2 Датчик температуры

В химической промышленности температура часто является важнейшим параметром, определяющим течение и конечные, результаты технологического процесса. Для его измерения используются разнообразные методы и приборы.

В качестве единицы измерения температуры по Международной системе единиц (СИ) принят градус Кельвина (°К) термодинамической температурной шкалы, в которой для температуры тройной точки воды установлено значение 273,16° (точно). Обычно пользуются единицей Международной практической температурной шкалы — градусом Цельсия (° С).

Все приборы для измерения температуры можно разделить на термометры и пирометры. Термометры для измерения высоких. температур (свыше 600° С) называют обычно пирометрами.

Рисунок 2.1 Классификация датчиков температуры

2.1 Классификация приборов предназначенных для измерения

температуры

2.1.1 Термоэлектрические пирометры. Комплект термоэлектрического пирометра состоит из термопары, электроизмерительных проводов и вторичного электроизмерительного прибора. Достоинствами таких пирометров являются широкий диапазон измерений, высокая точность, возможность дистанционных измерений, централизация намерений, записи и возможность использования для сигнализации и регулирования.

Вторичные измерительные приборы градуируются для термопар определенного типа. Показания прибора верны только в том. случае, если температура свободного конца термопары в производственных условиях соответствует градуировочной температуре. В противном случае прибор даст неправильные показания и придется вводить в них поправки. Существует ряд способов вычисления, а также ручного и автоматического введения поправок. Рассмотрим некоторые из них.

1) Изменение начального положения стрелки прибора-милливольтметра. Перед измерением стрелка устанавливается при помощи винта- корректора на отметку, соответствующую температуре среды, в которой находится свободный конец термопары.

2) Отнесение свободных концов термопары (холодных спаев) в зону с постоянной температурой. Перемещение свободного конца термопары осуществляется введением в цепь пирометра так называемых удлинительных (пли компенсационных) проводов (рисунок1 ). Один концы удлинительных проводов 7 присоединяются к зажимам термопары, а другие - к медным соединительным проводам 8

Таким образом, свободные концы термопары перемещаются на положения I в положение II.

Постоянство температуры свободных концов обеспечивается опусканием в землю па глубину 3м или помещением в термостат.

3) Автоматическая компенсация погрешности от изменения температуры свободных концов. Осуществляется она несколькими способами, из которых здесь описываются два: введение в схему медного сопротивления (в потенциометрах) и введение компенсирующего напряжения (в милливольтметрах).

.

Рисунок 2.2 - Схема термоэлектрического пирометра:

1, 2 - термоэлектроды термопары; 3 – рабочий конец;

4 – изоляция; 5 – чехол; 6 – головка с зажимами;

7 – удлинительные провода; 8 – соединительные провода;

9 – измерительный прибор; 10, 11 – свободные концы тер

мопары; 12 – термостат.

При рассмотрении схемы автоматического электронного потенциометра было указано сопротивление В₂. Величина его изменяется с изменением температуры прибора, а следовательно, и свободных концов термопары, которая подключается к потенциометру при помощи удлинительных проводов.

Процесс компенсации происходит следующим образом. При повышении

температуры свободных концов разность температур рабочего I и свободного концов уменьшится, а следовательно, уменьшается на величину Е (t₀, t₁) термо-э.д.с. (t₀ — градуировочная температура, t’₂ - температура свободных концов при измерении). При отсутствии медного сопротивления стрелка прибора передвинулась бы на величину погрешности. По при измерении сопротивления R₂ на АН напряжение на нем изменяется на величину ΔU₂ но абсолютной величине равную изменению э. д. с. термопары, по противоположную ей по знаку.

Таким образом, равенство левой и правой частей уравнения сохранится:

Положение стрелки от изменения температуры помещения не изменится. Компенсация введением дополнительного напряжения осуществляется при помощи специальной коробки, содержащей мостовую схему, одно из плеч которой выполнено из меди (остальные из манганина). Одна из диагоналей включена между концами удлинительного и соединительного проводов. При уменьшении температуры свободных концов термо - э.д.с термопары уменьшится, но положение стрелки милливольтметра от этого не изменится, так как в диагонали появляется э.д.с. разбаланса моста, которая является компенсирующим напряжением, по абсолютной величине равным, а по направлению противоположным изменению термо - э. д. с.

Промышленность выпускает несколько типов стандартных термопар, для которых составлены градуировочные таблицы. Термопары носят название в зависимости от электродов, из которых они составляются.

Длина тормоэлоктродов термопары выбирается в зависимости от условий ее установки и достигает 15м. Термоэлектроды изолируются друг от друга стеклянными или фарфоровыми бусами, резиной, шелком, эмалью и т.д.

Рабочая части термопары каждого тина рассчитана на определеннее максимальное давление — от 0,6 до 25 Мн/м².

2.1.2 Термометры сопротивления. Для измерения температуры при помощи термометров сопротивления применяется комплект приборов, состоящий из сопротивления (датчика), помещаемого в исследуемую среду, соединительных проводов, источника питания и измерительного (вторичного) прибора. В качестве датчиков применяют металлические и полупроводниковые термосопротивления. В промышленности вторичными приборами служат логометры и электронные мосты. Выпускаются два типа, металлических термометров сопротивления — медные и платиновые. Рабочая длина их — от 150 до 1900 мм. Арматура термометров рассчитана па давление до 25 Мн\м.

2.1.3 Манометрические термометры. Действие манометрических термометров основано па том, что давление жидкости, газа или пара в замкнутом объеме изменяется закономерно в зависимости от температуры.

Замкнутый объем или система состоит из трех частей (рисунок 2): внутренней полости термобаллона 1, капилляра 2 и трубчатой пружины 3. В зависимости от вида заключенного в замкнутой системе вещества манометрические термометры разделяются на жидкостные с заполненном ртутью, газовые с заполнением инертным газом (азот, гелий) и паровые с заполнением системы низкокипящей жидкостью (хлористый метил, этиловый эфир, фреон, ацетон и др.) и ее парами. При повышении температуры давление паров хлористого метила, заполняющего на треть объем термобаллона 1, повышается.

Рисунок 2.3 - Схема манометрического термометра с сигнальным

устройством.

а – схема; б – общий вид.

1 - термобаллон; 2 – капилляр; 3 – винтовая трубочная

пружина; 4, 7 – оси; 5, 6 – рычаги; 8 – сектора с контакт

ными пластинами; 9 – контактный ползун; 10 – винты за

датчика; 11 – стрелки задатчика; 12 – показывающая

стрелка; 13 – резьба для установки термобаллона.

Геликоидальная трубчатая пружина начнет разворачиваться, поворачивая при этом своим верхним концом ось 4. На оси 4 одним концом закреплен рычаг-поводок 5, который свободным концом поворачивает рычаг 6, а с ним и ось 7. На последней закреплена показывающая стрелка 12 и контактный ползун 9. Ползун скользит по токопроводящим пластинкам, закрепленным на секторах 8, которые выполнены из изоляционного материала. Каждый из секторов 8 жестко связан со своей стрелкой. При помощи винтов 10, выходящих на лицевую сторону прибора, стрелки 11 могут быть установлены на любые отметки шкалы. При повышении температуры сначала замыкается контакт, соответствующий стрелке - минимум, а затем контакт, соответствующий стрелке - максимум, причем первый контакт остается замкнутым.