Измерительные преобразователи и приборы для измерения температуры

Цель работы:

1. Изучить устройство и принцип действия термопреобразователей сопротивления и термоэлектрических преобразователей.

2. Изучить устройство и принцип действия измерителя-регулятора МТ2.

3. Произвести поверку измерителя-регулятора МТ2.

Общие сведения

Измерительные преобразователи

Для измерения температуры в качестве измерительных преобразователей используются термопреобразователи сопротивления и термоэлектрические преобразователи (термопары).

Принцип действия термопреобразователей сопротивления основан на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры.

Промышленность выпускает термопреобразователи типа ТСМ (медные) и ТСП (платиновые).

Основной частью термопреобразователя сопротивления является чувствительный элемент. Чувствительные элементы термопреобразователей сопротивления изготавливаются из металлической проволоки намотанной бифилярно (для исключения индуктивного сопротивления) на каркас из керамики, слюды или пластмассы. В настоящее время наряду с проволочными чувствительными элементами получили распространение платиновые пленочные чувствительные элементы (тонкая пленка из платины на керамической подложке). Каркас с чувствительным элементом помещается в корпус защитной арматуры.

Статические характеристики термопреобразователей сопротивления стандартизированы (ГОСТ 6651-94). Номинальная статическая характеристика (НСХ) обозначается: 50М; 100М; 10П; 50П; 100П; 500П; 1000П. Число (10, 50, 100, 500, 1000) обозначает сопротивление чувствительного элемента при 0С (Ом), а буква – материал чувствительного элемента (М – медь, П – платина).

Еще одной характеристикой термопреобразователя сопротивления является отношение сопротивления при 100С к сопротивлению при 0С, которое обозначается W₁₀₀.

Медные термопреобразователи имеют W₁₀₀ = 1,428 и W₁₀₀ = 1,426, платиновые термопреобразователи имеют W₁₀₀ = 1,391 (с проволочным чувствительным элементом) и W₁₀₀ = 1,385 (с пленочным чувствительным элементом).

98

Медные термопреобразователи сопротивления можно применять для измерения температуры в диапазоне от –200С до +200С, платиновые – от –260С до +600С.

Достоинством медных преобразователей является невысокая стоимость и линейность статических характеристик, недостатком – ограниченный диапазон измерения и более низкая точность по сравнению с платиновыми.

Основным недостатком платиновых термопреобазователей сопротивления является нелинейность статических характеристик и относительно высокая стоимость. Однако, хорошая воспроизводимость зависимости сопротивления от температуры, химическая стойкость и пластичность платины позволяет создавать высокоточные измерительные преобразователи, что в конечном счете обуславливает их широкое распространение.

Принцип действия термоэлектрических преобразователей основан на термоэлектрическом эффекте (эффект Зеебека), сущность которого заключается в том, что при соединении двух разнородных проводников в месте их соединения возникает ЭДС (термоЭДС), зависящая от рода материала проводников и температуры места соединения. Проводники, образующие термопару, называются термоэлектродами. Место соединения термоэлектродов называется рабочим или горячим спаем. Противоположные концы называются холодными или свободными.

ТермоЭДС, развиваемая термопарой, пропорциональна разности температур горячего спая и холодных концов и для небольшого диапазона температур может быт выражена линейной зависимостью:

(13.1)

где - температура горячего спая; - температура свободных концов; - коэффициент, зависящий от материала термоэлектродов и диапазона температур.

В общем случае НСХ термопар для всего диапазона измерения являются нелинейными и при их использовании для измерения температуры необходимо предусматривать меры по линеаризации.

В качестве термоэлектродов могут использоваться различные материалы и их сплавы. В таблице 13.1 приведены наиболее широко используемые термопары и их основные характеристики (ГОСТ 3044-94).

13.1. Характеристики термоэлектрических преобразователей

Материал термоэлектродов	Обозначение градуировки (НСХ)	Диапазон измерения, С
Хромель-копель	L	-200…+600
Железо-константан	J	-200…+800
Хромель-алюмель	K	-200…+1100
Платинородий (10%)-платина	S	0…+1300