Практическая работа автоматизация. Практическая работа 1. Изучение методов и приборов для измерения температуры
 Скачать 479.2 Kb.
|
|
Оформляем работу на формате А4 Записываем: тему, цель работы. Затем отвечаем на контрольные вопросы. Решаем задачи. Работу загружаем в ЛК студента (можно без титульного листа). Практическая работа №1 Тема: Изучение методов и приборов для измерения температуры Цель работы: 1) изучение методов измерения температуры; 2) изучение приборов для измерения температуры. Методы и приборы для измерения температуры Приборы для измерения температуры основаны на изменении следующих свойств вещества при изменении температуры: На изменении объёма тела - термометры расширения: • изменение линейного размера-дилатометры; • изменение давления рабочего вещества в замкнутой камере - манометрические термометры. На изменении сопротивления - термометры сопротивления: • термометры из благородных металлов - платины; • термометры из неблагородных металлов; • полупроводниковые термометры (термисторы). Основанные на явлении термоэффекта - термопары. Использующие оптические свойства вещества - оптические термометры или пирометры: • радиационные пирометры; • яркостные пирометры; • цветовые пирометры. Использующие прочие свойства вещества: • шумовые термометры, использующие зависимость уровня шума от температуры (для измерения низких температур); • резонансные термометры, использующие зависимость резонансной частоты от температуры; • термометры, использующие свойства р-n переходов. МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ Термометр манометрический - прибор для измерения температуры, действие которого основано на зависимости давления рабочего вещества в замкнутом объеме от температуры. В зависимости от рабочего вещества различают газовые, жидкостные и конденсационные термометры. Конструктивно манометрические термометры представляют собой герметичную систему, состоящую из баллона, соединённого капилляром с манометром. Термобаллон погружается в измеряемую среду. При изменении температуры рабочего вещества в термобалоне происходит изменение давления во всей замкнутой системе, которое через капиллярную трубку передается на манометр. В зависимости от назначения манометрические термометры бывают показывающими, самопишущими, а также состоящими только из первичного преобразователя давления для дистанционной передачи сигнала. Часто к манометрическим термометрам подключают устройства управления и сигнализации. Капилляр манометрического термометра обычно представляет собой латунную трубку с внутренним диаметром в доли миллиметра. Это позволяет удалить манометр от места установки термобаллона на расстояние до 60 м. Манометрические термометры могут применяться во взрывоопасных помещениях. При необходимости передачи результатов измерений на большое расстояние манометрические термометры снабжают промежуточными преобразователями с унифицированными выходными пневматическими или электрическими сигналами. Наиболее уязвимыми в конструкции манометрических термометров являются места присоединения капилляра к термобаллону и манометру. Поэтому устанавливать и обслуживать такие приборы должны специально обученные специалисты. Нельзя нагревать манометрический термометр выше предельной температуры, на которую он рассчитан. Манометрические термометры подразделяют на три основные группы: 1. Жидкостные, в которых вся измерительная система (термобаллон, манометр и соединительный капилляр) заполнены жидкостью; 2. Конденсационные, в которых термобаллон заполнен частично жидкостью с низкой температурой кипения и частично – ее насыщенными парами, а соединительный капилляр и манометр – насыщенными парами жидкости или, чаще, специальной проточной жидкостью; 3. Газовые, в которых вся измерительная система заполнена инертным газом. ТЕРМОПАРЫ Термопара – старейший и до сих пор наиболее распространенный в промышленности температурный датчик. Действие термопары основано на эффекте, который впервые был открыт и описан Томасам Зеебеком в 1822 г. Наиболее правильное определение этого эффекта следующее: a difference of potential will occur if a homogeneous material