30. Газовые манометрические термометры.

Манометрические термометры. Манометрические термометры предназначены для дистанционного измерения температуры газов (воздуха, аммиака, углекислого газа, сероводорода, метана и др.), паров жидкостей.

К преимуществам манометрических термометров по сравнению с аналогичными преобразователями другого принципа действия относят возможность дистанционного измерения параметров без использования источников дополнительной энергии; простоту конструкции и большую надежность при эксплуатации; равномерность шкалы; взрывобезопасность; отсутствие чувствительности к внешним электромагнитным полям.

Манометрические термометры (рис.5) состоят из герметично замкнутой термосистемы (термобаллон, соединительный дистанционный капилляр, упругий чувствительный элемент) и показывающего или записывающего устройства. В зависимости от заполнителя термосистемы манометрические термометры изготовляют трех видов: газовые - с азотом; жидкостные - с полиметилсилоксановыми жидкостями; конденсационные (парожидкостные) - с ацетоном, метилом, хлоридом фреона.

Рис.5. Схема устройства манометрического термометра:

1 -термобаллон; 2 - хвостовик; 3 - капилляр; 4 - манометрическая трубка (пружина); 5 - зубчатое колесо, соединенное со стрелкой; 6 - спиральная пружина, служащая для устранения люфта в зубчатом зацеплении; 7 - тяга; 8 - зубчатый сектор.

31. Термоэлектрические термометры. Конструкция. Принцип действия. Градуировки. Вторичные приборы.

Первичным преобразователем термоэлектрического термометра служит термопара, состоящая из двух разнородных проводников. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте, т.е. на возникновении в замкнутой цепи из двух разнородных проводников электрического тока, в том случае если места спаев имеют разную температуру [1].

t₀

A B

t

Рис 1. Термоэлектрическая цепь из двух разнородных

проводников

Спай с температурой t называется горячим или рабочим, спай с температурой t₀- холодным или свободным, а проводники А и В - термоэлектродами. (рис. 1)

Термоэлектри­ческий эффект объясняется наличием в металле свободных элек­тронов, число которых в единице объема различно для разных металлов.

Электрическое поле, возникающее в месте соприкосновения проводников, препятствует диффузии электронов, и, когда скорость диффузии электронов станет, равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводниками возникает некоторая разность потенциалов, а следовательно, и ТЭДС. Таким образом, термоЭДС (ТЭДС) является функцией двух переменных величин, т.е. Е_АВ (t,t₀).

Поддерживая температуру спаев t₀ постоянной, получим

Е_АВ (t,t₀)=f (t).

Это означает, что измерение температуры t сводится к определению ТЭДС термопары. ТЭДС не меняется от введения в цепь термопары третьего проводника, если температуры концов этого проводника одинаковы. Следовательно, в цепь термопары можно включать соединительные провода и измерительные приборы.

E_AB(t,to) = f(t), (*)

где f(t)=f₁(t) - const.

Таким образом, если для данной термопары экспериментально, т.е. путем градуировки, найдена последняя зависимость (*), то измерение неизвестной температуры сводится к определению т.э.д.с. термопары, которая невелика (0,01-0,06 мВ на 1 ^оС), но все же достаточна для измерения посредством измерительного прибора.

Для измерения ТЭДС в комплектах термоэлектрических термометров применяют милливольтметры и потенциометры.

Градуировкой называется операция, в ходе которой делениям шкалы прибора придаются значения, выраженные в установленных единицах измерения.

32. Методика измерения температуры термопары в комплекте с милливольтметром.

33. Способы компенсации изменения температуры свободных спаев. Мостовая схема автоматической компенсации.

Для устранения влияния изменения температуры окружающей среды на величину возникающей т.э.д.с. свободные концы термопары термостатируют или применяют специальные компенсирующие устройства.

Термопары, как правило, градуируются при температуре свободного спая t_o=0 ^oC. В действительности же температура холодных спаев термопары отличается от 0 ^оС, поэтому для нахождения действительной температуры вводят поправку по уравнению:

E_AB(t,t_o) = E_AB(t,t_o)  E_AB(t_o,t_o),

где E_AB(t,t_o) - т.э.д.с., развиваемая термопарой при температурах рабочего t и свободного t_o спаев; E_AB(t_o,t_o) - т.э.д.с., развиваемая термопарой при температуре рабочего спая t_o и свободного t_o.

Поправка E(t_o,t_o) имеет знак плюс в случае, когда t_o>t_o, а минус - в случае, когда t_o<t_o.

Схема потенциометра с постоянной силой тока в компенсаци­онной цепи показана на рис. 6. В этой схеме три электрические цепи. В цепь источника тока (компенсационную) входит источник тока Е, регулировочное сопротивление R_b (реостата), постоянное сопротивле­ние R_НЭ и измерительное сопротивление R_Р с перемещающимся вдоль него контактом Д. Измерительное сопротивление в потенциометрах выполняется в виде калиброван­ной проволоки (реохорда), секци­онного сопротивления или в виде сочетаний того и другого [1].

В цепь нормального эле­мента входит нормальный эле­мент НЭ, сопротивление R_НЭ и нулевой прибор НП. В цепь тер­мопары входит термопара, нуле­вой прибор НП и часть измери­тельного сопротивления R_P.

Нормальный элемент, предназначенный для контроля постоянства разности потенциа­лов между конечными точками реохорда, развивает вполне опре­деленную постоянную во времени ЭДС. Обычно применяется ртутно-кадмиевый гальванический элемент Вестона, развивающий при температуре 20⁰С ЭДС, равную 1,01830В, и сохраняющий это значение при малых и кратковременных нагрузках в течение длитель­ного времени. Пользуясь нормальным элементом, можно довольно точно установить постоянство разности потенциалов на концах рео­хорда. Для этой цели переключатель П переводят на контакт К, вклю­чая НП в цепь НЭ и одновременно разрывая цепь термопары.

Рис. 6. Принципиальная схема потенциометра с постоянной силой тока в компенсационной цепи

Нормальный элемент присоединяется к концам сопротивления R_НЭ и притом так, что его ЭДС оказывается направленной навстречу ЭДС источника тока Е. Регулируя ток в компенсационной цепи реостатом R_b, добиваются такого положения, при котором разность потенциалов на концах сопротивления становится равной ЭДС НЭ. При этом ток в цепи нормального элемента равен нулю, и стрелка НП устанавливается на нуле шкалы. В этом случае ток в компенсационной цепи:

.

Для измерения ТЭДС термопары переключатель П переводят на контакт И, подключая тем самым термопару последовательно с НП к измерительному сопротивлению в точке b и скользящему контакту Д ТЭДС термопары тогда будет действовать в сторону, противоположную ЭДС источника тока Е.

Перемещая контакт Д, находят такое его положение, при котором разность потенциалов между точками b и Д измерительного сопротивления равна ТЭДС термопары; при этом ток к цепи термопары равен нулю (стрелка НП устанавливается на нуль шкалы). Тогда

.

Так как Е_НЭ и R_НЭ постоянны, то определение ТЭДС термопары сводится к определению длины участка измерительного сопротивления R_bД. Измерение ТЭДС компенсационным методом осуществляется при отсутствии тока в цепи термопары, поэтому сопротивление цепи (термопары, соединительных проводов, НП), а следовательно, и его зависимость от температуры не влияет на точность измерения. Это свойство является одним из существенных преимуществ компенсационного метода измерения.