Поверка датчиков температуры на объекте(бездемонтажная поверка). Методика калибровки датчиков температуры серии кдт Как откалибровать датчик температуры therm

Для определенных целей регулирования, напри­мер для регулирования нагревательной установки, бы­вает важно измерять разность температур. Это изме­рение может быть осуществлено, в частности, по раз­ности между наружной и внутренней температурой или температурой на входе и выходе.

Рис. 7.37. Измерительный мост для определения абсолютных значений температуры и разности температур в 2-х точках; U Br – напряжение моста.

Принципиальное устройство измерительной схемы показано на рис. 7.37. Схема состоит из двух мостов Уитстона, причем используется средняя ветвь (R3 – R4) обоих мостов. Напряжение между точками 1 и 2 ука­зывает разность температур между Датчиками 1 и 2, тогда как напряжение между точками 2 и 3 соот­ветствует температуре Датчика 2, а между точками 3 и 1 - температуре Датчика 1.

Одновременное измерение температуры Т 1 или Т 2 и разности температур Т 1 – Т 2 важно при определе­нии термического КПД тепловой машины (процесс Карно). Как известно, коэффициент полезного дей­ствия W получается из уравнения W = (Т 1 – Т 2)/Т 1 = ∆Т)/Т 1 .

Таким образом, для определения нужно только найти отношение двух напряжений ∆U D 2 и ∆U D 1 между точками 1 и 2 и между точками 2 и 3.

Для точной настройки описанных приборов, пред­назначенных для измерения температуры, нужны до­вольно дорогие калибровочные устройства. Для об­ласти температур 0...100°С в распоряжении пользо­вателя имеются вполне доступные опорные темпера­туры, так как 0°С или 100°С по определению яв­ляются соответственно точками кристаллизации пли кипения чистой воды.

Калибровка по 0°С (273,15°К) осуществляется в воде с тающим льдом. Для этого изолированный со­суд (например, термос) заполняют сильно измельчен­ными кусками льда и заливают водой. Через несколь­ко минут в этой ванне устанавливается температура, точно равная 0°С. Погрузив датчик температуры в эту ванну, получают показания датчика, соответствующие 0°С.

Аналогично действуют и при калибровке по 100°С (373,15 К). Металлический сосуд (например, кастрюлю) наполовину заполняют водой. Сосуд, разу­меется, не должен иметь никаких отложений (на­кипи) на внутренних стенках. Нагревая сосуд на плитке, доводят воду до кипения и тем самым дости­гают 100-градусной отметки, которая служит второй калибровочной точкой для электронного термометра.

Для проверки линейности калиброванного таким образом датчика необходима, по меньшей мере, еще одна контрольная точка, которая должна быть рас­положена как можно ближе к середине измеряемого диапазона (около 50°С).

Для этого нагретую воду снова охлаждают до ука­занной области и ее температуру точно определяют с помощью калиброванного ртутного термометра, имею­щего точность отсчета 0,1°С. В области температур около 40°С для этой цели удобно применять меди­цинский градусник. Путем точного измерения темпе­ратуры воды и выходного напряжения получают третью опорную точку, которая может рассматри­ваться как мера линейности датчика.

Два различных датчика, откалиброванные выше­описанным методом, дают совпадающие показания в точках Р 1 и Р 2 , несмотря на их различные характе­ристики (рис. 7.38). По дополнительное измерение, например температуры тела, выявляет нелинейность характеристики В датчика 2 в точке Р 1 . Линейная характеристика А датчика 1 в точке Р 3 соответствует точно 36,5% полного напряжения в измеряемом диа­пазоне, тогда как нелинейная характеристика В со­ответствует явно меньшему напряжению.

Рис. 7.38. Определение линейности характеристики датчика с диапазоне 0...100ºС. Линейная (А ) и нелинейная (В ) характери­стики датчиков совпадают в опорных точках 0 и 100ºС.

