14. Газовые манометрические термометры.

Действие манометрических термометров основано на свойстве изменения давления вещества в замкнутом объёме под действием температуры. Манометрические термометры подразделяются на 3 основные разновидности:

• Жидкостные, в которых вся измерительная система (термобаллон, манометр и соединительный капилляр) заполнены жидкостью;

• Конденсационные, в которых термобаллон заполнен частично жидкостью с низкой температурой кипения и частично – её насыщенными парами, а соединительный капилляр и манометр – насыщенными парами жидкости или, чаще, специальной передаточной жидкостью;

• Газовые, в которых вся измерительная система заполнена инертным газом.

Для замкнутой системы

(p₁ V₁ )/T_{1 =}(p₂ V₂ )/T₂

Так как

V₁ =V₂ =V=const

Получим

(p₁ V )/T_{1 =}(p₂ V )/T₂

Откуда

T₂ = T₁(p₂/ p₁)

Или

T₂ = (T₁/ p₁) p₂

Система заправляется жидкостью или газом при температуре T₁ до давления p₁ тогда T₁/ p₁=α=const

Давление в системе пропорционально температуре термобаллона Т₂ и это давление р₂ измеряют с помощью манометра.

Объем термобаллона должен составлять не мене 90% объема системы.

Манометрические термометры газонаполненные (ТПГ) в качестве рабочей среды используют жидкий азот, а наполненные жидкостью (ТПЖ) – ксилол.

Достоинства: шкала прибора практически равномерна.

Недостатки: сравнительно большая инерционность и большие размеры термобаллона.

15. Электрические термометры.

Принцип действия этого типа термометров основан на зависимости термо-ЭДС (ТЭДС) цепи от изменения температуры.

Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов. В спае с температурой t электроны из металла А диффундируют в металл Б в большем количестве, чем обратно. Поэтому металл А заряжается положительно, а металл Б отрицательно. Когда скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводниками А и Б возникает разность потенциалов. Таким образом, термо ЭДС (ТЭДС) является функцией двух переменных величин, т.е. ЕАВ(t,t0).

ТЭДС EAB(t t0) является функцией от температуры горячего спая t при условии постоянства температуры холодного спая t0.

Термопары градуируются при определенной постоянной температуре t0 (обычно t0 = 0 C или 20 C). При измерениях температура t0 может отличаться от градуировочного значения. В этом случае вводится соответствующая поправка в результат измерения:

EAB(t t0) = EAB(t t0’) + EAB(t0’t0).

Поправка EAB(t0’t0) равна ТЭДС, которую развивает данная термопара при температуре горячего спая t0’ и градуировочном значении температуры холодных спаев. Поправка берется положительной, если t0’ > t0 и отрицательной, если t0’ < t0.

Для исключения влияния отклонений температуры свободного спая термопары на показания вторичного прибора (милливольтметра) в замкнутый контур вводится неуравновешенный (компенса­ционный) мост. СРС

Величина поправки может быть взята из градуировочной таблицы.

Градуировки термопар: ХА - хромель-алюмелевые; ХК - хромель-копелевые; ПП - платинородий-платиновые и т.д.

Требования к термопарам:

1) воспроизводимость,

2) высокая чувствительность,

3) надежность,

4) стабильность,

5) достаточный температурный диапазон.

Методы и средства для измерения ТЭДС:

1) Метод непосредственной оценки ( с помощью милливольтметра); СРС

2) Компенсационный метод (с помощью потенциометров). СРС

Термоэлектрический термометр представляет собой 2 термоэлектрода 3 (тонкие проволоки диаметром 0,5 или 1,2 мм) из разных сплавов, одни концы 1 которых сварены между собой, а к другим свободным концам 4 подводятся соединительные провода. Для защиты от механических повреждений и воздействия окружающей среды термоэлектроды, армированные изоляцией, помещают в защитный корпус. Термометр погружают в измеряемую среду на глубину L. Контакт 1 называют рабочим (горячим) спаем термоэлектрического термометра (он в среде), а контакты 4 – свободным (холодным) спаем (он находится в помещении цеха, лаборатории).

18 Термометры сопротивления.

Измерение температуры термометрами сопротивлениями основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Свойство это характеризуется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), величина которого определяется уравнением

α = (R100 –R0)/R0*100 , 1/град

Величина α показывает, во сколько раз увеличивается сопротивление проводника при повышении его температуры на один градус.

Для большинства чистых металлов коэффициент положителен и приблизительно равен для железа – 0,004 1/град; для никеля - 0,0064 1/град; Некоторые сплавы имеют очень маленький ТКС манганин 0, 6*10-5 1/град (сплав медь+никель+марганец)

Вид функции R = f(t) зависит от природы материала. Для изготовления чувствительных элементов серийных термосопротивлений применяются чистые металлы, к которым предъявляются следующие требования:

а) металл не должен окисляться или вступать в химические реакции с измеряемой средой;

б) температурный коэффициент электрического сопротивления металла  должен быть достаточно большим и неизменным;

в) функция R = f(t) должна быть однозначна.

Наиболее полно указанным требованиям отвечают: платина, медь, никель, железо и др.

Основной недостаток термосопротивлений: большая инерционность (до 10 мин.).

Для измерения температуры наиболее часто применяются термосопротивления типов ТСП (платиновые) и ТСМ (медные).

Методы измерения сопротивления (СРС):

Схема логометра

Схема уравновешенного моста

Трёхпроводная схема

Схема автоматического уравновешенного моста

Схема неуравновешенного моста.

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы), по сравнению с металлическими, обладают более высокой чувствительностью.

Они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Полупроводниковые терморезисторы при весьма малых размерах имеют высокие значения сопротивления (до 1 МОм). Для измерения температуры наиболее распространены полупроводниковые терморезисторы типов КМТ (смесь окислов кобальта и марганца) и ММТ (смесь окислов меди и

марганца).

Термисторы имеют нелинейную градуировочную характеристику, которая описывается следующей формулой

К = A * eB/T

Где T – абсолютная температура; А- коэффициент, имеющий размерность сопротивления; В – коэффициент, имеющий размерность температуры.

Серьёзным недостатком термисторов, не позволяющим с достаточной точностью нормировать их характеристики при серийном производстве, является плохая воспроизводимость характеристик (значительное отличие характеристик одного экземпляра от другого).

Полупроводниковые датчики температуры обладают высокой стабильностью характеристик во времени и применяются для измерения температур в диапазоне от -100 до 200 °С.

Чаще всего в качестве полупроводника используются окислы металлов: железа Fe, хрома Сг, марганца Мп, кобальта Со и никеля Ni.