Ім'я файлу: Термометри опору.docx
Розширення: docx
Розмір: 176кб.
Дата: 17.10.2020

ТЕРМОМЕТРИ ОПОРУ

Термометри опору

Вимірювання температури за допомогою термометрів опору засновано на визначенні електричного опору провідника в залежності від зміни температури. При збільшенні температури опір металів зростає, а напівпровідників (транзисторів) знижується. Найбільше розповсюдження для виготовлення термометрів опору набули метали - мідь та платина. Платинові термометри призначені для вимірювання температури від - 260 до + 750°С, мідні - від -50 до +2000С. Конструктивно вини складаються з чутливого елементу та захисної арматури. Чутливим елементом є дріт діаметром для платини від 0,05 до 0,1 мм, для міді - 0,08 мм, який намотують на стержень або пластину з ізоляційного матеріалу. Елемент розташований у захисному каркасі. Платина відповідає всім вимогам, має велику хімічну інтенсивність в окислювальному середовищі та може бути виготовлена в чистому виді.

Напівпровідники при виготовленні термометрів опору являють собою матеріал, який утворюється з порошкової суміші окису металів марганцю, міді, кобальту, нікелю та ін., який спресовують та запікають при високій температурі. термометр електричний автоматичний міст

Стандартні технічні термометри опору мають умовні позначення: платинові - ТСП, мідні - ТСМ.

Переваги термометрів оперу: чутливість, стабільність роботи, передача параметрів на великі відстані та підключення декількох термометрів до одного вторинного приладу. Також до переваг термометрів опору необхідно віднести високу точність і стабільність характеристики перетворення, можливість вимірювати кріогенні (наднизькі) температури.

До недоліків необхідно віднести великі розміри чутливого елемента, що не дозволяють вимірювати температуру в точці об'єкта чи вимірюваного середовища (діаметр оболонки чутливого елемента 6...20 мм, довжина 50... 180 мм) та необхідність додаткового джерела живлення

Як вимірювальні прилади, що застосовуються в комплекті з термометрами опору, використовуються логометри та урівноважені містки.

Рисунок 1 - Будова платинового термометра опору

1 - платинова спіраль; 2 - фарфорова трубка; 3,4 - пробки; 5 - керамічний порошок; 6 - виводи чутливого елемента; 7 - захисний чохол чутливого елемента; 8,9 - вивідні дроти, ізольовані захисними бусами; 10 - оксид алюмінію, 11 - захисна втулка; 12 - водозахисна головка; 13 - ущільнення водозахисної головки; 14 - кріпильний штуцер.

Конструкція термометрів опору

Тонкий мідний або платиновий дріт намотують на каркас, який поміщають у металічний кожух таким чином, щоб запобігти електричного контакту вивідних дротів та самої спіралі з корпусом. Для цього корпус засипають порошком з діелектричного матеріалу (зазвичай корундом), дроти закривають ізоляційними керамічними бусами.

Для молочної промисловості застосовують мідні або платинові термометри з захисним чохлом із нержавіючої сталі (ТСП, ТСМ).

Переваги: висока точність, великі інтервали вимірів, можливість з'єднання кількох термометрів з одним вторинним пристроєм (що зручно при необхідності порівнювати результати вимірів) автоматичний запис і сигналізація температури, висока надійність, відсутність отруйних матеріалів (таких як ртуть у рідинних термометрах).

Недоліки: значні габаритні розміри, високі вимоги до якості струму живлення (коливання напруги в мережі можуть бути сприйняті вторинним приладом як коливання температури), висока інерційність.
Основний елемент термометрів опору - терморезистор. Принцип дії термометра ґрунтується на залежності електричного опору терморезистора від температури (див. формули (Л1.4) та (Л1.5)). Найчастіше для виготовлення терморезисторів застосовують чисті метали (Рt., Си, Ni та інш.), які мають достатньо високе значення, температурного коефіцієнта електричного опору, а також добру відновлюваність термометричних властивостей. Для вимірювання низьких температур (1,3...400 К) використовують термометри опору з чутливим елементом з напівпровідників (термісторів). В порівнянні з металами напівпровідники мають на порядок вищий температурний коефіцієнт опору, а також великий внутрішній опір. Ці особливості дозволяють створювати на основі термісторів дешеві, малогабаритні, механічно міцні та довговічні термометри опору. Недоліки напівпровідникових термометрів опору - нелінійність та низька відновлюваність градуйовочної характеристики, що потребує індивідуального їх градуювання.

Найбільш точним приладом для вимірювання температури в діапазоні. Від мінус 260 до п люс 750°С, ав окремих випадках до плюс 11ОО°С, є платинові термометри опору. Схема лабораторного платинового термометра конструкції П.Г.Стрелкова показана на рисунку Л1.7.

Рисунок Л1.7 – Конструктивна схема термометру опору

Термометр складається з каркаса 1 гелікоїдальної форми, виготовленого з плавленого кварцу. Платиновий дріт 2 діаметром 0,05...0,1 мм у вигляді спіралі кріпиться на каркасі 1. До кінців спіралі 2 приварюється два виводи 3 з платинового дроту діаметром 0,3 мм. Ці виводи 3 та чутливий елемент розміщуються в захисній кварцевій гільзі 4 діаметром 5...6 мм, яка може мати довжину від 50 мм до 100 мм. Гільза 4 заповнюється гелієм або іншим інертним газом при тискові 0,02 МПа.

Існує багато схем вмикання термометрів опору, одна з яких зображена на рисунку Л1.8, де позначено:

Рисунок Л1.8 Схема вмикання термометра опору

Rt - термометр опору; R1... R3 - плечі моста опору; RE - реостат;  - зрівнювальний резистор; G - гальванометр (міліамперметр); Е - стабілізоване джерело струму.

Градуюють термометр при температурі, що приймається за нуль, наприклад, 0°С. При цьому за допомогою зрівнювального резистора Rу вирівнюють плечі моста опорів, про що свідчить відсутність струму в діагоналі моста (прилад G показує нуль). Рівновага моста порушується при зміні температури і прилад G, шкала якого попередньо проградуйована в одиницях температури, буде показувати дійсну температуру.

Величина струму в вимірювальному ланцюгу установлюється реостатом RЕ. З метою запобігання нагріванню чутливого елемента величина струму не повинна перевищувати 2мА. В інших схемах вмикання термометрів опору можуть вимірюватись падіння напруги на чутливому елементі при сталому значенні величини струму або зміна опору чутливого елемента.

При особливо точних вимірюваннях температури застосовують спеціальні компенсаційні схеми вмикання термометрів опору, які практично виключають вплив зміни опору з'єднувальних проводів, нелінійності перетворення моста, похибки гальванометра та джерела струму тощо.


1.7 Термопари

Термопари застосовуються для вимірювання температури в діапазоні від мінус 200 до плюс 2500°С. Ці прилади досить точні і широко розповсюджені в різних автоматизованих системах вимірювання температури. Виготовляють термопари з таких комбінацій сплавів [ 4 ] :

а) хромель (84% Ni + 9,8% Сr + 10%  + 0,2Мп) - копелеві (56% Си + 44%Ni) - термопари ТКХ;

б) хромель-алюмелеві (94% Ni +2%Al +2,5% Мп + 1% Si +0,5% домішки) - термопари ТХА;

в) платинородій (90% Рt + 10% Rh / - платинові /100% Рt) - термопари ПП.

Термопари першого типу ТКХ мають найбільшу термо - ЕРС в порівнянні з іншими, але у них відносно малий термін служби при температурі плюс 500...600°С і використанні в повітряному середовищі. Межа вимірювання температури термопарами другого типу (ТХА) -плюс 1000°С, але у них менша термо - ЕРС.

Термопари третього типу (ПП) мають найбільшу точність, застосовуються для вимірювання температури в окислювальних та нейтральних середовищах і можуть працювати в діапазоні температур плюс 300...1600°С. Точність еталонних термопар ПП за відхиленням термо-ЕРС– 0,01 2.5·10-5/t - 300/мВ [4].

При виготовленні термопар використовують термоелектричний дріт діаметром 0,5 мм. Дріт меншого діаметра має велику неоднорідність матеріалу, що не забезпечує відновлюваності стандартної градуйовочної кривої.

Робочий спай термопари утворюють зварюванням, спаюванням або скручуванням. Найкраще кінці дроту зварювати, що дає найменші похибки при вимірюванні температури. Холодний спай термопари виготовляють за допомогою паяння оловом. Перед градуюванням термопару відпалюють при температурі, що перевищує робочу.

Для ізоляції термопар застосовують фарфорові та керамічні трубки, а також панчохи із склотканини.

Вимірювальний прилад в ланцюг термопари вмикають по одній з схем (рисунок Л1.9,а,б,в)

При вимірюваннях за схемою б) холодний спай охолоджують льодом, що тане. Цей спай з'єднують з вимірювальним приладом 4 мідним дротом.

У випадку вимірювання різниці температур можна застосовувати диференціальну термопару, в якої обидва спаї є робочими, але при умові, що одна з температур відома, щоб в процес вимірювання не була внесена похибка від нелінійності градуйовочної характеристики. Т ермопари дозволяють вимірювати температуру з похибкою ± 0,5°С.

1 – робочий спай; 2 – холодний спай; 3 – посудина з охолоджувачем; 4 –вимірювальний прилад

Рисунок Л1.9 – Схеми вмикання те

Термометри опору застосовуються як датчики для вимірювання температури. По матеріалу чутливого елемента їх розділяють на термометри опору платинові – ТОП і термометри опору мідні – ТОМ.

Конструктивно термометр опору (рис. 6) виготовляється із намотаної платинової або мідної ізольованої проволоки 2 на ізоляційний каркас 1.



Рис.6. Термометр опору

Для захисту від механічних ушкоджень та зручності монтажу термометри опору заключають в захисну арматуру різних модифікацій (рис. 7).



