Измерение температуры

Выпускаемые промышленностью приборы для измерения температуры можно классифицировать согласно табл. 10.

Термометры расширения бывают жидкостные, дила­тометрические и биметаллические. Жидкостные применяют при простейших контрольных измерениях. Для автомати­ческого контроля применяют ртутные термометры с впаян­ными электродами. Дилатометрические и биметаллические используют как чувствительные элементы в некоторых схемах автоматического регулирования.

Манометрические термометры выпускаются показы­вающими, самопишущими и сигнализирующими.

Они бывают газонаполненные, паровые и жидкостные. Газовые термометры заполняют азотом, паровые — низкокипящей жидкостью, над которой находятся ее насыщен­ные пары; жидкостные — ртутью, ксилолом или метило­вым спиртом. Наполнитель термометра выбирают, исходя из измерительного интервала температур и требуемой чувствительности прибора. В этих термометрах исполь­зовано свойство жидкости, газа или пара изменять свое давление в замкнутом сосуде при нагревании или при охлаждении.

В качестве примера рассмотрим устройство газо­наполненного манометрического термометра, схема кото­рого изображена на рис. 71,а.

Рис. 71. Схемы манометрических термометров:

а – показывающий манометрический термометр: 1 – термобаллон; 2 – капиллярная трубка; 3 – трубчатая пружина; 4 – стрелка; б – манометрический термосигнализатор: 1 – термобаллон; 2 – капилляр; 3 – трубчатая пружина; 4 – ось; 5 – шкала; 6 – указатель; 7 – стрелка; 8 – поводок; 9 – сигнальная лампа; 10 – переходная колодка; 11 – сектор желтого указателя; 12 – передвижная контактная щеточка; 13 – сектор красного указателя; 14 – возвратная пружина; 15 – поводок; 16 – ось стрелки

Прибор состоит из термобаллона, изготовленного из латуни в виде цилиндра диаметром 22 мм, длиной 225 и 435 мм, медной капиллярной трубки в гибкой оболоч­ке диаметром около 8 мм. Трубка длиной до 60 м соединяет термобаллон с трубчатой пружиной, служащей манометрическим устройством. Пружина соединена систе­мой рычагов со стрелкой. При нагревании термобаллона давление в системе повышается, пружина раскручивается и поворачивает с помощью системы рычагов и тяг ось прибора со стрелкой, которая перемещается по шкале на угол, соответствующий изменению температуры.

На рис. 71,б показана схема манометрического термосигнализатора типа ТС. В нем термобаллон соединен с многовитковой трубчатой пружиной. Электроконтактное устройство осуществляет дистанционную сигнализацию при достижении заданных пределов температуры. Это происходит следующим образом. К оси стрелки укреплены контакты-щеточки, скользящие по двум сек­ирам. Секторы жестко соединены с передвижными указателями, один из которых окрашен в желтый цвет, другой — в красный. При установке указателя на определенную отметку шкалы замыкание соответствующего контакта происходит в момент совпадения конца стрелки с концом указателя. При повышении температуры происходит замыкание контакта, соответствующего красному указателю, причем контакт, соответствующий желтому указателю, остается включенным. Это достигается тем, что секторы, выполненные из изолирующего материа­ла, покрывают контактной пластинкой не полностью.

Термометрами сопротивления можно измерять температуру с передачей на значительное расстояние от места измерений. Они основаны на свойстве металлов увеличи­вать электрическое сопротивление при нагревании.

В комплект аппаратуры, применяемой для измерения термометром сопротивления, входят термометр сопротив­ления как чувствительный элемент, измерительный прибор, источник тока и соединительные провода, Переключатель (в случае присоединения нескольких термометров к одному измерительному прибору).

Термометры сопротивления чаще всего изготовляют из тонкой платиновой проволоки диаметром 0,015...0,07 мм. Вместо платиновой проволоки может быть применена медная эмалированная проволока диаметром 0,1 мм. Платиновые термометры позволяют измерять температу­ру от —200 до +650° С, медные – от —50 до +100... 150°С.