=======================================================================================

Датчики температуры из платины и никеля

Термопары

Кремниевые датчики температуры

Интегральные датчики температуры

Температурный контроллер

Терморезисторы с отрицательным ТКС

Терморезисторы с положительным ТКС

Датчик уровня на основе терморезистора с положительным ТКС

Измерение разности температур и калибровка датчиков

ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ, РАСХОДА И СКОРОСТИ

Как и датчики температуры, датчики давления отно­сятся к наиболее широкоупотребительным в технике. Однако для непрофессионалов измерение давления представляет меньший интерес, так как существую­щие датчики давления относительно дороги и имеют лишь ограниченное применение. Несмотря на это, рас­смотрим некоторые варианты их использования.

Установка, монтаж и подключение стационарных анализаторов.

Приложение №4: Калибровка датчика температуры.

При выпуске из производства встроенный в амперометрический сенсор датчик температуры калибруется по методике, алгоритм выполнения которой записан в служебном меню анализатора. Прибегать к калибровке датчика температуры следует только при замене сенсора на новый. В этом случае подключите новый сенсор к измерительному устройству и включите анализатор. Для проведения калибровки датчика температуры Вам необходимо собрать установку показанную на рисунке. С помощью этой установки необходимо обеспечить три отметки шкалы температуры в диапазоне 5 -50 о С. Если в вашей лаборатории нет термостата, можно три отметки шкалы температуры обеспечить более простым способом. Для этого Вам необходим термос, стакан с дистиллированной водой комнатной температуры и пластиковый стакан со льдом. В термос налейте дистиллированную воду подогретую до 50 +5 о С. В стакане со льдом выполните отверстие диаметром 10 мм. Для увеличения диаметра этого отверстия до 16 мм залейте в него теплой воды. Через 5-10 минут вода в лунке будет иметь температуру таяния льда ~ 0 о С.

Для проведения калибровки датчика температуры необходимо перейти в служебное меню калибровок. Для этого войдите в меню Калибровок и, удерживая клавишу «ВНИЗ», нажать клавишу «ВВОД». В появившемся служебном меню, выберите опцию «ТЕМПЕРАТУРЫ», нажмите «ВВОД».

В открывшемся окне выберите опцию «Нижней точки» и нажмите «ВВОД».

Погрузите сенсор и образцовый термометр в термостатируемый стакан с температурой нижней отметки шкалы: 5+1 о С или в лунку в стакане со льдом.

В открывшемся окне введите температуру нижней точки с помощью клавиш перемещения курсора и нажмите «ВВОД».

После сообщения об успешной калибровке нижней точки на экране вновь появится меню калибровки датчика температуры. Выберите опцию «Верхней точки» и нажмите «ВВОД».

Погрузите сенсор и образцовый термометр в термостатируемый стакан или термос с температурой верхней отметки шкалы и, дождавшись установления показаний термометра, нажмите «ВВОД».

Считайте показание образцового термометра и с помощью клавиш перемещения курсора введите это значение.

сообщения об успешной калибровке верхней точки на экране вновь появится меню калибровки датчика температуры. Выберите опцию «Поправка Т» и нажмите «ВВОД».

Выполните инструкцию показанную на дисплее анализатора и нажмите «ВВОД».

Дождитесь установления показаний термометра и нажмите «ВВОД».

Считайте показание температуры с образцового термометра и введите это значение с клавиатуры. Нажмите «ВВОД».

Теоретическая часть

Измерение температуры является наиболее массовым видом измере­ния. В повседневной практике используются миллионы термометров различных типов на различные диапазоны измерения температуры. Услов­но по диапазонам термометры можно разделить на следующие группы:

