Особенности подключения датчиков

Термины и определения

Термоэлектрический эффект - генерирование термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов или сплавов, образующих часть одной и той же цепи.

Термопара - два проводника из разнородных материалов, соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Соединение при измерении (рабочий конец для ТП) - соединение, подлежащее воздействию температуры, которую необходимо измерить.

Соединение при контроле (свободный конец для ТП) - соединение термопары, находящееся при известной температуре, с которой сравнивают измеряемую температуру.

Длина монтажной части:

• для ТС и ТП с неподвижным штуцером или фланцем - расстояние от рабочего конца защитной арматуры до опорной плоскости штуцера или фланца;

• для ТС и ТП с подвижным штуцером или фланцем, а также без штуцера или фланца - расстояние от рабочего конца защитной арматуры до головки, а при отсутствии ее - до мест заделки выводных проводников.

Длина наружной части - расстояние от опорной плоскости неподвижного штуцера или фланца до головки.

Длина погружаемой части - расстояние от рабочего конца защитной арматуры до места возможной эксплуатации при температуре верхнего предела измерения.

Диапазон измеряемых температур - интервал температур, в котором выполняется регламентируемая функция термопреобразователя по измерению.

Рабочий диапазон - интервал температур, измеряемых конкретным термопреобразователем и находящийся внутри диапазона измеряемых температур.

Номинальное значение температуры применения - наиболее вероятная температура эксплуатации, для которой нормируют показатели надежности и долговечности.

Показатель тепловой инерции - время, необходимое для того, чтобы при внесении ТС или ТП в среду с постоянной температурой разность температур среды и любой точки внесенного в нее преобразователя стала равной 0,37 того значения, которое будет в момент наступления регулярного теплового режима.

Допуск - максимально допустимое отклонение от номинальной зависимости сопротивления (ТС) или ЭДС (ТП) от температуры, выраженное в градусах Цельсия.

Чувствительный элемент (ЧЭ) - элемент термопреобразователя, воспринимающий и преобразующий тепловую энергию в другой вид энергии для получения информации о температуре.

Измерительный ток ТС - ток, вызывающий изменение сопротивления ТС при 0С не более 0,1% его номинального значения.

Подключение термопреобразователей сопротивления

Принцип работы термопреобразователей сопротивления (ТСМ, ТСП, ТСН, Pt100 и др.) основан на зависимости электрического сопротивления металлов от температуры. Термопреобразователи выполняют в виде катушки из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную гильзу.

Для подключения термопреобразователей сопротивления к приборам используется трехпроводная схема, которая позволяет уменьшить погрешность измерения, возникающую при изменении сопротивления проводов (например, при изменении их температуры). К одному из выводов терморезистора R_t подсоединяются два провода, а третий подключается к другому выводу Rt. При этом необходимо соблюдать условие равенства сопротивлений всех трех проводов.

Термопреобразователи сопротивления могут подключаться к прибору с использованием двухпроводной линии, но при этом отсутствует компенсация сопротивления соединительных проводов и поэтому будет наблюдаться некоторая зависимость показаний прибора от колебаний температуры проводов.
 

Подключение термопар

Термопара (термоэлектрический преобразователь) типа ТХА, ТХК, ТПП и пр. состоит из двух спаянных на одном из концов проводников, изготовленных из металлов, обладающих разными термоэлектрическими свойствами.

Спаянный конец, называемый "рабочим спаем", погружается в измеряемую среду, а свободные концы ("холодный спай") термопары подключаются ко входу измерителей-регуляторов. Если температуры "рабочего" и "холодного спаев" различны, то термопара вырабатывает термоЭДС, которая и подается на прибор.

Поскольку термо-ЭДС зависит от разности температур двух спаев термопары, то для получения корректных показаний необходимо знать температуру "холодного спая", чтобы скомпенсировать эту разницу в дальнейших вычислениях.В модификациях входов, предназначенных для работы с термопарами, предусмотрена схема автоматической компенсации температуры свободных концов термопары. Датчиком температуры "холодного спая" служит полупроводниковый диод, установленный рядом с присоединительным клеммником.

Подключение термопар к прибору должно производиться с помощью специальных компенсационных (термоэлектродных) проводов, изготовленных из тех же материалов, что и термопара. Допускается использовать провода из металлов с термоэлектрическими характеристиками, аналогичными характеристикам материалов электродов термопары в диапазоне температур 0-100 С. При соединении компенсационных проводов с термопарой и прибором необходимо соблюдать полярность.

Во избежание влияния помех на измерительную часть прибора линию связи прибора с датчиком рекомендуется экранировать. В качестве экрана может быть использована заземленная стальная труба.

При нарушении указанных условий могут иметь место значительные погрешности при измерении.
 

Подключение датчиков с унифицированным выходным сигналом тока или напряжения

Многие датчики различных физических величин оснащены нормирующими измерительными преобразователями. Нормирующие преобразователи преобразуют сигналы с первичных (термопар, термопреобразователей сопротивления, манометров, дифманометров и др.) в унифицированный сигнал постоянного тока или напряжения с диапазонами: 0...20 мА, 4...20 мА, 0...5 мА или 0...1 В. Диапазон выходного тока нормирующего преобразователя пропорционален значению физической величины, измеряемой датчиком, и соответствует рабочему диапазону датчика, указанному в его технических характеристиках.

На рисунках показаны схемы подключения датчиков с унифицированным выходным сигналом 4...20 мА по двухпроводной линии к прибору с встроенным и с внешним источником питания