Датчики температуры получили широкое распространение в рабочей и бытовой сфере деятельности людей. Они могут быть широкого или узкого профиля, но выполняют одну задачу – измеряют температуру.
На рынке данной продукции имеются различные устройства: от термопар до современных электронных приборов.
Вниманию представлен список популярных датчиков температуры на 2020 год со своими положительными и отрицательными сторонами, средним ценовым сегментом и кратким обзором о модели.
Виды датчиков температуры: общее представление, принцип действия
Датчик температуры, в зависимости от строения, способен делать замеры жидких, газообразных и твёрдых веществ. Чтобы понять, как выбрать прибор, нужно ознакомиться с классификацией по принципу их работы и назначению. В таблице представлена основная информация.
Таблица – «Классификация датчиков температуры»
| Термопары: | 2 проволоки спаянные между собою, выполнены из разных металлов |
| Терморезисторы: | металлический стержень со своеобразной конструкцией наконечника |
| Комбинированные: | интегральные схемы с выходом + цифровой интерфейс |
| Цифровые: | трёхвыводная микросхема |
| Пиромеры: | внутри прибора находится тонкая пленка, поглощающая инфракрасные излучения, от которых нагревается + матрица, вместо одного датчика |
Критерии выбора датчиков температуры: на что обратить внимание при покупке устройства
Схема, по которой выбирают датчик, аналогична покупке любого другого товара:
- Назначение. Исходя из того, какие бывают датчики температуры, покупатель выбирает товар согласно его дальнейшему прямому применению и удобству эксплуатации.
- Техническая сторона. Большую роль здесь играет точность измерений.
- Качество. Этот показатель влияет и на выбор производителя. Каждая компания работает с конкретным типом материала или несколькими вариантами, потому, какой фирмы лучше приобрести датчик температуры – решение за клиентом.
- Стоимость. От вышеуказанных пунктов будет зависеть цена на датчик температуры.
Температурные датчики могут быть наружного или комнатного назначения.
Популярность моделей для большинства населения, завоевали цифровые приборы с множеством функций и возможностей. В домашних условиях модно устанавливать систему «Умный дом».
Не совершить ошибки при выборе помогут отзывы покупателей, которые без преувеличения описывают плюсы и минусы моделей. Проверить точность показаний помогут продавцы-консультанты в магазине или, прочитав руководство по эксплуатации, это можно сделать самим. Предварительно можно просмотреть обзор на понравившуюся модель в сети Интернет.
Советы:
- Подключение датчика температуры нужно выполнять строго по инструкции для более точного получения измерений и долгого срока службы.
- Нужно обратить внимание на диапазон измерения температуры устройством. Чем суровее климат, тем температурные рамки должны быть больше.
Рейтинг качественных терморезисторов и термопар на 2020 год
В эту категорию попали товарные единицы производителей:
- «Usongshine»;
- «HotLiner»;
- «Бастион».
Модель «NTC100K» от компании «Usongshine» (Китай)
Назначение: для измерения температуры хотэнда.
Термисторный датчик высокой температуры. Стержень выполнен из нержавейки, провод (белый) изолирован. Устройство может заменить оригинальную термопару типа K.
Модель «NTC100K» от компании «Usongshine» (Китай), внешний вид
Технические характеристики:
| Тип: | термистор |
| Длина: | 1 м – провод, 1,5 см – термокапсула |
| Диаметр капсулы: | 3 мм |
| Рабочая температура (градусы): | 360 – максимальная, |
| -50 – минимальная | |
| Материал: | нержавеющая сталь |
| Сопротивление: | 100 кОм |
| Средняя цена: | 150 рублей |
Usongshine NTC100K
Достоинства:
- Широкий температурный диапазон;
- Высокое качество материалов;
- Недорогой;
- Простая эксплуатация.
Недостатки:
Назначение: для контактных термометров MetronX HotLiner.
Датчик с заострённым наконечным щупом из нержавеющей стали погружного метода установки. Провод жёлтого цвета, спиралевидный, большой длины. Имеется защитный колпачок для сенсора.
Провод от датчика «EKT-10» от компании «HotLiner»
Технические характеристики:
| Тип: | «К-тип» |
| Диапазон измерений: | -200-+800 градусов |
| Длина провода: | 2 м |
| Размеры рабочей поверхности: | 15 см – длина, 3,2 мм – диаметр |
| Масса нетто: | 176 грамм |
| Материал: | металл + пластик |
| По цене: | 2200 рублей |
HotLiner EKT-10
Достоинства:
- Соотношение цены и качества;
- Функционал;
- Точный.
