2. Завдання на виконання роботи

2.1. Ознайомитись з лабораторним стендом.

2.2. Вивчити загальні принципи вимірювання температури, види приладів для її вимірювання (Конспект лекцій, с.8 - 11).

2.3. Вивчити конструкцію та структурну схему вимірювального перетворювача TF2 фірми “Siemens” з термометром опору Pt 100.

2.5. Зняти реальні статичні характеристики для термопари та термометра опору за допомогою перетворювача SITRANS TF2.

2.6. Визначити за статичними характеристиками перетворення абсолютну, відносну та приведену похибки.

3. Загальні відомості про прилади для вимірювання температури

3.1 Загальна методика вимірювання температури

В залежності від принципу дії промислові засоби вимірювання температури розділяються на такі групи з відповідними межами вимірювання:

• термометри розширення (- 200°C до + 600°C). Принцип дії грунтується на тепловому (під впливом температури) розширенні термометричної рідини (ртуть, етиловий спирт, толуол), розміщеної у скляному резервуарі;

• манометричні термометри ( -200°C до + 600°C), засновані на залежності тиску термометричної речовини в замкненому об'ємі від температури;

• термометри опору (-260°C до +1000°C). Принцип дії грунтується на зміні електричного опору провідників або напівпровідників під впливом температури;

• термоелектричні термометри (-270°C до +2800°C) засновані на ефекті виникнення термоелектрорушійної сили в парі різнорідних металевих провідників в залежності від температури.

Принцип дії манометричних термометрів оснований на залежності тиску термометричної речовини в замкненому об’ємі від температури. Манометричний термометр складається з термобалона, капілярної трубки, манометричної трубчастої пружини, біметалевого повідка, зубчастого сектора, зубчатого колеса, стрілки приладу та шкали приладу.

Під впливом температури тиск робочої речовини в термобалоні збільшується і по капіляру передається манометричній трубчастій пружині, яка під дією тиску розкручується, вільний її кінець через повідок і зубчасту передачу переміщує стрілку приладу по його шкалі. Термобалон виготовляється з корозійностійкої сталі, а капіляр із стальної чи мідної трубки, манометричні трубчасті пружини можуть бути одновиткові та багатовиткові.

В залежності від термометричної речовини дані прилади поділяються на газові, рідинні та конденсаційні для різних меж вимірювання температури.

Термометри:

газові (азот, гелій, водень) - 260 … +600 ^оС;

рідинні (ртуть) - 40 … +600 ^оС,

(метиловий спирт) - 40 … +180 ^оС,

(силіконова рідина) - 150 … +300 ^оС;

конденсаційні (хлорметил) - 20 … +150 ^оС,

(ацетон) - 60 … +200 ^оС,

(бензол) - 100 … +250 ^оС.

Термометри газові та рідинні мають рівномірну шкалу, а конденсаційні (паронаповнені) – нерівномірну.

Вимірювання температури термометрами опору відноситься до контактних методів і грунтується на властивості провідників (металів) та напівпровідників змінювати свій електричний опір R в залежності від зміни їхньої температури t . В загального вигляді: R = f (t) .

Для провідників (металів) опір зростає з зростанням температури, а перетворювачі, які виготовлені із металевого дроту називають взагалі терморезисторами. У напівпровідників опір навпаки падає із ростом температури, а перетворювачі, що виготовлені із напівпровідникових матеріалів, називають термісторами.

В первинному вимірювальному перетворювачі температури може використовуватись будь-який терморезистор або термістор, але в якості засобів вимірювання температури з нормованими метрологічними характеристиками використовують термометри опору. Залежність опору термометра опору від температури називається його градуювальною характеристикою.

Найбільш розповсюдженими термометрами опору є платинові (ТСП) та мідні (тип ТСМ), за кордоном набули популярності нікелеві. Чутливі елементи таких термометрів опору виготовляють відповідно із платинового або емальованого мідного чи нікельового дроту діаметром від 0,04 до 0,1 мм, який намотують біфілярно на пластину або на каркас із ізоляційного матеріалу (слюди, пластмаси), а значення опору R_o при температурі 0 С підганяють за рахунок довжини дроту до тисячних часток Ома. Таким чином отримують (найбільш поширений) ряд термометрів опору з градуюванням (тобто, із значеннями R_o в Ом):

а) мідних (ТСМ), в яких R_o дорівнює 10, 50 та 100 Ом і які умовно позначаються 10М, 50М та 100М (символ М – відповідає міді) ;

б) платинових (ТСП): в яких R_o дорівнює 10, 50, 100 та 1000 Ом і які умовно позначаються: 10П, 50П, 100П, 500П та 1000П (символ П – відповідає платині), міжнародне позначення Pt100;

в) нікелевих, в яких R_o дорівнює 100 та 1000 Ом і які умовно позначаються NI100, NI1000.

Зовнішня арматура термометра опору, загальний вигляд якого приведений на рис.1, складається із захисної труби, яка захищає дріт термометра від впливу агресивного середовища об’єкта вимірювання температури, штуцера для його закріплення на об’єкті та головки, в якій розміщується контактна колодка з затискачами для під’єднання дротів, що з’єднують термометр опору з вторинним вимірювальним приладом.

Рис.1. Загальний вигляд термометра опору.

В якості вимірювальних приладів, які використовуються у комплекті з термометром опору, використовуються зрівноважені і незрівноважені мости, логометри та сучасні вимірювальні перетворювачі з уніфікованим вихідним сигналом.

Принцип дії термоелектричних перетворювачів температури грунтується на термоелектричному ефекті, суть якого полягає в тому, що в замкненому електричному колі (термопарі), до складу якого входять два (або більше) різнорідних металічних провідників, виникає електричний струм, якщо місця з’єднання цих провідників мають різні температури.

З’єднання термопари, яке має вищу змінну температуру , називають робочим (гарячим спаєм), а з’єднання, що має постійну температуру , називається вільними кінцями термоелектричного термометра (холодним спаєм термопари). Провідники А і В називаються термоелектродами (рис.2) термопари.

Рис.2. Загальна схема (принцип) термопари.

Термо-ЕРС термопари пропорційна різниці температур гарячого та вільного кінців. Якщо температура вільних кінців дорівнює 0°C, то вимірювана температура визначається вторинним приладом в термометричному комплекті (мілівольтметром або потенціометром) безпосередньо за градуювальною таблицею відповідної термопари (інакше потрібна поправка на температуру вільних кінців). Найбільше практичне застосування здобули стандартні термоелектричні перетворювачі (термопари), термоелектроди яких можуть бути виготовлені як із чистих матеріалів, так і сплавів: ХК - хромель-копель, ХА – хромель-алюмель, ПП – платинородій-платина.

Матеріали електродів:

платинородій (10% родію) – платина, позначення S(ПП), межі 0 …+ 1300 ^оС,

платинородій (30%) - платинородій (6%), В(ПР), 300 …+ 1600 ^оС,

хромель(90,5%Ni+9,5%Cr) – алюмель(94,5%Ni+2%Al+…), К(ХА),- 200…+1000 ^оС,

хромель – копель(56%Cu+44%Ni), ХК, - 200…+600 ^оС,

сплави НК-СА(нікель кобальтовий і з вмістом Si та Al), НС, +300…+1000 ^оС,

вольфрам реній(5% ренію) - вольфрам реній(20% ренію), ВР-5/20, 0 …+2300 ^оС.

Термоелектричні термометри під’єднуються до спеціальних вторинних приладів: автоматичного потенціометра або магнітоелектричного мілівольтметра, шкала яких проградуйована в °C, або до нормуючих перетворювачів з уніфікованим вихідним сигналом. Крім того, термопари можуть підмикатися безпосередньо до спеціальних модулів промислових контролерів.