МІНІСТЕРСТВО НАУКИ ТА ОСВІТИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"

ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ТЕРМОПЕРЕТВОРЮВАЧАМИ ОПОРУ

Інструкція

до лабораторної роботи N 03 з курсу

"Автоматика, автоматизація і АСКТП"

для студентів технологічних спеціальностей

Затверджено

на засіданні кафедри

автоматизація теплових

і хімічних процесів

Протокол N 13 від 8.06.1995 р.

Львів Львівська політехніка 2007

Вимірювання температури термоперетворювачами опору. Інструк­ція до лабораторної роботи № 03 з курсу "Автоматика, автоматиза­ція і АСКТП" для студентів технологічних спеціальностей /Укл. В.П.Кореньков, Г.Б.Крих. Львів: Вид-во Нац. ун-ту "Львівська по­літехніка”, 2007 - 17 с.

Укладачі: В.П.Кореньков, ст.викл.

Г.Б.Крих, к.т.н., доц.

Відповідальний за випуск Є.П.Пістун, д.т.н., проф.

Рецензенти В.І.Грицай, к.т.н., доц.

В.К.Савицький, к.т.н., доц.

Мета роботи: фактичне ознайомлення з технікою вимірю­вання температури термоперетворювачами опору та відповідними вторинними прилада­ми, їх конструктивними особливостями та методами їх перевірки.

Необхідна підготовка: Знання принципу дії і конструкцій термоперетворювачів опору, логометрів та мостів.

Основні відомості

1. Термоперетворювачі опору

Вимірювання температури термоперетворювачами опору (ТО) базується на залежності електричного опору провідників або на­півпровідників від температури. Знаючи залежність опору термо­перетворювача від температури, можна, вимірюючи його опір, визначити температуру середовища, в якому він знаходиться. Термоперетворювач опору складається з чутливого елементу, за­хисної арматури і головки перетворювача із затискачами для підключення чутливого елементу і з'єднувальних провідників.

До матеріалів, з яких виготовляються чутливі елементи термоперетворювачів опору, висуваються наступні основні вимоги [1]:

- висока відтворюваність значень електричного опору в Ін­тервалі робочих температур;

- висока чутливість, яка характеризується температурним коефіцієнтом електричного опору , тобто відносною зміною опору матеріалу чутливого елемента при зміні температури на 1 ⁰С;

- хімічна інертність до вимірюваного середовища;

- великий електричний питомий опір; чим більше питомий опір, тим менше матеріалу потрібно для одержання початкового опору термоперетворювача.

Згідно ДСТУ 6651-84 [2] чутливі елементи термоперетворю­вачів виготовляються з платини (Рt), міді (Сu), нікелю (Ni) і доз­воляють вимірювати температуру в діапазоні від –260 до 1100 ⁰С.

Термоперетворювачі опору поділяють:

- за способом контакту із вимірюваним середовищем - на занурені і поверхневі;

- за умовами експлуатації - на стаціонарні і переносні;

- за захищеністю від дії навколишнього середовища - на звичайні, пилозахищені, захищені від агресивного середовища, вибухобезпечні;

- за герметичністю до вимірюваного середовища - на герме­тичні і негерметичні;

- за стійкістю до механічної дії - на звичайні і вібро­стійкі;

- за кількістю чутливих елементів для вимірювання темпе­ратури в одній зоні - на одинарні та подвійні;

- за кількістю зон - на однозонні і багатозонні;

- за класами точності та класами допусків, що характери­зують допустимі відхилення параметрів номінальних статичних характеристик ТО.

Номінальна статична характеристика (НСX) ТО (залежність опору термоперетворювача від температури) розраховується за рівнянням

(1)

де Rt - опір термоперетворювача при температурі t, Oм; Wt - відношення опорів при температурах t і 0 ⁰С відповідно; Ro – опір термоперетворювача при 0 ⁰С.

Значення Wt вибирають з таблиць ДСТУ 6651-84. Там же на­ведені рівняння для визначення Wt платинових і мідних ТО в різних діапазонах температур. Так, наприклад, для платинового ТО з W100 = 1,3910 в діапазоні температур від 0 до 600 ⁰С, Wt визначається за формулою

(2)

де А = 3,96847∙10^-3 °С^-1; В = 5,847∙10^{-7 0}С^-2 (а для мідного ТО з W100 = 1,4280 в діапазоні температур від -10 до +200 ⁰С: Wt = 1 + α · t, де α = 4,28∙ 10^-3 °С^-1).

Платинові ТО виготовляються із наступними НСХ: 1П, 10П, 60П, 100П, 500П, а мідні ТО - 10М, 50М, 100М. Число в умовному позначенні НСХ відповідає номінальному значенню опору термопе­ретворювача (Ro) при 0 ⁰С в Ом.

Платинові ТО в залежності від призначення і зас­тосування поділяють на три групи: еталонні, взірцеві (1-го і 2-го розрядів); робочі (підвищеної точності і технічні). Ета­лонні ТО призначені для відтворення Міжнародної температурної шкали МТШ-90 в інтервалі температур від -259,34 до +630.74 ⁰С. Взірцеві ТО 1-го розряду застосовують для перевірки взірцевих ТО 2-го розряду, які в свою чергу призначені для перевірки ро­бочих засобів вимірювання температури. Платинові ТО підвищеної точності застосовують для точних вимірювань температури. Техн­ічні платинові ТО використовують для вимірювання температури в інтервалі від -200 до +650 ⁰С. Вони випускаються 1-го і 2-го класів точності.

Конструктивно чутливий елемент платинових ТО виконаний у вигляді спіралі із тонкого дроту, розміщеної в капілярній ке­рамічній трубці, заповненій керамічним порошком, який ізолює і фіксує спіраль, а також – унеможливлює замикання між витками дроту.

Чутливий елемент м і д н о г о ТО виконується у вигляді безкаркасної безіндуктивної котушки з ізольованого мідного дроту, який покривається фторопластовою плівкою. Чутливий еле­мент розміщується в тонкостінній металевій гільзі, яка запов­нюється керамічним порошком і герметизується.

Встановлення залежності опору чутливого елементу ТО від температури називається градуюванням В межах однієї НСХ і од­ного класу точності ТО є взаємозамінними.

Напівпровідникові термоперетворювачі (термістори) виготовляться у вигляді циліндрів, шайб, намис­тин. Для виготовлення їх чутливих елементів використовують ок­сиди заліза, кобальту, магнію, марганцю, титану та інші, Гра­ниці вимірювання температури термісторами від -100 до +300 ^оС. В порівнянні з металевими перетворювачами напівпровідникові мають більшу чутливість, меншу теплову інерційність. Температур­ний коефіцієнт опору напівпровідникових термоперетворювачів має від'ємне значення (опір зменшується при зростанні темпера­тури). Основний недолік термісторів - нестабільність градуювальних характеристик. Найчастіше їх використовують в термосиг­налізаторах.

Опір термоперетворювача в лабораторній практиці вимірюють за допомогою лабораторного моста. В промисловості використову­ються автоматичні мости, логометри, цифрові компенсатори.