Недостатки:
Назначение: для работы совместно с теплоинформаторами и теплоконтроллерами серии «TEPLOCOM».
Накладной датчик температуры с отверстиями для крепления под винт. Выполнен из пластика и металла. Применяется для отопительных котлов.
Внешний вид датчика температуры «DS18B20» от компании «Бастион»
Технические характеристики:
| Тип: | цифровой |
| Диапазон измерений: | -55-+125 градусов |
| Погрешность: | до 05, градусов |
| Точность измерений: | 0,1 градус |
| Длина шнура: | 3 м |
| Страна-производитель: | Россия |
| Сколько стоит: | 400 рублей |
Бастион DS18B20
Достоинства:
- Не требует калибровки;
- Длинный шнур;
- Точность измерений;
- Надёжный;
- Лёгкая эксплуатация;
- Недорогой.
Недостатки:
Модели этой категории применяются для измерения температуры окружающей среды, показатели которой влияют на работу установок. Лучшие производители:
- «Protherm»;
- «Navien»;
- «TECH».
Модель «S010075» от компании «Protherm»
Назначение: для отопления дома или квартиры.
Прибор наружного применения для работы с котлами в режиме эквитермического регулирования. Корпус выполнен из прочного пластика, металла прямоугольной формы, цвет – серый. Подключается устройство согласно руководству (идёт в комплекте).
Модель «S010075» от компании «Protherm», внешний вид
Технические характеристики:
| Тип: | наружный |
| Габариты (сантиметры): | 4/10/6 |
| Масса нетто: | 100 г |
| Совместимость с моделями котлов: | «Пантера» (версии 18 и 19), «Гепард», «Скат» (13 версии) |
| Страна-изготовитель: | Словакия |
| По стоимости: | 1900 рублей |
Protherm S010075
Достоинства:
- Возможность регулировки температуры отопления в зависимости от изменений нагрева воздуха во внешней среде;
- Компактный;
- Подробно описан процесс установки;
- Надёжный.
Недостатки:
Назначение: для наружного применения.
Внешний вид датчика напоминает полусферу. Цвет корпуса – серый. Устанавливается для обеспечения погодозависимого управления. Схема монтажа устройства:
- Снять крышку;
- Закрепить прибор к стене с помощью крепежей, которые идут в комплекте;
- Через специальный раструб подключить провода к датчику и блоку управления котла;
- Закрыть крышку.
Модель «30000671A» от компании «Navien», вид спереди
Технические характеристики:
| Тип: | уличный |
| Совместимость с котлами «Navien»: | Prima, Smart TOK, NCN |
| Форма: | круг |
| Средняя стоимость: | 1000 рублей |
Navien 30000671A
Достоинства:
- Надёжный;
- Просто монтируется;
- Недорогой;
- Небольшого размера.
Недостатки:
Назначение: измерение уличной температуры воздуха.
Датчик температуры с батареей, серого цвета, внешне напоминает выключатель. Годится только для информационного отображения напольного или радиаторного отопления TECH L-8e. С помощью радиосигнала датчик температуры связывается с контролером L-8e.
Дизайн модели «C-8ZR» от компании «TECH»
Технические характеристики:
| Тип: | беспроводной |
| Форма: | квадрат |
| Материал: | пластик |
| Питание: | 2 батарейки типа «ААА» |
| Страна-производитель: | Польша |
| Стоимость: | 2000 рублей |
TECH C-8ZR
Достоинства:
- Современный дизайн;
- Простота установки;
- Можно менять элемент питания;
- Надёжный.
Недостатки:
Эту категорию составляет, в основном, электроника: все приборы оснащены дисплеем. Некоторые модели универсальные: могут делать замеры внутри и снаружи помещений или показывать не только температуру, но и влажность воздуха. Самые хорошие датчики из этого списка от следующих компаний:
- «Алентис Электроникс»;
- «CARCAM»;
- «SIEMENS».
Модель «T811» от компании «Алентис Электроникс»
Назначение: для контроля температуры воздуха в помещении.
Прибор российского производства оснащён проводом с экраном и 4-мя наконечниками разного диаметра. Шлейф с датчиками можно удлинить в два раза. Он состоит из цветов: жёлтого, зелёного, красного и чёрного.
К одному устройству «NetPing» можно подключить до 8 датчиков температуры, длина каждого из них может составлять 10 метров.
Корпус устройства выполнен из пластика, водопроницаемый, потому требует бережного использования.
Модель «T811» от компании «Алентис Электроникс», внешний вид
Технические характеристики:
| Тип: | электронный с проводом |
| Размер (сантиметры): | 3,5/2,3/1,5 |
| Масса нетто: | 40 г |
| Диапазон рабочих температур: | -40-+125 градусов |
| Длина провода: | 2 метра |
| Точность: | +/-1,5 градусов |
| Цифровая ширина стандарта: | 12С |
| Чип: | «TCN75A» |
| Совместимость с устройствами: |
Какой датчик температуры лучше, критерии выбора датчика
Если вы впервые сталкиваетесь с вопросом выбора датчика для измерения температуры, то выбор недорогого и надежного датчика может стать для вас актуальной проблемой. В первую очередь необходимо выяснить следующие детали:
- предполагаемый температурный диапазон измерений,
- требуемая точность, будет ли датчик расположен внутри среды (если нет — нужен будет радиационный термометр),
- условия предполагаются нормальные или агрессивные, важна ли возможность периодического демонтажа датчика,
- и наконец, нужна ли градуировка именно в градусах или допустимо получение сигнала, который затем будет преобразовываться в значение температуры.
Перейдя по ссылке, вы найдете датчики температуры ОЛИЛ-Термо.
Это все не праздные вопросы, ответив на которые, потребитель получает возможность выбрать для себя более подходящий датчик температуры, с которым его оборудование будет работать наилучшим образом.
Разумеется, нельзя просто и однозначно дать ответ на вопрос, какой датчик температуры лучше, выбор предстоит сделать потребителю, предварительно ознакомившись с особенностями каждого типа датчиков.
Здесь мы сделаем краткий обзор трех основных типов термодатчиков (наиболее распространенных): термометр сопротивления, термистор или термопара.
Между тем, потребителю важно сразу понимать, что точность получаемых данных о температуре зависит как от датчика, так и от преобразователя сигнала — вклад в неопределенность вносит как первичный датчик, так и преобразователь.
Порой при выборе приборов обращают внимание только на характеристики преобразователя, забывая о том, что разные датчики дадут разные дополнительные составляющие (в зависимости от выбранного типа датчика), которые необходимо будет учитывать при получении данных.
Термометры сопротивления — если нужна высокая точность
В данном случае чувствительным элементом выступает пленочный или проволочный резистор, с известной зависимостью сопротивления от температуры, помещенный в керамический или металлический корпус.
Наиболее популярны платиновые (высокий температурный коэффициент), но также применяют никелевые и медные.
Диапазоны и допуски, а также стандартные зависимости сопротивления от температуры для термометров сопротивления можно узнать, прочитав ГОСТ 6651-2009.
Преимущество термометров данного типа — широкий температурный диапазон, высокая стабильность, хорошая взаимозаменяемость. Особо устойчивы к вибрациям платиновые пленочные термометры сопротивления, однако рабочий диапазон у них уже.
Герметичные элементы ТС выпускаются как отдельные чувствительные элементы для миниатюрных датчиков, однако как для термометров сопротивления, так и для датчиков характерен один относительный минус — им требуется для работы трехпроводная или четрыехпроводная система, тогда измерения будут точными. И еще, глазурь герметизирующая корпус должна подходить для выбранных условий, чтобы колебания температуры не привели бы к разрушению герметизирующего слоя датчика. Стандартный допуск платиновых термометров не более 0,1 °С, но возможна индивидуальная градуировка для достижения точности в 0,01 °С.
ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: Одежда для рыбалки
Более высокой точностью обладают эталонные платиновые термометры (ГОСТ Р 51233-98), их точность достигает 0,002 °С, но обращаться с ними нужно осторожно, ибо они не выносят тряски. К тому же стоимость их десятикратно выше стандартных платиновых термометров сопротивления.
Для измерений в условиях криогенных температур подойдет железно-родиевый термометр сопротивления. Аномальная температурная зависимость сплава и низкий ТКС позволяют такому термометру работать при температурах от 0,5 К до 500 К, причем стабильность при 20К достигает 0,15 мК/год.
Конструктивно чувствительный элемент термометра сопротивления — это четыре отрезка спирали, уложенные вокруг трубки из оксида алюминия, засыпанные чистым порошком оксида алюминия.
Витки изолированы друг от друга, а сама спираль в принципе виброустойчива. Герметизация особо подобранной глазурью или цементом на основе того же оксида алюминия.
Типичный диапазон для проволочных элементов — от -196 °С до +660 °С.
Второй вариант элемента (более дорогостоящий, применяется на объектах атомной промышленности) — полая конструкция, отличающаяся очень высокой стабильностью параметров.
На металлический цилиндр наматывается элемент, причем поверхность цилиндра покрыта слоем оксида алюминия. Сам цилиндр изготовлен из особого металла сходного по коэффициенту теплового расширения с платиной.
Стоимость термометров с полыми элементами очень высока.
Третий вариант — тонкопленочный элемент. На подложку из керамики наносится тончайший слой платины (порядка 0,01 микрона), который сверху покрывается стеклом или эпоксидной смолой. Это самый дешевый тип элементов для термометров сопротивления.
Малый размер и небольшой вес — главное достоинство тонкопленочного элемента. Такие датчики обладают высоким сопротивлением примерно в 1 кОм, что сводит на нет проблему двухпроводного присоединения. Однако стабильность тонких элементов уступает проволочным.
Типичный диапазон для пленочных элементов — от -50 °С до +600 °С.
Спираль из платиновой проволоки, покрытая стеклом, — вариант весьма дорогого проволочного термометра сопротивления, который чрезвычайно хорошо герметизирован, устойчив к высокой влажности, однако диапазон рабочих температур относительно узок.
Термопары — для измерения высоких температур
Принцип действия термопары открыт в 1822 году Томасом Зеебеком, описать его можно так: в проводнике из гомогенного материала, обладающем свободными носителями заряда, при нагревании одного из измерительных контактов возникнет ЭДС. Или так: в замкнутой цепи из разнородных материалов, в условиях разности температур между спаями, возникает ток.
Вторая формулировка дает более точное понимание принципа работы термопары, в то время как первая отражает самую суть генерации термоэлектричества, и свидетельствует об ограничениях точности, связанных с термоэлектрической неоднородностью: для всей длины термоэлектрода решающий фактор — это наличие температурного градиента, поэтому погружение в среду при калибровке должно быть таким же, что и будущее рабочее положение датчика.
ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: Основные технические характеристики фальшпола
Термопары позволяют получить широчайший рабочий температурный диапазон и, что крайне важно, имеют самую высокую рабочую температуру из всех типов контактных термодатчиков.
Спай может быть заземлен или приведен в плотный контакт с исследуемым объектом. Прост, надежен, прочен — это про датчик на базе термопары.
Диапазоны и допуски, термоэлектрические параметры термопар можно узнать, прочитав ГОСТ Р 8.585-2001.
Есть у термопар и некоторые уникальные недостатки:
- термоэдс нелинейна, что создает сложности при разработке преобразователей для них;
- материал электродов нуждается в хорошей герметизации в силу химической неинертности оных, в силу их уязвимости к агрессивным средам;
- термоэлектрическая неоднородность в силу коррозии или иных химических процессов, из-за которых состав немного меняется, вынуждает изменять градуировку; большая длина проводников порождает эффект антенны и делает термопару уязвимой для ЭМ-полей;
- качество изоляции преобразователя становится очень важным аспектом если от термопары с заземленным спаем требуется малая инерция.
Термопары из благородных металлов (ПП-платинородий-платиновые, ПР-платинородий-платинородиевые) отличаются наивысшей точностью, наименьшей термоэлектрической неоднородностью нежели термопары из металлов неблагородных. Эти термопары стойки к окислению, потому имеют высокую стабильность.
При температурах до 50 °С они практически дают на выходе 0, поэтому нет надобности следить за температурой холодных спаев. Стоимость высокая, чувствительность малая — 10 мкВ/К при 1000 °С. Неоднородность при 1100 °С — в районе 0,25 °С.
Загрязнение и окисление электродов создают нестабильность (родий окисляется при температурах от 500 до 900 °С), и электрическая неоднородность поэтому все же появляется.
Пары из чистых металлов (платина-палладий, платина-золото) имеют лучшую стабильность.
Термопары которые широко используются в промышленности — часто из неблагородных металлов. Они недороги и вибростойки. Особенно удобны электроды, герметизированные кабелем с минеральной изоляцией — их можно установить в сложных местах. Термопары отличаются высокой чувствительностью, но термоэлектрическая неоднородность является недостатком дешевых моделей — ошибка может достигать 5 °С.
Периодическая калибровка оборудования в лаборатории бессмысленна, более полезно проверить термопару на месте рабочего монтажа. Самые термоэлектрически-неоднородные пары — нисил/нихросил. Главная составляющая неопределенности — учет температуры холодного спая.
Высокие температуры порядка 2500 °С измеряют вольфрам-рениевыми термопарами.
