Контактные методы измерение температуры

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Контактные методы измерение температуры

05.12.2019

К приборам, измеряющим температуру контактным методом, относятся термометры и термоэлектрические пирометры.

Работа термометров расширения основана на явлении расширения твердых и жидких тел при нагревании. В металлургии наибольшее применение нашли жидкостные термометры расширения со стеклянной оболочкой и ртутным наполнением. Их выпускают с пределом измерения до +500° С. Для предохранения ртутных термометров от механических повреждений применяют металлические защитные оправы. Недостатком ртутных термометров являются их хрупкость, невозможность дистанционной передачи показаний, большая термическая инерция.

Работа манометрических термометров основана на измерении при помощи пружинного манометра давления жидкости, газа или пара, заключенного в термобаллоне, соединенном с манометром соединительным капилляром. Их выпускают показывающими, самопишущими и контактными с пределами измерения от -120 до +600° С. Класс точности газовых манометрических термометров - 1,5 и 2,5. Недостатками этих термометров являются большой размер и тепловая инерция термобаллона, а также возможная деформация баллона и капилляров, приводящая к нарушению градуировки

Работа электрических термометров сопротивления основана на свойстве различных материалов изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Комплект измерительного прибора состоит из тепловоспринимающего элемента-датчика и измерительного прибора, определяющего электрическое сопротивление датчика. Датчики выполняют в виде тонкой медной или платиновой проволоки или ленты, намотанной на изолирующий каркас. Для защиты от механических повреждений и воздействий агрессивной среды, в которую помещают термометр, чувствительный элемент помещают в защитный газонепроницаемый кожух. Промышленные платиновые термометры сопротивления типа ТСП применяют для измерения температуры от -200 до +650° С, медные типа TCM- от -50 до 4-180° С. Термометры сопротивления отличаются высокой точностью (классы точности от 1,0 до 0,1).

В качестве измерительных приборов для термометров сопротивления наиболее часто применяют логометры и уровновешенные мосты.

Логометр является магнитоэлектрическим прибором с подвижной системой, состоящей из двух жестко связанных рамок (обмоток), поворачивающихся на общей оси в зазоре между полюсами постоянного магнита и цилиндрическим сердечником. Обе рамки подключены к одному источнику питания, причем одна через постоянное сопротивление, а в цепь другой рамки включен термометр сопротивления. Токи, проходящие по рамкам, создают вращающие моменты, стремящиеся повернуть рамки перпендикулярно оси полюсов, причем моменты их направлены встречно. При температуре, принятой за начало шкалы прибора, токи в рамках равны и система уравновешена. При изменении температуры и соответственно сопротивления термометра нарушается соотношение токов в рамках и подвижная система логометра отклоняется нa угол, пропорциональный изменению сопротивления термометра. Шкалу логометра градуируют непосредственно в градусах.
Контактные методы измерение температуры

Принцип действия уравновешенного моста для измерения температуры поясняется схемой (рис. 65). Признаком равновесия моста является отсутствие электрического тока в диагонали моста. Для уравновешивания моста, когда сопротивление термометра Rt изменилось из-за отклонения измеряемой температуры, необходимо перемещать движок реохорда, добиваясь отсутствия тока в цепи нуль-индикатора, включенного в диагональ моста. При постоянных сопротивлениях R1, R2, R3, Rп моста и соединительных линий величина сопротивления Rt может быть определена по значению переменных сопротивлений r1 и r2, т. е. положению движка реохорда в состоянии равновесия моста. Если шкалу, вдоль которой перемешается движок, отградуировать в градусах, то положение движка по шкале определит измеряемую температуру.

В автоматических электронных уравновешенных мостах уравновешивание осуществляется при помощи асинхронного реверсивного двигателя, управляемого автоматически и непрерывно электронным усилителем. На вход усилителя поступает напряжение разбаланса измерительной диагонали моста, преобразованное при помощи вибрирующего преобразователя в напряжение переменного тока, фаза которого зависит от полярности напряжения разбаланса. Реверсивный двигатель связан с ползунком реохорда, а также с показывающей стрелкой, перемещающейся вдоль шкалы прибора, и с кареткой с пером, производящей регистрацию показаний на диаграммной ленте. В момент уравновешивания электродвигатель и ведомые им ползунок реохорда, а также стрелка и перо останавливаются

Наибольшее распространение в цветной металлургии получили термоэлектрические пирометры, обеспечивающие измерение в широком диапазоне температур. Термоэлектрический пирометр состоит из термопары, соединительных проводов и измерительного прибора.

Действие термопары основано на том. что в цепи, составленной из двух металлических проводников из различных материалов при неодинаковой температуре точек их соединения (спаев), возникает термоэлектродвижущая сила, величина которой зависит от температуры спаев. Термопара является преобразователем температуры в электрическую величину — разность потенциалов и служит датчиком температуры. Спай термопары, помещаемой в среду, температура которой подлежит измерению, называют рабочим концом термопары. Другой ее спай, температуру которого следует поддерживать постоянной, называют свободным концом термопары.

Существует много пар проводников из различных материалов, у которых возникает термо- э.д.с. при различных температурах их спаев. Однако не все металлы и их сплавы отвечают предъявляемым к термоэлектродам требованиям. В настоящее время допущены к применению в качестве стандартных термопары следующих типов: платинородий -платиновая термопара (градуировка IIП); платинородий - платинородиевая термопара (ПР 30/6); хромель-алюмелевая термопара (ХЛ); хромель-копелевая тер- мопара (XK); термопара из сплавов ИК-СА (градуировка НС).

Градуировочные характеристики стандартных термопар показаны па рис. 66. Термопары градуируют при температуре свободных концов, равной 0°C.

