Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрические измерения неэлектрических величин. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 157 8 9 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>



Примерами могут служить:

– уже упомянутый выше измеритель температуры АТТ-2002, осуществляющий измерение стерморезистором АТА-2210 вдиапазоне температур –200…+850°С сразрешением 0,01°С ипогрешностью ± 0,1% ± 0,2°С;

– универсальный цифровой измеритель температуры АТТ2500, работающий сплатиновым термосопротивлением РТ-100 вдиапазоне температур от–200 до+850°С при разрешении 0,1°С спогрешностью 0,2%;

– цифровой измеритель АТТ-5015, вкотором измерение влажности итемпературы (диапазон 0…+50°С, разрешение 0,01°С) производится термисторным методом;

– анемометры АТТ-1003, АТТ-1005, АТТ-1006, измеряющие температуру спомощью прецизионных термисторов вдиапазоне от0 до+50°С сразрешением 0,1°С.



В кварцевых термометрах для измерения температуры свысокой точностью применяются кварцевые термочувствительные преобразователи (резонаторы), использующие обратный пьезоэффект. Чувствительность кварцевых термопреобразователей достигает 200…1000 Гц/К, что позволяет измерять температуру вдиапазоне 0…+100°С сабсолютной погрешностью 0,05…0,005°С (при общим рабочим диапазоне температур от–60 до+260°С).

Примером может служить прецизионный термометр ТК-4, основными узлами которого являются кварцевый преобразователь температуры счастотным выходом (например, ПТК-01), частотный преобразователь и специальный вычислитель-микроконтроллер. Измерение частоты, поступающей скварцевого преобразователя, осуществляется спомощью 27-разрядного счетчика сразрешающей способностью 0,004 Гц. Затем микроконтроллер поиндивидуальной градуировочной характеристике (вкачестве аппроксимации использован полином третьей степени) производит пересчет значения частоты взначение температуры. Вычисленное значение температуры выводится напятизначный цифровой индикатор сдискретностью 0,01°С. Помимо вычислений микроконтроллер осуществляет связь скомпьютером, вкотором с помощью специального интер-

-61-



λ+∆λ

λ−

фейса производится сбор, накопление истатистическая обработка результатов измерения. Точность измерения температуры спомощью компьютера составляет 0,03 использовании преобразователя ПТК-01— от–30 до+100



°С. Диапазон измерения при



°С, ноэтот диапазон может быть расширен применением кварцевого преобразователя сболее широким температурным диапазоном.

Высокая точность кварцевых термометров связана с высокой стабильностью параметров кварцевого преобразователя (за10лет изменение характеристик кварца не превосходит 0,05 %) ивысокими метрологическими характеристиками измерителей частоты. Недостатком является ограниченная взаимозаменяемость, обусловленная разбросом параметров пьезочувствительных пластин.



Пирометрами называются измерители температуры, работа которых основана наизмерении температуры поверхности различных веществ путем определения интенсивности излучения.

Основным достоинством этих приборов является то, что они способны определять температуру на поверхности различных веществ бесконтактным способом, что делает их применение особенно удобным втех случаях, когда традиционные методы измерения температуры непригодны. Например, если нужно измерить температуру загрязненной или труднодоступной поверхности, движущегося предмета, поверхности под напряжением.

Работа пирометров основана назависимости энергии излучения нагретых тел отих температуры. По принципу действия различают оптические, цветовые ирадиационные пирометры.

В основе работы оптических пирометров лежит зависимость монохроматической интенсивности излучения J

стой энергии длиной волны отλ до

(количества лучи-

, излучаемой телом

сединицы поверхности вединицу времени) оттемпературы тела T идлины волны λ (закон Планка):

/eCT

( )

где С мов. Интенсивность излучения измеряют путем сравнения ярко-

иС2— постоянные; е— основание натуральных логариф-

-62-



S dT

сти исследуемого тела сяркостью нити лампы накаливания. Нить лампы нагревают до определенной температуры (1 400°С). Для увеличения верхнего предела измеряемых температур впирометре применяется ослабляющий светофильтр, уменьшающий яркость исследуемого тела вопределенное число раз. Промышленностью выпускаются оптические пирометры для измерения температур вдиапазоне +800…+10 000°С (например ЭОП-66). Погрешность измерения составляет порядка ±0,5%.

