Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теплотехнические измерения параметров состояния вещества. Методические указания к лабораторным и практическим работам для курсантов специальности 2405
.pdf
t, °с
R, Ом
t, °С
R, Ом
-50
39,24
80
67,12
-40
41,40
100
71,40
-30
43,56
120
75,67
-20
45,28
140
79,95
0
50,00
160
84,21
20
54,28
180
88,51
40
58,56
200
92,79
60
67,12
Градуировка медного термометра сопротивления 50 М (R0= 50 Ом)
Таблица 1.3
Рис. 1.5 Конструкция термометров сопротивления: а, б - платиновые, в - медный;
1 - изоляционный каркас, 2 - обмотка, 3 - выводы
11
д
Рис. 1.6. Общий вид термометров сопротивлений различных типов: а —
ТСП-883, б — ТСП-410, в — ТСП-8012, г — ТСП-712, д - общий вид
Термопара (термоэлектрический преобразователь температуры (термо-
электрический пирометр)) представляет собой спай двух проводников (термоэлектродов). Термопары относятся к классу термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неоди-
наковую температуру, то в цепи протекает электрический ток (рис.1.7а).
12
Рис. 1.7. Термоэлектрический преобразователь температуры (термопара): а - цепь
термопары, б - конструкция: 1 - защитная гильза, 2 - горячий спай, 3 - фарфоро-
вый наконечник, 4 -фарфоровые бусы-изоляторы, 5 - головка, 6 - выводы
Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением
направления тока. Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов и сплавов. Таким обра-
зом, термопара может образовывать устройство (или его часть), использующее
термоэлектрический эффект для измерения температуры. В сочетании с электроизмерительным прибором термопара образует термоэлектрический термометр.
Измерительный прибор или электронную измерительную систему подключают
либо к концам термоэлектродов, либо в разрыв одного из них.
Согласно эффекту Зеебека в замкнутой электрической цепи, образованной
двумя разнородными проводниками, возникает термо-э.д.с. (ЕAB), пропорциональная разности температур спаев, которая не зависит от других параметров: диаметра (сечения), длины и удельного сопротивления термоэлектродов, то есть ЕAB
= f(t°C). Термопары широко применяют для измерения температуры различных
объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Изме-
рение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за
надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне
температур и дешевизны. Широкому применению термопары обязаны в первую
очередь своей простоте, удобству монтажа, возможности измерения локальной
температуры. Они гораздо более линейны, чем многие другие датчики, а их нелинейность на сегодняшний день хорошо изучена и описана в специальной литературе. К числу достоинств термопар относятся также малая инерционность, воз-
13
можность измерения малых разностей температур. Термопары незаменимы при
измерении высоких температур (вплоть до 2200°С) в агрессивных средах. Термо-
пары обеспечивают высокую точность измерения температуры на уровне ±
0,01°С. Они вырабатывают на выходе термо-ЭДС в диапазоне от микровольт до
милливольт, однако требуют стабильного усиления для последующей обработки.
В табл. 1.4 представлены технические характеристики основных типов тер-
мопар. На рис. 1.7, б представлена конструкция термопары типа ТХК. Рабочий
(горячий) спай выполняется скруткой и последующей сваркой двух разнородных
материалов (для ТХК это хромель и копель). Для защиты такого датчика от механических повреждений при измерении температуры объектов они помещаются в
специальный жаропрочный корпус (гильзу 1). Рабочий спай 2 изолирован от кор-
пуса фарфоровым наконечником 3. Электроды для защиты от замыкания между
собой или корпусом изолируются фарфоровыми бусами 4. Концы термоэлектродов через асбестовое уплотнение выводятся на блок зажимов. Для герметизации
блок зажимов головки термопары закрывается крышкой с резиновым уплотнением. Такие датчики могут работать под избыточным давлением, для этого на корпусе имеется резьба, с помощью которой осуществляется уплотнение технологи-
ческого отверстия для измерения температуры.
1.4.1. Особенности монтажа датчиков температуры и факторы, влияющие на
погрешность измерений
Перед монтажом датчиков температуры необходимо проверить: требуемый
тип датчика (градуировку, тип, монтажную длину); отсутствие видимых повре-
ждений самого датчика и его защитной арматуры; отсутствие обрывов и замыканий обмотки датчика; сопротивление изоляции (мегомметром на 500 В).
