Единицы | бар | мм рт.ст. | мм вод.ст. | атм (физич.) | кгс/м2 | кгс/см2 (технич. атм.) | Па | кПа | Мпа |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 бар | 1 | 750.064 | 10197,16 | 0.986923 | 10.1972 ∙ 103 | 1,01972 | 105 | 100 | 0.1 |
1 мм рт.ст. | 1.33322 ∙10-3 | 1 | 13,5951 | 1.31579 ∙10-3 | 13,5951 | 13.5951 ∙10-3 | 133.322 | 133.322 ∙10-3 | 133.322 ∙10-6 |
1 мм вод.ст. | 98.0665 ∙10-6 | 73.5561 ∙ 10 -3 | 1 | 96.7841 ∙10-6 | 1 | 0.1∙10-3 | 9.80665 | 9.80665 ∙10-3 | 9.80665 ∙10-6 |
1 атм | 1.01325 | 760 | 10.3323 ∙103 | 1 | 10.3323∙ 103 | 1.03323 | 101.325 ∙ 103 | 101.325 | 101.325 ∙10-3 |
1 кгс/м2 | 98,0665 ∙10-6 | 73.5561 ∙ 10 -3 | 1 | 96.7841 ∙10-6 | 1 | 0.1∙10-3 | 9.80665 | 9.80665 ∙10 -3 | 9.80665 ∙10-6 |
1 кгс/см2 | 0,980665 | 735.561 | 10000 | 0.967841 | 10000 | 1 | 98.0665 ∙ 103 | 98.0665 | 98.0665 ∙10-3 |
1 Па | 10 -5 | 7.50064 ∙10-3 | 0,1019716 | 9.86923 ∙10-6 | 101.972 ∙ 10-3 | 10.1972 ∙10-6 | 1 | 10 -3 | 10 -6 |
1 кПа | 0.01 | 7.50064 | 101,9716 | 9.86923 ∙10-3 | 101.972 | 10.1972 ∙10-3 | 103 | 1 | 10 -3 |
1 МПа | 10 | 7.50064 ∙103 | 101971,6 | 9.86923 | 101.972 ∙103 | 10.1972 | 106 | 103 | 1 |
К системе СИ относятся: Инженерные единицы:
Бар
1 бар = 0,1 Мпа 1 мм рт.ст. = 13.6 мм вод.ст.
1 бар = 10197.16 кгс/м2 1 мм вод.ст. = 0.0001кгс/см2
1 бар = 10 Н/см2 1 мм вод.ст. = 1 кгс/м2
1 атм = 101.325 ∙ 103 Па
Па
1 Па = 1000МПа
1 МПа = 7500 мм. рт. ст.
1 МПа = 106 Н/м2
В качестве чувствительного элемента (ЧЭ) был выбран кварцевый пьезоэлектрический термочувствительный резонатор РКТ206, использование которого позволило реализовать многоканальное высокоточное измерение частоты по беспроводной связи. В цилиндрическом корпусе резонатора РКТ206 2х6 мм установлен низкочастотный пьезоэлемент изгибных колебаний камертонного типа (рис. 1) с чувствительностью к изменению температуры 59 ppm/°C. На ветки пьезоэлемента методом терморезистивного вакуумного напыления нанесена электродная система, которая используется как для возбуждения механических резонансных колебаний веток камертона, так и для съема знакопеременного частотного электрического сигнала.
Кварцевый пьезоэлектрический термочувствительный резонатор обладает высокой разрешающей способностью на уровне 0,0005 °C, которая ограничивается шумами схемы авто¬генератора и разрешающей способностью частотомера, высокой долговременной стабильностью кварца и низким энергопотреблением (единицы мкА), что является определяющим для системы коммерческого учета.
Преобразователь ППТК-01, пред-ставленный на рис. 2, состоит из прочного латунного корпуса, внутри которого размещены РКТ206 и электронная плата автогенератора (рис. 3). Коэффициенты функции преобразования хранятся в энергонезависимой памяти самого преобразователя.
Для определения долговременной стабильности преобразователя ППТК-01 были проведены много-дневные испытания, цель которых состояла в оценке изменения точностных характеристик преобразователя, находящегося при температуре, близ-кой к верхней границе диапазона измерения (около плюс 85 °C), без подключения к источнику питания.
Рис. 1. Пьезоэлемент камертонного типа |
Рис. 2. Преобразователь ППТК-01 |
Рис. 3. Резонатор РКТ206 с электронной платой автогенератора |
Для проведения испытаний использовано следующее оборудование: термостат жидкостный ТВП-6 (теплоноситель - вода), платиновый термометр ПТСВ-4-2 с эталонным первичным прецизионным измерителем температуры МИТ8.03, сушильный шкаф с установленной температурой плюс 85 °C, система градуировки и калибровки преобразователей ППТК-01, разработанная холдингом «Теплоком».
На первом этапе испытаний была проведена градуировка преобразователей ППТК-01 по четырем температурным точкам. Значения показаний эталонного платинового термометра ПТСВ-4-2: +22,421 °C; +45,283 °C; +70,287 °C; +90,244 °C. Полученные по результатам градуировки значения коэффициентов функции преобразования были записаны в энергонезависимую память преобразователей. Результаты последующей первичной калибровки преобразователей на температуре +54,922 °C (здесь и в дальнейшем по показаниям эталонного платинового термометра ПТСВ-4-2) приведены в табл. 1.
Эталон T,oC |
№ 0 |
№ 1 |
№ 2 |
№ 3 |
№ 4 |
№ 5 |
№ 6 |
54,922 |
54,924 |
54,957 |
54,924 |
54,926 |
54.934 |
54.93 |
54.937 |
0,002 |
0,035 |
0,002 |
0,004 |
0,012 |
0,008 |
0,015 |
|
Эталон T,oC |
№ 7 |
№ 8 |
№ 9 |
№ 10 |
№ 12 |
№ 13 |
№ 14 |
54,922 |
54,936 |
54,927 |
54,933 |
54,932 |
54,931 |
54,93 |
54,921 |
0,014 |
0,005 |
0,011 |
0,01 |
0,009 |
0,008 |
-0,001 |
|
Эталон T,oC |
№ 15 |
№ 16 |
№ 17 |
№ 18 |
№ 19 |
№ 20 |
№ 21 |
54,922 |
54,926 |
54,924 |
54,928 |
54,926 |
54,928 |
54,925 |
54,928 |
0,004 |
0,002 |
0,006 |
0,004 |
0,006 |
0,003 |
0,006 |
|
Эталон T,oC |
№ 22 |
№ 23 |
№ 24 |
№ 25 |
№ 26 |
№ 27 |
№ 28 |
54,922 |
54,936 |
54,922 |
54,929 |
54,93 |
54,939 |
54,933 |
54,927 |
0,014 |
0 |
0,007 |
0,008 |
0,017 |
0,011 |
0,005 |
Эталон T,oC |
Преобразователи по номерам |
|||||
№ 2 |
№ 3 |
№ 6 |
№ 7 |
№ 10 |
№ 15 |
|
20,54 |
20,528 |
20,584 |
20,48 |
20,398 |
20,437 |
20,553 |
40,48 |
40,45 |
40,512 |
40,421 |
40,315 |
40,365 |
40,472 |
70,30 |
70,26 |
70,315 |
70,25 |
70,116 |
70,185 |
70,255 |
86,86 |
86,8 |
86,852 |
86,808 |
86,666 |
86,732 |
86,748 |
Эталон T,oC |
Преобразователи по номерам |
|||||
№ 20 |
№ 22 |
№ 24 |
№ 25 |
№ 27 |
№ 28 |
|
20,54 |
20,452 |
20,514 |
20,555 |
20,5 |
20,502 |
20,506 |
40,478 |
40,377 |
40,427 |
40,497 |
40,409 |
40,421 |
40,421 |
70,30 |
70,201 |
70,241 |
70,274 |
70,198 |
70,221 |
70,236 |
86,86 |
86,754 |
86,741 |
86,837 |
86,755 |
86,760 |
86,766 |
Как видно из результатов, для всех преобразователей погрешность не превышает ±0,05 °C.
На следующем этапе испытаний отградуированные преобразователи помещались в сушильный шкаф с установленной температурой плюс 85 °C и периодически извлекались для проведения калибровки в четырех-пяти температурных точках. Всего было проведено 6 калибровок с выдержкой в сушильном шкафу в течение 2300, 4000, 7000, 10000, 19 000 и 38 800 часов.
В целях сокращения объема статьи в табл. 2 приводятся результаты последней калибровки первичных преобразователей температуры кварцевых ППТК-01, после 38800 часов пребывания при температуре плюс 85 °C (дата: 26.12.2018).
Приведенные в этой таблице гистограммы позволяют судить о характере изменения погрешности на каждой из температурных точек, выбранных для калибровки, с течением времени пребывания каждого из преобразователей под воздействием температуры плюс 85 °C.
Для отдельно взятого преобразователя, например № 20, характер изменения погрешности для каждой из точек калибровки иллюстрируют графики на рис. 4.
Выдержка кварцевых преобразователей температуры ППТК-01 при повышенной температуре плюс 85 °C в течение 38 800 часов (53 месяца), при средней продолжительности отопительного сезона 7,5 месяцев позволила смоделировать работу преобразователей в течение 7 лет при максимальной температуре теплоносителя отопительной системы. При этом из выборки N = 12 шт. максимальная погрешность измерения температуры составила 0,196 °C, среднее значение - 0,031 °C, СКО = 0,0385 °C, уход ноля резонаторов происходит в одну сторону, соответственно разность показаний между соседними преобразователями в среднем не превышает ±0,042 °C, что подтверждает долговременную стабильность кварцевых пьезоэлектрических термочувствительных резонаторов РКТ206 на уровне пленочных платиновых терморезисторов и более высокую разрешающую способность.
В 2019 году ООО «СКТБ ЭлПА» освоен выпуск нового высокотемпературного рамочного термочувствительного резонатора в корпусе размером 2,5 х 6,2 х 0,6 мм, для SMD-монтажа, внешний вид которого представлен на рис. 5.
Корпус этого термочувствительного резонатора выполнен из монокристаллического кварца того же среза, что и сам камертонный пьезоэлемент. Детали корпуса и пьезоэлемент соединены между собой легко-плавким стеклом, которое обеспечивает вакуумплотное соединение в широком диапазоне температур: от криогенных до +300 °C.
Кварцевые чувствительные элементы обладают высокой радиационной стойкостью, долговременной стабильностью, за счет частоторезонансной системы возбуждения - высокой разрешающей способностью. Кроме того, тенденция к уменьшению размеров кварцевых резонаторов, производство их групповыми методами по технологии МЭМС делают кварцевые чувствительные элементы и микроэлектронные приборы на их основе перспективными для более широкого применения не только в научно-технологических целях, но и в общепромышленной сфере.