Калибратор температуры своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

При обслуживании оборудования КИП систем автоматики часто возникает необходимость имитировать выходной сигнал датчика с токовым выходом, датчика термосопротивления или датчика с выходным сигналом напряжения. Такая необходимость возникает, например, при пуско-наладочных работах, при выходе из строя датчика и отсутствии резерва, проверке срабатывания схем сигнализации и т.п. Разберем способы имитации наличия сигналов от датчиков с токовыми выходами 0-5, 0-20 или 4-20 мА (с пассивным или активным выходом), датчиков с выходным сигналом напряжения 0-1, 0-5 или 0-10В и датчиков термосопротивления (с двух-, трех- и четырехпроводной схемой подключения).

Имитировать выходной сигнал датчиков с токовым выходом проще всего с помощью специальных калибраторов токовой петли - они позволяют установить любое значение тока с высокой точностью. Если калибратора токовой петли под рукой нет, то задать нужный ток можно либо с помощью переменного резистора (для имитации датчика с пассивным токовым выходом), либо с помощью батареи и переменного резистора (для имитации датчика с активным токовым выходом).

С помощью переменного резистора проще всего имитировать выходной сигнал датчика 4-20 мА. При этом номинал переменного резистора (значение его максимального сопротивления) подбирается исходя из величины напряжения питания (+U пит) на входных клеммах вторичного прибора и минимальной величины тока, которую мы планируем имитировать. Например, при напряжении +U пит равном 24В (величину этого напряжения можно узнать в руководстве по эксплуатации вашего вторичного прибора) и минимальном имитируемом токе 4 мА, нужен резистор сопротивлением не ниже 24В/4мА=6 кОм. Обычно резисторы с номиналом ровно 6 кОм не выпускаются, поэтому берем резисторы на 6,2 кОм из стандартного ряда номиналов или несколько больше. Не будет большой проблемой если вы возьмете резистор и на 10, 22, 51 и т.д. кОм, но в этом случае тяжелее будет установить требуемый ток, так как даже небольшой поворот оси резистора будет приводить к значительному изменению сопротивления и, следовательно, выходного тока.

Необходимо учитывать, что с помощью переменного резистора не очень удобно имитировать датчики с выходом 0-5 и 0-20 мА (но в принципе можно). Особенно значения выходного тока, близкие к 0, в том случае, когда требуется высокая точность задания тока. В этом случае все же лучше применять калибраторы токовой петли.

При использовании резистора в качестве задатчика тока необходимо помнить о том, что при одном из его крайних положений, когда сопротивление резистора равно нулю, ток в измерительной цепи может существенно превышать допустимые 5 или 20 мА. И в некоторых случаях это может привести к выходу из строя или входного канала вторичного прибора (если в нем нет ограничения величины входного сигнала) или другого оборудования, находящегося перед входом вторичного прибора (например, барьеры искро- или взрывозащиты). Для исключения эффекта перегрузки входа рекомендуется последовательно с переменным резистором подключить постоянный резистор. Номинал этого резистора зависит от напряжения +U пит вторичного прибора и величины максимального тока, например, 24 мА. По закону Ома номинал такого резистора будет равен 24В/24мА=1 кОм.

Для имитации токового сигнала датчика с активным выходом кроме переменного резистора потребуется еще и внешний источник питания (батарейка, аккумулятор, блок питания). Величина напряжения данного источника питания не должна быть меньше чем указано в руководстве по эксплуатации на вторичный прибор (возможно ограничение максимальной величины входного тока) и уж тем более величина напряжения источника питания не должна быть больше чем указано в инструкции - иначе можно выжечь вход вторичного прибора.

Полярность включения внешнего источника питания также зависит от схемотехники входного канала вторичного прибора. Поэтому перед подключением прочтите инструкцию на вторичный прибор. Для ограничения максимального тока в цепи также рекомендуется использовать ограничительный постоянный резистор, включенный последовательно с переменным.

