Точность термопар. Как рассчитать общую погрешность измерения системы датчик-прибор

Любые измерительные приборы (термометры, манометры, даже школьные линейки) «врут». То есть не могут показать истинную величину – температуру, давление или длину. По ним можно определить нужную величину только с какой-либо погрешностью. Например, измерить температуру тела обычным ртутным термометром можно только с «разбросом» в ±0,1 °C.

Это класс точности/допуска, он присваивается каждому средству измерения.

Точность датчиков температуры в промышленности также очень важна – в некоторых процессах отклонения в 3-4 °C могут привести к браку продукции. Особенно это критично в современных высокотехнологичных производствах – химическом, металлообработке, машиностроении. В этой статье рассмотрим погрешность термопар, суммарную погрешность связки «датчик-прибор», и как их определить.

ГОСТ 8.585-2001, гармонизированный с IEC 60854, устанавливает для всех выпускаемых номинально-статических характеристик (НСХ) термопар допустимые погрешности в °С. Погрешности для наиболее распространенных НСХ термопар приведены ниже в таблице. Как видно из таблицы, самыми точными являются термопары 1-го класса допуска. Точнее только образцовые датчики, но они очень дорогие.

Для примера рассмотрим погрешность термопары ДТПК444 на основе КТМС 1-го класса допуска при 100 и 800 °C. Смотрим таблицу выше: от -40 до 375 °C термопарам 1-го класса допускается «врать» на ±1,5 °C. Это максимальное отклонение. По факту у термопар на основе КТМС погрешность ниже - буквально доли градуса.

При 800 °C погрешность нужно считать по формуле: ±(0,004 × 800) = ±3,2 °C.

Это также максимальное отклонение. Например, мы выпускаем термопары КТМС со стабилизированными термоэлектродами ХА, у которых на высоких температурах погрешность, как минимум, в 2 раза меньше. А еще они долго служат и не «уплывают».

Но для полного понимания нужно рассчитать погрешность всей измерительной системы: погрешность термопары + погрешность линии связи + погрешность вторичного прибора.

Пример: регулируем температуру в печи. Имеем уже знакомую нам термопару ДТПК444 с кабельным выводом, а в качестве вторичного прибора у нас программируемое реле ПР200 + модуль ПРМ-3 со входами для термопар.

Общая погрешность не будет величиной постоянной, т.к. она зависит от уровня температур в печи, температуры окружающей ПРМ среды, срока службы термопары и т.д. Таким образом, точно мы можем рассчитать лишь максимальное отклонение.

Максимальное отклонение термопары при 800 °C – самой высокой температуре в нашей печи – мы уже рассчитали выше. Погрешность составит ±3,2 °C.

Погрешностью измерительной линии можно пренебречь – ДТПК444 имеет в составе компенсационный кабель ХА. Если прокладывать линию связи медным кабелем, то нужно быть готовым к дополнительным погрешностям, достигающим десятки градусов.

Погрешность вторичного прибора – ПРМ – составляет 0,5 % от всего диапазона измерения ТХА по ГОСТ 8.585. Но весь диапазон -200…1360 °С! А не -40… 900 °C – диапазон измерения термопары ДТПК444.

Считаем: 0,5 % от 1560 = ±7,8 °C.

Получается, что максимальная погрешность всей системы может составить: 7,8 + 3,2 = 11 °C!

Но обращаю ваше внимание: это отклонение при самых неблагоприятных условиях, когда термопара и вторичный прибор по максимуму «врут» в одну сторону. На практике же общая погрешность рассмотренной выше системы даже при максимальных температурах будет 3-4 °C. А может и меньше.

Важно! Если для процесса критична общая погрешность в 11 °C, а нужно 2-3 °C, и это требует подтверждения производителя, – тогда указанная выше связка оборудования не подойдет. Нужно прецизионное оборудование.