Какие бывают виды измерительных преобразователей температуры. Как устроены основные типы преобразователей температуры. Каков принцип работы различных преобразователей температуры. На чем основано действие термопар, термосопротивлений и других датчиков температуры.

Виды измерительных преобразователей температуры

Измерительные преобразователи температуры (термометры) подразделяются на несколько основных видов:

• Термометры расширения (жидкостные, биметаллические)
• Манометрические термометры
• Термометры сопротивления
• Термопары (термоэлектрические преобразователи)
• Полупроводниковые термометры (термисторы)
• Пирометры

Каждый вид термометров имеет свои особенности конструкции, принципа действия и области применения. Рассмотрим основные типы подробнее.

Термометры расширения

Термометры расширения основаны на тепловом расширении жидкостей или твердых тел при нагревании. К ним относятся:

Жидкостные термометры

В жидкостных термометрах используется тепловое расширение жидкости (ртути, спирта) в стеклянном капилляре. При повышении температуры жидкость расширяется и поднимается по капилляру. Шкала градуируется в градусах температуры.

Биметаллические термометры

Принцип действия основан на различном тепловом расширении двух металлических пластин, жестко соединенных между собой. При нагреве биметаллическая пластина изгибается, перемещая стрелку по шкале.

Манометрические термометры

Манометрические термометры представляют собой замкнутую систему, состоящую из:

• Термобаллона, помещаемого в среду с измеряемой температурой
• Капиллярной трубки
• Манометрической пружины

Система заполняется жидкостью, газом или жидкостью с паром. При нагреве давление в системе повышается, что вызывает деформацию пружины и перемещение стрелки по шкале.

Термометры сопротивления

Принцип действия термометров сопротивления основан на изменении электрического сопротивления проводников или полупроводников при изменении температуры. Основные типы:

Металлические термометры сопротивления

Чувствительный элемент выполняется из тонкой проволоки (платиновой, медной, никелевой). С повышением температуры сопротивление проводника увеличивается. Измеряя сопротивление, определяют температуру.

Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы)

Изготавливаются из полупроводниковых материалов. При нагреве сопротивление термистора уменьшается. Обладают высокой чувствительностью.

Термопары

Термопара состоит из двух разнородных проводников, соединенных на одном конце (рабочий спай). При нагреве рабочего спая возникает термоЭДС, пропорциональная разности температур рабочего и свободных концов. Измеряя термоЭДС, определяют температуру.

Основные типы термопар:

• Хромель-алюмель (ХА)
• Хромель-копель (ХК)
• Платина-платинородий (ПП)
• Железо-константан (ЖК)

Принцип работы термопреобразователей

Рассмотрим подробнее принцип действия основных типов термопреобразователей:

Как работает термопара?

Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте. При нагреве рабочего спая, состоящего из двух разнородных металлов, возникает термоЭДС, величина которой зависит от разности температур горячего и холодного спаев. Измеряя эту термоЭДС, можно определить температуру.

Принцип работы термометра сопротивления

Термометры сопротивления используют зависимость электрического сопротивления проводников от температуры. При нагреве сопротивление чувствительного элемента (обычно платиновой проволоки) увеличивается. Измеряя это сопротивление, определяют температуру среды.

Как работает термистор?

Термисторы — полупроводниковые термометры сопротивления. Их принцип действия основан на сильной зависимости электропроводности полупроводников от температуры. При нагреве сопротивление термистора уменьшается. По изменению сопротивления судят о температуре.

Устройство термопреобразователей

Рассмотрим конструкцию основных типов термопреобразователей:

Устройство термопары

Термопара состоит из следующих основных элементов:

• Два проводника из разнородных металлов
• Рабочий спай (место соединения проводников)
• Свободные концы
• Защитный чехол
• Головка для подключения

Конструкция термометра сопротивления

Основные элементы конструкции термометра сопротивления:

• Чувствительный элемент (платиновая проволока)
• Каркас для намотки проволоки
• Защитная арматура
• Выводные проводники
• Головка для подключения

Устройство термистора

Термистор представляет собой:

• Полупроводниковый чувствительный элемент
• Выводы
• Защитный корпус

Преимущества и недостатки термопреобразователей

Каждый тип термопреобразователей имеет свои достоинства и ограничения:

Термопары

Преимущества:

• Широкий диапазон измеряемых температур
• Высокая чувствительность
• Простота конструкции

Недостатки:

• Нелинейность характеристики
• Необходимость компенсации температуры холодного спая

Термометры сопротивления

Преимущества:

• Высокая точность
• Стабильность характеристик
• Возможность измерения малых разностей температур

Недостатки:

• Относительно узкий диапазон измерений
• Необходимость источника питания

Термисторы

Преимущества:

• Высокая чувствительность
• Малые размеры
• Быстродействие

Недостатки:

• Нелинейность характеристики
• Ограниченный температурный диапазон

Применение измерительных преобразователей температуры

Термопреобразователи широко применяются в различных отраслях промышленности и науки:

• Контроль технологических процессов
• Системы автоматического регулирования
• Теплоэнергетика
• Металлургия
• Химическая промышленность
• Пищевая промышленность
• Научные исследования
• Метеорология

Выбор конкретного типа термопреобразователя зависит от требуемого диапазона измерений, условий эксплуатации, необходимой точности и других факторов.

Как выбрать измерительный преобразователь температуры?

При выборе термопреобразователя следует учитывать следующие факторы:

• Диапазон измеряемых температур
• Требуемая точность измерений
• Условия эксплуатации (агрессивные среды, вибрации и т.д.)
• Быстродействие
• Стоимость
• Совместимость с измерительной аппаратурой

Для измерения низких температур (до 200°C) часто используют термометры сопротивления. Для высоких температур (свыше 1000°C) применяют термопары. Термисторы подходят для прецизионных измерений в узком диапазоне температур.

Заключение

Измерительные преобразователи температуры — важнейшие элементы систем контроля и управления технологическими процессами. Существует несколько основных типов термопреобразователей, каждый из которых имеет свои особенности и области применения. Правильный выбор типа датчика позволяет обеспечить требуемую точность и надежность измерений температуры в конкретных условиях эксплуатации.

Датчики температуры. Виды и работа. Как выбрать и применение

Датчики температуры нужны для того, чтобы проконтролировать температуру в помещении, жидкости, твердого объекта или расплавленного металла.

Основой действия температурных датчиков в автоматизированном управлении является изменение температуры в электрический сигнал. Это обуславливает преимущества электрических измерений: результаты легко передавать по сети, скорость передачи может быть достаточно высокой. Величины могут преобразовываться друг в друга и обратно. Цифровой код создает повышенную точность замера, скорость и чувствительность.

Виды и принцип действия

Термопары

Термопара представляет собой две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. При разности температур между горячим и холодным концом в цепи возникает электрический ток. Величина этого электрического тока зависит от термоэлектрической силы термопары, составляет от 40 до 60 мкВ, в зависимости от материала термопары. Материал термопары может быть разным. Это могут быть никель-хромовые, хромо-алюминиевые, железо-никелевые, железо-константановые и т.д.

Термопара является высокоточным датчиком температуры, однако эту точность достаточно проблематично снять. Термопара является относительным датчиком температуры, уровень ее напряжения имеет зависимость от температурной разности между спаями. При этом холодный спай находится при комнатной температуре или при какой-либо другой.

Рассмотрим работу термопары ближе. Есть две термопары и две температуры горячего и холодного конца. Соответственно ЭДС зависит от разности температур. Температуру холодного спая необходимо компенсировать. Аппаратным способом компенсации является использование второй термопары, которая помещена в заранее известную температуру.

Программным способом компенсации является использование другого датчика температуры, на этот раз абсолютного, который помещается в изотермическую камеру вместе с холодными спаями и контролирует их температуру с заданной точностью. Имеются трудности снятия данных с термопары.

Во-первых, она нелинейная. В ГОСТе заботливо введены коэффициенты полинома для перевода ЭДС в температуру и обратно. Эти полиномы большого порядка, но ничто не запрещает спокойно их посчитать силами контроллера.

Во-вторых, другая проблема заключается в том, что термо-ЭДС термопары измеряется в единицах и сотнях микровольт. Соответственно, использование широко доступных аналогоцифровых преобразователей приведет к полному провалу. Нужны прецизионные многоразрядные малошумящие аналогоцифровые преобразователи для того, чтобы использовать термопару в своих конструкциях.

Терморезисторы

Гораздо более простым способом измерения стало применение терморезисторов. Они работают на зависимости сопротивления материалов от внешней температуры. Металлические термометры сопротивления, в частности платиновые обладают очень высокой точностью и линейностью. Термометры сопротивления определяются двумя основными характеристиками.

Это базовое сопротивление термометра при определенной температуре. В ГОСТе базовым сопротивлением считается сопротивление при 0 градусах по Цельсию. ГОСТ рекомендует использование нескольких номиналов сопротивлений в Омах и температурный коэффициент, который определяется как разность сопротивлений нашей температуры и при 0 градусов, деленной на нашу температуру и t нуля градусов, умноженную на единицу, деленную на базовое сопротивление.

Т_кс = (R_e – R_0c) / (T_e – T_0c) *1/R_0c

В ГОСТе на терморезисторы вы найдете температурный коэффициент для различных термометров из платины, меди и никеля. Кроме того, там присутствуют коэффициенты полинома для расчета температуры из текущего сопротивления резистора. Одной из проблем термометров сопротивления является очень низкий температурный коэффициент сопротивления. Однако, измерять сопротивление с высокой точностью гораздо проще, чем очень малые значения напряжения в отличие от термопар.

Одним из способов измерения сопротивления является включение нашего термосопротивления в цепь источника тока и измерение дифференциального напряжения. Использование полупроводников даст нам температурный коэффициент доли единицы процента, их гораздо проще измерять с помощью аналогоцифровых преобразователей. Есть интегральные микросхемы датчиков температуры, аналоговый выход которых уже соответствует питаемому напряжению. Такие датчики температуры можно напрямую подключать к аналогоцифровому преобразователю и спокойно оцифровывать его с помощью восьми- или десятибитного АЦП.

Комбинированный датчик

Помимо интегральных схем с выходом, существуют датчики с цифровым интерфейсом. Одним из популярных датчиков является комбинированный датчик температуры и влажности серии SHT1. Этот датчик позволяет измерять температуру с точностью + 2 градуса и влажность с точностью + 5 градусов. Главной проблемой данного датчика температуры является то, что там решили оптимизировать интерфейс. Он позволяет подключать параллельные устройства.

Цифровой датчик

Цифровой датчик температуры DS18B20, который представляет собой трехвыводную микросхему, позволяет с высокой точностью до 0,5 градуса получать температуру с множеством параллельно работающих датчиков. В этом датчике широкий интервал температур от -55 до +125 градусов. Основной его недостаток – медлительность. Вычисления с максимальной точностью он делает за 750 мс. Ввиду инерционности корпуса датчика температуры опрашивать его нет никакого смысла.

Бесконтактные датчики (пирометры)

В этом датчике имеется специальная тонкая пленка, поглощающая инфракрасные излучения, тем самым нагревающаяся. Такие бесконтактные термосенсоры используются в тепловизорах. Там имеется не один тепловой датчик, а матрица. Они позволяют на расстоянии до 3 метров детектировать тепловой объект.

Кварцевые преобразователи температуры

Для того, чтобы измерить температуру в интервале -80 +250 градусов применяют кварцевые преобразователи. Они работают на частотной зависимости кварца от температуры. Действие датчиков происходит на частотной зависимости. Функция преобразователя меняется от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики работают с высокой чувствительностью, разрешением, стабильностью. Эти свойства делают их перспективными в использовании. Они получили большое распространение в цифровых термометрах.

Шумовые датчики температуры

Работа шумовых датчиков заключается на зависимости шумовой разности потенциалов на резисторе от температуры. Практически реализовать способ измерения температуры шумовыми датчиками можно, сделав сравнение шумов 2-х одинаковых резисторов, один находится при определенной температуре, 2-й при измеряемой температуре. Шумовые датчики температуры применяются для температурного интервала -270 -1100 градусов.

Преимуществом шумовых датчиков стала возможность измерения температуры в термодинамике на вышеописанной закономерности. Но это осложнено трудным измерением напряжения шума, так как оно мало и сравнимо с шумом усилителя.

Датчики температуры ЯКР (ядерного квадрупольного резонанса)

Термометры ЯКР работают за счет действия градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, которое вызвано отклонением заряда от симметрии сферы. Это создает процессию ядер. Частота имеет зависимость от градиента поля решетки. Для разных веществ имеет величину до тысяч МГц. Градиент зависит от температуры, с ее возрастанием частота ЯКР уменьшается.

Датчики температуры ЯКР образуют ампулу с веществом, помещенную в обмотку индуктивности, которая соединена с контуром генератора. Когда частота генератора совпадает с частотой ЯКР, то энергия генератора поглощается. Допуск замера температуры -263 градуса равен + 0,02 градуса, а температуры 27 градусов +0,002 градуса. Преимуществом термометров ЯКР становится стабильность, неограниченная по времени, недостатком является значительная нелинейность преобразующей функции.

Объемные преобразователи

Объемные датчики действуют на расширении и сжатии веществ при изменении температуры. Диапазон действия преобразователей определяется, насколько стабильны свойства материалов. Датчиками делают измерения температуры в интервале -60 -400 градусов. Допуск измерения составляет от 1 до 5%. Интервал работы датчика с жидкостью может зависеть от температуры закипания и замерзания. Погрешности измерения датчиков на жидкости от 1 до 3%, определяются температурой среды.

Нижняя граница измерения преобразователей на газе определяется температурой перехода газа в жидкое состояние, верхняя граница – стойкостью баллона к воздействию температуры.