Важно здесь устранить окислительные факторы, для чего прибегают к особым герметичным чехлам с инертным газом, а также к чехлам из молибдена и тантала с изоляцией оксидом магния и оксидом бериллия.
И конечно, важнейшая область применения вольфрам-рения — термопары для ядерной энергетики в условиях нейтронных потоков.
ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: Металлопрокат и его применение
Для термопар, конечно, не потребуются трехпроводная или четырехпроводная системы, но нужно будет использовать компенсационные и удлинительные провода, которые позволят передавать сигнал и за 100 метров к измерительному оборудованию с минимальными погрешностями.
Удлинительные провода — из того же металла, что и термопара, а компенсационные (медные) применяются для термопар из благородных металлов (для платины). Компенсационные провода станут источником неопределенности порядка 1-2 °С при большой разности температур, тем не менее для компенсационных проводов есть стандарт МЭК 60584-3.
Термисторы — для небольших диапазонов температур и специальных применений
Термисторы являются своеобразными термометрами сопротивления, только не проволочными, а спеченными в форме многофазных структур, в основе которых смешанные оксиды переходных металлов. Их главное преимущество — малые размеры, разнообразие всевозможных форм, малая инерция, низкая стоимость.
Термисторы бывают с отрицательным (NTC) или с положительным (PTC) температурным коэффициентом сопротивления. Наиболее распространены NTC, а РТС служат для очень узких температурных диапазонов (единицы градусов) в системах мониторинга и сигнализации. Наилучшая стабильность термисторов находится в диапазоне от 0 до 100 °С.
Термисторы бывают по форме дисковыми (до 18 мм), бусинковыми (до 1 мм), пленочными (толщина до 0,01 мм), цилиндрическими (до 40 мм). Термисторные датчики маленького размера позволяют исследоветелям измерять температуру даже внутри клеток и кровеносных сосудов.
Главным образом термисторы пользуются спросом для измерений низких температур благодаря их относительной нечувствительности к магнитным полям. Некоторые типы термисторов имеют рабочие температуры до минус 100 °С.
В основном термисторы представляют собой спеченные при температуре около 1200 °С на воздухе сложные многофазные структуры из гранулированных нитратов и оксидов металлов. Самые стабильные при температурах ниже 250 °С — NTC — термисторы из оксидов никеля и магния либо никеля, магния и кобальта.
Удельная проводимость термистора зависит от его химического состава, от степени окисления, от наличия добавок в виде металлов вроде натрия или лития. Крохотные бусинковые термисторы наносят на два платиновых вывода, затем покрывают стеклом. У дисковых термисторов выводы припаиваются к платиновому покрытию диска.
Сопротивления термисторов выше чем у термометров сопротивления, обычно оно лежит в диапазоне от 1 до 30 кОм, поэтому здесь подходит двухпроводная система. Зависимость сопротивления от температуры близка к экспоненциальной.
Дисковые термисторы лучше всего взаимозаменяемы для диапазона от 0 до 70 °С в пределах погрешности 0,05 °С. Бусинковые — потребуют индивидуальной калибровки преобразователя для каждого экземпляра.
Градуируют термисторы в жидкостных термостатах, сравнивая их параметры с идеальным платиновым термометром сопротивления шагами по 20 °С в диапазоне от 0 до 100 °С.
Так достигается погрешность не более 5 мК.
как выбрать датчик температуры
Как выбрать не дорогой и надежный датчик температуры? Это актуальная проблема, особенно для тех потребителей, которые впервые сталкиваются с необходимостью измерения температуры. Вот ряд вопросов, на которые необходимо обратить внимание при выборе датчика:
- В каком температурном диапазоне Вы желаете измерять температуру, и какие допуски по точности измерений Вас устроят?
- Возможно ли будет расположить датчик внутри измеряемой среды или объекта? Если «нет», то Ваш выбор – радиационные термометры.
- В каких условиях будет работать датчик (нормальные, повышенной влажности, высоко окислительная атмосфера, пожароопасные, сейсмоопасные и т.д.)?
- Возможно ли будет демонтировать датчик для периодической поверки и какая долговременная стабильность желательна?
- Какова должна быть взаимозаменяемость датчиков? Допустима ли индивидуальная градуировка?
- Актуально ли для Вас получение результата в градусах, или Вас устроит измерение сигнала (сопротивление, напряжение, ток) с последующим самостоятельным пересчетом в температуру?
В данном разделе мы приводим лишь очень краткое описание наиболее распространенных датчиков температуры. Приглашаем изготовителей датчиков температуры пополнять раздел и размещать здесь информацию о своих новых разработках.