having mobile charges has a different temperature at each measurement contact. (Если гомогенный материал, обладающий свободными зарядами, имеет разную температуру на измерительных контактах, то между контактами возникает разность потенциалов). Для нас более привычно обычно приводимое в литературе несколько другое определение эффекта Зеебека – возникновении тока в замкнутой цепи из двух разнородных проводников при наличии градиента температур между спаями. Второе определение, очевидно, следует из первого и дает объяснение принципу работы и устройству термопары. Однако, именно первое определение дает ключ к пониманию эффекта возникновения ТЭДС не в месте спая, а по всей длине термоэлектрода, что очень важно для понимания ограничений по точности, накладываемых самой природой термоэлектричества. Поскольку генерирование ТЭДС происходит по длине термоэлектрода, то показания термопары зависят от состояния термоэлектродов в зоне максимального температурного градиента. Поэтому поверку термопар следует проводить при той же глубине погружения в среду, что и на рабочем объекте. Учет термоэлектрической неоднородности особенно важен для рабочих термопар из неблагородных металлов. Главные преимущества термопар: - широкий диапазон рабочих температур, это самый высокотемпературный из контактных датчиков. - спай термопары может быть непосредственно заземлен или приведен в прямой контакт с измеряемым объектом. - простота изготовления, надежность и прочность конструкции. Недостатки термопар: - необходимость контроля температуры холодных спаев. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС. - возникновение термоэлектрической неоднородности в проводниках и, как следствие, изменение градуировочной характеристики из-за изменения состава сплава в результате коррозии и других химических процессов. - материал электродов не является химически инертным и, при недостаточной герметичности корпуса термопары, может подвергаться влиянию агрессивных сред, атмосферы и т.д. - на большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей. - зависимость ТЭДС от температуры существенно не линейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала. - когда жесткие требования выдвигаются к времени термической инерции термопары, и необходимо заземлять рабочий спай, следует обеспечить электрическую изоляцию преобразователя сигнала для устранения опасности возникновения утечек через землю. Термопары являются наиболее распространенными датчиками вследствие простоты своей конструкции. Термопара представляет собой два спаянных проводника из разнородных металлов, например, из железа и меди или их сплавов. Материалом для ТП могут служить и благородные металлы, такие как платина и ее сплавы с родием. Для измерения температуры в несколько тысяч градусов используются вольфрам и рений. Если спаи имеют разную температуру Т гс и Т хс , то в цепи будет протекать термоэлектрический ток - эффект Пельтье. Один из спаев, размещаемый на объекте, называется горячим (ГС), а второй - холодным (ХС). При размыкании цепи (рис. ПЕ.1) на концах проводников А и В возникает термо ЭДС Е тп , которая пропорциональна разности функций температур ГС и ХС: Рис. ПЕ.1 К принципу действия термопары Для достижения максимальной точности измерения температуры с помощью термопар используются специальные таблицы наиболее распространенных типов термопар, в которых разность температур (измеряемой относительно 0°С) сопоставляется со значениями генерируемой ЭДС. В табл. ПЕ.2 представлены наиболее распространенные типы термопар и металлы, из которых они состоят Таблица ПЕ.2 Тип термопары Первичная обмотка Вторичная обмотка Диапазон измеряемых температур, 0 С E Хромель Константан 0-600 J Железо Константан -100-850 K Хромель Алюмель -200-1300 R Платина Платинородий 0-1700 S Платина Платинородий 0-1700 T Медь Константан -200-400 Поддержание температуры холодных спаев равной 0°С является сложной задачей. Использование для этого ванны с тающим льдом, как это рекомендовалось в старых учебниках, в большинстве практических случаев неприемлемо. Использование активных термостатов, поддерживающих холодные спаи при повышенной (порядка 60°С) температуре, повышает энергопотребление измерительной аппаратуры, приводит к появлению дополнительных помех и необходимости переградуировки. Поэтому на практике обычно производится компенсация температуры холодных спаев аппаратными или программно- аппаратными средствами. Аппаратные средства предусматривают включение в измерительную цепь последовательно с ТП мостовой схемы (рис. ПЕ.3), которая рассчитывается таким образом, что при 0°С выходной сигнал мостовой схемы равен 0. С повышением температуры холодных спаев сигнал Е ТП уменьшается на Е ТП = Е ТП - Е' ТП (рис. П2.1), а напряжение мостовой схемы возрастает до U M = Е ТП . В этом случае выходной сигнал измерительной схемы Е ТП остается постоянным и не зависит от изменения температуры холодных спаев. Аппаратно-программный метод предусматривает, что: -в районе холодных спаев ТП помещается ТС; -измеряется R ГС и по его значению определяется температура Т ХС ; -по градуировочной характеристике определяется Е ТП , соответствующая температуре Т ХС , -восстанавливается значение Е ТП = Е’ ТП + Е ТП ; -по градуировочной характеристике определяется температура горячего спая – Т ГС Подобный алгоритм, заложенный в ЭВМ, позволяет достаточно быстро и при малых аппаратных затратах скомпенсировать Т ГС . Он широко применяется в настоящее время. Для усиления сигналов ТП применяются измерительные усилители. Поскольку максимальный сигнал ТП составляет от 15 мВ до 50 мВ, то коэффициент усиления должен быть порядка 100...1000. К усилителю, прежде всего, предъявляется требование низкого уровня напряжения смещения U СМ и температурного коэффициента ТК дрейфа нулевого уровня, малых входных токов, высокого входного сопротивления, подавления синфазных помех. Рис. ПЕ.3. Аппаратный метод компенсации влияния температуры ХС Термопары изготавливаются в виде зондов или двух проволочек из термопарных материалов, спаянных вместе на тонком кончике. ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ Термометры сопротивления используют зависимости активного сопротивления различных материалов от температуры. Выделяют две группы: 1. Металлические термометры сопротивления. 2. Полупроводниковые термометры сопротивления. Материал для изготовления термометров сопротивления: медь, никель, платина. Для изготовления стандартизированных термопреобразователей сопротивления в настоящее время применяют платину и медь, соответственно термопреобразователи сопротивления по материалу чувствительного элемента подразделяются на платиновые (ТСП) и медные (ТСМ) по ГОСТ6651-84. Терморезисторы относятся к параметрическим датчикам температуры, поскольку их активное сопротивление зависит от температуры. Терморезисторы называют также термометрами сопротивления или термосопротивлениями. Они применяются для измерения температуры в широком диапазоне от -270 до 1600 °С. Если терморезистор нагревать проходящим через него электрическим током, то его температура будет зависеть от интенсивности теплообмена с окружающей средой. Так как интенсивность теплообмена зависит от физических свойств газовой или жидкой среды (например, от теплопроводности, плотности, вязкости), в которой находится терморезистор, от скорости перемещения терморезистора относительно газовой или жидкой среды, то терморезисторы используются и в приборах для измерения таких неэлектрических величин, как скорость, расход, плотность и др. Различают металлические и полупроводниковые терморезисторы. Металлические терморезисторы изготовляют из чистых металлов: меди, платины, никеля, железа, реже из молибдена и вольфрама. Для большинства чистых металлов температурный коэффициент электрического сопротивления составляет примерно (4-6,5) ∙ 103 1/°С, т. е. при увеличении температуры на 1 °С сопротивление металлического терморезистора увеличивается на 0,4-0,65 %. Наибольшее распространение получили медные и платиновые терморезисторы. Хотя железные и никелевые терморезисторы имеют примерно в полтора раза больший температурный коэффициент сопротивления, чем медные и платиновые, однако применяются они реже. Дело в том, что железо и никель сильно окисляются и при этом меняют свои