30. Температура. Вимірювання температури. Абсолютна температура. Абсолютний нуль температур.

Під час випробувань застосовуються два різних види термоперетво­рювачів – з лінійною та різко нелінійною характеристикою “вхід-вихід” у зоні допустимих температур. Перші використовуються для безперервного вимірювання температури (temperature measurement) або перевищення температури над температурою навколишнього середовища, а інші – для реєстрування факту перевищення температури окремих частин машин більше допустимого значення. Для отримання достовірних результатів необхідно попередньо знати приблизну картину теплового поля електричної машини або трансформа­тора, щоб правильно встановити давачі температури. До вимірювань температури ставляться такі технічні вимоги:

– можливість вимірювань в потрібних точках під час різних теплових режимів роботи;

– внесення мінімальних порушень у теплове коло під час вимірювань;

– можливість виконання дистанційних вимірювань, переважно методами безпосереднього оцінювання;

– незалежність результатів вимірювань від вібрації, електромагніт­них полів та умов навколишнього середовища;

– висока точність вимірювань;

– можливість використання для вимірювань температури простої та стандартної апаратури.

Відповідно до вказаних вимог розглянемо різні методи та способи вимірювання температури.

Температуру окремих частин машини та охолоджувальних середовищ відповідно до нормативних, можна вимірювати методами термопари, опору, закладання давачів температури до вбудованих давачів температури. Метод термопари. У цьому методі термоперетворювач давача температури прикладається до доступних поверхонь зібраної електричної машини. Як термоперетворювач давача можна використовувати термометр розширення, термопару, термометр опору або терморезистор (temperature-sensitive resistor; thermistor). Результат вимірювання показує температуру поверхні в точці прикладання давача температури. Термометри розширення використовуються в основному для вимірювання температури охолоджувальних рідин та газів. При цьому не потрібно використовувати ртутний термометр для вимірювання температури тих частин машини, де є змінні магнітні поля, оскільки змінні магнітні поля наводять у ртуті вихрові струми, які нагрівають її, а це призводить до неправильних показів. Для вимірювання температур нижчих за –50°С застосовуються термопари мідь-констактан (до –270°С) та мідь-копель (до –200°С). Зауважимо, що термопара вимірює не температуру місця установлення спаю, а перевищення цієї температури над температурою протилежної пари електродів, до яких під’єднується вимірювальний прилад, тому під час проведення вимірювань необхідно знати температуру в місці установлення "холодного" спаю або застосовувати в давачі компенсатор температури "холодного" спаю. Термометри опору належать до найбільш точних перетворювачів температури. Платинові термометри опору дозволяють вимірювати температуру з похибкою 0,001°С. Для вимірювання температури використовуються метали (платина, мідь), які мають високостабільний температурний коефіцієнт опору (ТКО) та лінійну залежність опору від температури. Промислові платинові термопари опору використовуються в діапазоні температур від –200 до +650°С, міді – від –50 до +200°С. Величина ТКО в діапазоні температур від 0 до 100°С для платини складає 0,0039, для міді – 0,00427 К-1 Промислові платинові термопари мають опір 10,46 та 100 Ом при 0°С; мідні – 53 та 100 Ом. Збільшення температури чутливого елементу термометра, який розташований в талому льоду, за рахунок нагрівання вимірювальним струмом не повинно перевищувати 0,2°С для платинових термометрів і 0,4°С для мідних з потужністю розсіювання в термометрі 10 мВт. Терморезистори бувають металеві та напівпровідникові. Крім платини та міді для виготовлення терморезисторів використовують нікель та вольфрам. ТКО нікелю в діапазоні температур від 0 до 100°С складає 0,0069, вольфраму – 0,0048 К-1. Основною перевагою нікелю є його відносно високий питомий опір, який має лінійну залежність від температури тільки до +100°С. Мідні та нікелеві терморезистори випускають з литого мікропроводу в скляній ізоляції. Мікропроводові терморезистори герметизовані, високостабільні, мало інерційні та за малих габаритів можуть мати опір близько десятків кОм. Для низькотемпературних вимірювань використовують індієві, германієві та вугільні терморезистори. Напівпровідникові терморезистори відрізняються від металевих меншими габаритами. Їх ТКО має від’ємне значення й зменшується обернено пропорційно квадрату абсолютної температури. Для температури 20°С величина ТКО складає 0,02¸0,08 К-1, що на порядок вище, ніж в металевих терморезисторах. Напівпровідникові терморезистори випускаються у великому асортименті та мають номінальні опори для 20°С від 0,3 до 3300 кОм. Діапазон робочих температур різних терморезисторів складає від –100 до +300°С. Точність вимірювання температури за допомогою напівпровідникових терморезисторів близька до точності вимірювання металевими терморезисторами з дотриманими термінами їх повірки. Розроблені терморезистори з додатним значенням ТКО на базі сегметоелементів, які різко змінюють свій опір за малих змін температури. Такі терморезистори знайшли застосування в пристроях захисту електричних машин від перегріву. З їх допомогою перевіряють перевищення допустимих температур. Критична температура, за якої починається різке зростання опору, складає для різних напівпровідникових терморезисторів з додатним значенням ТКО від +70 до +150°С.Інерційність термопар і термометрів характеризується їх постійною часу. Розрізняють термопари й термометри опору малоінерційні (постійна часу менша або дорівнює 40 с для термопари та 9 с для термометра), середньої інерційності (постійні часу відповідно 60 с та 80 с); великої інерційності (з постійними часу до 3,5 та 4,0 хв) і ненормованої інерційності.Окрему групу складають вимірювачі разової дії, до яких належать теплочутливі фарби й легкоплавкі метали. Ці вимірювачі дозволяють лише дати відповідь на запитання, перевищує температура, що вимірюється, допустиму чи ні. Якщо температура перевищує допустиму, то теплочутлива фарба змінює свій початковий колір, а металевий запобіжник плавиться, порушує контакт у колі вимірювання та сигналізує про недопустиме перевищення температури.