10

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой УК

___________ С.Б. Квеско

«______» _____________2011г.

Вдовина Г. А.

Поверка пирометрического милливольтметра

РУКОВОДСТВО К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация»

специальность

Томск - 2011

Лабораторная работа № 6. Поверка пирометрического вольтметра

1. Цель работы:

изучение метода измерения температуры с помощью термоэлектрического преобразователя, а так же практическое изучение методики измерения температуры с помощью термопары и поверки пирометрического милливольтметра и навыков работы с ГОСТ 3044-84.

2.Применяемые приборы и оборудование:

2.1 пирометрический милливольтметр типа Ш4501;

2.2 источник регулируемого напряжения ИРН;

2.3 образцовый вольтамперметр типа М 2044 класса точности 0,2;

2.4 регулирующее устройство;

2.5 магазин сопротивления;

2.6 уровень.

3. Общие сведения:

Термопары относятся к классу термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру (T₁ не равно Т₂), то в цепи протекает электрический ток (рис. 1). Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока.

Рисунок 1. Явление Зеебека

Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов и сплавов.

Таким образом, термопара может образовывать устройство (или его часть), использующее термоэлектрический эффект для измерения температуры. В сочетании с электроизмерительным прибором термопара образует термоэлектрический термометр. Измерительный прибор или электронную измерительную систему подключают либо к концам термоэлектродов (рис. 2,а), либо в разрыв одного из них (рис. 2,6).

Рисунок 2. (а,б) Подключение термопары к измерительному прибору

В местах подключения проводников термопары к измерительной системе возникают дополнительные термоЭДС. В результате их действия на вход измерительной системы фактически поступает сумма сигналов от рабочей термопары и от «термопар», возникших в местах подключения (рис. 3).

Рисунок 3. Принцип работы термопары

Существуют различные способы избежать этого эффекта. Самым очевидным из них является поддержание температуры холодного спая постоянной.

Преимущества термопар

• Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С)

• Большой температурный диапазон измерения: от -200 °C до 2500 °C

• Простота

• Дешевизна

• Надежность

Недостатки

• Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.

• На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.

• зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.

• возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.

• на большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Технические требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94.Стандартные таблицы для термоэлектрических термометров (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.

Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2200°С) в агрессивных средах. Термопары могут обеспечивать высокую точность измерения температуры на уровне ±0,01 С. Они вырабатывают на выходе термоЭДС в диапазоне от микровольт до милливольт, однако требуют стабильного усиления для последующей обработки.

		Материал термоэлектродов				Предель­
Тип термо­пары	Букве­нное обозна чение НСХ*	положительного	отрицательного	Коэффициент термоЭДС, мкв/°С (в диапазоне температур, °С)	Диапазон рабочих температу Р, °с	ная темпе­ратура при кратко­временном приме­нении, С
ТЖК	J	Железо (Fe)	Сплав константен (45% Си + 45% Ni, Мп, Fe)	50-64 (0-800)	ОТ -200 до +750	900
ТХА	К	Сплав хромель (90,5% Ni +9,5% Сг)	Сплав алюмель (94,5% Ni +5,5% Al, Si, Mn, Со)	35-42 (0- 1300)	от -200 до +1200	1300
ТМК	Т	Медь (Си)	Сплав константан (55% Си + 45% Ni, Мп, Fe)	40-60 (0-400)	от -200 до +350	400
ТХКн	Е	Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сг)	Сплав константан (55% Си + 45% Ni, Мп, Fe)	59-81 (0-600)	от-200 до+700	900
ТХК	L	Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сг)	Сплав копель (56% Си + 44% Ni}	64-88 (0-600)	от -200 до +600	800
ТНН	N	Сплав никросил (83,49% № +13,7% Сг + 1,2% Si+ 0,15% Fe + 0,05% С + 0,01% Mg)	Сплав нисил (94,98% Ni + 0,02% Сг + 4,2% Si + 0,15% Fe + 0,05% С + 0,05% Mg)	26-36 (0- 1300)	от -270 до +1300	1300

Примечание: НСХ — номинальные статические характеристики преобразования по международной классификации ТСС

Пирометрический милливольтметр. Описание и рисунок. Шкала милливольтметра градуирована в градусах Цельсия

Пирометрический милливольтметр является измерительным прибором магнитоэлектрической системы и работает в комплекте с термоэлектрическим преобразователем. Для этого его шкала градуируется в °С.

Работа милливольтметра основана на взаимодействии магнитного поля рамки, по которой течет ток, создаваемый термоэлектрическим преобразователем, с магнитным полем постоянного магнита, находящегося в приборе.

Когда по рамке идет ток, он создает свое магнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянного магнита, в результате чего на рамку действует вращающий момент Мвр и рамка поворачивается до тех пор, пока спиральные пружины , расположенные на оси рамки, не закрутятся настолько, что создадут равный по величине, но противоположный по направлению противодействующий момент Мп.

Стрелка прибора, закрепленная на рамке прибора, остановится на определенной отметке шкалы прибора.

В состоянии равновесия Мвр=Мп.

Рабочая схема при измерении температуры предоставлена на рис. 1.

Т.к. ток в цепи термопары, а следовательно и угол отклонения стрелки, зависит от сопротивления этой цепи, то следует градуировать милливольтметр строго при определенном сопротивлении соединительных линий, включающих соединительные провода «а» и «в» (см. рис. 1) и термопару.

Величина этого сопротивления Rвн указывается либо на щитке милливольтметра, либо в паспорте на него.

В зависимости от типа термометра оно равно либо 5 Ом, либо 15 Ом.

На показания милливольтметра влияют:

1. Изменение температуры свободных концов термопары.

2. Изменение сопротивления в измерительной цепи милливольтметра с изменением температуры.

В связи с этим в схему милливольтметра включается компенсатор температуры свободных концов, в результате чего милливольтметр показывает температуру, отсчитываемую от t=0°С.

Чтобы исключить влияние температуры на сопротивление внешней цепи =, рекомендуется проводить измерение нормальных условий или вводить поправку.

Основная допустимая погрешность милливольтметра характеризуется его классом точности 1; 1,5 или 2.