- •Лабораторная работа №1
- •1.1.1. Термометры расширения.
- •1.1.2. Манометрические термометры
- •1.1.4. Термоэлектрические термометры.
- •1.1.5. Термопреобразователи сопротивления.
- •Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления.
- •1.1.6. Пирометры излучения.
- •1.1.7. Особенности использования приборов для измерения температуры в пищевой промышленности
- •1.2. Характеристики измерительных преобразователей.
- •2. Экспериментальное определение переходного процесса измерительного преобразователя при ступенчатом входном воздействии.
- •2.1. Экспериментальная установка.
- •2.2. Порядок проведения эксперимента.
- •3.1. Аппроксимация экспериментальных данных.
- •3.2. Определение динамических характеристик измерительного преобразователя.
- •3.3. Анализ возможности применения измерительного преобразователя в системах автоматизации производственного процесса.
- •4. Состав отчета по лабораторной работе.
- •5. Контрольные вопросы.
1.1.4. Термоэлектрические термометры.
Комплект термоэлектрического термометра состоит из термоэлектрического преобразователя, измерительного прибора и соединительных проводов.
Преобразователь термоэлектрический (рис.1.5) служит первичным преобразователем (чувствительным элементом) термоэлектрического термометра. Он состоит из двух разнородных проводников - электродов А и В, соединенных между собой. Место соединения электродов, нагреваемое до температуры t (температурой измеряемой среды), называется рабочим (горячим спаем), а до постоянной температуры t0 - свободным (холодным). Действие преобразователя основано на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутой цепи из двух или нескольких разнородных проводников возникает термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС), если спаи проводников имеют разную температуру. Следовательно, термо-ЭДС, развиваемая преобразователем, зависит как от температуры t рабочего спая, так и от температуры t0 холодного спая. Если температура холодного спая поддерживается постоянной, то термо-ЭДС зависит лишь от степени нагрева горячего спая t. Измеряя эту термо-ЭДС, можно определить искомую температуру.
Рис.1.5. Термоэлектрическая цепь.
Термопреобразователи изготавливают из чистых металлов и сплавов, обладающих постоянством и хорошей воспроизводимостью термоэлектрических свойств. Для изготовления положительного электрода чаще всего используют платинородий, хромель, а отрицательного - алюмель, копель и др.
В технических термометрах создаваемая термо-ЭДС не превышает 8 мВ на каждые 100 °С; при измерении высоких температур она не превышает 70 мкВ.
Согласно ГОСТ 6616-94 допускается применение стандартных термоэлектрических преобразователей пяти типов (табл.1.1).
Таблица 1.1.
Вид термоэлектрического преобразователя |
Материал электродов |
Условное обозначение градуировки |
Диапазон измерения температур, °С |
ТВР |
Вольфрамрений-вольфрамрений |
BP 5/20 |
0-220 |
ТПР |
Платинородий-платинородий |
ПР 30/6 |
300-1600 |
ТПП |
Платинородий-платина |
ПП |
0-1300 |
ТХА |
Хромель-алюмель |
ХА |
-200-1000 |
ТХК |
Хромель-копель |
ХК |
-200-600 |
Изолированные термоэлектроды помещают в защитный чехол из газонепроницаемых материалов (сталь, фарфор и др.), выдерживающих высокие температуры.
На рис.1.6а показан общий вид термоэлектрического термометра. Термоэлектроды помещены в стальной чехол 8 с насаженным на него фланцем 9 со стопорным винтом. Рабочий конец чувствительного элемента 12 (рис.1.6б) расположен в фарфоровом стаканчике 11 или приваривается ко дну чехла. Оба электрода изолированы фарфоровыми бусами 10. Головка термоэлектрического термометра состоит из корпуса 7, крышки 3, штуцера 5 для вывода проводов. Крышка прикрепляется к головке цепочкой 1. Внутри головки расположена фарфоровая колодка 6 с двумя подвижными зажимами 4, имеющими две пары винтов 2 для закрепления термопроводов и соединительных проводов.
Температура головки термометра под действием окружающей среды может изменяться, вследствие чего нарушается постоянство температуры холодных спаев, вызывающее погрешность измерения. Устранения влияния температуры окружающей среды на величину термо-ЭДС достигают путем использования термоэлектродных проводов, которые развивают при темпера турах не более 100-150 °С термо-ЭДС, равную термо-ЭДС преобразователя. При наращивании преобразователя термоэлектродными проводами холодные спаи удаляются от среды с меняющейся температурой в зону с постоянной температурой, где может находиться нулевой (ледяной) или иной термостат (ТС).
а - общий вид; б - рабочий конец чувствительного элемента.
Рис. 3-6. Термоэлектрический термометр.
В качестве вторичных приборов для измерения термо-ЭДС в комплектах термоэлектрических термометров применяют милливольтметры и потенциометры.
Милливольтметр является прибором магнитоэлектрической системы. Принцип его работы основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с магнитным полем, образованным проводником, по которому протекает измеряемый электрический ток. Милливольтметр состоит из постоянного магнита 4 (рис.1.7) с полюсными наконечниками, круглого неподвижного сердечника 3, расположенного между полюсами магнита с зазором, в котором может поворачиваться подвижная рамка /. Рамка изготовляется из медной или алюминиевой проволоки и укрепляется по центру охватываемого сердечника на кернах или подвешивается на металлических подвесках. Стрелка 2, конец которой перемещается вдоль шкалы 6, жестко соединена с подвижной рамкой. Грузики 5 служат для балансирования подвижной системы. Электрическая цепь, в которой производится измерение термо-ЭДС, подключается к рамке через спиральные пружины (на схеме не показаны), соединенные одним концом с рамкой, а другим с неподвижными деталями прибора. Ток, протекая через рамку, вызывает вращающий момент. При этом угол поворота рамки зависит от величины тока. Милливольтметр может быть отградуирован в градусах температуры или в милливольтах. На шкале технического прибора указывается градуировка термоэлектрического преобразователя, для работы с которым он предназначен.
Милливольтметры выпускаются равных модификаций: переносные показывающие; стационарные показывающие; стационарные показывающие и сигнализирующие, показывающие и позиционно регулирующие узкопрофильные со световым указателем; самопишущие для измерения и записи температуры в одной или нескольких точках на одной диаграммной ленте.
Рис.1.7. Схема магнитоэлектрического милливольтметра.
Точность показаний термоэлектрического термометра зависит от способов его установки. При монтаже термометра в трубопроводах рабочий конец его располагают в центре потока (на оси трубопровода). В трубопроводах малого диаметра термометр устанавливают наклонно, концом навстречу потоку. Если температура измеряемой среды превышает 800°С, то термометр располагают вертикально, что заметно уменьшает деформацию его защитного чехла под действием высоких температур. Места крепления термометров к ограждающим стопкам должны быть надежно уплотнены, так как присосы холодноговоздуха или прорывы нагретых газов наружу могут привести к неправильным показаниям и повреждению защитного чехла и головки термометра.
Рис.1.8. Монтаж термоэлектрического термометра в кирпичной кладке.
Установка термоэлектрического термометра в кирпичной кладке показана на рис.1.8. Труба 6, заделываемая в кладку, имеет три ребра 7, которые предохраняют ее от провертывания и осевого смещения. Термометр / со стопорным винтом 3 укреплен на фланцах 4, между которыми находится асбестовая прокладка 5. Свободные щели уплотнены набивкой 2. Глубина погружения термометра регулируется винтом 3. При монтаже термометра на металлической стенке труба с фланцем приваривается к этой стенке.