Терморезистивные датчики (RTD) и термопары: основные отличия
Точное измерение температуры имеет решающее значение во многих отраслях. Для таких задач чаще всего используют два типа датчиков: терморезистивные датчики (RTD) и термопары. Хотя они имеют одинаковое назначение, их конструкция, принцип работы и область применения существенно отличаются. Правильный выбор датчика напрямую влияет на точность, эффективность и безопасность вашей работы.
В этой статье мы рассматриваем основные различия между терморезистивными датчиками и термопарами. В частности принципы их работы, преимущества и недостатки, а также рекомендации по использованию каждого из них.
Содержание
- Что такое терморезистивный датчик (RTD)?
- Что такое термопара?
- В чем разница между терморезистивным датчиком и термопарой?
- RTD или термопара: что выбрать?
- Калибровка RTD и термопар
- Правильный датчик – точные результаты
Что такое терморезистивный датчик (RTD)?
Терморезистивный датчик (RTD) – это устройство, которое меняет электрическое сопротивление с изменением температуры. Они работают по простому принципу: электрическое сопротивление материала линейно увеличивается по мере роста температуры в рабочем диапазоне.
RTD обычно используют в промышленности – при выполнении работ, для которых важна точность, стабильность и повторяемость измерений. Среди моделей RTD от Fluke можно выделить 5627A, 5615, 5609, 5626. Они позволяют достоверно измерять температуры от -200 °C до 660 °C, что делает их идеальными для процессов со средними диапазонами температур. Но есть и уникальные модели, например Fluke 5624, которые выдерживают температуры до 1000 °C.
Материалы, используемые в RTD
Большинство терморезистивных датчиков (RTD) изготавливаются из платины – благодаря ее линейной зависимости сопротивления от температуры и способности выдерживать высокие температуры без ухудшения характеристик. Также они могут быть изготовлены из никеля или меди, но эти материалы менее стабильны и долговечны. Это значительно сокращает срок службы датчика.
Типы RTD
Терморезистивные датчики (RTD) могут иметь разные габариты, что делает их пригодными для выполнения разных задач. Вот некоторые из наиболее распространённых типов:
- Промышленные: обычно имеют более низкую точность по сравнению с вторичными RTD, но представлены в большtм разнообразии форм и размеров. Примеры: Fluke 5606, 5627A, 5608, 5618A.
- Вторичные: обеспечивают более высокую точность по сравнению с промышленными датчиками благодаря использованию платины более высокого класса. Пример: серия Fluke 5615.
- Тонкопленочные RTD: имеют тонкий слой платины, нанесенный на подложку, что делает их более надежными и экономичными. Именно такой тонкопленочный датчик используется в термометре Fluke 1551A.
Что такое термопара?
Термопара – это датчик температуры, в основе работы которого лежит явление, известное как эффект Зеебека. Благодаря этому эффекту генерируется милливольтное напряжение, пропорциональное разнице температур между двумя различными металлами, соединенными в одной точке. Fluke предлагает термопары типа K в различных исполнениях в серии 80PK-xx, а также термопары типа S (5650) и типа R (5649).
Термопары известны своим широким диапазоном измеряемых температур, прочностью и быстрым откликом. Это одно из наиболее популярных решений для измерения температуры в экстремальных условиях, например, в печах, двигателях и криогенных системах, где температуры могут варьироваться от -270 °C до 2300 °C.
Материалы, используемые в термопарах
Термопары изготавливаются из различных комбинаций металлов, каждая из которых подходит для определенных условий и диапазонов температур. Например, термопары типа K изготавливаются из никель-хромовых и никель-алюминиевых сплавов, обеспечивая хорошее сочетание прочности и точности в широком диапазоне. Различия в этих материалах лежат в основе существующих типов термопар.
Типы термопар
Типы термопар классифицируют в зависимости от комбинации типов металла, создающих определенную разность потенциалов, необходимую для измерения температуры.
К наиболее распространенным типам термопар относят так называемые термопары из неблагородных металлов (Base Metal). Среди них, в частности, выделяют:
- Тип E: подходит для задач, требующих быстрого отклика (например, в аэрокосмической отрасли) или для условий с присутствием магнитных полей (термопары типа E немагнитные); измеряют температуру в диапазоне от -270 °C до 1000 °C; в них используют никель-хромовые и никель-медные сплавы.
- Тип N: существует несколько подтипов, которые измеряют температуру в диапазоне от -270 °C до 1300 °C; они обладают высокой коррозионной стойкостью и подходят для использования на нефтеперерабатывающих заводах и в печах; в них используются сплавы никель-хром-кремния-магния и никель-кремния-магния.
- Тип J: для низкотемпературных применений в диапазоне от 0 °C до 760 °C, например, при производстве пластмасс или в ситуациях, требующих вакуума; в них используют железо и сплав никель-медь
- Тип K: универсальная термопара для диапазона от -200 °C до 1260 °C; особенно популярна в ядерной промышленности благодаря устойчивости к радиации; обычно в них используют никель-хромовые и никель-алюминиевые сплавы.
- Тип T: отлично подходит для криогенных температур от -250 °C до 350 °C; в них используют медные сплавы.
Существует также категория благородных металлов (Noble Metal), куда входят такие термопары (но не ограничиваются ими):
- Тип C: работает в диапазоне от 0 °C до 2320 °C; обычно используется в вакууме, сухом водороде и при экстремально высоких температурах; в них используются сплавы вольфрам-рений.
- Тип B: диапазон от 1370 °C до 1700 °C; применяется, например, в производстве стекла и мусоросжигательных установках; в них используются сплавы платины и родия.
- Тип R и тип S: диапазон -50 °C до 1768 °C; обычно используются в условиях высоких температур, например, при термообработке, а также в биотехнологиях; обычно в них используются сплавы платины и родия.
В чем разница между терморезистивным датчиком и термопарой?
Терморезистивные датчики (RTD) и термопары различаются по ряду ключевых параметров: от принципов работы до характеристик в конкретных отраслевых приложениях и требований к тепловым условиям процесса. Ниже приведены наиболее важные различия.
Диапазон температур
- Терморезистивный датчик: измеряет температуру в диапазоне от 200 °C до 660 °C, подходит для средних диапазонов.
- Термопара: способна измерять от -270 °C до 2300 °C, что делает ее идеальной для экстремально высоких или низких температур.
Точность
- Терморезистивный датчик: обеспечивает более высокую точность (в диапазоне +/-0,012 °C), отличную повторяемость и минимальный дрейф.
- Термопара: менее точная, типичная погрешность для большинства термопар из базовых металлов составляет 0,75% от показания или ±1,0 °C (в зависимости от того, что больше).
Чувствительность (скорость отклика)
- Терморезистивный датчик: медленнее реагирует из-за большего веса и особенностей конструкции.
- Термопара: быстро реагирует на изменения температуры, подходит для динамичных условий.
Прочность
- Терморезистивный датчик: уязвимый к механическим ударам из-за конструкции датчика на основе платиновой спирали.
- Термопара: чрезвычайно прочная, устойчива к вибрациям, высоким давлениям и агрессивным средам.
Стоимость
- Терморезистивный датчик: более дорогой из-за точности и стоимости материалов.
- Термопара: как правило, дешевле и ее проще заменить.
Преимущества и недостатки термопар и RTD
| Преимущества | Возможные недостатки | |
|---|---|---|
| RTD |
|
|
| Термопары |
|
|
RTD или термопара: что выбрать?
Выбор между терморезистивным датчиком и термопарой зависит от специфических требований вашей задачи.
Используйте терморезистивный датчик, когда:
- Необходима высокая точность, например в фармацевтическом производстве или лабораторных исследованиях.
- Температурный режим не выходит за пределы умеренного диапазона (от -200 °C до 660 °C).
- Важна долгосрочная стабильность показаний.
Используйте термопару, когда:
- Речь идет об экстремальных диапазонах температур, например в промышленных печах или криогенных камерах.
- Требуются прочность и быстрый отклик, как в аэрокосмической или автомобильной отрасли.
- Бюджет ограничен.
Калибровка RTD и термопар
Калибровка необходима для обеспечения точности как терморезистивных датчиков (RTD), так и термопар. RTD подвержены минимальному дрейфу, тогда как термопары требуют более частой калибровки из-за износа и воздействия окружающей среды.
Современные приборы для калибровки, такие как калибровочные сухие термостаты, делают процесс калибровки термопар и RTD эффективным и надежным. Эти портативные устройства создают стабильные температуры в широком диапазоне, обеспечивая точную калибровку как в лабораторных, так и в полевых условиях.
Используя профессиональное оборудование, специалисты могут исключить неопределенность и соблюдать строгие отраслевые стандарты.
Правильный датчик – точные результаты
Терморезистивные датчики (RTD) и термопары – незаменимые инструменты для измерения температуры, каждый со своими преимуществами и ограничениями. RTD отличаются высокой точностью и стабильностью, тогда как термопары превосходно работают в экстремальных условиях и при быстрых изменениях температуры.
Для специалистов в области промышленности и метрологии понимание этих различий имеет решающее значение для оптимизации измерения температуры и поддержания высокого уровня работы оборудования. А для калибровки сухие термостаты обеспечивают необходимую точность и удобство, позволяя датчикам работать с максимальной эффективностью.