Схема термометра сопротивления показана на рис 72,б. Проводник (платиновый или медный), измене­ние сопротивления которого измеряется, спирально навит на каркас, укрепленный в головке. Каркас вместе с проводником помещен в защитную трубку. Клеммы служат для присоединения измерительного прибора. Диаметр термометра сопротивления равен обычно 3...5 мм, общая длина 400...700 мм. Термометр погружается в измеряемую сре­ду на 150...400 мм.

Рис. 72. Термометр сопротивления:

а – общий вид; б – конструктивная схема: 1 – каркас; 2 – медная или платиновая проволока; 3 – колодка; 4 – зажимы (клеммы); 5 – защитный кожух

Получают применение полу­проводниковые электрические тер­мометры сопротивления (термосо­противления) — так называемые термисторы. Их изготовляют в ви­де цилиндров, дисков, шайб и бу­синок. Они обладают чрезвычайно высокой чувствительностью и при соответствующей измерительной схеме реагируют на сотые доли градуса. При использовании термисторов из-за их высокого сопро­тивления на результаты измерений мало влияют колебания сопротив­ления соединительных проводов. Недостатком выпускаемых термисторов является нестабильность их характеристик.

Измерение температуры термометрами сопротивлений, т. е. измерение сопротивления датчика, осуществляется двумя способами: путем сравнения сопротивлений в мостовых схемах и с по­мощью стрелочных омметров — логометров.

Наиболее широко распростра­нены логометры, градуированные в градусах температуры. Принцип действия логометра (рис. 73,а) основан на взаимодействии магнитных полей двух скрещенных рамок подвижной системы с полем постоянного магнита. Рамки расположены та­ким образом, что их вращающие моменты М и М направлены навстречу, а подвижная система при этом поворачивается в сторону большего момента. Такое устройство обеспечивает нормальную работу прибора при колебаниях напряжения до ±20%.

Термометр сопротивления с логометром может соединяться по двух- или трехпроводной схеме. При двухпроводной схеме с изменением температуры окружаю­щей среды изменяется и сопротивление соединительных проводов, что вносит погрешность. Для компенсации этой погрешности прокладывается третий провод и источник питания подключается не к точке А, а к точке В, как показано на рис. 73,а пунктирной линией.

Рис. 73. Логометр ЛПр-53:

а – схема измерений; б – общий вид логометра

При такой трехпроводной схеме сопротивления проводов 1 и 2 оказываются подключенными к различным плечам измерительной схемы и взаимно компенсируются.

Автоматические мосты, применяемые в комплекте с термометрами сопротивлений, бывают уравновешенные и неуравновешенные, постоянного и переменного тока. Промышленность выпускает ряд конструктивных разно­видностей автоматических мостов в обычном, малога­баритном и миниатюрном исполнениях.

При измерении температуры с помощью уравновешенного моста термометр сопротивления включается вместо одного из плеч моста, а при использовании неуравно­вешенного моста датчик включается в цепь измеритель­ной диагонали и служит указателем небаланса моста.

Термоэлектрические пирометры основаны на явлении возникновения электродвижущей силы в спае проводников или сплавов, составляющих термопару. В комплект изме­рительного прибора входят одна или несколько термопар; чувствительный милливольтметр или потенциометр, граду­ированные в тех или других пределах изменения темпера­туры; переключатель, служащий для подключения при снятии показаний той или другой термопары к милли­вольтметру.

Существует несколько конструкций термопар. Наи­более распространены термопары: хромель-копель (ТХК); хромель-алюмель (ТХА) и платинородий-платина (ТПП).

Для изготовления термопар применяют электроды в виде проволоки диаметром 0,5...3,2 мм. Электроды соприка­саются только в рабочем конце, а по всей остальной части они изолированы друг от друга.

Для измерения термоэлектродвижущих сил, развивае­мых термопарой, применяют милливольтметры магнито­электрической системы или потенциометры, посредством которых электродвижущая сила измеряется компенса­ционным методом.

Выпускается большое число различных конструкций милливольтметров и потенциометров, градуированных для измерения температур. Эти приборы различаются пределами измерений, количеством возможных точек из­мерения, видом диаграмм, габаритами и некоторыми другими конструктивными особенностями.

Для измерения температур выше 1600° С применяют оптические и радиационные пирометры.