Міністерство освіти, науки, МОЛОДІ ТА СПОРТУ України

Національний університет “Львівська політехніка”

Вимірювання температури термоперетворювачами опору Методичні вказівки

для самостійної підготовки та інструкція

до лабораторної роботи № 03

з основ автоматики і автоматизації

для студентів технологічних спеціальностей ІЕСК, ІХХТ, ІБІД

Затверджено

на засіданні кафедри

автоматизації теплових та

хімічних процесів

Протокол № 1 від 30.08.2012 р.

Львів – 2012

Вимірювання температури термоперетворювачами опору: Методичні вказівки для самостійної роботи та інструкція до лабораторної роботи № 03 з основ автоматики та автоматизації для студентів технологічних спеціальностей ІЕСК, ІХХТ, ІБІД /Укладачі: В.П. Кореньков, Г.Б. Крих, Г.Ф. Матіко. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2012. – 17с.

Укладачі: Г.Б.Крих, канд. техн. наук, доцент,

В.П. Кореньков,

Г.Ф. Матіко, канд. техн. наук

Відповідальний за випуск: Є. П. Пістун, д-р техн. наук, професор

Рецензенти: І.Д. Стасюк, канд. техн. наук, доцент,

Я.П.Юсик, канд. техн. наук, доцент.

Мета роботи: ознайомлення із способами вимірю­вання температури за допомогою термоперетворювачів опору та відповідними вторинними приладами, їх конструктивними особливостями та методами їх перевірки.

Необхідна підготовка: знання основних методів вимірювання температури, зокрема принципу дії і конструкцій термоперетворювачів опору, а також вторинних приладів: логометрів та мостів.

Основні теоретичні відомості Термоперетворювачі опору

Вимірювання температури термоперетворювачами опору (ТО) базується на залежності електричного опору провідників або на­півпровідників від температури. Знаючи залежність опору термо­перетворювача від температури, можна, вимірюючи його опір, визначити температуру середовища, в якому він знаходиться.

Термоперетворювач опору складається з чутливого елементу, за­хисної арматури і головки перетворювача із затискачами для підключення чутливого елементу і з'єднувальних провідників.

До матеріалів, з яких виготовляють чутливі елементи термоперетворювачів опору, висувають такі основні вимоги [1]:

• висока відтворюваність значень електричного опору в ін­тервалі робочих температур;

• висока чутливість, яка характеризується температурним коефіцієнтом електричного опору, тобто відносною зміною опору матеріалу чутливого елемента при зміні температури на 1 ^оС;

• хімічна інертність до вимірюваного середовища;

• великий електричний питомий опір; чим більше питомий опір, тим менше матеріалу потрібно для одержання початкового опору термоперетворювача.

Термоперетворювачі опору поділяють :

• за способом контакту із вимірюваним середовищем – на занурені і поверхневі;

• за умовами експлуатації – на стаціонарні і переносні;

• за захищеністю від дії навколишнього середовища – на звичайні, пилозахищені, захищені від агресивного середовища, вибухобезпечні;

• за герметичністю до вимірюваного середовища – на герме­тичні і негерметичні;

• за стійкістю до механічної дії – на звичайні і вібростійкі;

• за кількістю чутливих елементів для вимірювання темпе­ратури в одній зоні – на одинарні та подвійні;

• за кількістю зон – на однозонні і багатозонні;

• за класами точності та класами допусків, що характери­зують допустимі відхилення параметрів номінальних статичних характеристик ТО.

Номінальну статичну характеристику (НСХ) ТО (залежність опору термоперетворювача від температури) розраховують за рівнянням

, (1)

де – опір термоперетворювача при температурі t, Ом; – опір термоперетворювача при t=0^оС; – відношення опорів ТО при температурах t і 0^оС відповідно. Значення вибирають з таблиць ДСТУ 2858-94. Там також на­ведені рівняння для визначення ТО в різних діапазонах температур.

Згідно ДСТУ 2858-94 [2] чутливі елементи термоперетворю­вачів виготовляють з платини (Рt), міді (Сu), нікелю (Ni) і доз­воляють вимірювати температуру в діапазоні від -260 до 850 ^oС (в окремому виконанні до 1100 ^oС).

Для чутливих елементів термометрів опору з найкращого боку себе зарекомендувала платина, яку застосовують у діапазоні від -260 до 850 ^oС. Ретельно виготовлений платиновий

Так, наприклад, для платинового ТО з =1,3910 в діапазоні температур від 0 ^oС до 600 ^оС, визначають за формулою

, (2)

де ; ,

а для мідного ТО з в діапазоні температур від -10 до +200 ^oС

, (3)

де .

Платинові ТО виготовляють із наступними НСХ: 1П, 10П, 50П, 100П, 500П, а мідні ТО – 10М, 50М, 100М. Число в умовному позначенні НСХ відповідає номінальному значенню опору термопе­ретворювача ( ) при 0 ^оС в Ом.

Платинові ТО залежно від призначення і зас­тосування поділять на три групи: еталонні, взірцеві (1-го і 2-го розрядів); робочі (підвищеної точності і технічні). Ета­лонні ТО призначені для відтворення Міжнародної температурної шкали МТШ-90 в інтервалі температур від -259,34 до +630,74 ^oС. Взірцеві ТО 1-го розряду застосовують для перевірки взірцевих ТО 2-го розряду, які в свою чергу призначені для перевірки ро­бочих засобів вимірювання температури. Платинові ТО підвищеної точності застосовують для точних вимірювань температури. Техн­ічні платинові ТО використовують для вимірювання температури в інтервалі від -200 до +650 ^оС. Їх випускають 1-го і 2-го класів допуску.

Конструктивно чутливий елемент платинових ТО виконаний у вигляді спіралі із тонкого дроту, розміщеного в капілярній ке­рамічній трубці, яка заповнена керамічним порошком, що ізолює і фіксує спіраль та унеможливлює замикання між витками дроту.

Чутливий елемент мідного ТО виконують у вигляді безкаркасної безіндуктивної котушки з ізольованого мідного дроту, який покривають фторопластовою плівкою. Чутливий еле­мент розмішують в тонкостінній металевій гільзі, яку запов­нюють керамічним порошком і герметизують.

Встановлення залежності опору чутливого елементу ТО від температури називається градуюванням. В межах однієї НСХ і од­ного класу допуску ТО є взаємозамінними.

Напівпровідникові термоперетворювачі (термістори) виготовляють у вигляді циліндрів, шайб, намис­тин. Для виготовлення їх чутливих елементів використовують ок­сиди заліза, кобальту, магнію, марганцю, титану та інші. Гра­ниці вимірювання температури термісторами від -100 до +300 ^оС. В порівнянні з металевими перетворювачами, напівпровідникові мають більшу чутливість, меншу теплову інерційність. Температур­ний коефіцієнт опору напівпровідникових термоперетворювачів має від'ємне значення (опір зменшується при зростанні темпера­тури). Основний недолік термісторів - нестабільність градуювальних характеристик. Найчастіше їх використовують в термосиг­налізаторах.

Опір термоперетворювача в лабораторній практиці вимірюють за допомогою лабораторного моста. В промисловості застосовують автоматичні мости, логометри, цифрові компенсатори.