Сравнение старого и современного термометров сопротивления методами квалиметрии
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 °C, то очень сложно найти что-то более подходящее, чем платиновый термометр сопротивления. Превалирующая часть выходов из строя современных термометров сопротивления уже связана… Читать ещё >
Сравнение старого и современного термометров сопротивления методами квалиметрии (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Сравнение старого и современного термометров сопротивления методами квалиметрии
1. 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 0,3 925. 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 °C, 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.
2. 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 | |||
Назначение | Измерения температуры жидких и газообразных сред | Измерения температуры жидких и газообразных сред | |
Диапазон условных давлений, мПа | (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 б, °C?№; (W100) | ; | 0,391 (1,3910) | |
Устойчивость к вибрации | ; | Группа исп. N3 | |
Вид климатического исполнения | ; | ТВ1, ТВ2 | |
Год выпуска | |||
Цена | 200 грн | 680 грн | |
Нормаль | ГОСТ 6651–59 | ГОСТ 12 997–84; IEC 60 529 (DIN 40 050, ГОСТ 14 254–96); ГОСТ 15 150–69 | |
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 | |||
Условное давление, мПа | 6,3 | ||
Средний термин службы, лет | |||
Цена, грн | |||
Годовые затраты на эксплуатацию, грн | |||
г (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 12 997–84: 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 60 529 (DIN 40 050, ГОСТ 14 254–96).
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.
IP55 Защита от водяных брызг под давлением В итоге ТСП-1 соответствует ГОСТ 6651–59, ТСП-9721:
· IEC 60 529 (DIN 40 050, ГОСТ 14 254–96) — Степени защиты, обеспечиваемые оболочками
· ГОСТ 12 997–84 Изделия ГСП. Общие технические условия.
· ГОСТ 15 150–69 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 № 19 919−00
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 °C. 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: | ||
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 | 1,5 | ||||
200; 250; 320; 400; 500; 630 | 0,5 | 2,5 | |||
800; 1000 | 0,25 | 0,5 | |||
1250; 1600; 2000 | 0,1 | 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.
1. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Квалиметрия и управление качеством»
2. Тепловые и температурные измерения. / О. А. Геращенко — 1965.
3. IEC 60 529 (DIN 40 050, ГОСТ 14 254–96) — Степени защиты, обеспечиваемые оболочками.
4. ГОСТ 12 997–84 Изделия ГСП. Общие технические условия.
5. ГОСТ 15 150–69 Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.
6. Приборы и методы температурных измерений. / Олейник Б. М. — 1987.
7. www.temperatures.ru
8. www.sibspz.ru