1. Термометры для измерения комнатных температур. Сюда же можно отнести приборы для климатических измерений поскольку послед­ние принципиально не отличаются от чисто комнатных термометров. Со­ответственно, диапазон измеряемых температур составляет от – 50 до – 40 о С до температуры кипения воды + 100 о С.
2. Термометры для измерения низких (криогенных) температур. Та­кие приборы работают по особым принципам, включая эффекты сверхпро­водимости. Реально криогенные температуры составляют от близких к нулю до температур, при которых замерзают ртуть и спирт. В этом случае климатические термометры становятся непригодными для измерений.
3. Термометры для измерения высоких температур, реально работают в диапазоне от несколько сот градусов Цельсия до температуры плавлени­я золота 1064,18 о С. Чаще всего для измерения таких температур использу­ют термопары и термометры сопротивления.
4. Термометры для измерения температур, при которых объекты становятся самосветящимися, т.е. излучают видимый человеческим гла­зом свет. Такие приборы называют пирометрами, что происходит от слова “пиро” – огонь. Их используют для измерения температур раскалённых объектов, пламени или плазмы. Глаз человека видит температурное излучение, начиная с температуры в 800 – 900 о С, когда излучение объектов видно как темно-вишневое.
5. Для измерения температур в тысячи, десятки и сотни тысяч градусов используют специальные спектроскопические методы измерения температур, в которых последняя определяется по интенсивности спектральных линий атомов и ионов, из которых состоит объект. Такое состояние называется плазмой, а методы измерения температуры плазмы называются методами диагностики. Таким же способом определяют температуру небесных самосветящихся объектов – звёзд.

По реализации методов измерения температуры различают следующие методы, когда термометр приводится в непосредственный контакт с телом, температура которого измеряется, и неконтактные методы, когда источником информации о температуре объекта служит светимость, яркость или цвет объекта.

Контактные термометры для измерения комнатных и средних температур можно разделить на следующие типы:

• Волюметрические приборы, в которых информация о температуре, получается, по изменению объема термометрической жидкости или газа. Это наиболее распространённый тип термометра, хорошо знакомый каждому.
• Дилатометрические термометры, в которых температура измеряется по линейному расширению тел. Наиболее массовыми термометрами такого типа являются биметаллические пластины, представляющие собой две полоски из металлов с разными коэффициентами темпера­турного расширения, соединёнными (спаянными) по всей длине (Рис.1).

Биметаллическая пластина – датчик температуры

Биметаллические датчики температуры очень удобны для автомати­ческих регулирующих устройств и широко используются в различных терморегуляторах.

Термопары как датчики температуры. В этих термометрах о температуре судят по ЭДС, возникающей в цепи, состоящей из двух различных проводников, спаянных по концам. Если спаи поддерживать при разных температурах, в цепи (рис. 2) возникает ток, пропорциональ­ный разности температур спаев.

Дифференциальная термопара.

Термосопротивления – датчики температуры в виде металлической про­волоки, изменяющей электрическое сопротивление при изменении темпе­ратуры. Зависимость сопротивления от температуры имеет вид:

где R T - сопротивление при температуре T­ 1 . R 0 – сопротивление при 0 0 C, a - температурный коэффициент положительный для металлов и отрица­тельный для графита.

Термометры для измерения низких температур, равно как пиромет­ры и методы диагностики плазмы имеют целый ряд особенностей, сущ­ность которых выходит за пределы поставленной конкретной задачи. Же­лающие могут ознакомиться с этим более подробно в специальной лите­ратуре.

Для понимания сущности поставленной в работе задачи следует подробно остановиться на точностных возможностях контактных термо­метров.

Наиболее точными из всех типов контактных термометров являются термопары сопротивления. Электрическое сопротивление некоторых метал­лов, например платины или родия очень стабильны во времени. Это даёт возможность отградуировать терморезистор с уверенностью, что его сопротивление при заданной температуре остаётся постоянным практиче­ски в течении всего срока службы термометра. Платиновые термометры сопротивления в измерительной и метрологической практике являются средством передачи размера единицы температуры от эталонов к рабочим средствам измерения, т.е. чаще всего используются как образцо­вые средства измерения.

Следующими по точности измерения температуры являются некото­рые типы термопар. Например, термопара, изготовленная из платины (один из электродов) и сплав платины с 10% родия или с 15% родия (вто­рой элемент термопары) имеет температурную зависимость ЭДС для раз­личных экземпляров, воспроизводящуюся в 4 – 5 знаках. Такая точность гарантированна независимо от размеров термопары, от толщины электро­дов, от технологии изготовления проволоки и т.д.

Другие типы термопар, например, хромель – алюминий, хромель - …. медь – константан, железо константан и т.д. имеют большие абсолютные значения термо ЭДС, но нуждаются в индивидуальной калибровке, по­скольку свойства таких термопар индивидуальны для каждого датчика.

Волюметрические термометры как правило позволяют измерять температуру с погрешностью 0,1 – 0,05 0 С, т.е. гарантируют точность в 1 – 2 знаках после запятой. По этой причине волюметрические приборы ис­пользуются в большинстве своём в рутинных повседневных измерениях, когда указанная точность является достаточной. Это имеет место при из­мерениях температуры в помещениях, на улице, при контроле технологи­ческих процессов и т.д.

Дилатометрические термометры имеют погрешности измерений на уровне 1 – 2 0 С и по этой причине используются в измерениях, не требую­щих большой точности. Если речь идёт о регулировании температуры в морозильных камерах, в системах охлаждения двигателей, при нагрева­нии воды и в других аналогичных задачах, то дилатометрические термо­метры оказываются наиболее предпочтительными ввиду их высокой ме­ханической прочности, долговечности, надёжности. Эти качества являют­ся причиной того, что дилатометрические термометры или дилатометри­ческие датчики установлены во многих системах автоматического регули­рования температуры - в холодильниках, в автомобилях, в машинах и механизмах, когда требуется информация о температуре.

Завершая краткий обзор контактных методов измерения температу­ры, напомним основные метрологические категории в любом виде изме­рений. Начнём с определений:

• эталоном . исходным образцовым средством измерения, устанговкой высшей точности в зависимости от метрологического статуса назы­вается средство измерения, позволяющее воспроизводить единицу физической величины и (или) измерять её с наивысшей возможной точностью
• образцовым средством измерения называют средство измерения, пред­назначенное для поверки рабочих средств измерения. Образцовым средством измерения может служить один из рабочих приборов с более точно в сравнении с последними определёнными метрологиче­скими характеристиками.
• рабочие приборы – измерительные устройства, непосредственно исполь­зуемые в измерительных процедурах
• меры – средства измерения, предназначенные для хранения и передачи размера физической величины. Меры используют для передачи размера единицы от эталонов к образцовым средствам измерений или от образцовых средств к рабочим.

Процесс передачи размера единицы может осуществляться с использо­ванием образцовой меры или сравнением (компарированием) показаний рабочего прибора с показаниями образцового прибора. Калиб­ровка и градуировка термометров может также осуществляться:

1. По стандартным справочным данным, например об ЭДС термопар или табличных значений сопротивлений образцовых термометров.
2. По реперным температурным точкам, т.е. по стандартным значе­ниям температур фазовых переходов – кипения, отвердевания, плавления, чистых веществ. Всего в температурной шкале МПТШ – 90, действующей в системе СИ в настоящее время, содержится 27 значений температур в диапазоне от –259,346 0 С до 33,83 0 С. Среди этих значений 14 реперных точек считаются основными, т.е. имеют погрешность во 2 – 3 знаках по­сле запятой. Остальные 13 реперных точек имеют погрешность в десятые доли градуса 0 С и выше.

Цель работы и описание измерительной установки

Целью данной работы являются ознакомление с метрологическими аспектами температурных измерений – с процедурой передачи размера единицы термодинамической температуры от образцового термометра к рабочему прибору. В качестве образцового средства измерения выбран платиновый термометр сопротивления, аттестованный с погрешностью 0,05 0 С. Рабочим средством измерения служит термосопротивление, предназначенное для использования в термометрах с погрешностью из­мерения 0,1 0 С. Методом передачи размера единицы служит компарирова­ние – сравнение измерительного сигнала с платинового тер­морезистора с терморезистором из меди.

Другой целью работы является калибровка рабочего терморезистора и определения для него температурного коэффициента l в формуле 1.

