Терморезистивні давачі (RTD) і термопари: ключові відмінності

Точне вимірювання температури має вирішальне значення у багатьох галузях. Для таких завдань найчастіше використовують два типи давачів: терморезистивні давачі (RTD) та термопари. Хоча вони мають однакове призначення, їхні конструкції, принципи роботи та сфери застосування суттєво відрізняються. Правильний вибір давача безпосередньо впливає на точність, ефективність та безпеку вашої роботи.

У цій статті ми розглядаємо основні відмінності між терморезистивними давачами та термопарами. Зокрема, принципи їхньої роботи, переваги та недоліки, а також рекомендації щодо використання кожного з них.

Зміст

• Що таке терморезистивний давач (RTD)?
  • Матеріали, що використовуються в RTD
  • Типи RTD
• Що таке термопара?
  • Матеріали, що використовуються в термопарах
  • Типи термопар
• В чому різниця між терморезистивним давачем (RTD) і термопарою?
  • Діапазон температур
  • Точність
  • Чутливість (швидкість відгуку)
  • Міцність
  • Вартість
  • Переваги та недоліки термопар і RTD
• RTD чи термопара: що вибрати?
• Калібрування RTD та термопар
• Правильний давач – точні результати

Що таке термометр опору (RTD)?

Терморезистивний давач (RTD) – це пристрій, який міняє електричний опір зі зміною температури. Вони працюють за простим принципом: електричний опір матеріалу лінійно збільшується зі зростанням температури в робочому діапазоні.

RTD зазвичай використовують у промисловості – під час виконання робіт, в яких важлива точність, стабільність і повторюваність вимірювань. Серед моделей RTD від Fluke можна виділити 5627A, 5615, 5609, 5626. Вони дозволяють достовірно вимірювати температури від -200 до 660 °C, що робить їх ідеальними для процесів із середніми діапазонами температур. Але є й унікальні моделі, наприклад, Fluke 5624, які витримують температури до 1000 °C.

Матеріали, що використовуються в RTD

Більшість терморезистивних давачів (RTD) виготовляються з платини – завдяки її лінійній залежності опору від температури та здатності витримувати високі температури без погіршення характеристик. Також вони можуть бути виготовлені з нікелю чи міді, але ці матеріали менш стабільні та менш довговічні. Це значно скорочує термін служби давача.

Типи RTD

Терморезистивні давачі (RTD) можуть мати різні габарити, що робить їх придатними для виконання різних завдань. Ось деякі з найпоширеніших типів:

• Промислові: зазвичай мають нижчу точність порівняно з вторинними RTD, але представлені у більшому розмаїтті форм і розмірів. Приклади: Fluke 5606, 5627A, 5608, 5618A.
• Вторинні: забезпечують більшу точність у порівнянні з промисловими давачами завдяки використанню платини вищого класу. Приклад: серія Fluke 5615.
• Тонкоплівкові RTD: мають тонкий шар платини, нанесений на підкладку, що робить їх надійнішими та економічнішими. Саме такий тонкоплівковий давач використовується в термометрі Fluke 1551A.

Що таке термопара?

Термопара – це давач температури, в основі роботи якого лежить явище, відоме як ефект Зеєбека. Завдяки цьому ефекту генерується мілівольтна напруга, пропорційна різниці температур між двома різними металами, з'єднаними в одній точці. Fluke пропонує термопари типу K у різних виконаннях в серії 80PK-xx, а також термопари типу S (5650) і типу R (5649).

Термопари відомі своїм широким діапазоном вимірюваних температур, міцністю та швидким відгуком. Це одне з найпопулярніших рішень для вимірювання температури за екстремальних умов, наприклад, у печах, двигунах та кріогенних системах, де температури можуть змінюватись від -270 °C до 2300 °C.

Матеріали, які використовуються в термопарах

Термопари виготовляються з різних комбінацій металів, кожна з яких підходить для певних умов та діапазонів температур. Наприклад, термопари типу K виготовляються з нікель-хромових і нікель-алюмінієвих сплавів, забезпечуючи хороше поєднання міцності та точності в широкому діапазоні. Відмінності в цих матеріалах лежать в основі сучасних типів термопар.

Типи термопар

Типи термопар класифікують залежно від комбінації типів металу, які створюють певну різницю потенціалів, необхідну для вимірювання температури.

До найпоширеніших типів термопар відносять так звані термопари з неблагородних металів (Base Metal). Серед них, зокрема, виділяють:

• Тип E: підходить для завдань, що вимагають швидкої реакції (наприклад, в аерокосмічній галузі) або для умов з присутністю магнітних полів (термопари типу E немагнітні); вимірюють температуру в діапазоні від -270 °C до 1000 °C; в них використовують нікель-хромові та нікель-мідні сплави.
• Тип N: існує кілька підтипів, які вимірюють температуру в діапазоні від -270 °C до 1300 °C; вони мають високу корозійну стійкість і підходять для використання на нафтопереробних заводах і в печах; в них використовуються сплави нікель-хром-кремнію-магнію і нікель-кремнію-магнію.
• Тип J: для низькотемпературних застосувань в діапазоні від 0 °C до 760 °C, наприклад, при виробництві пластмас або в ситуаціях, що вимагають вакууму; в них використовують залізо і сплав нікель-мідь.
• Тип K: універсальна термопара для діапазону від -200 °C до 1260 °C; особливо популярна в ядерній промисловості завдяки стійкості до радіації; зазвичай в них використовують нікель-хромові та нікель-алюмінієві сплави.
• Тип T: чудово підходить для кріогенних температур від -250 °C до 350 °C; в них використовують мідні сплави.

