгейт» и их можно использовать в полной темноте.

Областью применения, в частности, являются климатическая, холодильная и нагревательная, лабораторная техника, машиностроение, а также различные технологические процессы, техника кондиционирования, производство нагревателей, печей и аппаратов, измерение температуры твердых тел, подшипников, инструментов, газов, жидкостей, замкнутых систем трубопроводов.

По оценкам российских и зарубежных специалистов надежность современных датчиков температуры растет. Если стоит вопрос выбора контактного датчика повышенной надежности и стабильности для температур от 200 до 600°С, то очень сложно найти что-то более подходящее, чем платиновый термометр сопротивления. Превалирующая часть выходов из строя современных термометров сопротивления уже связана с проблемами их крепления на объекте и проблемами во внешней измерительной цепи, а не с проблемой нестабильности ЧЭ.

 

Сравнительная часть

термометр сопротивление датчик температура

Экспериментами установлены величины коэффициентов, которые учитывают эстетические показатели качества =0,05; эргономические показатели =0.07; уменьшение показателя тепловой инерции и увеличение условного давления

Решение. Найдем интегральный показатель качества.

Определим величины изменения показателей качества нового ТС как:

; .

Полезный эффект от использования ТС:

 

 грн;

 грн.

 

Величину суммарного полезного эффекта от использования нового логометра находим по формуле:

 

 грн;

 

Таблица 1. - Технические характеристики термометров сопротивления

Технические характеристики	Модель ТСП-1	ТСП-9721
Диапазон измеряемых температур, °C	0…+500	-50…+500
Номинальная статическая характеристика (НСХ) (Градуировка)	Rном при 0C, Ом 46П (Градуировка 21)	50П, 100П (100П)
Класс допуска/точности	К-II; отклонение сопротивления ±0.1 Ом ±(0,3+0,0045t)	Класс допуска В - 70С до + 500С ±(0,3+0,005|t|)
Показатель тепловой инерции, с	120	80
Назначение	Измерения температуры жидких и газообразных сред	Измерения температуры жидких и газообразных сред
Диапазон условных давлений, мПа	4	(0,4; 6,3) - опционально; 6,3 - выбрано для сравнения
Рабочая длина мм	160,200,320,400,800,1250	120, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250; 1600; 2000
Вес, кг	1,2-3	0,28-0,67
Материал защитной арматуры	Сталь 20 или IX18H9T	Сталь 12Х18Н10Т (старое название Х18Н10Т)
Схемы соединения	2-х, 3-х, 4-х проводная	2-х, 3-х, 4-х проводная
Степень защиты от пыли и воды	-	IP55
Номинальное значение α, °Cˉ¹; (W100)	-	0,00391 (1,3910)
Устойчивость к вибрации	-	Группа исп. N3
Вид климатического исполнения	-	ТВ1, ТВ2
Год выпуска	1965	2010
Цена	200 грн	680 грн
Нормаль	ГОСТ 6651-59	ГОСТ 12997-84; IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96); ГОСТ 15150-69
Примечания		Термометры имеют разборную конструкцию и состоят из защитной арматуры и термометрической вставки ТВ ТСП.

 

Таблица 2. - Исходные данные для нахождения интегрального

показателя качества

Название показателя	Значение показателей
	Новый	Старый (Базовый)
Показатель тепловой инерции, с	80	120
Условное давление, мПа	6,3	4
Средний термин службы, лет	15	12
Цена, грн	680	200
Годовые затраты на эксплуатацию, грн	40	160
γ(t)	0,149	0,16

Интегральный показатель качества нового ТС ТСП-9721:

 

 

Из полученного результата видно, что новый термометр сопротивления имеет лучший интегральный показатель качества, чем старый на 170%.

Сравним характеристики старого и нового термометров сопротивления.

Градуировка - зависимость сопротивления датчика от температуры.

Если сравнить градуировочные характеристики 10П, 50П, 100П и 500П, то можно заметить, что изменение сопротивления чувствительного элемента на каждые 10 градусов растет с ростом градуировки. Из этого следует, что с помощью термометра сопротивления с градуировкой 100П можно добиться более точного регулирования технологических параметров, что положительно будет сказываться на стабильности технологического процесса. Значит ТСП-9721 в данной характеристике лучше, чем ТСП-1 так, как его градуировочная характеристика - 100П.

Согласно классам допуска, ТСП-9721 имеет большее отклонение измеряемой величины, чем ТСП-1, но оно является достаточно малым и отличается на ±(0,3+0,0005|t|).