характеристики. Вообще добавление в металл незначительного количества примесей уменьшает температурный коэффициент сопротивления Сплавы металлов и окисляющиеся металлы имеют низкую стабильность характеристик. Однако при необходимости измерять высокие температуры приходится применять такие жаропрочные металлы, как вольфрам и молибден, хотя терморезисторы из них имеют характеристики, несколько отличающиеся от образца к образцу. Сопротивление металлического проводника R зависит от температуры: где С - постоянный коэффициент, зависящий от материала и конструктивных размеров проводника; б - температурный коэффициент сопротивления; е -основание натуральных логарифмов. После разложения функции вида е x в степенной ряд получается выражение для расчета сопротивления при температуре Т через начальное сопротивление при Т 0 : Для платиновых терморезисторов, которые применяются в более широком диапазоне температур, чем медные, следует учитывать зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры Для этого берется не два, а три члена разложения в степенной ряд функции е x . Таким образом, в диапазоне температур от -50 до 700 °С достаточно точной является формула где для платины б = 3,9410 -3 1/°С, в = 5,810 -7 (1/°С) 2 Широкое применение в автоматике получили полупроводниковые терморезисторы, которые для краткости называют термисторами. Материалом для их изготовления служат смеси оксидов марганца, никеля и кобальта; германий и кремний с различными примесями и др. По сравнению с металлическими терморезисторами полупроводниковые имеют меньшие размеры в большие значения номинальных сопротивлений. Термисторы имеют на порядок больший температурный коэффициент сопротивления (до -610 -2 1/°С). Но этот коэффициент — отрицательный, т. е. при увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается. Существенный недостаток полупроводниковых терморезисторов по сравнению с металлическими - непостоянство температурного коэффициента сопротивления. С ростом температуры он сильно падает, т. е. термистор имеет нелинейную характеристику. Вследствие этого термисторы используются для измерения температур в диапазоне от -50 до 300°С. При массовом производстве термисторы дешевле металлических терморезисторов, но имеют больший разброс характеристик. Сопротивление полупроводниковых терморезисторов (термисторов) резко уменьшается с ростом температуры. Их чувствительность значительно выше, чем металлических, поскольку температурный коэффициент сопротивления полупроводниковых терморезистопов примерно на порядок больше, чем у металлических. Если для металлов б=(4...6)20 -3 1/°С, то для полупроводниковых терморезисторов |б|>410 -2 1/°С. Правда, для термисторов этот коэффициент непостоянен, он зависит от температуры и им редко пользуются при практических расчетах. Основной характеристикой терморезистора является зависимость его сопротивления от абсолютной температурыТ: где А - постоянный коэффициент, зависящий от материала и конструктивных размеров термистора; В - постоянный коэффициент, зависящий от физических свойств полупроводника; е -основание натуральных логарифмов. В табл. ПЕ.3 приведены основные технические данные изучаемых в лабораторной работе терморезисторов (платинового и полупроводникового) Схема включения терморезисторов и градуировочные кривые представлены на рис. ПЕ.4 и рис. ПЕ.5 соответственно. Таблица ПЕ.3 Характеристика Терморезистор Honeywell HEL 775 Терморезистор Honeywell TD5A Диапазон измеряемых температур, 0 С -75 … +540 -40 … +150 Базовое сопротивление при +20 0 С, Ом 1000 2000 Постоянные А, 0 С -1 3,8410 -3 В, 0 С -2 4,9410 -6 С, 0 С -4 - α, 0 С -1 0,00375 - β, 0 С 0,16 - , 0 С 1,605 ± 0,009 - Погрешность 0,2 % от полной шкалы 1 Ом Точность измерения, 0 С 0,5 0,7 Время отклика, с 0,5 11 Линейность характеристики, % 0,1 - Рис. ПЕ.4. Стандартная схема включения терморезисторов (мост Уитстона) Рис. ПЕ.5. Градуировочные кривые а) терморезистора HoneywellHEL 775 и б) терморезистор HoneywellTD5A Функциональные зависимости сопротивления датчиков от температуры представлены ниже: - для платинового терморезистора - R T =R 0 (l+AT+BT 2 -100CT 3 +CT 4 ) - для