На погрешность измерений температуры влияют следующие факторы:
монтажные — неправильный выбор места установки датчика, неправиль-
ный выбор монтажной длины датчика, плохое качество уплотнения датчика
(утечка среды из отбора), отсутствие теплоизоляции на оборудовании или трубо-
проводе;
технологические - плохой контакт в соединениях датчика и прибора, попа-
дание влаги и конденсата в обмотку термометра сопротивления или термопары,
витковое замыкание части обмотки, неправильно выбранная схема соединения
датчика и прибора (без подгонки сопротивления линии, без компенсационного
провода), градуировка датчика не соответствует градуировке регистрирующего
прибора.
14
Таблица 1.4
Тип
тер-
мо-
пары
Бук-
ве-
нное
обоз-
на-
чение
НСХ*
Материал термоэлектродов
Коэффици-
ент термо-
ЭДС,
мкв/°С (в
диапазоне
темпера-
тур, °С)
Диапазон
рабочих
темпера-
тур, °С
Предель-
ная тем-
пература
при крат-
ко-
времен-
ном при-
ме-
нении, °С
положитель-
ного
отрицатель-
ного
ТЖК
J
Железо (Fe)
Сплав константен (45%
Сu + 45% Ni,
Mn, Fe)
50-64 (0-
800)
ОТ -200
до +750
900
ТХА
К
Сплав хро-
мель (90,5%
Ni +9,5% Сr)
Сплав алюмель (94,5%
Ni + 5,5% Al,
Si, Mn, Co)
35-42 (0-
1300)
от -200 до
+1200
1300
ТМК
Т
Медь (Сu)
Сплав константан (55%
Си + 45% Ni,
Mn, Fe)
40-60 (0-
400)
от -200 до
+350
400
ТХКн
Е
Сплав хромель (90,5%
Ni + 9,5% Сr)
Сплав кон-
стантан (55%
Сu + 45% Ni,
Mn, Fe)
59-81 (0-
600)
от-200
до+700
900
ТХК
L
Сплав хромель (90,5%
Ni + 9,5% Сr)
Сплав копель (56%
Си + 44%
Ni}
64-88 (0-
600)
от -200 до
+600
800
ТНН
N
Сплав никросил (83,49%
Ni +13,7% Сr
+ 1,2% Si+
0,15% Fe +
0,05% С +
0,01% Mg)
Сплав нисил
(94,98% Ni +
0,02% Сr +
4,2% Si +
0,15% Fe +
0,05% С +
0,05% Mg)
26-36 (0-
1300)
от -270 до
+1300
1300
ТПП1
3
R
Сплав плати-
на-родий
(87%Pt +
13%Rh)
платина (Pt)
10-14 (600-
1600)
от 0 до
+1300
1600
Основные технические характеристики термоэлектрических преобразователей
15
ТПП1
0
S
Сплав плати-
на-родий
(87% Pt —
13% Rh)
платина (Pt)
10-14 (600-
1600)
от 0 до
+1300
1600
ТПР
В
Сплав плати-
на-родий
(70% Pt - 30%
Rh}
Сплав пла-
тина-родий
(94% Pt6%Rh)
10-14(1000-
1800)
от 600
до+1700
1800
ТВР
А-1
А-2
А-3
Сплав воль-
фрам-рений
(95% W - 5%
Re)
Сплав воль-
фрам-рений
(80% W-20%
Re)
14-7 (1300-
2500)
от 0 до
+2200
от 0 до
+1800
от 0 до
+1800
2500
ТСС
I
Сплав сильд
Сплав силин
-
от 0 до +
800
900
Общий вид термоэлектрических преобразователей температуры представ-
лен на рис. 1.8.
Рис. 1.8. Общий вид термоэлектрических преобразователей температуры: а -
ТХА, ТХК, б - ТХК-0379, в - ТХК-089, г – термопара с удлинительным проводом
г)
16
1.4.2. Основные ошибки при монтаже датчиков температуры
1. Неправильно выбрано место для измерения температуры (без теплоизо-
ляции трубопровода, приводящей к повышенной потере теплоты).
2. Неправильно установлен сам датчик в рабочем потоке измеряемой среды
(малая или большая монтажная длина датчика; датчик установлен не по оси пото-
ка и не навстречу потока).
3. Установлен датчик несоответствующей градуировки, регламентируемой
монтажной схемой объекта.
4. Нарушены требования компенсации влияния изменения температуры
окружающей среды (датчик подключен к регистрирующему прибору по двухпроводной схеме; не используется компенсационный провод и компенсационные коробки).
5. Неправильно выбран датчик без учета повышенной вибрации, агрессивности и влажности среды и ее высокого давления.
6. Плохой контакт на блоке зажимов датчика (плохая пайка; в местах повы-
шенной влажности не выполнена герметизация проводки от попадания влаги
внутрь датчика).
1.5. ПИРОМЕТР
Пирометр — прибор для бесконтактного измерения температуры тел.
Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта,
измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого
света. Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур, на различных технологических
этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая
отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми
для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких
температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных
производственных сферах.
Пирометры можно разделить по нескольким основным признакам:
- оптические. Позволяют визуально определять, как правило, без использо-
вания специальных устройств, температуру нагретого тела, путем сравнения его
цвета с цветом эталонной нити,
- радиационные. Оценивают температуру посредством пересчитанного по-
казателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой полосе спектрального излучения, то такой пирометр называют пирометром полного
излучения,
- цветовые (другие названия: мультиспектральные, спектрального отноше-
ния) — позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.
17
Температурный диапазон работы:
- низкотемпературные. Обладают способностью показывать температуры
объектов, обладающих даже отрицательными значениями этого параметра,
- высокотемпературные. Оценивают лишь температуру сильно нагретых
тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным. Обычно имеют
сильное смещение в пользу «верхнего» предела измерения.
Исполнение:
- переносные. Удобны в эксплуатации в условиях, когда необходима высокая точность измерений, в совокупности с хорошими подвижными свойствами,
например для оценки температуры труднодоступных участков трубопроводов.
Обычно снабжены небольшим дисплеем, отображающим графическую или тек-
стово-цифровую информацию,
- стационарные. Предназначены для более точной оценки температуры объ-
ектов. Используются в основном в крупной промышленности, для непрерывного
контроля технологического процесса производства расплавов металлов и пласти-
ков.
Визуализация величин:
- текстово-цифровой метод. Измеряемая температура выражается
в градусах на цифровом дисплее. Попутно можно видеть дополнительную информацию,
- графический метод. Позволяет видеть наблюдаемый объект в спектраль-
ном разложении областей низких, средних и высоких температур, выделенных
различными цветами.
Вне зависимости от классификации, пирометры могут снабжаться дополни-
тельными источниками питания, а также средствами передачи информации и связи с компьютером или специализированными устройствами (обычно через шину RS-232).
В пирометре частичного излучения (с исчезающей нитью), называемом
также оптическим пирометром, производится сравнение монохроматической яр-
кости (в лучах определенной длины волны) нагретого тела (излучателя), температуру которого измеряют, и накала нити встроенной в прибор пирометрической
лампы. При измерении яркостной температуры дугообразную нить лампы через
оптическое приспособление (телескоп) наводят на поверхность излучателя и добиваются уравнивания яркостей обоих источников света путем изменения реоста-
том силы тока, питающего лампу.
18
1 11 111
Рис. 1.9 Яркость нити накаливания пирометра частичного излучения: 1 — темпе-
ратура нити ниже температуры излучателя; 11 — температура нити выше темпе-
ратуры излучателя; III — температура нити равна температуре излучателя.
Если яркость нити будет меньше, чем яркость излучателя (рис. 1.9), то на
светлом фоне нить будет казаться черной (состояние 1); если же, наоборот, излу-
чатель имеет меньшую яркость, нить будет проектироваться светлой линией на
более темном фоне (состояние 11). При совпадении монохроматической яркости
нити и излучателя, то есть при наступлении состояния равновесия, изображение
средней изогнутой части нити, имеющей более высокую температуру, чем ее концы, сольется со светлым фоном излучателя и как бы исчезнет из поля зрения
наблюдателя (состояние III). В этот момент и производится отсчет яркостной
температуры тела по шкале амперметра, включенного в цепь пирометрической
лампы и градуированного в °С. Вследствие параболической зависимости температуры нити лампы от силы протекающего тока пирометры частичного излучения
имеют неравномерную шкалу, сжатую в начале и растянутую в конце.