В цветовых пирометрах измеряемая температура зависит отлогарифма отношения монохроматических интенсивностей излучения при длинах волн λ1 иλ2 (при малых значениях λТ):

где Аи В— постоянные, зависящие отλ

= −ln

иλ2. Цветовые пироме-

тры зачастую выпускаются вместе сфотоэлементом (фотоэлектрические пирометры). Фотоэлемент освещается двумя переменными световыми потоками (отобъекта измерения и отлампы накаливания). Фототок этого элемента определяется результирующим световым потоком, амплитуда которого всвою очередь определяется разностью амплитуд переменных составляющих падающих нафотоэлемент световых потоков. Выпускаемые цветовые пирометры предназначены для автоматического непрерывного измерения, регистрации ирегулирования температуры. Например, пирометр «Спектропир-6» измеряет в диапазоне температур от+900 до+2200°С спогрешностью ±1%.

Работа радиационных пирометров основана назаконе СтефанаБольцмана— температурной зависимости интегральной интенсивности излучения (количества лучистой энергии, излучаемой при данной температуре единицей поверхности тела вединицу времени для длин волн от0 до∞):

∞

= λ=σ

∫

λ=

/eCT

( )

λ−

( )

где σ— постоянный коэффициент. Здесь интегральная интенсивность излучения воспринимается теплочувствительным элемен-

-63-



том— батареей последовательно включенных термопар. ТермоЭДС этой батареи является функцией мощности излучения и,следовательно, измеряемой температуры. Точность радиационных пирометров ниже точности оптических, диапазон измеряемых температур лежит впределах +100…+4000°С (например, пирометр типа РАПИР).

В последнее время широкое распространение получили цифровые пирометры, производящие измерение спомощью инфракрасного лазера, например, АТТ-2522 с диапазоном измерений от–20°С до+500°С, погрешностью ±3% иразрешением 1°С. Хотя такие пирометры (куказанному можно добавить пирометры АТТ2508, АТТ-2520, АТТ-2527, АТТ-2533) имеют невысокие технические характеристики, их популярность объясняется удобством вобращении инадежностью вработе. Иногда их изготавливают водном корпусе сдругими измерителями температуры. Примером может служить универсальный измеритель температуры АТТ-2500, который работает в режимах пирометра (диапазон –20…+400°С, разрешение 1°С, погрешность 3%), термоэлектрического термометра стермопарами 5типов (K, J, R, E, T, диапазон измеряемых температур –100…+1300°С, разрешение 0,1°С, погрешность 0,2%) иэлектрического термометра сопротивления сплатиновым термосопротивлением РТ-100 (диапазон –200…+850°С, разрешение 0,1°С, погрешность 0,2%).

Среди пирометров компании «Fluke» отметим прецизионные инфракрасные термометры серии Fluke 570, позволяющие измерять вдиапазоне температур от–30 до+900 °С сразрешающей способностью 0,1°С ибазовой погрешностью ±0,75% отпоказания.

Все большее распространение получают приборы, называемые тепловизорами, которые позволяют в инфракрасном диапазоне получать на экране ЖК-дисплея картину температурного распределения объекта (аизменение температуры может указать нанеисправности устройства). Например, тепловизор Fluke Ti20 позволяет провести детальный анализ температуры, контроль наиболее важных компонентов иточное измерение вдиапазоне от–10 до+350°С спогрешностью ±2 %. Тепловизоры серии Ti40/Ti50 IR позволяют получить одновременное изображение в инфракрасном и видимом диапазонах, что позволяет быстрее илегче найти необходимую информацию, получить цифровой фотоснимок одновременно

-64-



синфракрасным изображением исоединить эти два изображения водно целое (технология IR-Fusion), что существенно облегчает анализ инфракрасных изображений. Эти тепловизоры высшего класса, имея в калиброванном диапазоне температур от–30 °С до +600 °С тепловую чувствительность (при 30 °С ипогрешности ±2%) ≤ 0,09°С, отличаются простотой вэксплуатации, выпускаются сприемниками излучения различных размеров ипозволяют использовать многочисленные дополнительные функции (выполнение радиометрических измерений во всем диапазоне для анализа иотслеживания изменений температуры, функция SmartFocus для получения высококачественных изображений ивыполнения точных измерений температуры ит. д.), которые облегчают иускоряют поиск иобнаружение возможных источников неисправностей.

 

Приборы для измерения скорости газового потока называются анемометрами. Различают чашечные, крыльчатые анемометры итермоанемометры, вкоторых в качестве чувствительного датчика используются металлические перегревные терморезисторы.

Первые два типа используют механические датчики скорости газового потока нашарикоподшипниках низкого трения. Чашечный анемометр предназначен для измерения скорости газового потока (воздуха) на открытом пространстве. Горизонтальная крестовина счетырьмя полыми полушариями (чашками), обращенными выпуклостями водну сторону, вращается под действием газового потока всторону выпуклостей (поскольку давление навогнутое полушарие больше, чем на выпуклое). Вращение передается счетчику оборотов. Число оборотов счетчика заопределенный интервал времени соответствует определенной скорости движения газового потока. Например, чашечный анемометр МС-13 предназначен для измерения средней скорости воздушного потока впромышленных условиях исредней скорости ветра наметеорологических станциях. Его диапазон измерения средней скорости воздушного потока лежит впределах от1 до20м/с при чувствительности менее 0,8м/с. Основная погрешность непревосходит ±(0,3 + 0,05v) м/с, где v— измеряемая скорость воздушного потока. Чашечный анемометр АРЭ, также пред-

-65-



назначенный для измерения усредненного значения скорости ветра вназемных условиях, имеет диапазон измерений от 1 до 30м/с. Предел чувствительности датчика менее 0,8м/с, предел допустимой основной погрешности непревышает ±(0,5 ± 0,05v).

Для определения скорости газового потока втрубах иканалах вентиляционных систем применяют крыльчатые анемометры, приемной частью которых является многолопастная мельничная вертушка (крыльчатка). Современные электрические крыльчатые анемометры позволяют быстро иточно измерить скорость движения газового (побольшей части, воздушного) потока ипередать результаты измерения вкомпьютер. Они обеспечивают дистанционное измерение скорости потока, одновременное измерение его температуры, мгновенную индикацию результатов нажидкокристаллическом дисплее, автоматическую сохранность впамяти последнего, максимального иминимального измеренных значений. Ктаковым относятся цифровые анемометры АТТ-1005 (диапазон измеряемых скоростей 0,8…25,0м/с при разрешении 0,1м/с ипогрешности ±2%) и АТТ-1006 (диапазон 0,8…12,0 м/с при разрешении 0,01 м/с ипогрешности ±2%). Помимо измерения скорости приборы измеряют температуру среды спомощью прецизионного термистора (диапазон 0…+50°С сразрешением 0,1



°С ипогрешностью ±0,8%)

ивычисляют объем проходящего через крыльчатку воздуха.

В термоанемометрах установившаяся температура перегревного терморезистора, помещенного напути газового потока, зависит от скорости потока, поскольку основной путь теплообмена терморезистора со средой — принудительная конвекция. Терморезистор представляет собой нить изникеля, вольфрама или изплатины длиной 3…12 мм и диаметром 0,005…0,15 мм, укрепленную натонких электропроводных стержнях. Электрически он включается водно изплеч измерительного моста (рис. 29). Спомощью резистора R лировать питающий ток моста. Резистором R

иамперметра A можно регулировать иконтро-

 мост приводится

всостояние равновесия, что определяется нуль-индикатором НИ. Вольтметром V фиксируется напряжение на терморезисторе. Изменение сопротивления терморезистора связано суносом тепла сего поверхности движущейся средой ифункционально связано соскоростью этой среды. Конструкцию терморезистора, арматуру ивеличину нагревающего тока выбирают такими, чтобы максимально снизить все пути теплообмена, кроме конвекционного.

-66-



Рис. 29. Измерение скорости газового потока спомощью термоанемометра

Достоинствами термоанемометров являются высокая чувствительность ибыстродействие, что позволяет этим приборам измерять скорости отдесятых долей м/с.

Например, цифровой термоанемометр АТТ-1004 работает по принципу охлаждения нагретой нити воздушным потоком. Датчиком является миниатюрный стеклянный термистор, размещающийся вмалогабаритной измерительной головке диаметром 12мм нателескопической ручке. Прибор обеспечивает быстрые иточные измерения даже при низких значениях скорости перемещения воздушного потока (начиная от0,2м/с идо20,0м/с сразрешением 0,1м/с ипогрешностью ±(0,2 + 0,05v) м/с, где v— скорость воздушного потока).

Еще один портативный профессиональный цифровой термоанемометр TESTO 425 со стационарно подсоединенным зондом собогреваемой струной для измерений скорости итемпературы имеет диапазон измерения скорости потока 0…20м/с при точности ±0,03м/с идиапазон измерения температуры –20…+70°С при точности ±0,5 °С. Прибор предназначен для высокоточных измерений скорости итемпературы потока воздуха внутри помещений, при контроле или наладке систем вентиляции икондиционирования.

-67-



 

Приборы для анализа состава газовых смесей называются газоанализаторами. При анализе состава газов широко используется

зависимость теплопроводности газа отего состава. Для измерения теплопроводности применяют перегревный платиновый терморезистор 1 ввиде тонкой натянутой проволоки (рис. 30), покоторой протекает нагревающий электрический ток.

Рис. 30. Платиновый терморезистор

Терморезистор помещают внутрь металлического баллона 2, через который пропускают анализируемый газ. Вцелом конструкция, показанная нарис.30, называется термокондуктометрическим преобразователем. При изменении состава газа будет изменяться его теплопроводность, количество тепла, отданное нагретым терморезистором, температура терморезистора, азначит, иего электрическое сопротивление.

Конструкции терморезистора, арматуры, баллона и значение нагревающего тока выбираются такими, чтобы теплообмен анализируемого газа с окружающей средой осуществлялся главным образом засчет его теплопроводности. Вэтом случае теплопроводность, например, смеси двух газовых компонентов, невступающих вхимическую реакцию друг сдругом, будет определяться их взаимным процентным содержанием (если теплопроводности каждого изкомпонентов считать постоянными).

-68-

 

Преобразователь включается водно изплеч измерительного моста. Для уменьшения влияния температуры окружающей среды всмежное срабочим плечо моста включается компенсирующий преобразователь спостоянным посоставу газом. Обоим преобразователям обеспечиваются одинаковые температурные условия, что иприводит ккомпенсации влияния температуры.

В качестве примера приведем термокондуктометрический газоанализатор «Диск-ТК», предназначенный для измерения концентрации водорода, диоксида серы, диоксида углерода, аргона, метана, аммиака, гелия и в отдельных случаях других газов в технологических газовых смесях промышленных установок. Газоанализатор представляет собой автоматический прибор непрерывного действия, конструктивно выполненный ввиде одноблочного стационарного прибора для щитового монтажа. Внем применен микроконтроллер ицифробуквенный шестнадцатиместный жидкокристаллический дисплей сподсветкой. Применение микроконтроллера и высококачественных элементов обеспечивает точность истабильность измерений, удобную настройку и проверку газоанализатора, сохранение настроек и установок при отключении питания, контроль исигнализацию неисправности. Цифробуквенный шестнадцатиместный жидкокристаллический дисплей обеспечивает наглядное представление результатов измерения, настройки, проверки и сигнализации. Газоанализаторы выпускают наразличные пределы измерений. Так, концентрация гелия вазоте измеряется вцелом впределах 0…40 и 60…100 %; аргона вазоте— 0…40 и60…100%; аргона вводороде— 97…100%; аргона ввоздухе— 0…40 и60…100%; аргона вкислороде— 0…40 и60…100%; водорода в азоте— 0…100%; водорода ввоздухе— 0…2%; водорода вдиоксиде углерода— 0…100%; водорода варгоне (пропилене, метане)— 0…5%; гелия ввоздухе— 0…10 и90…100%; диоксида серы вазоте (воздухе)— 0…20 %; диоксида углерода вазоте— 0…100%. Основная погрешность измерения вдиапазоне температур от+5 до+50°С непревышает ±4% илишь вдиапазонах 0…1 и99…100% достигает 10%.

Хемилюминесцентный газоанализатор представляет собой газовый компаратор, обеспечивающий высокую линейность функции преобразования сигнала. Компарирование осуществляется между образцовой газовой смесью калибратора и анализируе-

-69-



мым газом. Подобным образом работает газоанализатор 3.02П-Р, предназначенный для измерения массовой концентрации озона ватмосферном воздухе идля контроля концентрации озона ввоздухе рабочей зоны различных производств. Это автоматический показывающий прибор непрерывного действия, блок-схема которого представлена нарис. 31.

Рис. 31. Блок-схема газоанализатора 3.02П-Р

Метрологические параметры прибора обеспечиваются встроенным калибратором (генератором озона 3 набазе ультрафиолетовой лампы). Скруббер2— это устройство для очистки жидкостью газообразных сред отненужных примесей, принцип работы которого основан на поглощении подаваемого газа жидкостью и очищением его отчастиц взвесей. Благодаря трехходовому электропневмоклапану 1, управляемому микроконтроллером 8, калиброванная смесь ианализируемый газ поочередно поступают вхемилюминесцентный реактор 4, где происходит экзотермическая реакция озона с окисляемыми химическими веществами композиции. Возникающий эффект гетерогенной хемилюминесценции фиксируется фотоэлектронным устройством 5. Интенсивность свечения композиции, пропорциональная концентрации озона в газовой смеси, измеряется ипреобразуется микроконтроллером 8 вцифровой сигнал, отображаемый нажидкокристаллическом дисплее монитора 7газоанализатора. Поступление анализируемой пробы газа вхемилюминесцентный реактор обеспечивается встроенным микронасосом 6. Диапазон измеряемых концентраций озона— 0…500мкг/м3, номинальная цена единицы наименьшего разряда индикатора— 1мкг, предел основной относительной погрешности измерений— ±20%. Прибор имеет цифровой 9 (RS-232) ианалоговый 10 (0…5мА или 4…20мА) выходы.

-70-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 157 8 9 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]