Важное замечание: в приборах, где сигнал датчика преобразуется в значение температуры, либо другой выходной сигнал, неопределенность измерения должна складываться из составляющей, зависящей от параметров первичного датчика и составляющей, обусловленной точностью преобразования сигнала.
Часто потребитель, выбирающий средство измерения температуры, обращает внимание только на вторую составляющую, как правило, приведенную в документации на цифровой прибор или преобразователь.
Между тем, необходимо выяснить с какими датчиками работает данный преобразователь и оценить суммарную неопределенность выходного сигнала.
Основные типы датчиков температуры следующие: термометры сопротивления, термопары, термисторы, жидкостные стеклянные термометры, биметаллические термометры, манометрические термометры, радиационные термометры (пирометры, тепловозоры), волоконно-оптические датчики температуры, кварцевые датчики температуры, интегральные датчики температуры (IC temperature sensors). Существуют также диодные термометры, магнитные термометры, углеродные термометры, стекло- углеродные термометры и др.
Основы АСУ ТП и КИП
Декабрь 2012
Датчики имеют критически важное значение для правильного управления процессами, что зачастую не учитывается при модернизации существующих систем. Точность датчиков должна быть тщательно проверена, иначе всякая модернизация теряет смысл.
Многие производители оборудования обещают простое, как «дважды два», включение заменяемых модулей системы, которые не требуют замены существующих сетей, проводки, системных корпусов и источников питания, и при этом сокращение времени простоя с недель и месяцев до «дня и меньше».
Эффективность датчиков
На самом деле все обстоит немного по-другому. Обновление систем для достижения более высокого уровня управления предприятием при помощи компьютеров и программного обеспечения, без оценки эффективности датчиков, которые снабжают эти системы данными, является бесполезным занятием. Чтобы правильно воспринимать и передавать данные технологических параметров, датчики должны быть точными.
Датчики давления
Точность датчиков давления, составляет, как правило, от 0,25% диапазона измеряемого давления. Для сценариев применения с менее строгими требованиями, точность может быть примерно в районе 1,25% диапазона.
Точность датчика давления зависит от того, насколько хорошо датчик откалиброван и как долго он может сохранять эту калибровку.
Первоначальная калибровка промышленных датчиков давления на калибровочной станции достигается путем применения постоянного источника давления, например, дедвейт тестера.
После того, как датчик давления установлен, его точность может быть оценена с учетом влияния на первоначальную точность калибровки воздействия окружающей среды, воздействия статического давления и др.
Автоматизированные системы калибровки работают с помощью программируемого источника давления для производства заданных сигналов давления, применяемых к датчику, который должен быть откалиброван. Вначале записываются показания датчика до калибровки.
Далее датчик тестируется с увеличением и уменьшением входных сигналов для учета любого появления эффекта гистерезиса. Затем система сравнивает полученные данные с критериями приемлемости калибровки для датчиков давления и автоматически определяет, должен ли датчик быть откалиброван.
Если это так, система обеспечивает необходимые сигналы к датчику, чтобы откалибровать его и держит входное значение постоянным на протяжении промежутка, пока вносятся корректировки, и низшее давление, на котором он должен быть откалиброван.
После этого система выдает отчет, который включает в себя данные до и после калибровки и сохраняет их для анализа тенденций и обнаружения зарождающегося отказа.
Датчики температуры
Типичный вид промышленных датчиков температуры, термометр сопротивления (ТС), как правило, не достигает точности более 0,05 — 0,12°C при 300°C, при этом, обычно, требуется обеспечить точность более чем 0,1°С при 400°C.
Процесс установки термометров сопротивления также может приводить к дополнительным ошибкам в точности. Другой распространенный вид датчика температуры, термопара, как правило, не может обеспечить точность лучше, чем 0,5°C при температурах до 400°C.
Чем выше температура, тем меньшую точность термопары обычно можно достичь.
Калибровка термометров сопротивления
Точность датчика температуры устанавливается путем калибровки, сравнивая его показания с универсальной калибровочной таблицей или индивидуальной калибровкой в высокоточной среде. ТС, в отличие от термопары, могут быть «очищены» и перекалиброваны после установки.
Промышленные датчики температуры, как правило, калибруются в резервуарах со льдом, водой, маслом или песком, а также в печи, или путем комбинирования этих методов. Тип калибровочного резервуара зависит от выбранного температурного диапазона, требований к точности и от применения датчиков.
Процесс калибровки обычно включает в себя измерение температуры калибровочного резервуара с использованием стандартного термометра.
