Метод определения температуры вспышки в открытом тигле. 1. Определение температуры вспышки 5 Метод определения температуры вспышки в открытом тигле 8
 Скачать 471.34 Kb.
|
2.4 Методы измерения температуры2.4.1 Контактные методы измерения температурыСуществуют два основных способа для измерения температур - контактные и бесконтактные. Контактные способы основаны на непосредственном контакте измерительного преобразователя температуры с исследуемым объектом, в результате чего добиваются состояния теплового равновесия преобразователя и объекта. Этому способу присущи свои недостатки. Температурное поле объекта искажается при введении в него термоприемника. Температура преобразователя всегда отличается от истинной температуры объекта. Верхний предел измерения температуры ограничен свойствами материалов, из которых изготовлены температурные датчики. Кроме того, ряд задач измерения температуры в недоступных вращающихся с большой скоростью объектах не может быть решен контактным способом. В зависимости от типа прибора, для определения температуры вспышки нефтепродуктов применяют ртутные термометры, термометры сопротивления и термоэлектрические преобразователи(термопары). Ртутные термометры Согласно ГОСТ 6356-75, для определения температуры нефтепродукта на аппарат ТВЗ (ТВ-1),используются ртутные термометры типов ТИН-1, ТИН-2, ТН-1, ТН-2, ТН6 по ГОСТ 400-80. Термометр ТН-6 применяют при испытании продуктов с температурой вспышки ниже 12 °С. Недостатками применения ртутных термометров является долгое время измерения и низкая точность определения температуры вспышки из-за субъективности ее оценки. Основные параметры термометра типа ТИН-1 приведены в таблице 4 Таблица 4- Основные параметры термометра типа ТИН-1
Термометры сопротивления Для автоматического аппарата для определения температуры вспышки в открытом тигле ТВЗ-ЛАБ-11, в качестве устройства для определения температуры нефтепродукта используют термометр сопротивления Pt100. Термометр сопротивления - электронный прибор, предназначенный для измерения температуры. Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводниковых материалов от температуры. Термопреобразователи выполняют в виде катушки из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную гильзу. Термопреобразователи сопротивления могут подключаться к прибору с использованием двухпроводной линии, но при этом отсутствует компенсация сопротивления соединительных проводов и поэтому будет наблюдаться некоторая зависимость показаний прибора от колебаний температуры проводов. Наиболее точными и стабильными во времени являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику. Наибольшее распространение получили Pt100 (сопротивление при 0 °С - 100Ω) Зависимость от температуры почти линейна и подчиняется квадратичному закону при положительной температуре и уравнению 4 степени при отрицательных. Термометр сопротивления типа Pt100 для определения температуры вспышки представлен на рисунке 4  Рисунок 4 -Термометр сопротивления типа Pt100 Термоэлектрические преобразователи Термоэлектрический термометр — прибор для измерения температуры, состоящий из термопары в качестве чувствительного элемента и электроизмерительного прибора (милливольтметра, автоматического потенциометра и др.). Термоэлектрическим преобразователем, или термопарой, называют два разнородных электропроводящих элемента (обычно металлические проводники, реже полупроводниковые), соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры. Измерение температуры с помощью термоэлектрического преобразователя основано на термоэлектрическом эффекте Зеебека: в замкнутой термоэлектрической цепи, составленной из двух разнородных проводников, возникает электрический ток, если два спая (места соединения) проводников имеют разную температуру. Термоэлектрический эффект объясняется наличием в проводнике (металле) свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных проводников (металлов). Допустим, что в спае с температурой t электроны из проводника А диффундируют в проводник В в заведомо большем количестве, чем обратно. Проводник А заряжается положительно, а проводник В — отрицательно. Появившийся электрический ток генерирует разность потенциалов на двух спаях, известную как контактная разность потенциалов. Она зависит от температуры спаев и ее можно измерить или милливольтметром, или потенциометром. Спай, помещенный в измеряемую среду с температурой  , называют измерительным (горячим или рабочим) или рабочим концом термопары. Второй спай, находящийся при постоянной температуре называют соединительным (опорным, холодным, свободным) или свободным концом термопары. Опорный спай подвержен действию температуры в месте присоединения к измерительному прибору. Опорная температура должна выдерживаться с определенной точностью.