Для имитации выходного сигнала датчика с выходным сигналом напряжения 0-1, 0-5 или 0-10В также понадобиться переменный резистор и источник питания (батарейка или АКБ). Но в данном случае резистор подключается параллельно батарейке и выполняет не функцию шунта, а функцию делителя напряжения. Номинал резистора может быть любым, но желательно достаточно большим, чтобы, во-первых, уменьшить величину потребляемого от источника питания тока и, во-вторых, не шунтировать высокое входное сопротивление вторичного прибора. Рекомендуемый номинал переменного резистора от 10 кОм до 200 кОм и более.

Напряжение источника питания (батарейки, АКБ) по возможности должно быть чуть больше чем максимальное значение имитируемого сигнала. При имитации сигнала 0-1В в качестве источника питания рекомендуется использовать одну пальчиковую батарейку или аккумулятор формата АА напряжением 1,5 или 1,2В соответственно. Для сигнала 0-5В - четыре пальчиковых батарейки по 1,5В или аккумулятор на 6В, для сигнала 0-10В - один аккумулятор на 12В.

В качестве задатчика напряжения также можно использовать лабораторный блок питания постоянного тока с регулируемым выходным напряжением в пределах 0-10В.

Имитация подключения датчика термосопротивления для измерения температуры осуществляется с помощью одного переменного резистора. В зависимости от схемы подключения (двух-, трех-, или четырехпроводная) схема подключения будет несколько отличаться. Для имитации работы основных градуировок датчиков термосопротивления 100П, 50П, Pt100, Pt50, Cu100, Cu50, 50М, 100М в диапазоне температур от минус 50 до плюс 300 градусов будет достаточно номинала резистора 220 Ом.

Конкретную схему подключения переменного резистора к входным клеммам вторичного прибора уточняйте в инструкции по эксплуатации вторичного прибора, учитывая, что перемычки, изображенные на рисунке расположенном выше, выполняют роль компенсационной жилы.

В качестве переменных резисторов во всех приведенных выше схемах лучше применять многооборотистые переменные или подстроечные резисторы - в этом случае выставить нужное значение тока или сопротивления будет намного проще. Но как уже говорилось ранее для имитации сигналов от датчиков луччше использовать специальные калибраторы токовой петли, стоимость которых начинается от 6000 руб (Овен РЗУ-420).

Эта страничка была специально создана для развёрнутого описания методики калибровки 0°С для термометра ТЕ-166.

Что даёт калибровка?
Прежде всего, вы будете уверены, что термометр правильно показывает 0 (ноль) градусов цельсия. Однако, калибровка вовсе не обязательна, особенно, если не понимаете зачем она нужна, ведь термометр уже был откалиброван в заводских условиях.

Точность калибровки.
Точность показаний модели ТЕ-166 составляет ±1°С. Разрешение составляет 0,1°С.
Несмотря на калибровку, у каждого термометра имеется "дрейф" показаний. Т.о. с течением времени только что откалиброванный термометр будет менять показания на 0,1°С-0,3°С. Эти флуктуации укладываются в точность прибора и зависят от множества факторов, которые на 99% компенсирует сам прибор: температуры окружающей среды, напряжения питания батареи, относительной влажности окружающего воздуха и т.д. Точность показаний снижается к краям диапазона измерений. Вблизи 300°С точность прибора составит ±3°С.

Что потребуется для калибровки?
Прежде всего, потребуется термос и лёд из морозильника. Акцентируем внимание на том, что стакан, кружка и любые другие ёмкости, кроме термоса, не подходят. Уже было множество случаев, когда люди приносили термометр и говорили, что он неправильно показывает после проведённой калибровки. При этом таким покупателям очень трудно объяснить, что они откалибровали ноль по температуре стенок стакана, а это совсем не 0°С, а, к примеру, +1°С~+3°С. Но это вы сможете увидеть только после того, когда откалибруете термометр с использованием термоса, а затем возьмёте стакан со льдом и попробуете замерить в нём температуру.
Поэтому: возьмите термос и только термос (любой, из металла или стекла). При отсутствии термоса не экспериментируйте и довольствуйтесь заводской калибровкой!

С чего начать? Приготовим сперва воду с температурой 0°С
Откройте кран, включите холодную воду, пролейте 5 литров воды. Зимой температура холодной воды из под крана составляет 3°С~8°С, а летом 9°С~15°С. Поэтому летом потребуется больше льда. В общем случае, потребуется 1 стакан холодной воды. Вода должна закрывать 5-7 см щупа. Добавьте лёд, подождите 3 минуты. Перемешайте лёд с водой. Если льда остальсь мало, добавьте ещё льда. Ждите ещё 3 минуты. На поверхности воды в термосе должны постоянно в течение всего времени калибровки плавать несколько кусков тающего льда. Из курса физики нам известно, что это 0°С. А нам как раз нужна стабильная точка отсчёта 0°С. Вот мы и подошли вплотную к моменту калибровки. Приступим.

Теперь всё готово к калибровке. Поскольку термометр уже откалиброван на заводе, в него вшита "защита от неправильной калибровки" с той простой целью, чтобы он не показывал 0°С при температуре +20°С и, если вы случайно нажмёте кнопку калибровки при комнатной температуре, ничего страшного не случится и термометр не изменит показаний, т.к. термометр можно откалибровать за 1 приём только на 1°С!

Калибровка
Положите щуп в термос так, чтобы он был погружён на глубину 5-7 сантиметров. Ждите 3 минуты. Затем нажмите и удерживайте 2-3 секунды кнопку "CAL"("Калибровка"). Всё, термометр откалиброван. Не вынимая щуп термотра из термоса, перемешайте им плавающий лёд с водой, далее наблюдайте за дрейфом температуры на несколько десятых градусов и, если потребуется, повторите калибровку.

Меры предосторожности при проверке:
Нельзя перегревать сенсор температуры - он гарантированно выйдет из строя. Категорически запрещено держать сенсор на открытом огне, будь то зажигалка, газовая горелка или костёр. Также нельзя касаться стенок металлической посуды, стоящей на огне, даже в том случае, когда внутри посуды налита вода. Нельзя также оставлять термометр, например в мясе, в процессе его непосредственного приготовления, т.е. жарить, держать на огне. В этом случае ваш щуп также может выйти из строя, а без него измерительный блок бесполезен. Ну и, конечно, оберегайте сам измерительный блок от воздействия высокой температуры, пара и воды.

Проверим?
Теперь можно приступать к точным измерениям. Можно изменять температуру жидких неагрессивных жидкостей, а также вязких и сыпучих продуктов. При измерениях нужно учитывать, что термометр - прибор инерционный. Его щуп постепенно приходит в состояние термодинамического равновесия с окружающей средой. Следовательно, чем больше времени вы уделите измерению температуры измеряемой среды, тем точнее будут показания. Т.е., если вы опустите в кипяток предварительно охлаждённый щуп на 10 секунд, показания могут быть 80-90°С. Но в течение 1,5-2 минут вы достигните точности в десятые доли градуса и увидите, к примеру, 99,1°С. Не пугайтесь этого. Во первых, точность прибора составляет примерно 1°С, а к краям диапазона измеряемых температур точность падает примерно ещё больше, вплоть до ±3°С. Во вторых, проверьте, на какой высоте вы кипятите воду, а точнее, при каком давлении. Дело в том, что температура кипения воды, оказывается, зависит от атмосферного давления. Поэтому на высоте Эвереста вы даже яйцо не сварите в кипящей воде. Там температура кипения пресной воды составит всего 82°С! На уровне моря при давлении 760 мм ртутного столба вода кипит при 100°С. Так что запаситесь ещё и барометром для проверки давления. Поправку ±1°С нужно брать от табличных значений, которое стоит напротив атмосферного давления. Ниже мы приводим (в справочных целях) таблицу зависимости температуры кипения пресной воды от атмосферного давления.

Среди электрических обогревателей, которые мы используем в быту, наиболее популярными сейчас становятся инфракрасные нагреватели. Они очень широко рекламируются в Интернете и в газетах. Говорят, что они намного эффективнее масляных радиаторов и тепловентиляторов. Меньше потребляют энергии, не сжигают кислород и т.д. Главное – они совершенно не вредные, никакого отрицательного воздействия на организм человека не оказывают. Далее

Одна моя знакомая отказывается есть пищу, которую кто-то разогрел в микроволновой печи. Всему виной - страшилки в Интернете. Далее

При приготовлении сырого мяса, особенно, домашней птицы, рыбы и яиц необходимо помнить, что только нагревание до надлежащей температуры убивают вредные бактерии. Далее

451 градус по Фаренгейту. Это название знаменитой книги Рэя Брэдбери. На языке оригинала звучит так: ‘Fahrenheit 451: The Temperature at which Book Paper Catches Fire, and Burns’. Действительно ли при этой температуре начинают гореть книги? Далее

Однако если односложный ответ не требуется, и можно ответить развернуто, то при определенных условиях калибратор может приблизиться по функциональности к мере температуры.

Что же такое мера физической величины? Заглянем в последнее издание международного метрологического словаря VIM 2012 г. и найдем определение меры.

3.6 (4.2)

material measure

measuring instrument reproducing or supplying, in a permanent manner during its use, quantities of one or more given kinds, each with an assigned quantity value.

EXAMPLES Standard weight, volume measure (supplying one or several quantity values, with or without a quantity-value scale), standard electric resistor, line scale (ruler), gauge block, standard signal generator,certified reference material.

(перевод) материальная мера

Измерительный инструмент, воспроизводящий или предоставляющий постоянно при его использовании физические величины одного или более типов, которым приписаны определенные количественные значения.

ПРИМЕРЫ: Эталон веса, мера объема (предоставляющая одну или несколько значений величины, со шкалой или без шкалы), эталонный электрический резистор, линейная шкала (линейка), набор калибров, эталонный генератор сигналов, сертифицированный образцовый материал.

В РМГ 29-99 (с изменениями от 04.08.2010) примерно такой же подход:

Мера физической величины (англ. material measure) – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Заметьте, что в примерах VIM нет мер температуры. Есть гири, линейки, резисторы. С измерением температуры, вероятно, все сложнее. Попробуем разобраться, какой инструмент может воспроизводить значение температуры.

Первое, что приходит в голову – температура фазового перехода чистого вещества. Действительно, если изготовить ампулу с чистым металлом и аттестовать ее в лаборатории ВНИИМ, то при хорошем обращении можно с высокой точностью воспроизводить определенное значение температуры плавления/затвердевания. Стандартная неопределенность поверки ампулы войдет в суммарную неопределенность поверки термометров. Самое важное условие – соблюдать необходимую глубину погружения термометров, чтобы не допустить теплоотвода, влияющего на результат измерения.

В нашей стране единого стандарта или руководства по поверке калибраторов нет. Поверка выполняется по методикам, утвержденным при проведении испытаний типа. Методики несложные. В калибратор помещают эталонный термометр, проверяют стабильность температуры (СКО) и отклонение от показаний дисплея (Δt). Кроме того, поднимая термометр или перемещая его из одного отверстия в блоке в другое, оценивают распределение температуры в блоке. В результате получается свидетельство о поверке, в котором есть технические характеристики, но нет конкретного значения воспроизводимой температуры и расширенной неопределенности этого значения. Нет того, что дало бы право назвать калибратор мерой физической величины.

В данной статье я не буду повторять рекомендацию ЕА 10/13, желающие могут скачать с сайта и прочитать оригинал. Важно, что в результате калибровки пользователь должен получить сертификат о калибровке с указанием значения воспроизводимой температуры с расширенной неопределенностью. В рекомендации подробно описан метод оценивания этой неопределенности. Отмечу, что в приложении документа приведен пример, в котором получен результат калибровки. Результат выглядит так: при температуре на дисплее 180 °C, пользователь получит температуру в блоке 180,10 °C ± 0,32 °C.

Привожу краткое изложение советов комитета:

Думаю, что из изложенного понятно, что в том виде, в каком существуют, проходят испытания типа и поверяются калибраторы в России, они мерами температуры называться не могут.

Иногда по телефону звонят метрологи из промышленных предприятий и спрашивают – почему нельзя в блоке калибратора просверлить отверстия 12 мм и поверять там рабочие термометры диаметром 10 мм и длиной 500 мм? Главный аргумент тот, что калибратор прошел испытания типа, значит, соответствует заявленным характеристикам, а в характеристиках есть диаметры 10 мм. Встречаются случаи, когда для поверки термометров в калибратор ставят металлический стакан и засыпают его речным песком. Много вариантов.

Я пока не знаю случаев использования калибраторов температуры как эталонных мер температуры второго разряда, и даже третьего разряда. Калибраторы смогут обеспечить уровень эталонов только в очень жестких условиях. Если с легкой руки поверочной схемы такие случаи будут появляться, то нужен единый нормативный документ, не индивидуальные методики, а стандарт, основанный на международном опыте. Калибратор – это очень удобный прибор, но в использовании очень не простой.

Dry Gin Куратор Танкоград 5935 881

"Как грамотно оттарировать электронный термометр с такой функцией на 20°С?"

С этого вопроса началась тема, которая после некоторого обсуждения привела меня к некоторым размышлениям и очередным планам потратить немножко времени и денег на исследование вопроса. Пока что я не знаю, каков будет результат, но размышления внушают некоторый оптимизм.

Посл. ред. 04 Апр. 21, 17:01 от Dry Gin

Dry Gin Куратор Танкоград 5935 881

Ладно, сформулирую по-другому. Как создать эталонные 20°С, чтобы сунуть датчик термометра в эти 20°С и подкрутить крутилку на шкале термометра этого датчика и выставить 20°С на этом термометре в соответствии с этими эталонными 20°С?))

Daniil Научный сотрудник Бахчисарай 7105 5195

По-моему, температура плавления льда гораздо меньше зависит от давления, чем темепература кипения воды.

Dry Gin Куратор Танкоград 5935 881

Daniil, это да. Но как от нуля выйти на 20? Шкала может быть не линейной. Тем более на NTC-датчике. Да на любом может быть. Вот бы сразу на 20 выйти.

Ну например, в порядке бреда, ацетон кипит при примерно 0.4 от атмосферного.

Посл. ред. 01 Апр. 21, 22:30 от Dry Gin

Daniil Научный сотрудник Бахчисарай 7105 5195

Я думаю, это лишние сложности. Взять хороший ртутный термометр, примотать к его погружной части датчик и проверять при нуле и при 100 градусах.

Dry Gin Куратор Танкоград 5935 881

Взять хороший ртутный термометр, примотать к его погружной части датчик и проверять при нуле и при 100 градусах. Daniil, 01 Апр. 21, 22:37

И что это даст? Мало того, что сам ртутный термометр имеет точность в лучшем случае 0.5°С. А ещё и датчик может по нулю и по ста показать примерно правду, а при двадцати вовсе нет.

Посл. ред. 01 Апр. 21, 22:46 от Dry Gin

Daniil Научный сотрудник Бахчисарай 7105 5195

А ещё и датчик может по нулю и по ста показать примерно правду, а при двадцати вовсе нет. Dry Gin, 01 Апр. 21, 22:42

Так смотреть же по термометру, что датчик показывает при двадцати.
Кстати, в центрах стандартизации и метрологии, или как они сейчас называются, есть отделы, которые специализируются на поверке различных приборов (а точнее - физических величин измеряемых). Можно туда постучаться, как они поверяют. У них готовые методики - железобетонные ещё с Союза.

Посл. ред. 01 Апр. 21, 23:07 от Daniil

yazyaz Доцент москва 1639 732

Мало того, что сам ртутный термометр имеет точность в лучшем случае 0.5°С. Dry Gin, 01 Апр. 21, 22:42

Нормальный ртутный термометр имеет точность 0,1С, их полно на авите, один я на барахолке продаю.
Может, подумать о смене измерительного оборудования - я тарировал штук 10 терморезисторов П50 с головкой Овен - ни на одном не пришлось вводить поправки. Даже когда наращивал провод до 5 м.

Как сделать переделку за полчаса популярного бюджетного цифрового термометра за копейки для контроля нескольких точек.
Понадобилось сделать постоянный контроль температуры в машине в салоне и за бортом.Был под рукой недорогой термометр с Али.Показывает постоянно температуру на ЖК экране.Представляет собой сам корпус с экраном и выносной датчик. Батареек хватает на 1,5 года.Заказывал ранее дополнительно датчики аналогичные для поделок.
Остается всего лишь подключить еще один датчик через переключатель.

