3.3 Измерение температуры

Существуют различные методы измерения температуры: манометрический, терморезистивный, термоэлектрический, оптический и другие. Манометрические термометры и термометры сопротивления не обеспечивают работы при высоких температурах, а бесконтактные методы не очень точные. Для измерения температур 1000-1200 градусов Цельсия больше всего подходят термопары(термоэлектрические преобразователи).

В основу измерения температуры термоэлектрическими термометрами положен термоэлектрический эффект. Явление термоэлектричества было открыто немецким физиком Т. Зеебеком в 1821 г. и состоит в следующем. В замкнутой цепи термоэлектрического преобразователя (термопары), состоящего из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения (спая) проводников имеют разные температуры. Спай, измеряющий температуру t, называется рабочим, а спай, имеющий постоянную температуруt0, — свободным. ПроводникиА и В называют термоэлектродами.

Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов. Происходит диффузия быстрых электронов от горячего конца к холодному, она вызывает появление термо-ЭДС между холодным и горячим спаем, который и является выходным сигналом.

Платинородий-платиновые термопары ТПП и ТПР чаще всего применяются при измерении температур в металлургических печах (до 1600^оС). Они могут работать в окислительных средах. Термоэлектроды изолируются высокочистой оксидной керамикой и помещаются в защитные корундовые (Al₂O₃) чехлы. Необходимо только учитывать, что термопары на основе платины чувствительны к различным загрязнениям, появляющимся при изготовлении, монтаже и эксплуатации [7].

Для измерения температуры футеровки плавильной камеры отражательной печи была выбрана термопара ТПП-Метран 211-02 S(рисунок 3.7). Датчик предназначен для измерения температуры в нейтральных и окислительных газовых средах, не взаимодействующих с материалами термоэлектродов и не разрушающих материал защитной арматуры. Герметичен к измеряемой среде до Pу=0,4 МПа [6]. Основные технические характеристики термопары приведены в таблице 3.1.

Рисунок 3.7 – Термопара ТПП - Метран 211

Таблица 3.1 - Технические характеристики термопары

Диапазон измеряемых температур	0...1300°С (t ном. = 1000°С)
Класс допуска	2
Показатель тепловой инерции	90 с
Нормальная статическая характеристика	S
Рабочий спай	изолированный
Количество чувствительных элементов	1
Материал термоэлектродов	ПР10 ф0,5 мм (+), ПлТ ф0,5 мм (-)
Материал головки	сплав АК12
Материал защитной арматуры	12Х18Н10Т, погружаемая часть - корунд КТВП
Масса	0,73...3,60 кг
Способ крепления на объекте	установка в гнездо
Степень защиты корпуса от воздействия пыли и воды	IP65 по ГОСТ 14254
Климатическое исполнение	У3, Т3 по ГОСТ 15150, при верхнем значении температуры окружающего воздуха до 85°С.
Средний ресурс при номинальной температуре измерения	не менее 6500 ч
Методика поверки	в соответствии с ГОСТ 8.338

Поскольку датчик имеет неопределенный выходной сигнал, требуется использование нормирующего преобразователя, который преобразует его в стандартный сигнал с линейной характеристикой.

Для этих целей был выбран нормирующий преобразователь НП-02-12-S. Нормирующие одноканальные преобразователи НП-02 предназначены для преобразования сигнала активного сопротивления или напряжения постоянного тока в выходной унифицированный токовый сигнал и используются в системах контроля и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности [6].

Преобразователь является:

• по числу преобразуемых входных сигналов - одноканальным;

• по зависимости выходного сигнала от входного - с линейной зависимостью;

• по связи между входными и выходными цепями: с гальванической связью.

Внесен в Госреестр средств измерений под №14285-94.

Преобразователь поддерживает входной сигнал: ТПП НСХ – S, 0...1300 градусов Цельсия, который дает наша термопара (см. выше). Прочие характеристики даны в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Технические характеристики преобразователя

Пределы изменений выходного сигнала	4-20 мА.
Предел допускаемой основной приведенной погрешности	±0,5% от нормирующего значения (16 мА)
индикация	"Преобразователь включен"
Время установления выходного сигнала	1 с
Максимальная перегрузка	25% от диапазона входного сигнала
Электрическое питание	от сети 220 В, 50 Гц
Потребляемая мощность	5 ВА
Габаритные размеры	72х144х180 мм
Исполнение	щитовое
Масса	не более 1,6 кг