Для индивидуально калиброванных ТС, точность обеспечивает процесс калибровки, который в свою очередь зависит от точности оборудования, используемого для калибровки, а также ошибок, таких как гистерезис, самонагревание, интерполяция и ошибки при монтаже.
Калибровка термопары
Если ТС может быть перекалиброван и после установки, то термопара – нет. Термопару, которая потеряла свою калибровку, следует заменить. Промышленные термопары обычно не калибруются индивидуально. Вместо этого, их показания сравниваются со стандартными справочными таблицами.
Для калибровки используются, как правило, один из двух методов: метод сличения (в котором ЭДС термопары сравнивается с эталонным датчиком) или метод фиксированной точки (ЭДС термопары измеряется в нескольких установленных состояниях).
При оценке точности датчика температуры, важно учитывать не только калибровку самого датчика, но также влияние установки датчика и условий технологического процесса на эту точность.
Датчики. Как оценить время отклика?
Для отображения данных с частотой в соответствии с требованиями установки или отраслевыми нормами, датчики должны быть достаточно быстрыми в выявлении резкого изменения значения параметров процесса.
Точность и время отклика по большей части являются независимыми друг от друга показателями.
Так как оперативность датчиков имеет важнейшее значение для производственных систем, работы по модернизации систем должны начинаться с ее тщательной оценки, наряду с оценкой точности и надежности датчиков.
В то время, как точность датчика может быть восстановлена путем повторной калибровки, время отклика является неотъемлемой характеристикой, которая обычно не может быть изменена после изготовления датчика. Два основных метода для оценки времени отклика датчиков, это тест погружения (для датчиков температуры) и линейный тест (для датчиков давления).
Калибровка и время отклика датчиков, в особенности датчиков температуры, зависит в большой степени от условий технологического процесса, в том числе статического давления, температуры процесса, температуры окружающей среды и скорости потока жидкости.
Проверка без отрыва от производства
Существуют некоторые методы, которые часто упоминаются как тестирование на месте или он-лайн тестирование. Они были разработаны для проверки калибровки и времени отклика датчиков, уже используемых в каком-либо процессе.
Для датчиков температуры, тест LCSR (Loop Current Step Response) будет проверять динамические характеристики наиболее распространенных датчиков температуры – термопар и термометров сопротивления – там, где они установлены в операционном процессе.
Метод LCSR показывает фактическое время отклика ТС (термометра сопротивления) «в процессе эксплуатации».
В отличие от термометров сопротивления и термопар, время отклика датчиков давления, уровня и расхода обычно не изменяется после установки. Это потому, что эти датчики являются электромеханическими устройствами, которые работают независимо от температуры окружающей среды и температуры процесса.
Трудность в оценке датчиков давления связана с наличием системы процесс – провод – сенсорный интерфейс, которая соединяет датчик с фактическим процессом. Эти измерительные линии (провода) добавляют несколько миллисекунд задержки времени отклика датчиков.
Хотя эта задержка незначительна, гидравлические задержки могут добавить десятки миллисекунд времени отклика для измерения давления системы.
Методика анализа шума позволяет измерять время отклика датчиков давления и измерительных линий в одном тесте.
Как и в методе LCSR, техника анализа шума не мешает эксплуатации, использует существующие выходы датчиков для определения их времени отклика, и может быть выполнена удаленно для датчиков, которые установлены на производстве.
Методика анализа шума основана на принципе контроля нормального выхода переменного тока датчиков давления с помощью быстрой системы сбора данных (частота от 1 кГц).
Переменный ток на выходе датчика, который называется «шум», производится случайным колебаниями в процессе, связанными с турбулентностью, вибрацией и другими естественными явлениями.
Так как эти посторонние шумы происходят на более высоких частотах, чем динамический отклик датчиков давления, они могут быть выделены из сигнала с помощью низкочастотной фильтрации. Как только сигнал переменного тока или шум отделяется от сигнала постоянного тока с использованием оборудования обработки сигнала, сигнал переменного тока усиливается, передается через сглаживающую фильтрацию, оцифровывается и хранится для последующего анализа. Этот анализ дает динамическое время реакции датчика давления и измерительных линий.
Существует ряд оборудования для сбора и анализа данных об уровне шума для датчиков давления.
Коммерческое оборудование для спектрального анализа может собирать данные шумы и выполнять анализ в реальном времени, но это оборудование обычно не в состоянии справиться с множеством алгоритмов анализа данных, необходимых для получения результатов с точным временем отклика.
Именно поэтому системы сбора данных на базе ПК, состоящие из изолированных узлов, усилителей и фильтров для формирования сигнала и его сглаживания, часто являются оптимальным выбором для сбора данных шумов и их анализа.
Срок службы датчиков
Когда следует заменять датчики? Ответ прост: заменять датчики следует по истечению срока службы, установленного производителем на указанный продукт, например 20 лет. Однако, это может быть очень дорого и нецелесообразно.
В качестве альтернативы можно продолжать использовать датчики после истечения их срока службы, но обязательно использовать системы отслеживания производительности датчика, чтобы определять надобность замены датчика и когда это следует сделать.
Опыт показал, что высококачественные датчики с большой долей вероятности будут продолжать показывать хорошие результаты работы далеко за пределами диапазона службы, очерченного производителем.
Консенсус между заводскими рекомендациями и реальным использованием датчиков может быть достигнут путем эксплуатации последних до тех пор, пока стабильность калибровки является приемлемой и его время отклика не уменьшается.
Многие шутят, что датчики, которые работают правильно надо «оставить в покое», а высококачественные датчики «в возрасте» вполне могут быть так же хороши, если не лучше, чем новые датчики той же модели и того же производителя.
X. Хашемьян (H. M. Hashemian), для InTech
Датчики положения
В зависимости от конструкции и принципа действия датчики положения имеют различный диапазон срабатывания, различную точность и рассчитаны на обнаружение объектов из различных материалов.
Наибольшее расстояние обнаружения и динамический диапазон имеют фотоэлектрические датчики, и они же имеют наилучшую точность.
При выборе соответствующего типа, они могут решать практически все задачи обнаружения, за исключением случаев работы через непрозрачную преграду или работы при большом уровне паразитной засветки.
Фотоэлектрические датчики представляют собой достаточно сложное устройство, изготовленное с применением прецизионных технологических процессов, поэтому из всех датчиков положения они имеют наибольшую стоимость.
Номенклатура фотоэлектрических датчиков чрезвычайно обширна, что объясняется оптимизацией конструкции на решение какой то конкретной задачи и невозможностью создать универсальное решение. К настоящему времени выпускающаяся номенклатура фотоэлектрики практически полностью перекрывает задачи, стоящие в промышленной автоматике и системах безопасности.
Индуктивные датчики положения имеют диапазон срабатывания от 1 до 60 мм при точности порядка 10-20% и представляют собой, в общем случае, катушку индуктивности и схему обработки сигнала, заключенные в цилиндрический или прямоугольный корпус. Они предназначены для обнаружения ферромагнитных объектов.
Датчики этого типа имеют давнюю историю, и их конструкция хорошо отработана. В их составе нет дорогих компонентов, и они хорошо освоены многими производителями, как в Европе, так и в Азии и России.
Датчики этого типа являются наиболее дешевыми и массовыми представителями устройств обнаружения присутствия объекта и наиболее широко применяются в промышленной автоматике.
Параметры датчиков, выпускаемых разными производителями, очень близки и при выборе поставщика одним из критериев выбора может выступать надежность и долговременная стабильность параметров датчика. По совокупности этих признаков датчики SICK имеют наилучший рейтинг.
Емкостные датчики положения имеют диапазон срабатывания от 2 до 25 мм при точности порядка 20%.
Их срабатывание происходит при изменении емкости пространства перед датчиком при внесении в это пространство объекта, структура которого отличается от структуры воздуха. При этом этот объект не обязательно должен быть твердым телом.
При определенной настройке возможно определение уровня заполнения неметаллической емкости через ее стенку. Датчики этого типа незаменимы при работе с сыпучими и жидкими средами.
Ультразвуковые датчики положения имеют диапазон срабатывания от 30 мм до 8 м при точности порядка 2%. Их срабатывание происходит при обнаружении отраженного ультразвукового импульса от внесенного объекта. При этом природа объекта роли не играет.
Необходимо только, что бы уровень отраженного сигнала превышал порог срабатывания датчика. Лучше всего обнаруживаются деревянные и металлические гладкие поверхности, несколько хуже картон.
Сложности возникают при наличии на поверхности объекта поглощающего слоя – ворсовой ткани, меха и, на предельных дальностях, рассеивающей структуры поверхности, неровностей и канавок.
Оптические датчики позволяют решать задачи определения положения, скорости и направления вращения объектов из неферромагнитных материалов (в этом заключается их главное отличие от магнитных датчиков Холла). Примерами таких объектов могут быть денежные купюры, монеты или жетоны, опускаемые в щель автомата, пластмассовые диски, метки, карточки и т.д.