Існує також категорія благородних металів (Noble Metal), до якої входять такі термопари (але не обмежуються ними):

• Тип C: працює в діапазоні від 0 °C до 2320 °C; зазвичай використовується у вакуумі, сухому водні та за екстремально високих температурах; в них використовуються сплави вольфраму-ренію.
• Тип B: діапазон від 1370 °C до 1700 °C; застосовується, наприклад, у виробництві скла та сміттєспалювальних установках; в них використовується сплав платини та родію.
• Тип R и тип S: діапазон від -50 °C до 1768 °C; зазвичай використовуються в умовах високих температур, наприклад, при термообробці, а також у біотехнологіях; зазвичай в них використовуються сплави платини та родію.

В чому різниця між терморезистивним давачем (RTD) і термопарою?

Терморезистивні давачі (RTD) і термопари відрізняються за рядом ключових параметрів: від принципів роботи до характеристик у конкретних галузевих застосуваннях і вимог до теплових умов процесу. Нижче наведено найважливіші відмінності.

Діапазон температур

• Терморезистивний давач: вимірює температуру в діапазоні від 200 °C до 660 °C, підходить для середніх діапазонів..
• Термопара: здатна вимірювати від -270 °C до 2300 °C, що робить її ідеальною для екстремально високих або низьких температур.

Точність

• Терморезистивний давач: забезпечує вищу точність (в діапазоні +/-0,012 °C), відмінну повторюваність і мінімальний дрейф.
• Термопара: менш точна, типова похибка для більшості термопар з базових металів становить 0,75% від показання або ±1,0 °C (залежно від того, що більше).

Чутливість (швидкість відгуку)

• Терморезистивний давач: повільніше реагує через більшу вагу та особливості конструкції.
• Термопара: швидко реагує на зміни температури, підходить для динамічних умов.

Міцність

• Терморезистивний давач: вразливий до механічних ударів через конструкцію давача на основі платинової спіралі.
• Термопара: надзвичайно міцна, стійка до вібрацій, високого тиску та агресивних середовищ.

Вартість

• Терморезистивний давач: дорожчий через точність і вартість матеріалів.
• Термопара: як правило, дешевше і її простіше замінити.

Переваги та недоліки термопар і RTD

RTD чи термопара: що вибрати?

Вибір між терморезистивним давачем та термопарою залежить від специфічних вимог вашого завдання.

Використовуйте терморезистивний давач, коли:

• Необхідна висока точність, наприклад, у фармацевтичному виробництві або лабораторних дослідженнях.
• Температурний режим не виходить за межі помірного діапазону (від -200 °C до 660 °C).
• Важливою є довгострокова стабільність показань.

Використовуйте термопару, коли:

• Доведеться працювати за екстремальних температур, наприклад у промислових печах або кріогенних камерах.
• Потрібні міцність та швидкий відгук, як в аерокосмічній чи автомобільній галузі.
• Бюджет обмежений.

Калібрування RTD і термопар

Калібрування необхідне для забезпечення точності як терморезистивних давачів (RTD), так і термопар. RTD схильні до мінімального дрейфу, тоді як термопари вимагають частішого калібрування через знос і вплив навколишнього середовища.

Сучасні прилади для калібрування, як-от сухі калібрувальні термостати, роблять процес калібрування термопар і RTD ефективним і надійним. Ці портативні пристрої створюють стабільні температури в широкому діапазоні, забезпечуючи точне калібрування як у лабораторних, так і польових умовах.

Використовуючи професійне обладнання, фахівці можуть виключити невизначеність та дотримуватися суворих галузевих стандартів.

Правильний давач – точні результати

Терморезистивні давачі (RTD) та термопари – незамінні інструменти для вимірювання температури, кожен зі своїми перевагами та обмеженнями. RTD вирізняються високою точністю та стабільністю, тоді як термопари чудово працюють за екстремальних умов та швидких змінах температури.

Для фахівців у галузі промисловості та метрології розуміння цих відмінностей має вирішальне значення для оптимізації вимірювання температури та підтримки високого рівня роботи обладнання. А для калібрування сухі термостати забезпечують необхідну точність та зручність, дозволяючи давачам працювати з максимальною ефективністю.

Статті на дотичні теми

Для чого калібрувати контрольно-вимірювальне обладнання?

Як правильно доглядати за вимірювальним обладнанням?

Як підібрати обладнання для калібрування термопари

Команда Masteram