В конструкторском бюро «Термоприбор» разработана конструкция термопары типа ТИР-0475, предназначенной для измерения температуры расплавов медных шлаков и штейнов. В термопаре использован защитный металлокерамический чехол из самосвязанного карбида кремния. Для защиты термоэлектродов от воздействия газов применен дополнительный внутренний чехол из окиси алюминия (рис. 67). Собранную термоэлектродную пару вставляют в двойной защитный чехол I: внешний — металлокерамический из карбида кремния, внутренний — из окиси алюминия. Пространство между чехлами засыпают огнеупорной глиной и герметизируют замазкой. Собранный узел вставляется в стальную арматуру 2. Холодные концы присоединяют к клеммам контактной колодки, расположенной в корпусе головки 3; градуировка термопары ПР-30/б; предел измерения составляет 300-1550° С; показатель тепловой инерции 2—3 мин. Выпуск термопар ТПР-0475 освоен на Луцком приборостроительном заводе.

Для измерения термоэлектродвижущей силы, развиваемой термопарой, применяют пирометрические милливольтметры и компенсационные приборы (потенциометры).

Пирометрические милливольтметры являются приборами магнитоэлектрической системы с неподвижным постоянным магнитом и подвижной рамкой, соединенной со свободными концами термопары. Принцип действия прибора основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током, обусловленным термо-э. д. с. термопары. Вращающий момент пропорционален силе тока, проходящего через рамку. Противодействующий момент создается двумя спиральными пружинками, которые используются и для подвода тока к рамке. Он пропорционален углу закручивания пружинок. Для момента равновесия вращающий и противодействующий моменты равны, и угол отклонения стрелки прибора пропорционален силе тока, проходящей через рамку. Шкала прибора равномерная. К недостаткам милливольтметров относится зависимость показании прибора от наличия и изменения сопротивления внешней цени. Пирометрические милливольтметры выполняют переносными, лабораторного тина класса 0,5 и 1,0 и щитовыми класса 1,5.

Принцип действия потенциометра состоит в том, что развиваемая термопарой термо-э. д. с. уравновешивается (компенсируется) равным ей пo величине, но обратным по знаку напряжением от вспомогательного источника, которое затем измеряется с высокой точностью.

На рис. 68 показана принципиальная схема потенциометра, соединенного с термопарой. Прибор состоит из трех связанных электрических цепей. Измерительная цепь I включает источник постоянного тока Е, реостат R, контрольное сопротивление Rи и измерительное сопротивление (реохорд) Rp. К измерительной цепи при помощи перекючателя П можно присоединить цепь нормального элемента НЭ, развивающего при температуре 20°С строго постоянную э. д. с. (1,0186 в), и цепь термопары Т.

Термо-э. д. с. при помощи потенциометра измеряют следующим образом. Переключатель П устанавливают в положение К — «контроль» и замыкают пень нормального элемента, при помощи нуль-гальванометра НГ сравнивают падение напряжения па сопротивлении Rh и включенную ему навстречу э. д. с. нормального элемента НЭ. Реостатом R регулируют величину силы тока в измерительной цепи, добиваясь отсутствия прохождения тока через гальванометр. При этом э.д.с. нормального элемента оказывается полностью скомпенсированной обратным ей но знаку падением напряжения на контрольном сопротивлении Rн.

Затем переключатель П устанавливают в положение И (измерение) и к измерительной цепи подключают цепь термопары. При помощи нуль-гальванометра сравнивают термо-э. д. с. термопары T и падение напряжения на участке bс реохорда Rр. Перемещая ползунок реохорда, добиваются установки стрелки НГ на нуль шкалы. При этом наступает электрическое равновесие схемы и ток в цепь термопары T не поступает, так как развиваемая сю термо-э. д. с. компенсируется равным ей но величине и обратным по знаку падением напряжения на участке bс реохорда Rр. Шкала потенциометра, нанесенная вдоль реохорда Rр, может быть проградуирована непосредственно в милливольтах или в градусах.

Так как в компенсационном методе в момент измерения ток в цени термопары отсутствует, то сопротивление внешний цепи и гальванометра не оказывают влияния на точность измерения. От нулевого гальванометра, используемого в схеме, требуется лишь высокая чувствительность, а не высокая точность, так как он служит в этом случае лишь для обнаружения тока, а не его измерения. Так как сила рабочего тока i в измерительной цепи должна быть неизменной, а напряжение источника питания E меняется во времени, то в процессе измерений его необходимо периодически контролировать и осуществлять подрегулировку.

Потенциометры являются наиболее совершенными вторичными приборами термоэлектрических пирометров. Вследствие высокой точности их применяют как при лабораторных, так и при технических измерениях.

Стремление использовать весьма совершенный компенсационный метод для технических измерений привело к созданию электронных показывающих и самопишущих автоматических потенциометров, в которых уравновешивание термо-э. д. с., развиваемой термопарой, осуществляется автоматически при помощи электронного усилителя, включенного вместо нуль-гальванометра. Напряжение разбаланса через вибрирующий преобразователь попадает на вход усилителя, где усиливается до величины, достаточной для приведения в действие исполнительного реверсивного двигателя, передвигающего показывающую стрелку прибора и подвижный контакт реохорда до наступления равновесия в схеме. В этот момент движок реохорда и показывающая стрелка занимают положение, соответствующее измеряемой термо-э. д. с. Дальнейшее ее изменение снова вызывает вращение двигателя и перемещение движка реохорда. Таким образом, в автоматических потенциометрах измерительное устройство следит за изменением контролируемой величины, Источником питания обычно служит стабилизированный выпрямитель, обеспечивающий постоянство силы рабочего тока в измерительной цени.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: