Lek-AAKhTP

Манометрические термометры могут изготавливаться с преобразованием давления в электрический и пневматический унифицированные сигналы.

Класс точности 0.6, 1.0, 1.6. Типы ТПГ-180,ТПЖ-4, ТПР-4.

8.4 Термометры сопротивления

Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве проводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры окружающей среды:

Rt =Ro(1 + t) , где -температурный коэффициент сопротивления. Однако измерить температуру одним термометром сопротивления

нельзя. Необходим прибор, который бы фиксировал изменение сопротивления. Таким прибором может быть либо мост, либо логометр.

Для изготовления термометров сопротивления применяется платина медь. Диапазон измерений платиновым термометром лежит в пределах (-250- +1100)оС, а медных - (-200+200)оС. Термометры изготавливаются из проволоки (для платины диметр - 0.07мм, для меди - 0.1мм), которая наматывается бифилярно на каркас из диэлектрика.

.

Рисунок 8.2- Внешний вид термометра сопротивления

Длина рабочей части, закрываемой защитным чехлом 1 может быть

L= 10 -3200 мм. К одному термометру сопротивления может быть подключен только один вторичный прибор. Поэтому при необходимости контроля температуры как на месте так и дистанционно пользуются сдвоенными термометрами сопротивления, т.е. имеющими два чувствительных элемента в одном корпусе.

Промышленностью выпускаются термометры сопротивления (ТС) с определенным сопротивлением при 0оС.

Таблица 8.1 -Типы номинальных статических характеристик (НСХ) ТС

61

8.5 Термоэлектрические термометры

Термоэлектрический термометр состоит из термопары (смотри рисунок 8.3) и измерительного прибора. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте, заключающимся в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения проводников имеют разную температуру.

А

t o t

В

А,В – разнородные проводники Рисунок 8.3 – Термопара

Спай с температурой t называется рабочим (горячим), а спай с постоянной температурой t0 свободным (холодным).

Термоэлектрический эффект объясняется присутствием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов. Если металл А содержит больше свободных электронов, то в спае электроны из металла А будут дифундировать в В в большем количестве, чем электроны металла В в обратном направлении. В результате между электродами возникает разность потенциалов.

Суммарная ЭДС в замкнутом контуре будет являться функцией от

температуры сводится к определению термоЭДС термопары.

В производственной практике наибольшее распространение получили в качестве положительного электрода: медь, хромель, платинородий, вольфрам, для отрицательного электрода: копель, алюмель, платина.

Для всех применяемых для изготовления термопар металлов и сплавов функциональная зависимость термоЭДС от температуры сложна и выразить

62

Все стандартные термопары взаимозаменяемы.

Вид статических характеристик термопар приведен на рисунке 8.4.

Рисунок 8.4 – Статические характеристики термопар

8.6 Измерение температуры с помощью милливольтметра

Обычно в справочной литературе приводятся градуировочные таблицы (НСХ), составленные для to = 0оС. Чтобы в производственных условиях ввести поправку на температуру холодных спаев, применяют мостовые электрические схемы.

ТП - термопара, Rм - сопротивление выполненное из меди Рисунок 8.5 – Схема измерения температуры с помощью милливольтметра

С помощью сопротивления r можно настраивать мост для работы с термопарами различных градуировок.

До компенсационного моста прокладываются термоэлектродные провода, от моста до милливольтметра - медные.

8.7Электронный автоматический потенциометр

Внастоящее время выпускаются несколько типов потенциометров, отключающихся конструктивным исполнением: КСП1, КСП2, КСП3, КСП4. Упрощенная принципиальная схема потенциометра имеет вид:

63

Зависимость между излучаемой абсолютно черным телом энергией и его температурой выражается законом Стефана-Больцмана:

Е = Т4 , где -постоянная Больцмана (4.96*10-8 ккал/м2.ч.оС4).

Зависимость интенсивности излучения на определенной длине волны (монохроматическое излучение) от температуры характеризуется уравнением Планка:

с2

Е с1 5 (е Т 1) 1

С1 и С2 -постоянные. Для температуры ниже 4000оС справедливо уравнение Вина:

с2

Ес1 5е Т

Излучение реальных тел зависит не только от их температуры, но и их физических свойств, состояния поверхности, чистоты ее обработки. Поэтому измерение интенсивности излучения (полного или монохроматического) позволяет судить лишь о так называемой условной температуре. Условная температура может быть: радиационной, яркостной, цветовой.

Радиационной - называется такая температура абсолютно черного тела, при которой полные энергии испускаемые реальным и черным телами, равны между собой.

Яркостной - называется такая температура абсолютно черного тела, при которой монохроматические яркости этих тел при постоянной длине волны равны.

Цветовой - называется такая температура абсолютно черного тела, при которой отношение монохроматических яркостей двух длин волн у этих тел равны.

Радиационная и яркостная температуры тела всегда меньше истинной, цветовая - может оказаться больше или меньше истинной. Для измерения истинной температуры следует ввести поправку в условную температуру. Ее величина зависит от так называемого коэффициента черноты реального тела.

8.8.1Яркостные пирометры

Вних сравнивается яркость нагретого тела с яркостью нити накала электрической лампочки. Нить накала лампочки наблюдают на фоне нагретого тела. Когда яркости становятся одинаковыми, нить становится невидимой. Поэтому такие пирометры называются пирометрами с

исчезающей нитью. Упрощенная схема неавтоматического пирометра имеет вид:

65

R

мА

Е

Рисунок 8.7 – Неавтоматический яркостный пирометр

Лампа с вольфрамовой нитью сохраняет постоянной зависимость яркости нити от протекающего тока, если температура нити не превышает 1400оС. Серый светофильтр позволяет расширить пределы измерения прибора. Без него предел измерения равен 800-1400оС.

Упрощенная схема автоматического яркостного пирометра приведена на рисунке 8.8 .

Рисунок 8.8 - Фотоэлектрический яркостный пирометр

Оценка яркости производится с помощью фотоприемников. Модулятор обеспечивает попеременное освещение фотоприемника излучающим телом и лампой. Если яркостные температуры различны, то на выходе фотоприемника возникает переменная составляющая сигнала с частотой, равной частоте модуляции. Сигнал усиливается и измеряется с помощью измерительного прибора.

8.8.2 Цветовой пирометр

Принцип действия основан на измерении соотношения энергий излучения тела в лучах двух заранее выбранных длин волн. Это отношение является функцией температуры. Так как измеряется отношение интенсивностей, то показания прибора принципиально не зависят от

66

расстояния и размеров излучающего тела. Уменьшается влияние неселективного поглощения промежуточной среды на результат измерения.

Рисунок 8.9 – Схема цветового пирометра

При вращении модулятора на фотоприемник попеременно попадают излучения красной и синей спектральных яркостей. Напряжение, пропорциональное соответствующим спектральным яркостям, усиливается и преобразуется в логарифматоре в постоянный ток, значение которого зависит от измеряемой температуры.

8.8.3 Радиационный пирометр

Принцип действия основан на измерении полной энергии излучения нагретого тела.

ИП

Рисунок 8.10 – Схема радиационного пирометра Объектив фокусирует все излучение на темоприемнике (зачерненном

теле), температуру которого измеряют с помощью термопары (в качестве датчика температуры может использоваться и термосопротивление). Сигнал термопары (ЭДС) измеряется милливольтметром, шкала которого отградуирована в градусах.

Класс точности прибора - 5.0. Пределы измерения 400 -2000оС.

67

9 Газовый анализ

Газовый анализ возможен, если компонент, концентрация которого в смеси определяется, отличается от остальных компонентов по крайней мере одним свойством.

Методы газового анализа можно разделить на три класса: химические, физико-химические, физические.

Химический анализ основан на поглощении определяемого компонента каким-либо веществом, вступающим в химическое соединение с данным компонентом ( избирательное поглощение).

Физико-химический метод базируется на различных химических реакциях, сопровождающихся тем или иным физическим явлением (например, выделением тепла).

Физические методы основаны на определении какого-либо физического свойства компонента смеси, отличающегося от этого же свойства других компонентов.

Наиболее распространены химические, термокондуктометрические, магнитные, оптические газоанализаторы. Химические анализаторы выполняются в виде переносных лабораторных неавтоматических приборов для периодических измерений.

9.1 Термокондуктометрический газоанализатор

Принцип действия основан на изменении теплопроводности газовой смеси в зависимости от концентрации измеряемого компонента.

Измерительная часть газоанализатора - неуравновешенный мост. Плечи моста представляют собой чувствительные элементы из платины (платиновые нити), которые одновременно служат для нагрева и как термометры сопротивления. Чувствительные элементы расположены в ячейках, две из которых продуваются анализируемым газом, а две другие заполнены газовой смесью определенного состава.

Термокондуктометрические газоанализаторы могут использоваться для анализа таких газов как: водород, двуокись азота, сероводород, метан, сернистый ангидрид , углекислый газ и т.д.

Для исключения погрешности, вызванной колебаниями температуры окружающей среды, нестабильностью напряжения питания, применяют компенсационные измерительные схемы, в состав которых входят два неуравновешенных моста. Один из них является рабочим, а другой сравнительным. Все измерительные ячейки выполняются в одном общем металлическом блоке, что устраняет влияние изменения температуры окружающей среды. Мосты питаются от общего источника напряжения, что устраняет погрешность от нестабильности напряжения питания.

Схема термокондуктометрического газоанализатора изображена на рисунке 9.1.

68

В ячейках 2,3,6,7 находится газовая среда соответствующая началу шкалы анализатора, а в ячейках 5,8 сравнительного моста - концу шкалы.

При концентрации измеряемого компонента, отличной от начала шкалы прибора, появляется напряжение разбаланса на измерительной диагонали рабочего моста А. Это напряжение сравнивается (компенсируется) с падением напряжения на участке реоходра Rр, включенного в измерительную диагональ сравнительного моста Б. Если сравниваемые напряжения не равны, то на входе усилителя УС появляется сигнал, который усиливается и включает реверсивный двигатель РД, перемещающий движок реохорда (а заодно и стрелку прибора относительно шкалы) до восстановления равновесия измерительной схемы.

9.2 Магнитный газоанализатор

Магнитный газоанализатор применяется для измерения концентрации кислорода в газовых смесях. Действие его основано на различии магнитных свойств кислорода и других газов. Кислород является паромагнитным газом и притягивается магнитом.

Непосредственно измерить магнитную восприимчивость газа трудно, т.к. ее абсолютная величина очень мала. Поэтому для измерений применяется метод термомагнитной конвекции, в котором используется способность кислорода быстро терять парамагнитные свойства при нагревании.

Термомагнитной конвекцией называется движение содержащего кислород газа под действием магнитного и температурного полей. Один из вариантов измерительной ячейки приведен на рисунке 9.2.

69

Рисунок 9.2 – Вариант исполнения измерительной ячейки газоанализатора

Анализируемая газовая смесь подается на вход ячейки. Если в газовой смеси имеются молекулы кислорода, то они под действием магнитного поля постоянного магнита затягиваются в измерительную камеру, в которой находится чувствительный элемент - платиновая проволочка (термометр сопротивления). Поскольку платиновая проволочка нагрета, проходящим по ней током, то молекулы кислорода нагреваются и теряют свои магнитные свойства. Нагретые молекулы кислорода выталкиваются из камеры холодными, поступающими из газовой смеси. Таким образом чувствительный элемент омывается потоком кислорода. Температура чувствительного элемента, а, следовательно, и сопротивление будет зависеть от концентрации кислорода в анализируемом газе. Чувствительный элемент включается в мостовую измерительную схему. Газоанализатор строится по компенсационной схеме.

Тр –силовой трансформатор, А-сравнительный , Б- рабочий мосты. Рисунок 9.3 - Термомагнитный газоанализатор

Через ячейки сравнительного моста продувается эталонная газовая смесь (в частности - воздух).

70