Если существует зависимость термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) термоэлектрического преобразователя от температуры рабочего конца и при постоянно заданной температуре свободных концов, то измерение температуры сводится к измерению ТЭДС термоэлектрического преобразователя (предполагая, что температура свободных концов термоэлектрического преобразователя постоянна: ее стандартное значение  = О °С). Чтобы подключить измерительный прибор (милливольтметр, либо потенциометр) в термоэлектрическую цепь, ее разрывают (либо в спае с температурой , либо в одном из термоэлектродов, например В, — рис. 5, б, в).   Рисунок 5 - Принцип действия термоэлектрического преобразователя: а — термоэлектрическая цепь из двух проводников (термоэлектродов) А и В; б — термоэлектрическая цепь с третьим проводником С, включенным между термоэлектродами; в — термоэлектрическая цепь с третьим проводником С, включенным в термоэлектрод В термоэлектрического преобразователя (  — температура рабочего спая; — температура опорного спая)ТЭДС термоэлектрического преобразователя не изменяется от введения в его цепь третьего проводника, если концы этого проводника имеют одинаковые температуры. На этом основании в цепь термоэлектрического преобразователя подключают соединительные провода, измерительные устройства (приборы) и подгоночные сопротивления. Желательно в цепи термоэлектрического преобразователя применять проводники, термоэлектрические свойства которых незначительно отличаются от свойств термоэлектродов. Основные типы стандартных промышленных термоэлектрических преобразователей приведены в табл. 5, а технические характеристики некоторых из них — в табл. 6. Таблица 5 - Стандартные промышленные термоэлектрические преобразователи
 Рисунок 6 - Номинальные статические характеристики термоэлектрических преобразователей Номинально приписываемая термопаре данного типа зависимость ТЭДС от температуры рабочего конца при постоянно заданной температуре свободных концов называется номинальной статической характеристикой (НСХ) преобразования термопары (рис. 6). НСХ термоэлектрических преобразователей не линейны и могут быть аппроксимированы полиномами:  где E(t, 0), мВ — ТЭДС термопары при температуре рабочего конца  и температуре свободного конца = 0 ; — коэффициенты полинома. В зависимости от природы термоэлектродов и диапазона температур степень полинома п может изменяться от 3 до 14.В реальных производственных условиях температура свободных концов термопары обычно отличается от температуры  = 0 °С, для которой составлены таблицы номинальных статических характеристик, поэтому в показания измерительных приборов необходимо вводить поправку.Термопреобразователи сопротивления Принцип действия термометров сопротивления основан на зависимости электрического сопротивления материалов от температуры. Термометр сопротивления представляет собой комплект, в который входят: • первичный измерительный преобразователь, воспринимающий тепловую энергию и преобразующий изменение температуры в изменение электрического сопротивления; • прибор, измеряющий электрическое сопротивление и отградуированный в единицах измерения температуры. Первичный измерительный преобразователь термометров сопротивления называют термопреобразователем сопротивления (ТС). В отличие от термопар, являющихся активными преобразователями (преобразователями генераторного типа), термопреобразователи сопротивления являются пассивными преобразователями (преобразователями параметрического типа). Для них необходим вспомогательный источник энергии, тогда как для термопар он обычно не требуется. Различают металлические и полупроводниковые термопреобразователи сопротивления. Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления называют также термисторами. Металлические термопреобразователи сопротивления В качестве материала для металлических ТС используют чаще всего платину, медь и никель, из которых изготовляются технические ТС для измерения температуры в интервале от —200 °С до +750 °С (платиновые) и от —50 °С до +180 °С (медные). Термопреобразователи сопротивления могут быть охарактеризованы двумя параметрами:  — сопротивлением термопреобразователя при температуре 0 °С и — отношением сопротивления термопреобразователя при 100 °С к его сопротивлению при 0 Величина  зависит от чистоты материала.Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры может быть с весьма высокой точностью описана уравнениями третьей степени. При обычных требованиях к точности зависимость сопротивления ТС от температуры можно выразить линейной функцией  где  — сопротивление датчика при температуре О °С, Ом;  — температура,°С; — температурный коэффициент сопротивления, Типовые зависимости сопротивления некоторых металлов от температуры приведены на рис. 70. Они свидетельствуют о достаточно высокой линейной взаимосвязи между сопротивлением и температурой (за исключением никеля). В соответствии с ГОСТ выпускаются термопреобразователи сопротивления следующих номинальных статических характеристик(НСХ) преобразования: платиновые (ТСП) — 1П, 5П, 10П, 50П, 100П, 500П; медные (ТСМ) - 10М, 50М, 100М; никелевые (ТСН) -100Н. Число в условном обозначении НСХ показывает сопротивление термопреобразователя (Ом) при температуре 0   Рисунок 7 - Зависимость отношения  для некоторых металлов от температуры: — сопротивление термометра при температуре , Ом; — сопротивление термометра при температуре 0°С (273,15 К), ОмКонструктивно термопреобразователи сопротивления представляют собой тонкую платиновую или медную проволоку, намотанную бифилярно на специальный слюдяной, фарфоровый или пластмассовый каркас, или свернутую в спираль и вложенную в каналы защитного корпуса. Вариант конструкции термопреобразователя сопротивления изображен на рис. 7. Чувствительный элемент на керамическом каркасе состоит из двух последовательно соединенных платиновых спиралей /. К двум концам этих спиралей припаяны короткие платиновые выводы 3, к которым затем привариваются необходимой длины выводные проводники. Платиновые спирали размещаются в каналах керамического каркаса 2. Крепление платиновых спиралей и выводов в каркасе осуществляется глазурью 4, изготовляемой на основе оксидов алюминия и кремния: коэффициент линейного расширения глазури близок к коэффициентам линейного расширения материала выводов и каркаса. Подгонка номинального сопротивления чувствительного элемента  при 0 °С осуществляется постепенным уменьшением длины противоположных концов платиновых спиралей с последующей пайкой в точке 5. Пространство между платиновыми спиралями заполняют порошком оксида для улучшения теплового контакта между витками спиралей и каркасом. Рисунок 8 - Схема платинового термопреобразователя сопротивления. 2.4.2 Бесконтактные методы измерения температурыБесконтактный способ основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой через лучеиспускание и воспринимаемой на некотором расстоянии от исследуемого объема. Этот способ менее чувствителен, чем контактный. Измерения температуры в большой степени зависят от воспроизведения условий градуировки при эксплуатации, а в противном случае появляются значительные погрешности. Для измерения температуры бесконтактным методом используются пирометры. Пирометр - прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света. В зависимости от естественной входной величины пирометры разделяются на пирометры полного излучения (радиационные пирометры), воспринимающие полную (интегральную) энергию Излучения, пирометры частичного излучения (яркостные пирометры), основанные на зависимости от температуры энергетической яркости излучения в ограниченном диапазоне длин волн, и пирометры спектрального отношения (цветовые пирометры), в которых используется зависимость от температуры отношения спектральных плотностей энергетических яркостей на двух или нескольких длинах волн. Пирометры полного излучения, или радиационные пирометры Эти пирометры основаны на зависимости от температуры интегральной мощности излучения абсолютно черного тела (АЧТ) во всем диапазоне длин волн, определяемой законом Стефана - Больцмана. Для реального тела эта зависимость определяется выражением  ,где  , - коэффициент теплового излучения (коэффициент излучательной способности), зависящий от материала излучателя и от состояния и температуры его поверхности.Пирометр, градуированный по излучению АЧТ, при измерении на реальном объекте покажет так называемую радиационную температуру, значение которой всегда меньше действительной температуры объекта. Радиационной температурой объекта называется такая температура АЧТ, при которой его полная мощность излучения равна полной мощности излучения рассматриваемого объекта при температуре Т. Пирометры полного излучения применяются для измерения в диапазоне температур от -50 до + 3500 °С. Наиболее целесообразно использовать такие пирометры для измерения температуры объектов, излучательные свойства которых мало отличаются от свойств АЧТ. Для повышения точности пирометров полного излучения в корпусе телескопа устанавливается образцовый источник излучения в виде АЧТ, температура которого поддерживается постоянной.  Рисунок 9 - Пирометр полного излучения: 1 - линза; 2 - диафрагма; 3 - приемник излучения; 4 - окуляр; 5 - светофильтр. |