В качестве исходной информации используется паспортное значение сопротивления платинового датчика температуры в диапазоне от –50 0 С до 200 0 С. Эти данные приведены в таблице 1 и изображены на графике на рис. 3.

Сопротивление платинового датчика температуры в диапазоне – 50 0 С - +200 0 С. Паспортные данные.

NTC (терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом) и PTC (терморезисторы с положительным температурным коэффициентом) являются термозависимыми резисторами. Чтобы измерить сопротивление, его включают последовательно с обычным резистором и измеряют падение напряжения на нем. Пример схемы подключения находится здесь.

Микросхема, выдающая 10мВ на каждый градус Кельвина. Доступна в различных исполнениях. Примеры схем подключения приведены в даташите; схема работы с компаратором (вместо "правильного" АЦП) находится здесь.

Точность 1 градус (при 25°C) даже без калибровки

в случае длинных соединительных проводов наводится слишком много пульсаций

Микросхема, подобная LM335, с той разницей, что ток, протекающий через микросхему, пропорционален температуре. С помощью "схемы" (два сопротивления) из даташита можно изменить ток таким образом, что на каждый градус Кельвина будет выдаваться 1 мВ. Так как преобразование тока/напряжения происходит на плате (и следовательно, вблици от АЦП) и измерение производится с помощью тока, то помехи из-за пульсаций в сети значительно меньше, чем в случае LM335

точность 1° (при 25°C) даже без калибровки

относительно низкая цена (Reichelt 0,90 EUR)

необходим АЦП

DS1621 - это температурный сенсор, объединенный с АЦП. Он передает результаты измерений по шине I2C. Схема электронного термометра с использованием этой микросхемы находится здесь.

Преимущества:

уже откалиброван

не нужен АЦП

так как I2C является шиной, с помощью всего двух портов ввода-вывода можно подключить и использовать несколько DS1621 и других I2C-микросхем

LM75 подобна DS1621, но доступна только в SMD-корпусе и имеет более низкую точность. Однако, его чаще можно увидеть на системных платах ПК, так что при разборке старой машины можно бесплатно получить термосенсор в свое распоряжение. Схема подключения находится здесь.

относительно дорогой (Reichelt 5,45 EUR)

SHT11 - это сенсор температуры и влажности от Sensirion .

Как определить тип датчика температуры SKS Sensors®?

Тип датчика температуры SKS Sensors® представлен набором символов - кодом. Код для каждого типа датчика указан в документации по продукции, см. информацию по отдельным типам от 1 до 22 в разделе Продукция > Датчики температуры .

Создайте свой код продукта SKS Sensors ® с инструментом подбора продукции

Вы можете создать пошагово правильный код продукта для вашего применения, выбирая последовательно свойства и указывая основные данные по размерам в соответствующие поля инструмента подбора продукции.

Если вам требуется помощь в переводе старого типа датчика на новый, просим обращаться к вашему дилеру датчиков SKS Sensors ® .

Градуировка внешнего температурного датчика для измерения концентрации ионов в режиме автоматической термокомпенсации (типа ТД-1 , ТКА-4 и др. с сопротивлением чувствительного элемента не более 5 кОм) производится с целью подстройки чувствительности по температуре в автоматическом режиме по нескольким точкам (от 2 до 5). Градуировка должна проводится с помощью термостата, обеспечивающего поддержание заданной температуры с точностью не хуже 0,1 о С.

Подключите температурный датчик к разъему «датчик» или «Т/О 2 » измерительного преобразователя. Включите анализатор, войдите в режим “Доп.Режим” и нажмите кнопку “ВВОД” .

Кнопками “  “ и “  “ выберите опцию “ГрадТермометр” и нажмите кнопку “ВВОД” . Для входа в режим градуировки термометра необходимо ввести пароль. На дисплее появится надпись

ВВЕДИТЕ ПАРОЛЬ

Введите число

Необходимо ввести с клавиатуры число "314" и нажать кнопку "ВВОД" .

