Публикации

В связи с широким применением теплосчетчиков в различных отраслях выросли требования к комплектам термопреобразователей сопротивления (ТС), входящих в их состав. Комплекты термопреобразователей сопротивления представляют собой ТС, подобранные по идентичности индивидуальных статических характеристик (ИСХ), и предназначены для измерения температур и разности температур теплоносителя. Точность и надежность этих датчиков существенно зависит от структуры, электрофизических и физико-механических свойств материалов, из которых они изготавливаются. Наиболее высокая точность измерений может быть достигнута при использовании ТС, для изготовления которых применяют платину, так как она имеет высокую химическую стабильность, хорошую обрабатываемость и линейность температурной зависимости электросопротивления.

На сегодняшний день отсутствует нормативно-техническая документация в виде ГОСТов или МИ на комплекты ТС, в связи с чем производители самостоятельно устанавливают технические требования к ним. Как правило, ТС, входящие в комплект, должны отвечать требованиям ГОСТ 6651-94, где предъявляются следующие требования к стабильности: пребывание ТС в течение 250 ч в среде при температуре верхнего предела рабочего диапазона, кроме ТС с рабочим диапазоном свыше 850°С, не должно вызывать их повреждения, а также изменения сопротивления R₀ при 0°С более чем на эквивалент, равный 0,15°С для ТС класса допуска А и 0,3°С — для ТС класса допуска В. Большинство производителей устанавливают межповерочный интервал для комплектов в 2 года, при этом обоснованность его выбора крайне редко подтверждена экспериментальными статистическими данными.

В период подготовки производства комплектов ТС, в ПК “Тесей” были проведены ресурсные испытания стабильности чувствительных элементов (ЧЭ) трех различных конструкций с целью принятия решения о возможности их применения в ТС, образующих комплект, и обоснованности назначения межповерочного интервала.

1. Керамический ЧЭ платиновый НСХ 100П, W₁₀₀=1,3910 (производства НПО “Луч”) — классический тип (спираль из платиновой проволоки с серебряными выводами в керамическом каркасе). Его преимущества: высокая механическая прочность, хорошая герметичность при незначительном механическом напряжении в платине (соответственно — высокая стабильность).

Для ресурсных испытаний отобрано 15 ЧЭ класса А.

2. Тонкоплёночный ЧЭ платиновый НСХ Pt100, W₁₀₀=1,3850 (производства компании “ABB”) — платиновое напыление на керамическом каркасе с серебряными выводами. Преимущества: малые габариты, низкая инерционность, достаточно высокая стабильность.

Для ресурсных испытаний отобрано 40 ЧЭ класса А.

3. Каркасный ЧЭ платиновый НСХ 100П, W₁₀₀=1,3910 (производства ПК “Тесей”) — многослойная бифилярная намотка на каркас платиновой проволоки с полиамидимидным покрытием (ПАИ — класс нагревостойкости 200°С), концы обмотки припаяны к медным выводам. Преимущества: простота изготовления, малая инерционность. Недостатки: невысокая температура применения (до 180°С — из-за покрытия ПАИ и карболитового корпуса) и невозможность проведения стабилизирующего отжига платины (режим стабилизирующего отжига данного типа ЧЭ — 72 часа при температуре 180°С).

Для ресурсных испытаний отобрано 35 ЧЭ без подгонки в класс.

Перед ресурсными испытаниями были произведены измерения сопротивления всех ЧЭ в 0°С (R₀). ЧЭ в пронумерованных пеналах помещены в электропечь. Температура испытаний — 180 ± 2 °С. Периодичность контроля значения R₀ — каждые 250 часов. Для регистрации изменения R₀ ЧЭ вынимались из печи, после нахождения при нормальных условиях в течение 30 минут производилось измерение R₀ (ЧЭ в стеклянных пробирках помещались в льдоводяную смесь термостата). Измерение и обработка результатов производилась с помощью автоматизированной системы поверки термопреобразователей (АСПТ). После замера ЧЭ в пеналах загружались в печь для продолжения ресурсных испытаний.

Приборы и их технические характеристики

Оценка погрешности измерений:

1. Погрешность определения истинной температуры при 0°С Q₁ определяется доверительной погрешностью эталонного термометра 3-го разряда ЭТС-100 равной ± 0,02°С.

2. Погрешность Q₂ определяется условием стабилизации температуры и температурным полем нулевого термостата и равна ± 0,01°С.

3. Погрешность Q₃ измерения сопротивления при 4-х проводной схеме измерений соответствует основной абсолютной погрешности прибора АСПТ равной, в пересчете на градусы, ± 0,01°С.

Суммарная погрешность измерений для вероятности Р=0.95 составила:

Результаты ресурсных испытаний

Результаты ресурсных испытаний ЧЭ трех групп представлены на диаграммах. Диаграммы представляют собой зависимость отклонения сопротивления R₀, Ом в зависимости от времени испытаний, часы. Для керамических (диаграмма 1), тонкопленочных (диаграмма 2) и каркасных ЧЭ (диаграмма 3) за точку “0” приняты значения R₀ до ресурсных испытаний, значения R₀ — отклонение от первоначального значения R₀.

Диаграмма 1



Диаграмма 2


* Остальные тонкопленочные ЧЭ ведут себя аналогично.

Диаграмма 3


* Остальные каркасные ЧЭ ведут себя аналогично.

Для каркасных ЧЭ представлена дополнительная диаграмма 4 в связи с нестабильным поведением ЧЭ при испытаниях до 755 часов, что обусловлено отсутствием стабилизирующего отжига платины (из-за конструктивного исполнения). Диаграмма 4 представляет собой зависимость отклонения R₀, Ом в зависимости от времени испытаний, часы, после 755 часов ресурсных испытаний; за точку “0” приняты значения R₀ через 755 часов, а значения R₀ — отклонения от этого значения.

Диаграмма 4

Ресурсные испытания в течение 2500 часов ЧЭ трех модификаций для комплектов ТС на температуре верхнего предела рабочего диапазона (180°С) показали, что все исследуемые конструкции отвечают требованиям ГОСТ 6651-94. Однако, использование каркасных ЧЭ 100П возможно только после предварительного стабилизирующего отжига приблизительно в течение 750 часов на температуре 180°С. Стабильность тонкопленочных ЧЭ не хуже стабильности проволочных ЧЭ классической конструкции, что делает весьма привлекательным их применение в ТС, образующих комплект, учитывая их сравнительно малую стоимость и технологичность при монтаже в малогабаритные ТС.

Окончательные выводы о назначении межповерочного интервала можно будет сделать после того, как длительность ресурсных испытаний превысит 10000 часов.