Примечания  

     1 Время проверки стабильности 250 ч  устанавливают только для термометров  сопротивления, ЧЭ которых предварительно  были испытаны на стабильность  в течение 1000 ч. 

     2 Для ТС, предназначенных для длительного использования без поверки, и для термометров сопротивления, устанавливаемых на особо важных объектах, требования к стабильности должны быть повышены, время температурной выдержки при верхнем пределе рабочего диапазона температур увеличено. Данные требования должны быть установлены техническими документами на ТС конкретных типов.»

     Важнейшим показателем надежности конструкции  является стабильность сопротивления  в процессе термоциклирования. К сожалению, конкретные данные по термоциклированию не приводятся в описании типа и каталогах на импортные ЧЭ и ТС. Чаще всего технические характеристики декларируются соответствующими стандарту МЭК. В ГОСТ Р 8.625 (п.6.6) установлены следующие требования к стабильности ТС при циклическом изменении температуры:  

     «…6.6 Устойчивость термометров сопротивления  к циклическому изменению температуры После 10 циклов изменения температуры термометра сопротивления от верхнего до нижнего предела рабочего диапазона сопротивление при 0 °С должно оставаться в пределах допуска соответствующего класса. Примечание - Для термометров сопротивления, предназначенных для работы в условиях быстроменяющейся температуры и для термометров, устанавливаемых на особо важных объектах, требования к устойчивости к температурным циклам должны быть повышены, число циклов увеличено. Данные требования должны быть установлены техническими документами на ТС конкретных типов.»

     Схемы подключения и  измерительный ток

 

     Существует  большое количество измерительных  мостов и потенциометров, работающих в комплекте с термометрами сопротивления. Причем отечественные приборы не уступают, а иногда превосходят по качеству импортные установки. Термометры сопротивления могут подключаться к измерительной установке по двух-, трех-, и четырех-проводной схемам. Причем для ТС классов АА и А двух-проводная схема не допустима, т.к. в данном случае, сопротивление подводящих проводов включается в полное измеренное сопротивление термометра и приводит к значительному снижению точности измерения, даже если номинальное сопротивление выводов приведено в документации и учитывается в расчетах.

     Выбор измерительного тока также влияет на точность измерения температуры. Поскольку  ЧЭ изготовлен из очень тонкой проволоки  или пленки, даже малый ток может  вызвать существенный нагрев ЧЭ. Во избежание значительного увеличения погрешности из-за нагрева ЧЭ измерительным  током для 100-омных ТС рекомендуется  использовать токи 1 мА и ниже. В этом случае погрешность не превысит 0,1 °С. Для снижения эффекта нагрева ЧЭ иногда используется импульсный измерительный ток.

     Сопротивление изоляции

 

     Корпус  термометра сопротивления обычно заполняется  неорганической изоляцией из оксида алюминия или магния. Эти материалы  в большой степени гигроскопичны, и как только небольшое количество влаги проникает в термометр, происходит эффект шунтирования чувствительного  элемента термометра. Проверка сопротивления  изоляции ТС – одно из важнейших  испытаний при выпуске из производства. Проверка происходит путем измерения  сопротивления между корпусом ТС и выводами при испытательном  напряжении от 10 до 50 В. При комнатной  температуре сопротивление изоляции должно быть более 100 Ом.

     Падение сопротивления изоляции – основная причина снижения точности термометра или даже выхода его из строя. Важное значение для предотвращения этого эффекта имеет надежная герметизация ЧЭ, особенно при работе термометра в условиях повышенной влажности.

     Тепловая  инерционность датчика

 

     Скорость  реакции ЧЭ на изменение температуры  процесса зависит от конструкции  ЧЭ, материала корпуса термометра, изоляции между ЧЭ и корпусом. Для  снижения инерции используются специальные  способы точной подгонки размеров корпуса  и ЧЭ, специальные изолирующие  теплопроводящие материалы.