Расположить сам цифровой термометр и мини переключатель не составляет особого труда( у каждого в зависимости от марки машины и фантазии).
Так же можно подключать несколько датчиков по этому принципу для контроля температуры например в гараже, в подвале, теплице и т.д.
Добавочный кабель к датчикам особых погрешностей в измерении не дает( вы же не будете тянуть сотни метров)
Кому хочется сделать самому датчик -есть терморезисторы 10К они выглядят как капелька с двумя выводами ( если их использовать из-за небольшой массы будет меньше тепловая иннерционность).

В этом видео рассмотрен способ переделки за полчаса популярного бюджетного цифрового термометра за копейки для контроля нескольких точек.

Метки: термометр, переделка, многозонный

Комментарии 36

у этих термометров точность +/- 5градусов. и время опроса датчика минут 3-5…

молодец! У меня сын в 8 лет такое смастерил! правда с другим термометром, на ЛЕД

УЖ ЕСЛИ ТЕРМОМЕТР ТО ТАКОЙ ДО 4х датчиков bezkz.su/publ/300283-29-1-0-283.html а на ЖК экран замерзнет

Надо сделать а то после ремонта печки, слежу за показаниями, вот не плохо бы знать уличную при этом

Да уж, пост конечно на уровне.
Когда там уже кто-то напишет, как прикрутить светодиод к батарейке?)

или сделает мигалку светодиодом на ардуине )

Встроенным, на 13 пине))

Да уж, пост конечно на уровне.
Когда там уже кто-то напишет, как прикрутить светодиод к батарейке?)

Ну хотя бы на 155 логике переключатель, я бы оценил)))

Можно галетник поставить и кучу датчиков повесить) Температура возле правого переднего колеса, температура возле левого заднего колеса, температура в лючке бензобака, температура в бардачке, полёт фантазии не имеет границ!)

и пассажирам и себе подмышки разложить )))

В период пандемии нужная весч))) взял попутчика а на сиденье у него датчик в ж.у упёрся, херак тумблером и смотришь, не короновирусный ли))))

или вонючку противную вешать, если пассажир фукает, значит обоняние не пропало, значит без короны )

Vasiliy1980

А к галетнику пассатижи приложишь!
Или моторчик и кнопочку.

Vasiliy1980

Красиво пишешь. Тебе сюда точно надо andrik1969 . У него полмашины такими истыкано термометрами.

А зачем это чудо ещё и многозонное?
Там ошибка плюс минус килограмм. Терморезистор он своеобразный.
На термопаре надо нормальный делать.

Это точно, нигода, нигде в хромотографии не применяется терморезистор, как датчик, только термопара.Ни в одном точном тепловом приборе КИП также, только термопара.

Ох, не соглашусь я с вами. Очень широко на производстве применяются терморезисторы, тот же Pt100, например. Всё от конкретных задач зависит. Просто для обеспечения точности и исключения влияния длины проводов, их подключают по трёх- и даже четырех-проводной схеме. А куда тут в китайца третий провод совать?

А я пишу о точности процессов измерения, а то что применяются, конечно, но только не там, где нужна мак.точность.Работаю с нашими, японскими, американскими, швейцарскими прибрами и установками, везде термопары, но это не оценочное измерение в них, а точность задагич, нарастания, поддержания и спада температуры.

Да, может этим и обусловлено, констатирую просто факт по хромотографам шимадзу, кристалл и иже с ними.

а ещё в подобном исполнении существуют термостаты. При совсем детской цене они обладают взрослым функционалом: программируется поправка, режим "нагрев-охлаждение", гистерезиси пр. Все установки пишутся во флеш и не сбрасываются при снятии питания.

кроме того, такие показывающие приборы существуют с подсветкой, эти в темноте же не видно

Вернее это терморегуляторы, термостат, это сам прибор для поддержания постоянной температуры а вот она задается и меняется этим самым терморегулятором.

Андрику надо этот пост скинуть.

Для авто же есть от 12 вольт такие же и сразу с двумя датчиками и двумя линиями цифр.

Читайте также: