Методы измерения температур.

Температурой называют величину, характеризующую степень нагретости вещества. Температурная шкала это ряд точек, распределенных внутри температурного интервала, ограниченного двумя основными точками постоянной температуры. Единица измерения температуры – градус.

Градус – определенная доля интервала между двумя основными точками температурной шкалы. Существуют шкала Реомюра, Цельсия, Фаренгейта. Они образуются делением на равные части интервалов шкалы термометра между температурой плавления льда и температурой кипения воды.

Реомюра – на 80 частей от 0 до +80 R.

Цельсия – на 100 частей от 0 до 100 С.

Фаренгейта – на 180 частей, от +32 до +212 F.

Температура в термодинамической шкале отсчитывается от температуры абсолютного нуля (-273 С) и обозначается через «Т». Числовые значения абсолютной температуры обозначаются через абсолютный градус или К и определяются как Т = t +273.

Для определения температуры используют косвенные методы, основанные на измерении таких физических величин, которые однозначно связаны с температурой и могут быть легко измерены.

Область измерения температуры делится на две:

1. Термометрия – до 500-600 .

2. Пирометрия – для более высоких температур.

В соответствии с этим применяемые приборы называются термометры и пирометры.

Для измерения температуры используют:

1. Объемное либо линейное расширение при нагревании (дилатометрический и биметаллический термометры).

2. Зависимость от температуры сопротивления проводников и полупроводников – термометры сопротивления.

3. Зависимость от температуры величины термоЭДС – термоэлектрические термометры и пирометры.

4. Зависимость от температуры величины и спектра излучения нагретого тела – пирометры излучения.

Термометры сопротивления

В них используется зависимость от температуры электрического сопротивления чувствительного элемента, т.е. датчика. Комплект термометра сопротивления включает: чувствительный элемент (датчик) и измерительное устройство, тем или иным путем определяющее сопротивление датчика.

Измерительным устройством является разновидность омметра, который градуирован в градусы.

Датчик представляет собой проволочный резистор, защищенный от воздействия окружающей среды газонепроницаемым кожухом. Материал для резистора должен обладать следующими свойствами:

1. Иметь высокий, и по возможности постоянный ТКС, этим обеспечивается чувствительность и линейность характеристики прибора.

2. Устойчивость физических и химических свойств в условиях нагрева.

3. Высокое удельное электрическое сопротивление. Это позволяет сократить погрешность измерения, связанную с изменяющимся сопротивлением измерительных проводов.

4. Воспроизводимость в больших количествах с неизменными физическими свойствами.

Рассмотренные требования оказываются настолько жесткими, что им удовлетворяют немногие металлы : медь (до 180 С), платина (до 650 С).

Измерительные устройства термометров сопротивления.

Сопротивление датчика термометра сопротивления может быть замерено с помощью различных методов. На практике обычно используют мостовые схемы с автоматическим уравновешиванием. Это обусловлено не только высокой точностью, но и возможностью записи на бумаге самописцем.

Основой прибора является уравновешенный мост, плечи которого включены в датчик R₁, постоянный резистор R₂, реаход R₃. Мост питается постоянным напряжением, подаваемым в диагональ cb, сигнал разбаланса снимается с cd и передается на вход модулятора.

Модулятор состоит из трансформатора и вибропреобразователя (реле К) – преобразует постоянный ток в переменный. U_ВХОД – напряжение на диагонали cb. Напряжение разбаланса пропорционально переменной составляющей (U_ВЫХ).

Фаза выходного сигнала по отношению к опорной синусоиде может составлять либо о, либо 180, в зависимости от знака разбаланса. Выходной сигал модулятора усиливается по напряжению и по мощности посредством усилителя и подается на обмотку управления двухфазного асинхронного серводвигателя. Обмотка возбуждения данного двигателя постоянно включена в сеть через конденсатор (чтобы сдвинуть на 90 фазу на обмотке возбуждения по отношению к фазе сетевого напряжения).

При таком включении скорость вращения серводвигателя определяется напряжением разбаланса моста, а направление этого вращения – знаком разбаланса моста. Обмотки двигателя фазируются таким образом, чтобы он передвигал движок реахода при напряжении разбаланса меньше 0 вверх, больше 0 – вниз.

Рассмотрим работу моста в автоматическом режиме. Пусть в исходном положении мост стабилизирован, напряжение разбаланса равно нулю, двигатель неподвижен. В результате изменения температуры увеличилось напряжение на терморезисторе, потенциал точки d увеличился, напряжение разбаланса ad стало отрицательным, двигатель начал передвигать движок реахода вверх, потенциал другой точки начал увеличиваться, вращение двигателя идет до тех пор, пока усиленное напряжение разбаланса достаточно для того, чтобы преодолеть момент сопротивления на валу двигателя. Так как общее усиление системы выбирается достаточно высоким, остаточное напряжение разбаланса, при котором двигатель останавливается, может быть достаточно мало. Таким образом точность балансировки может быть высокой.

Автоматические мосты в общепромышленном исполнении обеспечивают точность измерения t  0,5. Они являются не только показывающими приборами, они обычно снабжаются устройствами, позволяющими использовать из для автоматического регулирования температуры.