Рис. 7. Загальний вигляд датчиків температури – термометр опору:

а - ТС-175. б - ТСП-972. в - ТСП-006З

Термометри опору бувають одинарні і подвійні. У подвійних термометрах опору вмонтовані два ізольовані один від одного чутливі елементи, які застосовуються для одночасного виміру температури однієї точки двома приладами. Мідь (як матеріал) має на відміну від платини ряд недоліків. Вона окислюється при високій температурі і вологості, має малий питомий опір.

Мідні і платинові термометри випускають із строго визначеними значеннями опорів, відповідно до своїх типів і градуйовок.

Найбільш поширеними перетворювачами температури є термометри опору : мідні ( з градуйовками 50М і 100М) і платинові ( з градуйовками 50П і 100П). Числа 50 і 100 позначають опір чутливого елемента при ОоС (50 Ом, 100 Ом), а букви М і П позначають матеріал обмотки термометра опору - відповідно мідь і платина.

При зміні температури опір термометрів визначають за наближеною формулою: Rt=Ro(1+αt), де Rt - опір термометра при температурі t°С, R0 - опір термометра при 0°Сα - температурний коефіцієнт міді=4,3·10-3).

Зміна електричного опору термометрів пов'язана з тим, що теплове коливання кристалічної решітки металу термометра опору (міді, платини) пропорційне температурі: чим вища температура, тим вище коливання решітки і ступінь рухливості вільних електронів, а отже, більший електричний опір. При дуже низьких температурах, близьких до температури «абсолютного нуля» (-273°С), теплові коливання кристалічної решітки і вільних електронів настільки мізерно малі, що електричний опір практично дорівнює нулю, тобто спостерігається явище надпровідності.

Технічні характеристики термометрів опору подані в таблиці:

Тип

Діапазон вимірювання, оС

R0, Ом

50П

Від –200 до +650

50

100П

Від –200 до +650

100

50М

Від –50 до +200

50

100М

Від –50 до +200

100

Основними чинниками, що впливають на похибку вимірювання температури технологічних об'єктів, є: інерційність термодатчиків, невірне встановлення, порушення умов монтажу й експлуатації приладів.

Інерційністю термодатчиків можна знехтувати при малих швидкостях зміни температури об'єкта, проте при значних швидкостях зміни температури об'єкта інерційність термодатчиків необхідно враховувати, тому що в даному випадку виникає значна різниця в показаннях приладу і реальної температури об'єкта.

При використанні термодатчиків в агресивних середовищах і при високих тисках за рахунок захисних гільз значно зростає їхня теплова інерційність. Для зменшення інерційності зазор між датчиком і захисною гільзою по всій довжині заповнюють середовищем із великою теплопровідністю. При робочій температурі від 0 до 200°С використовують компресорне мастило типу КС-19, при температурі понад 200°С - чавунні або бронзові ошурки.

Як термометри опору, так і термопари можуть використовуватися при спеціальному виконанні в різноманітних важких умовах роботи: при високих вібраціях, великих тисках і в агресивних середовищах. У залежності від цих умов вибирається відповідна конструкція арматури, товщина і матеріал захисних чохлів.

Термометри опору по точності підрозділяють на три класи; по інерційності – малоінерційні (до 9с), середньо-інерційні(10-80с), високо-інерційні(до 4хв).

Відповідно до вимог автоматизації промислових технологічних установок датчики температур мають різноманітну монтажну (встановлювальну) довжину в інтервалі 60- 3200 мм.

Для вимірювання температури в комплекті з термоперетворювачами опору при температурі навколишнього повітря від 5 до 50° С і відносній вологості до 80 %, застосовуються логометри.

Основна похибка логометра не перевищує 1,5% від діапазону вимірювань.

Логометр представляє собою прилад магнітоелектричної системи з двома схрещеними під кутом рамками з опорою на кернах.

Характерні несправності і способи їх усунення.

1. При перевірці правильності показів стрілка логометра не встановлюється на контрольній точці.

а) перевірити і підігнати опір мережі.

б) перевірити і замінити логометр.

2. Стрілка логометра відхиляється вправо до упору.

Присутня наявність обриву проводу:

а) в мережі з'єднувальних проводів.

б) в термоперетворювачі опору.

в) в схемі внутрішніх з'єднань логометра.

г) в котушці для підгонки опору лінії.

3. Стрілка логометра не відхиляється, або відхиляється вліво.

Наявність коротке замикання.

а) в з'єднувальних проводах.

б) в термоперетворювачі опору.

в) в схемі внутрішніх з'єднань логометра.

г) відсутність живлення.

4. Нестійке положення стрілки логометра

Поганий контакт:

а) у місцях приєднання з'єднувальних проводів до термоперетворювача опора або до логометра

б) у схемі внутрішніх з'єднань логометра

Основні висновки

1. При вимірюванні температури об'єктів широко використовують датчики температури: термометри опору і термоелектричні перетворювачі температури (термопари).

2. Принцип дії даних датчиків заснований на різних фізичних явищах, тому їх не можна порівнювати (об'єднувати): при зміні температури об'єкта термометр опору змінює свій електричний опір, термопара змінює свою термо-е.р.с.

3. Зазначені типи датчиків самостійно не вимірюють і не реєструють показання температури, а використовуються тільки в комплекті з вимірювальним приладом.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас