СИТ для испытаний при температуре

[VadiLaMa 0]

Добрый день!

Текст немного не отформатирован, формулы не отображаются, если нужно, можно скачать прикрепленный файл Microsoft Office Word 2003

Прошу оказать помощь в подборе средств измерительной техники для проведения испытаний материалов при повышенных температурах.

Приведу пример применяемых СИТ, входящих в систему измерения температуры на нашем предприятии и на соседнем:

1. Термопара ТП

Используются термоэлектрические преобразователи типа ТХА (К) 1-го класса по ГОСТ 6616-94 (тип К 1-го класса Стандарт МЭК 60584-1:2016). Рабочий диапазон до 1000 °С. Предел допускаемого отклонения в диапазоне от 20 °С до 375 °С не более ± 1,5 °С; в диапазоне от 375 °С до 1000 °С не более ± 0,004×t.

2. Компенсационные провода КП

Используются провода из сплавов, отличных от сплавов проволоки ТП. Допустимые отклонения для провода типа КС класса допуска 2 ± 100 мкВ, что соответствует ± 2,5 °С при t = 900 °С Стандарт МЭК 60584-3:2016.

3. Холодный спай ТП (свободный конец) ХС

Для создания постоянной температуры свободных концов ТП используется бак с двумя отделениями. Во внутреннем баке с маслом смонтированы свободные концы компенсационных проводов. Во внешнем баке циркулирует техническая вода. Конструкция бака холодного спая позволяет минимизировать изменения температуры свободных концов в течении времени испытания.

Для определения температуры свободных концов ТП определяется  температура масла в баке холодного спая, в котором смонтированы концы компенсационных проводов.

Температура свободных концов ТП определяется по термометру стеклянному ртутному типа ТЛ-2 по ГОСТ 215-73. Диапазон измерения температур от 0 °С до 50 °С, предел допускаемой погрешности измерения ± 1 °С. 

4. Прибор регистрирующий ПР

Используется потенциометр переносной постоянного тока типа ПП-63 в рабочем диапазоне от 0 мВ до 50 мВ. Погрешность измерения рассчитывается в вольтах по формуле в паспорте. При переводе в градусы Цельсия на разных температурах будут разные значения погрешности. Наибольшее значение погрешности при t = 1000 °С составляет D (здесь и далее - дельта, абсолютная погрешность) = ± 1,2 °С. 

Основные требования к проведению испытаний при повышенных температурах по ГОСТ 10145:

1. Холодный спай (свободный конец) термопары в процессе испытаний должен иметь постоянную температуру.

2. Допустимые предельные отклонение от заданной температуры в любой момент времени испытания в любой точке расчетной длины образца

Диапазоны температур при длительных испытаниях,°С                  Допустимое отклонение от заданной температуры, °С

до 600                                                                                                         ± 3

от 600 до 900                                                                                             ± 4

от 900 до 1200                                                                                           ± 6

Расчет суммарной погрешности измерения температуры производим по формуле:

не отображается, приведен в прикрепленном файле Microsoft Office Word 2003

Пример расчета суммарной погрешности измерения температуры испытания равной, например, 890 °С:

не отображается, приведен в прикрепленном файле Microsoft Office Word 2003  Полученное значение 4,65 °С

Допустимое отклонение в диапазоне от 600 °С до 900 °С составляет ± 4 °С. Таким образом метрологические характеристики существующих СИТ, не только не обеспечивают запас по точности для достоверности регистрируемых значений температуры испытания, но их суммарная погрешность измерения превышает допустимые отклонения от температуры испытания. Я даже не говорю когда для удобства и оперативности регистрирующий прибор класса 0,05 (D = ± 1,2 °С) заменяют на регистраторы технологические, например РМТ 49D пр-ва НПП «ЭЛЕМЕР», у которого только основная приведенная погрешность более 0,5%, что на диапазоне 1000 °С составляет ± 5 °С.

Но есть ещё один интересный момент. В ОСТ1 90092-79 «Клеи. Метод определения длительной прочности на сдвиг при растяжении» в разделе 1 «Оборудование для испытания» есть следующие указания:

П.1.6. «Контроль температуры на образце… осуществляют термопарой ГОСТ 6616 с потенциометром класса 0,05…». Нет никаких требований к классу термопар, а соответственно и их допустимым отклонениям на измерение температуры.

П.1.7. Термопары должны систематически поверятся по образцовой термопаре второго разряда…». Явное указание на то, что речь идет о термопарах второго класса (согласно поверочным схемам)!

 

Из всего этого образовались вопросы:

1. Каким образом проводить контроль температуры испытания с выполнением требований ГОСТ 10145, используя существующее оборудование? Оборудование было закуплено и введено в эксплуатацию в те времена, когда выпускались или обновлялись эти самые НД. Никаких новых требований, в части увеличения точности, к испытаниям с тех пор не предъявлялось.

2. Мы сейчас пытаемся снизить погрешность, повысить автоматизацию создания, поддержания и контроля температуры, автоматизировать запись и т.д. Но при замене потенциометра ПП-63 с погрешностью ± 1,2 °С и термометра ТЛ-2 с погрешностью ± 1 °С на микропроцессорный терморегулятор класса 0,2, получаем туже погрешность ± 2 °С. При всех положительных моментах внедрения автоматики, чисто по погрешности измерения температуры испытания, получаем точь в точь ту же картину.   

Расчет суммарной погрешности измерения температуры испытания 890 °С при применении следующих СИТ:

-     удлинительные провода DУП класса допуска 1 с погрешностью ± 60 мкВ, что соответствует ± 1,5 °С при t = 900 °С (Стандарт МЭК 60584-3:2016);

-     прибор регистрирующий DПР - микропроцессорный терморегулятор класса 0,2 (погрешность измерения ± 2 °С);

-     термопары типа К класса 1 Стандарт МЭК 60584-1:2016 :

не отображается, приведен в прикрепленном файле Microsoft Office Word 2003  Полученное значение 4,38 °С

Какие СИТ выбрать для контроля температуры?

3. Может, есть специалисты, которые внедряли у себя подобные системы и производили расчеты погрешности измерения, поделитесь опытом, пожалуйста.

Запрос о подборе СИТ для испытаний при темепратуре.doc

[boss 418]

В ‎13‎.‎02‎.‎2018 в 21:36, VadiLaMa сказал:

4. Прибор регистрирующий ПР

Используется потенциометр переносной постоянного тока типа ПП-63 в рабочем диапазоне от 0 мВ до 50 мВ. Погрешность измерения рассчитывается в вольтах по формуле в паспорте. При переводе в градусы Цельсия на разных температурах будут разные значения погрешности. Наибольшее значение погрешности при t = 1000 °С составляет D (здесь и далее - дельта, абсолютная погрешность) = ± 1,2 °С. 

  pasport_potenciometra_pp63.pdf

В ‎13‎.‎02‎.‎2018 в 21:36, VadiLaMa сказал:

3. Холодный спай ТП (свободный конец) ХС

...  Температура свободных концов ТП определяется по термометру стеклянному ртутному типа ТЛ-2 по ГОСТ 215-73. Диапазон измерения температур от 0 °С до 50 °С, предел допускаемой погрешности измерения ± 1 °С. 

Температуру свободных концов нужно измерять термометром ТЛ-4 (№1 с диапазоном от -30 до +20 °С) и обязательно вводить поправку на выступающий столбик:  https://metrologu.ru/topic/23032-расчет-по-термопарам/?do=findComment&comment=226647

В ‎13‎.‎02‎.‎2018 в 21:36, VadiLaMa сказал:

2. Компенсационные провода КП

Используются провода из сплавов, отличных от сплавов проволоки ТП. Допустимые отклонения для провода типа КС класса допуска 2 ± 100 мкВ, что соответствует ± 2,5 °С при t = 900 °С Стандарт МЭК 60584-3:2016.

Компенсационные провода  - да, лучше использовать класса допуска 1 или откалибровать (в хорошем смысле) так, как это приведено, например, здесь: https://metrologu.ru/topic/23526-компенсационные-провода/?do=findComment&comment=170611  Там же можно посмотреть и  ГОСТ 30409 «Преобразователи термоэлектрические. Удлинительные и компенсационные провода. Допуски и система идентификации»: https://metrologu.ru/topic/23526-компенсационные-провода/?do=findComment&comment=170292

Хорошим решением может стать применение кабельных ТП без удлинительных проводов...

В ‎13‎.‎02‎.‎2018 в 21:36, VadiLaMa сказал:

1. Термопара ТП

Используются термоэлектрические преобразователи типа ТХА (К) 1-го класса по ГОСТ 6616-94 (тип К 1-го класса Стандарт МЭК 60584-1:2016). Рабочий диапазон до 1000 °С. Предел допускаемого отклонения в диапазоне от 20 °С до 375 °С не более ± 1,5 °С; в диапазоне от 375 °С до 1000 °С не более ± 0,004×t.

Ну, если вы хотите получить качественные измерения, придется выбрать ТП с НСХ ПП(S)...   А то ведь о методических нюансах измерения собственно температуры в изделии - еще и не говорили...

В ‎13‎.‎02‎.‎2018 в 21:36, VadiLaMa сказал:

 повысить автоматизацию создания, поддержания и контроля температуры, автоматизировать запись и т.д.

Неужто на поток чего-то поставили?  Во-от, наверное, золотая жила-а...

Изменено 21 Февраля 2018 пользователем boss

[VadiLaMa 0]

boss, благодарю за комментарии и информацию, завтра почитаю, разберусь.

[VadiLaMa 0]

В 13.02.2018 в 22:49, boss сказал:

По формуле в паспорте для НСХ ТП ХА(К) при t = 1000 °С абсолютная погрешность измерения ТЭДС составит Δ = ±0,0012 °С (±0,046 мВ)

Как Вам удалось получить столь мизерное значение погрешности в градусах Цельсия?

1000 °С соответствует 41,276 мВ, 1001 °С - 41,315 мВ, соответственно 1 °С равен 0,039 мВ, как видно, даже без подсчётов, погрешность равная ±0,046 мВ больше 1 °С.

[boss 418]

17 часов назад, VadiLaMa сказал:

Как Вам удалось

Чей-то обшибся, однако. Подтер предыдущее сообщение

[VadiLaMa 0]

В 13.02.2018 в 22:49, boss сказал:

А то ведь о методических нюансах измерения собственно температуры в изделии - еще и не говорили...

boss, если Вас не затруднит, опишите пожалуйста, что Вы имеете ввиду. Или "отошлите" в нужную ветку. Спасибо.

[boss 418]

11 часов назад, VadiLaMa сказал:

 что Вы имеете ввиду.

характеристики технологического оборудования (печи): вид нагрева (электро, газ), количество зон регулирования, тип регулятора, расположение нагревателей, габариты изделия по отношению к полезному объему, градиент температуры в печи, периодичность контроля ТП, использование защитного чехла для ТП, материал изделия, расстояние от изделия до ТП и т.д.   Все эти параметры влияют на точность измерения и поддержания температуры.

[VadiLaMa 0]

Понял, спасибо за полный перечень необходимых параметров. Наверное, нужно было всё изначально описать. Не подумал.

1. Мы проводим испытания материалов на разрыв при повышенной температуре и на длительную прочность. Испытываем образцы, длина рабочей части которых, как правило, 25 мм. ГОСТ на испытания требует контролировать образцы такой длины в двух крайних точках рабочей части. Поэтому с обоих концов рабочей части образца плотно привязываем 2 термопары шнурами из асбоволокна. При этом, горячий спай ТП плотно прилегает к телу образца, после чего полностью запаковываем горячий спай, наматывая на него в несколько слоёв шнур асбоволокна для теплоизоляции.

2. В печи испытательной машины смонтированы два отдельно регулируемые электронагревателя (проволока из фехрали/нихрома, намотанная на трубу), образец устанавливается внутрь трубы, посередине печи. Высота печи 900мм, длина всего образца 60-80мм, рабочая часть 25-40мм. Среда: воздух. Термопара: на термопарные провода нанизаны бусы чешуйчатые керамические по всей длине термопары. Горячий спай выступает за бусы на 1,5-2 витка, на свободные концы надеты трубки ПХВ.  Контроль температуры образца в 2 точках и разницу между 2-я ТП контролируем ежеминутно или раз в 5-10 минут, в зависимости от загрузки оборудования и лаборантов. Согласно ГОСТ, достаточно контролировать 1 раз в 2 часа, при условии, что печи испытательных машин поддерживают заданную температуру с точностью до +- 3 градуса Цельсия до 600 градусов и т.д. В паспорте на печь машины указано, что температурная константа составляет 2 градуса во всём диапазоне. Но машины старые и кто их знает, вдруг будет сбой и испытание приведёт к браку образца.

3. Для снижение загрузки лаборантов и обеспечения ежесекундного (безостановочного) контроля и поддержания заданной температуры во время всего испытания (стандартные базы: 40, 50 и 100 часов) мы вводим автоматизацию этого процесса (писал об этом выше). К сожалению класс приборов 0,2, которые мы можем себе позволить, не позволяет снизиться до требуемых пределов погрешности. Разница между приборами классов 0,2 и 0,1 доходит до 10 раз, а нам необходимо оборудовать терморегуляторами 25 машин. Такие суммы никто не выделит.

Поэтому думаю, что можно выжать из такой ситуации.