
- •Вимірювання температури термоперетворювачами опору Методичні вказівки
- •Основні теоретичні відомості Термоперетворювачі опору
- •Вимірювання опору термоперетворювача лабораторним мостом
- •Логометри
- •Автоматичні мости
- •Перевірка вторинних приладів
- •Послідовність виконання роботи
- •Протокол лабораторної роботи
- •Перевірка автоматичного моста
- •Контрольні запитання
- •Література
- •Вимірювання температури термоперетворювачами опору Методичні вказівки
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=0оС;
– відношення опорів ТО при температурах
t і 0оС
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.