     Примерное время термической реакции для  платиновых термометров сопротивления  различного диаметра  
 

     

     Тепловой  контакт с объектом

 

     Необходимо  всегда учитывать, что термометр  фактически регистрирует температуру  его собственного чувствительного  элемента, а не температуру среды  или объекта в которую он погружен. То, на сколько температура ЧЭ близка к измеряемой температуре объекта зависит от суммарного теплового сопротивления между ЧЭ и объектом. Монтаж термометра в измерительный канал осуществляется, как правило, с помощью прижимающей пружины, канал иногда заполняется теплопроводящим материалом. Если контакт с объектом нарушен, то это может привести к ложным значениям регистрируемой температуры. Для проверки теплового контакта разработаны специальные методики, наиболее распространенная из которых – исследование времени реагирования ТС на импульсный нагрев током.

     Сборка  термометра сопротивления

 

     Предпочтительный  способ для соединения выводов ЧЭ и внутренних проводов термометра –  сварка. Это предотвращает загрязнение  выводных проводников другими металлами, возникающее при пайке, что может  привести к возникновению паразитной ТЭДС. Внутренние выводы изготавливают  обычно из меди, никеля, константана, меди с никелевым покрытием, меди со стальным покрытием и других металлов и сплавов. Выводы изолируют трубками из оксида алюминия, стекловолоконными трубками или пластиковыми трубками, если позволяет рабочая температура ТС.  

     Примерная схема сборки ЧЭ, приведена на рисунке.  

        

     В данной конструкции материалом для  внутренних выводов служит медь покрытая никелем (27%), путем холодного прессования (так называемый материал Kulgrid) или корозионностойкий высокотемпературный сплав (Oxalloy). Для внешних выводов используется изолированная тефлоном многожильная медь с никелевым покрытием.

     Сборка  ЧЭ с внутренними выводами помещается в цилиндрическую металлическую  трубку-корпус термометра и засыпается мелкодисперсным гигроскопическим порошком из оксида алюминия или магния. Конец трубки, в месте выхода проводников  герметизируется. Для надежной герметизации при высоких температурах используется специальная «крышка» с встроенным переходом металл-стекло или керамика-стекло. Выводы, предварительно вваренные в крышку свариваются с выводами термометра, крышка сваривается с корпусом. Такой способ обеспечивает полную герметизацию термометра и значительно повышает его долговечность и надежность.  

     Материалом  корпуса ТС служит латунь (для низких и комнатных температур), сталь 314, сталь 316, инконель 600. Наилучшую коррозионную стойкость обеспечивает инконель 600.

     Длина термометра сопротивления

 

     Длина термометра сопротивления должна выбираться исходя из необходимой глубины погружения термометра. Глубина погружения термометра в объект измерения является важным фактором, влияющим на погрешность  измерения температуры объекта, возникающую из-за тепловых потерь от ЧЭ в окружающую среду. В стандарте  МЭК определен критерий достаточной  глубины погружения: при погружении ниже этой глубины ТС должен менять показания не более допуска. Минимальная  глубина погружения в высокой  степени зависит от условий теплообмена, состава среды (жидкость, газ), скорости потока. Для предварительного выбора необходимой длины ТС предлагается следующая таблица, задающая коэффициент, на который необходимо умножить диаметр  корпуса ТС, чтобы получить минимальную  глубину погружения:

       

       
 

     К полученной глубине следует прибавить  длину ЧЭ термометра, которая может  составлять от 5 до 60 мм. Если диаметр  трубы с теплоносителем, в которую  должен быть вставлен ТС, меньше рассчитанной минимальной глубины погружения применяют установку ТС под углом  к поверхности трубы, или в  месте изгиба трубы.  
 

     Источники неопределенности измерения  температуры на объекте

 

     В новом стандарте ГОСТ Р 8.625-2006 приведены правила отбраковки термометра сопротивления потребителем. В них установлено, что забраковать термометр можно только, если отклонение сопротивления термометра от НСХ лежит полностью вне диапазона, обусловленного расширенной неопределенностью измерения температуры в рабочих условиях. Поэтому становится очень актуальной проблема оценки неопределенности, возникающей при измерении температуры на объекте. Источники неопределенности измерения температуры промышленным термометром сопротивления можно разделить на источники, связанные с физическими условиями работы ТС и электрическим преобразованием сигнала.  

     - теплопроводящие свойства данной конструкции термометра и монтажных элементов;

     - перенос тепла излучением в  окружающую среду;

     - теплоемкость датчика температуры;

     - скорость изменения измеряемой температуры;

     - утечки тока (качество заземления);

     - электрические шумы;

     - точность измерителя или преобразователя  сигнала.

     Вывод

 

     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.