Выпускается переносный визуальный пирометр частичного излучения типа
ОППИР-017, предназначенный для периодических измерений температуры в пре-
делах 800—2000°С. Устройство его показано на рис.1.10. Прибор состоит из телескопа Т с пристроенным к нему дифференциальным амперметром и источника
питания постоянного тока Б, напряжением 2—2,5 в.
Телескоп пирометра представляет собой зрительную трубу 1 с объективом 2
и окуляром 3. В фокусе объектива установлена пирометрическая лампа 4 с дугообразной вольфрамовой нитью, соединенная последовательно с реостатом 5, слу-
жащим для изменения накала нити. Реостат расположен в зрительной трубе и
снабжен кольцевой рукояткой 6 с движком 7, позволяющей наблюдателю регулировать ток, не отвлекая внимание от яркости нити.
Для получения монохроматического излучения с длиной волны 0,65 мкм
перед окуляром установлен красный стеклянный светофильтр 8, а за ним — выходная диафрагма 9, перед которой при измерении находится глаз наблюдателя.
Между объективом и пирометрической лампой помещено поглощающее (затемненное) стекло 10, укрепленное на поворотной головке 11, при помощи которой
оно может быть поставлено перед лампой или отведено в сторону. Поглощающее
стекло служит для увеличения верхнего предела показаний пирометра, так как
оно ослабляет видимую яркость излучателя в несколько раз при неизменной ярко-
19
сти нити лампы. Вольфрамовую нить пирометрической лампы нельзя подвергать
нагреву свыше 1500°С, так как при этом может быть нарушена градуировка шка-
лы прибора из-за распыления (утонения) нити при ее перекале и загрязнения при
этом внутренних стенок колбы лампы. Поэтому встроенный в телескоп пирометра
дифференциальный амперметр, состоящий из двух рамок (основной и дополни-
тельной, включенных встречно) 12 , постоянного магнита 13, стрелки 14 и шкалы
15, имеет два диапазона измерений (двойную шкалу): первый - при работе без по-
глощающего стекла с пределами 800—1400°С и второй — при введенном стекле с
пределами 1200—2000°С.
На рис. 1.10 условно показана только основная рамка. Основная рамка ам-
перметра включена параллельно пирометрической лампе, а дополнительная -
последовательно с лампой. Такое включение рамок прибора позволяет уменьшить
начальный нерабочий участок шкалы пирометра. Для установки нуля амперметр
имеет корректор, винт которого находится снаружи телескопа. Пирометрическая
лампа установлена на колодке 16 с двумя контактными стержнями 17, к которым
присоединены провода аккумулятора, расположенного для удобства переноски в
специальной сумке.
Каждый прибор имеет индивидуальную градуировку, действительную
только для данной пирометрической лампы. При замене лампы шкала прибора
должна быть переградуирована. Сила тока, потребляемого лампой при нагреве ее
до 1400°С, составляет около 0,4 А. При повороте кольцевой ручки 6 влево до
упора движок 7 сходит с обмотки реостата и разрывает цепь накала нити, производя выключение лампы. Одновременно с этим в крайнем левом положении движок посредством двух конечных контактов 18 замыкает накоротко основную рамку амперметра, осуществляя тем самым электрическое арретирование подвижной
части прибора, что является необходимым при переноске пирометра.
В процессе измерения температуры наводка пирометра на излучатель про-
изводится от руки, для чего отросток 19 телескопа снабжен снизу рукояткой 20.
Для настройки оптической системы пирометра на фокус и по
глазу наблюдателя объектив 2 и окуляр 3 могут перемещаться вдоль оси зритель-
ной трубы. Оптическая система прибора позволяет производить измерения тем-
пературы на расстоянии 0,7—5 м от излучателя.
На точность измерения пирометром частичного излучения оказывают заметное влияние степень отклонения свойств излучателя от свойств абсолютно
черного тела, а также величина луче поглощения промежуточной среды, через которую производится наблюдение. На результатах измерения отражаются наличие
в окружающем воздухе пыли, дыма и большого содержания двуокиси углерода.
Кроме того, всякое загрязнение оптической системы пирометра, задерживающее
лучи, также ведет к увеличению погрешности измерения.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]