Показатель тепловой инерции - время, необходимое для того, чтобы при внесении преобразователя в среду с постоянной температурой разность температур среды и любой точки внесенного в нее преобразователя стала равной 0,37 того значения, которое она имела в момент наступления регулярного теплового режима. У нового прибора это время проходит быстрее, что учтено при расчете интегрального показателя качества.

Благодаря использованию защитной гильзы ДДШ 4 819 015 давление, оказываемое на прибор при измерении, возросло до 6,3 Мпа, у старого - 4 Мпа.

ТСП-9721 также имеет меньшую максимальную массу (на 2,33 кг).

ТСП-9721 так же поддерживает три вида подключения: по 2-х, 3-х, 4-х проводной схемам, что обеспечивает возможность проведения более точных измерений с использованием последней схемы.

ТСП-9721 отвечает ГОСТ 12997-84: Изделия ГСП. Общие технические условия.

Согласно которому изделия должны быть устойчивыми и (или) прочными к воздействию синусоидальных вибраций высокой частоты (с частотой перехода от 57 до 62 Гц) с параметрами, соответствующими таблице 3.

 

Таблица 3

Группа исполнения	Частота, Гц	Амплитуда		Места, подверженные вибрации от работающих механизмов. Типовое размещение на промышленных объектах.
		Смещения для частоты ниже частоты перехода, мм	Ускорения для частоты выше частоты перехода, м/c2
N3	5-80	0,075	9,8

Степень защиты IP (International/Ingress Protection Rating) - классификатор степеней защиты, регламентирующий проникновение посторонних объектов - пыли и воды в соответствии с международным стандартом IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96).

Так же преимуществом является более широкий диапазон рабочих длин нового прибора.

Всем электротехническим устройствам присваивается определенная степень защиты IP, в зависимости от оборудования установленного на(в) изделии. Корпус электротехнического изделия может содержать разные элементы с разной степенью защиты IP.

В итоге степень защиты IP электротехнического изделия определяется по установленному оборудованию, имеющему наименьшую степень защиты IP.

Обозначение степени защиты осуществляется двумя буквами IP и двумя цифрами, обозначающими степень защиты. Проникновение твердых механических предметов указывается первой цифрой, второй цифрой обозначается стойкость оборудования к воздействию жидкости.Защита от водяных брызг под давлением

В итоге ТСП-1 соответствует ГОСТ 6651-59, ТСП-9721:

· IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96) - Степени защиты, обеспечиваемые оболочками

· ГОСТ 12997-84 Изделия ГСП. Общие технические условия.

·   ГОСТ 15150-69 Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

· Термометры сертифицированы. Сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.32.051.A №8528 зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под №19919-00

 

Таблица 4. - Характеристики стали защитной арматуры

Марка:	12Х18Н10Т
Заменитель:	08Х18Г8Н2Т, 10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9АН4, 08Х22Н6Т, 08Х17Т, 15Х25Т, 12Х18Н9Т
Классификация:	Сталь конструкционная криогенная
Применение:	детали, работающие до 600 °С. Сварные аппараты и сосуды, работающие в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей и другие детали, работающие под давлением при температуре от -196 до +600 °С, а при наличии агрессивных сред до +350 °С.; сталь аустенитного класса
Марка:	20
Заменитель:	15, 25
Классификация:	Сталь конструкционная углеродистая качественная
Применение:	трубы перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления, листы для штампованных деталей, цементуемые детали для длительной и весьма длительной службы при температурах до 350 град.

 

Таблица 5. - Предельная скорость потока измеряемой среды для

ТСП-9721

Длина монтажной части L, мм	Предельная скорость потока, м/с
	без гильзы		с гильзой
	пар	вода	пар	вода
120; 160	25	1,5	40	4
200; 250; 320; 400; 500; 630	15	0,5	25	2,5
800; 1000	3	0,25	5	0,5
1250; 1600; 2000	1	0,1	2	0,2

 

Вывод

 

В результате сравнения термометров сопротивления установлено:

· Рассчитанный интегральный показатель качества нового прибора на 170% выше, чем у старого;

·   Все характеристики нового ТС являются лучшими, чем у старого;

·   Новый ТС отвечает большему количеству стандартов.

Это позволяет сделать однозначный вывод о том, что новый ТС сможет полностью заменить старый, позволяя добиться более точного регулирования технологических параметров, экономии средств за счет более долгого срока службы, меньших годовых затрат на эксплуатацию, а так же возможности применения в другом месте, благодаря возможности работать под более высоким максимальным давлением.

 

Список литературы

1. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине “Квалиметрия и управление качеством”

2. Тепловые и температурные измерения. / О.А. Геращенко - 1965.