Первичные преобразователи температуры

Примеры применения продукции Ирвис

Насчитывается Шесть видов Первичных преобразователей Ирвис, в зависимости от назначения прибора и условий его эксплуатации. Наиболее полную информацию Вы можете получить в соотвествующих РЭ.

1. Ирвис-РС4-Пп-Г-ППС-16(25), Ирвис-РС4-Пп-Г-ДДП-16(25).

Данный ПП представляет собой отрезок трубы с калиброванным внутренним диаметром. С торцев приварены фланцы. Сверху приварена площадка, на которой размещены первичные преобразователи расхода (детектор вихрей), давления (датчик давления) и температуры (датчик температуры). Также на площадке смонтированы платы вычислителя (сигнальный процессор и блок обработки сигнала). Платы и датчики сверху закрыты кожухом с резиновой прокладкой. Класс пылевлагозащиты - IP54.

Питание и обмен информацией с Регистратором производится по пятижильному кабелю связи.

2. Ирвис-РС4-Пп-Пар-ДДП-16(26).

Данный ПП изготовлен из отрезка трубы, с калиброванным внутренним диаметром. В ПП расположен только детектор вихрей. В "голове" ПП размещены платы вычислителя. Питание и обмен данными с БИП производится по пятижильному кабелю. Первичные преобразователи давления и температуры поставляются в комплекте и устанавливаются в эксплуатационный трубопровод отдельно, ниже по потоку, на расстояниях, рекомендованных НПП "Ирвис". Данные с ДД и ДТ поступают в ПП через кабельные вводы (поз.10). В отличие от ПП Ирвис-К300, штанга имеет ребристую поверхность для отвода тепла от корпуса вычислителя. В эксплуатационный трубопровод ПП устанавливается между фланцами (сэндвич) и стягивается входящими в комплект шпильками. При установке ПП требуется, чтобы "голова" прибора располагалась вне восходящих конвективных потоков горячего воздуха от трубопровода.

3. Ирвис-К300-Пп-Г-ППС-16, Ирвис-К300-Пп-Г-ДДП-16.

Данный ПП выполнен из отрезка трубы, с калиброванным внутренним диаметром. В ПП расположен только детектор вихрей. В "голове" ПП размещена плата преобразователя. Питание и обмен данными с БИП производится по трехжильному кабелю. В эксплуатационный трубопровод ПП устанавливается между фланцами (сэндвич) и стягивается входящими в комплект шпильками.

4. Ирвис-РС4-У.

Данный ПП изготовлен путем литья по выплавляемым моделям, с минимальной механической обработкой. В ПП установлены первичные преобразователи расхода (ультразвуковые приемо-передатчики), давления и температуры. Также на нем расположены платы вичислителя. ПП устанавливается в эксплуатационный трубопровод между фланцами (сэндвич) и стягивается шпильками. В настоящее время платы вычислителя вынесены в "голову" прибора, однако в ближайшее время будет произведен переход на стандартный "ирвисовский" вариант, т.е. расположение всех компонентов будет на ПП, под кожухом (поз.6), как более технологичный вариант.

5. Ирвис-РС4-Пр-Г-ДДП-16(25).

Это погружное исполнение вихревого Ирвис-РС4. Погружные приборы используются на больших диаметрах, когда установка полнопроходного ПП представляется неоправданно нетехнологичной и дорогой. Фактически, маленький полнопроходной ПП погружается через шлюзовую камеру в эксплуатационный трубопровод, где и считывается частотная характеристика потока. Датчики давления и температуры поставляются комплектно, но устанавливаются в эксплуатационный трубопровод на размерах, рекомендованных НПП "Ирвис" для данного Ду.

Это вставное исполнение вихревого Ирвис-РС4, главное отличие которого - отсутствие корпуса прибора. Детектор вихрей через шлюзовую камеру загружается в трубопровод, где и считывается частотная характеристика потока. Датчики давления и температуры поставляются комплектно, но устанавливаются в эксплуатационный трубопровод ниже по потоку газа, на размерах, рекомендованных НПП "Ирвис" для данного Ду.

Измерение температуры

Температура является важным параметром, определяющим не только протекание технологического процесса, но и свойства вещества. Для измерения температуры в системе единиц СИ принята температурная шкала с единицей температуры Кельвин (К). Начальной точкой этой шкалы является абсолютный нуль (0 К).

Для технологических измерений часто применяют температурную шкалу с единицей температуры градус Цельсия (°С),

Для измерения температуры используют различные первичные преобразователи, отличающиеся способом преобразования температуры в промежуточный сигнал. В промышленности наибольшее применение получили следующие первичные преобразователи: термометры расширения, манометрические термометры, термометры сопротивления, термопары (термоэлектрические пирометры) и пирометры излучения. Все они, за исключением пирометров излучения, в процессе эксплуатации находятся в контакте с измеряемой средой.

Термометры расширения

Действие термометров расширения основано на изменении объема жидкостей и твердых тел при изменении температуры. Из термометров расширения наиболее широко применяют жидкостные стеклянные термометры. Такой термометр заполняется жидкостью (ртуть, толуол, этиловый спирт и др.), которая с увеличением темпера туры расширяется и поднимается вверх по капилляру.

Таким образом, температура, измеряемая жидкостным термометром, преобразуется в линейное перемещение жидкости. Шкала наносится прямо на поверхность капилляра или прикрепляется к нему снаружи.

При монтаже стеклянный термометр помещают в защитную металлическую оправу, изолирующую его от измеряемой среды.

Манометрические термометры

Действие манометрических термометров основано на изменении давления газа, пара или жидкости в замкнутом объеме при изменении температуры. Манометрический термометр состоит из термобаллона, гибкого капилляра и манометра.

В зависимости от заполняющего вещества манометрические термометры делятся на газовые, парожидкостные и жидкостные.

Термобаллон манометрического термометра помещают в измеряемую среду. При нагреве термобаллона внутри замкнутого объема увеличивается давление, которое измеряется манометром. Шкала манометра градуируется в единицах температуры. Капилляр (обычно латунная трубка внутренним диаметром, составляющим доли миллиметра) позволяет удалить манометр от места установки термобаллона. Капилляр по всей длине защищен оболочкой из стальной ленты. Манометрические термометры могут применяться во взрывоопасных помещениях. При необходимости передачи результатов измерений манометрические термометры снабжают промежуточными преобразователями с унифицированными выходными пневматическими или электрическими сигналами.

Наиболее уязвимыми в конструкции манометрических термометров являются места присоединения капилляра к термобаллону и манометру. Поэтому монтировать и обслуживать такие приборы следует осторожно.

Термометры сопротивления

Действие термометров сопротивления основано на свойстве тел изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. У металлических термометров сопротивление с возрастанием температуры увеличивается практически линейно, у полупроводниковых, наоборот, уменьшается.

Металлические термометры сопротивления изготовляют из тонкой медной или платиновой проволоки 1, помещенной в Электроизоляционный корпус 2. Зависимость электрического сопротивления от температуры (для медных термометров от -50 до +180°С, для платиновых — от -200 до +750°С) весьма стабильна и воспроизводима. Это обеспечивает взаимозаменяемость термометров сопротивления.

Для защиты термометров сопротивления от воздействия измеряемой среды применяют защитные чехлы. Приборостроительная промышленность выпускает много модификаций защитных чехлов, рассчитанных на эксплуатацию термометров при различном давлении, различной агрессивности измеряемой среды, обладающих разной инерционностью и глубиной погружения.

Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы) для измерений в промышленности применяют редко, хотя их чувствительность гораздо выше, чем проволочных термометров сопротивления. Это объясняется тем, что градуировочные характеристики термисторов значительно отличаются друг от друга, что затрудняет их взаимозаменяемость.

Термометры сопротивления представляют собой первичные преобразователи с удобным для дистанционной передачи сигналом — электрическим сопротивлением. Для измерения такого сигнала обычно применяют автоматические уравновешенные мосты. При необходимости выходной сигнал термометра сопротивления может быть преобразован в унифицированный. Для этого в измерительную цепь включают промежуточный преобразователь. В этом случае измерительным будет прибор для измерения постоянного тока.

Принцип действия термопар (термоэлектрических пирометров) основан на свойстве двух разнородных проводников создавать термоэлектродвижущую силу (термо-э. д. с.) при нагревании места их соединения — спая. Проводники в этом случае называются термоэлектродами, а все устройство — термопарой.

Величина термо-э. д. с. термопары U зависит от материала термоэлектродов и разности температур горячего спая и холодных спаев. Поэтому при измерении температуры горячего спая температуру холодных спаев стабилизируют или; вводят поправку на ее изменение.

В промышленных условиях стабилизация температуры холодных спаев термопары затруднительна и обычно используют второй способ — автоматическое введение поправки на температуру холодных спаев. Для этого применяют: неуравновешенный мост, включаемый последовательно с термопарой.

В одно плечо такого моста включен медный резистор, расположенный около холодных спаев. При изменении температуры холодных спаев термопары изменяется сопротивление резистора и выходное напряжение неуравновешенного моста. Мост подбирают таким образом, чтобы изменение напряжения было равно по величине и противоположно по знаку изменению э. д. с. термопары вследствие колебаний температуры холодных спаев.

Термопары являются первичными преобразователями температуры в э. д. с. — сигнал, удобный для дистанционной передачи. Поэтому в измерительную цепь за термопарой может быть сразу включен измерительный прибор. Для измерения э. д. с. термопары обычно применяют автоматические потенциометры.

В автоматических потенциометрах, работающих в комплекте с термопарами, медный резистор включается в одно плечо моста. Показания такого потенциометра будут изменяться лишь при изменении температуры горячего спая термопары. Это объясняется тем, что изменение э. д. с. термопары под воздействием температуры холодных спаев будет автоматически компенсироваться дополнительным изменением выходного напряжения моста вследствие изменения сопротивления резистора.

Если э. д. с. термопары преобразуют в унифицированный сигнал промежуточным преобразователем, то компенсация температуры холодных спаев производится неуравновешенным мостом, который входит в состав преобразователя.

Медный резистор размещают в потенциометре или промежуточном преобразователе. Следовательно, там же должны находиться и холодные спаи термопары. В этом случае длина термопары должна быть равна расстоянию от места измерения температуры до места установки прибора. Такое условие практически невыполнимо, так как термоэлектроды термопар (жесткая проволока) неудобны для монтажа. Поэтому для соединения термопары с прибором применяют специальные соединительные провода, подобные по термоэлектрическим свойствам термоэлектродам термопар. Такие провода называются компенсационными. С их помощью холодные спаи термопары переносятся к измерительному прибору или преобразователю.

В промышленности применяют различные термопары, термоэлектроды которых изготовлены как из чистых металлов (платина), так и из сплавов хрома и никеля (хромель), меди и никеля (копель), алюминия и никеля (алюмель), платины и родия (платинородий), вольфрама и рения (вольфрамрений). Материалы термоэлектродов определяют предельное значение измеряемой температуры. Наиболее распространенные термоэлектродные пары образуют стандартные термопары: хромель-копель (предельная температура 600°С), хромель-алюмель (предельная температура 1000°С), платинородий-платина (предельная температура 1600°С) и вольфрамрений с 5% рения — вольфрамрений с 20 % рения (предельная температура 2200°С). Промышленные термопары отличаются высокой стабильностью и воспроизводимостью градуировочных характеристик, что позволяет заменять их без какой-либо переналадки остальных элементов измерительной цепи.

Термопары, как и термометры сопротивления, устанавливают в защитных чехлах, на которых указан тип термопары. Для высокотемпературных термопар применяют защитные чехлы из теплостойких материалов: фарфора, оксида алюминия, карбида кремния и т. п.

Пирометры излучения

Пирометры излучения предназначены для бесконтактного измерения температуры по тепловому излучению нагретых тел. Наиболее распространены радиационные пирометры.

Действие радиационного пирометра основано на измерении всей энергии излучения нагретого тела. Лучи от нагретого тела объективом фокусируются на зачерненной пластинке и нагревают ее. Температура пластинки при этом оказывается пропорциональной энергии излучения, которая, в свою очередь, зависит от измеряемой температуры. Для измерения температуры пластинки обычно применяют батарею последовательно включенных термопар, э. д. с. которой измеряется автоматическим потенциометром.

В комплект пирометра входят телескоп, измерительный прибор и вспомогательное оборудование, предназначенное для защиты телескопа от воздействия измеряемой среды (копоти, пыли, высокой температуры).

Датчики температуры, первичные преобразователи

В статье рассмотрены различные типы кремниевых и платиновых терморезисторов производства компаний Honeywell и Philips Semiconductors, предназначенных для точного измерения температуры газообразных, жидких и твердых сред.

Кремниевые датчики температуры Philips Semiconductors

Терморезисторы Philips Semiconductors очень хорошо и давно известны на российском рынке датчиков. Они зарекомендовали себя как надежные и недорогие приборы, имеющие относительно невысокую погрешность преобразования, вполне приемлемую для большинства приложений.

Производственная линейка включает несколько семейств, члены которых различаются по конструктивным признакам и электрическим характеристикам.

Кремниевые терморезисторы Philips Semiconductors производятся по уникальной технологии "разветвляющихся сопротивлений", благодаря которой приборы обладают, по сравнению с сенсорами на базе NTC- или PTC-технологий, следующими преимуществами.

Долговременная стабильность параметров. В табл. 1 приведен дрейф сопротивления в пересчете на ºС для различных серий температурных датчиков Philips Semiconductors. Эти данные справедливы для 10000 часов (>1 года) непрерывной работы при максимально допустимых рабочем токе и окружающей температуре. Справедливость данных, приведенных в табл. 1. гарантирована инженерами Philips и при 450000 часах (>50 лет) непрерывного функционирования при условии соблюдения нормального режима работы.