Введите количество точек градуировки. Для этого нажмите кнопку “N” .На дисплее появиться надпись:

Число точек

Кнопками “  “ и “  “ установите необходимое число калибровочных точек и нажмите кнопку “ВВОД” . При этом на дисплее появится окно со значением температуры раствора в верхней строке, условным калибровочным числом и номером точки калибровки в нижней строке, например:

25.00 0С

ххххх.ххх n1

Установите температуру воды в термостате в начале диапазона температурной компенсации, например (5  0,5) 0 С. Перейдитек первой точке градуировки. Для этого кнопкой “  “ выберите окно с обозначением номера точки градуировки в нижней строке n1 . Затем нажмите кнопку “Изм” . На дисплее появится меняющееся значение градуировочного

числа. После установления его постоянного значения нажмите кнопку “ВВОД” .После сообщения:

Ввод изменения?

ДА - ВВОД НЕТ - ОТМ

нажмите кнопку “ВВОД” . Затем нажмите кнопку “Числ” . Появится сообщение “Введите число” . Введите значение температуры, измеренное эталонным термометром и нажмите кнопку “ВВОД” .После сообщения

Ввод изменения?

ДА - ВВОД НЕТ - ОТМ

нажмите последовательно кнопки “ВВОД” .

Аналогично проведите градуировку остальных температурных точек, например при температурах (20  0,5) 0 С и (35  0,5) 0 С.

Таким образом будет автоматически произведена подстройка чувствительности прибора по температуре.

3.6. Указания по поверке

3.6.1. Поверке подлежат все вновь выпускаемые, выходящие из ремонта и находящиеся в эксплуатации анализаторы.

3.6.2. Периодическая поверка анализаторов должна проводиться не реже одного раза в год территориальными органами метрологической службы Госстандарта.

3.6.3. Поверка анализаторов осуществляется в соответствии с “Методикой поверки”

3.7. Требования к квалификации исполнителя

К выполнению измерений и обработке результатов допускаются лица с высшим или средним специальным образованием, прошедшие соответствующую подготовку, имеющие опыт работы в химической лаборатории и должны ежегодно проходить проверку знаний техники безопасности.

3.8. Меры безопасности

3.8.1. По требованиям безопасности прибор соответствует требованиям ГОСТ 26104, класс защиты III.

3.8.2. При проведении испытаний и измерений должны соблюдаться требования безопасности по ГОСТ 12.1.005, ГОСТ 12.3.019 .

3.8.3. При работе с анализаторами необходимо выполнять общие правила работы с электрическими установками до 1000В и требования, предусмотренные “Основными правилами безопасной работы в химической лаборатории”, М; Химия, 1979-205с.

4. РЕМОНТ

4.1. Условия по ремонту

Анализаторы являются сложным электронным прибором, поэтому к их ремонту допускается квалифицированный персонал предприятия-изготовителя или официальных представителей на условиях сервисного обслуживания. После ремонта обязательна проверка основных технических характеристик прибора в соответствии с “Методикой поверки”.

При ремонте анализаторов следует принимать меры безопасности в соответствии с действующими правилами эксплуатации электроустановок до 1000 В.

4.2. Возможные неисправности и способы их устранения

Перечень некоторых наиболее часто встречающихся или возможных неисправностей анализаторов, их признаки и способы устранения приведены в таблице 4.

Таблица 4.1

Наименование неисправности и внешнее проявление	Вероятные причины	Способы устранения
После включения анализатора отсутствует информация на индикаторе	1. Отсутствуют батарей питания или они полностью разряжены 2. Отсутствует напряжение в сети 3. Неисправен блок питания 4. Разряжен аккумулятор	1. Установите элементы питания или замените их 2. Подключите блок питания к исправной розетке 3. Замените блок питания 4. Зарядите аккумулятор, подключив блок питания
После включения анализатора на индикаторе появляется надпись “Смените батареи”	Разряжены батареи питания	Замените элементы питания

Другие неисправности устраняются изготовителем.