термистора - R T =R 0 ( 1+АТ+ВТ 2 ). Здесь R T - сопротивление датчика при температуре Т, Ом; R 0 - сопротивление при О 0 С, Ом; Т - значение температуры, 0 С. Пирометр - это бесконтактный первичный измерительный преобразователь температуры, который определяет энергию излучения тела. Исходя из физических принципов работы, все физические тела излучают меньшую энергию, чем черное тело, пирометры показывают температуру более низкую, чем действительная температура нагретого тела. В общем случае пирометр представляет собой систему, включающую в себя: - совокупность оптических линз для фокусировки энергии излучения на преобразующем элементе; - преобразующий элемент для восприятия энергии излучения; - электронная схема для сопряжения преобразующего элемента с внешними цепями. По принципу действия пирометры делятся на оптические (монохроматические) и радиационные (полного излучения). В оптических пирометрах сравнивается яркость излучения определенной дины волны нагретого тела, температура которого измеряется, и накала нити специальной фотометрической лампы, встроенной в прибор. Сравнение интенсивностей происходит после пропускания излучения через красный светофильтр. Действие пирометров полного излучения основано на фокусировке теплового излучения тела с помощью оптической системы в месте расположения преобразующего элемента (рис. ПЕ.6). Количество энергии, исходящей от тела, зависит от его температуры и излучающей способности (неизменна и определяется свойствами материала излучающего тела). Кроме того излучение, достигающее пирометра, не зависит от расстояния до него (при условии, что поверхность тела полностью заполняет область видения пирометра). Рис. ПЕ.6. Принцип действия радиационного пирометра Преобразующий элемент пирометра может быть выполнен в форме любого из рассмотренных ранее преобразователей температуры (термопара, терморезистор). Поскольку пироэлектрические детекторы воспринимают температуру дистанционно (без физического контакта), то они могут использоваться для обнаружения того или иного тела, образуя основу детекторов наличия или приближения предметов. В табл. ПЕ.4 представлены основные технические характеристики изучаемого в работе пирометра MelexisMLX90247-ESF-DSA, а на рис. ПЕ.7 изображена его принципиальная схема и схема включения в цепь операционного усилителя для получения унифицированного сигнала. Таблица ПЕ.4 Характеристика Инфракрасный пирометр Напряжение питания, В 5 Диапазон измеряемых температур, 0 С -70 … +380 Тип термоопределителя Термопара Базовое сопротивление при +20 0 С, кОм 20 Точность измерения, 0 С 0,5 Разрешающая способность, 0 С 0,02 Рис. ПЕ.7. Принципиальная схема пирометра MelexisMLX90247-ESF-DSA и схема его включения в цепь операционного усилителя Интегральный датчик температуры объединяет в себе первичный преобразователь температуры и схему для преобразования и усиления сигнала. Наиболее распространенными датчиками такого типа являются датчики, выпускаемые фирмой AnalogDevices серии LM. В табл. ПЕ.5 представлены технические характеристики представителя данного семейства LM335. На рис. ПЕ.8 представлена принципиальная схема датчика. Таблица ПЕ.5 Характеристика Инфракрасный пирометр Напряжение питания, В 5 Диапазон измеряемых температур, 0 С -55 … +150 Базовое напряжение при +0 0 С, В 2,73 Точность измерения, 0 С ± 2,7 Разрешающая способность, 0 С 10 Линейность, 0 С 0,5 Рис. ПЕ.8. Принципиальная схема датчика LM335 Термостат представляет собой обычный тип температурных преобразователей с замыкающим или размыкающим одним или несколькими электрическим контактами, определяющими прохождение определенной температурной точки. Такой прибор реализует дискретный способ восприятия температуры. Термостаты наиболее широко используются там, где необходимо контролировать чтобы температура не превышала некоторого значения или не опускалась ниже установленного уровня. В конструкцию термостата входит биметаллический чувствительный элемент, в котором два металла с различными коэффициентами температурного расширения механически соединены друг с другом в виде ленты или полоски. При изменении температуры среды длина каждого слоя металла изменяется различным образом и лента или полоска изгибается, замыкая электрический контакт. Технические характеристики биметаллического термостата, работа которого исследуется в данной лабораторной работе, приведены в табл. ПЕ.1. Таблица ПЕ.1 Характеристика Значение Напряжение коммутируемой с ети, не более, В 250 Номинальный ток при cos=1,0/0,6 не более, А 16/10 Число срабатываний при макс. токе 16/25 А и cos=1,0 не менее 30000/2500 Температура срабатывания, 0 С 57 Погрешность температуры срабатывания, не более, 0 С ±3; ±6; ±10 Температура возврата ниже точки настройки 0 С 15±5 Переходное сопротивление не более, Ом 0,05 Электрическая прочность не менее, В 1500 Сопротивление изоляции не менее, МоМ 50 Степень защиты термоограничителя IP4x Задачи для самостоятельного решения 1. При изменении температуры на 10С относительное изменение высоты столбика ртутного термометра составляет 1,02 по сравнению с первоначаль-ным. При каком изменении температуры оно будет 1,05, если коэффициент объёмного расширения ртути 1,72 10 -4 1/К? 2. Каким должен быть рабочий ход стержня длиной 100 мм латунного термометра расширения со шкалой -100…+500 0 С? Коэффициент линейного расширения принять 0,2 10 -4 1/К. 3. При увеличении перепада температур на 200С относительное изменение длины стержня равно 1% от первоначального значения l 0 . Найти коэффициент линейного расширения материала стержня дилатометрического термометра. 4. На какие давления должна быть рассчитана термосистема жидкостного манометрического термометра со шкалой от –100 0 С до 500 0 С, если при 20С давление 1,5 МПа, а коэффициент объёмного расширения V = 2*10 -3 1/ С? 5. Найти начальный перепад температур термобаллона, если при его увеличении на 200С давление в термосистеме газового манометрического термометра увеличилось в 2 раза. Коэффициент объемного расширения газа равен 0,0036 1/К. 6. Найти значение сопротивления платинового терморезистора при температурах измеряемой среды 60С, если при t= 0С R 0 = 100 Ом. 7. При изменении температуры на 100С сопротивление медного терморезистора увеличилось в 1,2 раза. Найти первоначальное и конечное значения температуры. Указания для решения задач 1-7 Измерение температуры 1 Термометры расширения действуют на основании способности жидкости изменять свой объем, а твердых тел – размер при изменении температуры. Жидкостный термометр расширения состоит из резервуара, заполненного жидкостью (ртуть, спирт), капиллярной трубки и шкалы. Объем жидкости в зависимости от температуры определяется по формуле V = V 0 [ 1+ α V (Т– Т 0 )] где V и V 0 – объемы жидкости при температурах Т и Т 0 , м 3 ; α V - коэффициент объемного расширения, 1/K. Дилатометрический термометр расширения действует на основании использования теплового линейного расширения твердых тел (стержней, пластинок, спиралей). Линейные размеры стержня в зависимости от температуры определяются по формуле l = l 0 [1 +α l (Т – Т 0 )] где l и l 0 – линейные размеры при температуре t и t 0 , м; α l - коэффициент линейного расширения, 1/К. Перемещение стержня с большим коэффициентом линейного расширения передается через рычажную передачу указательной стрелке. Относительное перемещение стрелки l, вызванное изменением температуры, находят по формуле l = k l 0 α e Т, где k – отношение плеч рычага; l 0 – начальная длина стержня, м; Т - изменение температуры, К. 2 Манометрический термометр состоит из чувствительного элемента – термобаллона, погруженного в измерительную среду, капиллярной трубки и трубчато-пружинного манометра. Все элементы соединены герметично, вследствие чего внутренняя полость термометра представляет собой замкнутое пространство, заполненное газом или жидкостью. При нагревании термобаллона в системе создается давление, которое вызывает перемещение механизма указателя. В газовых термометрах термобаллон заполнен азотом, аргоном или гелием, и зависимость давления от температуры определяется по формуле: Р = Р 0 [ 1+ α V (Т – Т 0 )] где Р, Р 0 – давление газа при температурах Т и Т 0 , Па; α V - коэффициент объемного расширения газа, 1/К. 3 Термоэлектрический преобразователь (термопара) работает на основании возникновения термо-ЭДС в цепи, состоящей из двух разнородных проводников при наличии разности температур t и t 0 соединений их концов. Одно из соединений термопары (холодный спай) находится в среде с постоянной температурой, а другое (горячий спай) – в измерительной среде. Зависимость Е = f (t,t 0 ) , близка к линейной и определяется материалами проводников термоэлектрической цепи. Для расчетов используются градуировочные таблицы значений Е= f (t,t 0 ) при t 0 =0 о С, которые приведены в приложении А. Обычно измерения проводят в окружающей среде, температура которой отличается от 0 о С, поэтому необходимо вводить поправку на температуру холодных спаев. Её можно рассчитать по формуле: t ист = t и + k(t х – t 0 )], где t ист и t и – истинное и измеренное значение температуры, о С; t х и t 0 - температура холодных спаев при измерении и градуировке (t 0 = 0 о С); k - поправочный коэффициент, значение которого приведено в приложении А. Термопара работает в комплекте со вторичными приборами: милливольтметром и потенциометром. Напряжение на выводах милливольтметра связано с термо-ЭДС соотношением E t U = 1 + R вн / R V где R вн – сопротивление измерительной цепи (термопары, соединительных проводов, контактов и т.д.), Ом; R V - внутреннее сопротивление вольтметра, Ом. 4 Термопреобразователи сопротивления служат для преобразования температуры в параметр электрической цепи (сопротивление). Они бывают металлические проволочные и полупроводниковые. Металлические проволочные термосопротивления характеризуются следующими зависимостями сопротивления от температуры: платиновые (ТСП) в диапазоне от 0 о до 650 о С R t = R o (1+ α 1 t + α 2 t 2 ), где α 1 = 3,97 10 -3 1/C температурные коэффициенты α 2 = -5,85 10 -7 1/C 2 сопротивления медные (ТСМ) в диапазоне от -50 о С до 180 о С R t = R o (1+ α t t) где α t = 4,26 10 -3 1/C о Сопротивление R o градуируют при 0 о С. В Приложении Б показаны основные данные термосопротивлений. Термосопротивления работают в комплекте со вторичными приборами: логометрами и измерительными мостами. Схема уравновешенного моста приведена на рисунке 1. В одно из плеч моста включено термосопротивление. Питание от источника напряжения GB подключено к одной из диагоналей моста, в другую включен измерительный прибор. Если мост уравновешен, то ток в измерительной диагонали равен нулю. Условие равновесия моста определяется по формуле R 2 R t = R 1 R 3 Рис. 1 – Схема уравновешенного моста Принцип измерения температуры состоит в том, что при изменении сопротивления R t с помощью переменного резистора R 3 добиваются равновесия моста. Указатель шкалы связан с подвижным контактом переменного резистора R 3 (шкала отградуирована в о С). Контрольные вопросы 1. Манометрические термометры. 2. Термопары. 3. Термометры сопротивления. 4. Терморезисторы. 5. Термостат. 6. Пирометр. 7. Интегральный датчик температуры. РА R 1 R 2 R 3 R t Приложение А Таблица 1 – Градуировочные таблицы основных промышленных термопар при температуре холодных спаев 0º С Темпера- тура Т, Сº Градуировка ТПП ТХА ТХК термо-ЭДС, мВ k-попра- вочный коэффи- циент термо-ЭДС, мВ k-попра- вочный коэффи- циент термо-ЭДС, мВ k-попра- вочный коэффи- циент 0 0 0 0 1,0 1,0 1,0 100 0,640 4,10 6,95 0,82 1,0 0,9 200 1,421 8,13 14,66 0,72 1,0 0,83 300 2,311 12,21 22,91 0,69 0,98 0,81 400 3,244 16,40 31,49 0,66 0,98 0,83 500 4,211 20,65 40,16 0,63 1,0 0,79 600 5,214 24,91 49,02 0,62 0,96 0,78 700 6,251 29,15 57,77 0,60 1,0 0,80 800 7,323 33,32 66,42 0,59 1,0 0,80 900 8,429 37,37 - 0,56 1,0 - 1000 9,569 41,32 - 0,55 1,07 - 1100 10,745 45,16 - 0,53 1,11 - 1200 11,954 48,87 - 0,51 1,16 - 1300 13,158 52,43 - Приложение Б Таблица 1 – Градуировочные таблицы проволочных терморезисторов платиновых Температура Т, Сº ТСП 50П ТСП 100П 0 50 100 50 59,855 119,71 100 69,745 139,1 150 79,11 158,22 200 88,515 177,03 250 97,775 195,55 300 106,89 213,78 350 115,855 231,71 400 124,68 249,36 450 133,355 267,71 500 141,88 283,76 550 150,255 300,51 600 158,48 333,10 700 174,465 348,93 750 182,235 364,47 800 189,86 379,72 850 197,335 394,67 900 204,665 409,33 950 211,85 423,70 1000 218,89 437,78 |