Параметры выбора датчика температуры

• Диапазон рабочей температуры.
• Возможность погружения датчика в объект измерения или среду. Если это невозможно, то лучше выбрать пирометр или термометр.
• Условия проведения замеров. Если нужно измерять в агрессивной среде, то надо выбирать датчик в коррозионностойком корпусе, или бесконтактного типа. Также следует определить наличие давления, влажности и т.д.
• Время работы датчика до калибровки или замены. Многие датчики не могут долго и стабильно работать (термисторы).
• Величина сигнала выхода. Существуют датчики температуры, выдающие сигнал по току, или в градусах.
• Технические данные: погрешность, разрешение, напряжение, время сработки. Для полупроводников важен тип корпуса.

Похожие темы:

electrosam.ru

2.2.Измерительные приборы (преобразователи) температуры.

Температура — степень нагретости тела, что характеризуется скоростью перемещение элементарных частичек в зависимости от нагрева.

В зависимости от физических качеств тел используемых в термометрах они разделяются на термометры расширения, манометрические, термометры сопротивления, термоэлектрические. Температура измеряется в градусах.

Т= -273К

Приборы (преобразователи) температуры используется в системах контроля сигнализации и защиты, регулирование и управление.

В биметаллических приборах температуры (Рис.9.) используются свойства материалов, которые состоят из двух крепко соединенных (спаянных) металлов (инвар — медь) имея разные коэффициенты линейного расширения под действием температуры, деформируются (отвергаются).

Схемы биметаллических измерителей приведены на рисунке 9, а,б,в,г В которых чувствительный элемент изготовлен а — пластинчатый, б -плоская спираль, в — цилиндрическая, г — дилатометрическая .

Дилатометрический унифицированный термометр с электрическим исходным сигналом типа ТУДЕ представлен на рисунке 10 предназначен для сигнализации и двухпозиционного регулирование температуры газов и жидкостей, принцип действия которого основанный на пропорциональном изменении длины чувствительного стержня — 13 в

зависимости от температуры регулируемой среды, которая ведет к замыканию или размыканию контактов — 9 и 10.

При изменении температуры регулируемой среды изменяется длина чувствительного стержня — 13, что вызовет перемещение стержня с контактным устройством. Рычаг — 3 впираясь в винт — 4, начнет возвращаться относительно — 8 и займет такое положение при котором сила действующей пружины — 8 меняет свое направление и будет приводить в движение рычаг — 5. Ричаг — 2 связанный с ричагом — 5 через пазы направляющей — 7, замыкают или размыкают контакты — 9 и 10.

Манометрические термометры и реле температур

Датчики температуры манометрического типа (Рис.11.) представляют собой замкнутые системы, которые состоят из термопатронов — 1 соединенных капиллярными трубками — 2 с измерителями давления манометрическими трубками — 3 или сильфонами — 3. Система заполняется жидкостью ксилол, ртуть для температуры 30-750

^О и метиловый спирт для температуры 40-140^ос или инертным газом.

Температура кипения жидкости должна быть высшей от измерительной, кроме того, жидкость должна характеризоваться большим объемным коэффициентом расширения.

Для уменьшения влияния температуры окружающей среды на точность приборов объем термопатронов должен быть значительно большим объема капилляров.

Парожидкостные измерители (черт 11. б, в) заполняются хлористым метилом, этиловый эфир, ацетон, а кривые зависимости давления насыщенного пара от температуры для некоторых наполнителей показанная на рис.11, где 1-хлористый етил, 2 — этиловый эфир, 3 — ацетон, 4 — вода, 5 — октан, 6 -давтернит.

В холодильных системах и системах сигнализации защиты используется термореле типа ТДД, ТРДК, КДР, КРМ, которые работают следующим образом: при достижении верхнего значения температуры контакты термостата размыкаются разрывая цепь питания исполняющего органа, а при снижении температуры замыкают контакты.

По такой схеме действуют реле температуры марки ТДД двухдиапазонного типа (черт. 12.) Реле включает в себя термочувствительную систему — 1 и исполняющий механизм с электрическими контактами — 2. Для судовых установок применяется реле температуры ТРДК — 3 с настройкой 25-30^ос и ТР-2А-06ТН с настройкой 60-16(Г.

Газовые манометрические термометры с электрическим исходным сигналом (черт. 13) предназначенные для неприрывного измерения температуры газов, пара, и жидкости и преобразование измеренной температуры в пропорциональный сигнал давления.

Манометрическая термосистема температур состоит из термопатрона — 1, дистанционного капилляра — 2 и манометрической пружины (трубку Бурдона) — 4.

Изменение температуры действует на манометрическую пружину, которая через шестерню — 5 и сектор действует на стрелку — 3. На вехе сектора закрепленный рычаг — 7 к которому закрепленная пружина — 8. Второй конец пружины закреплен с рычагом движка — 9 преобразователя — 10. Перемещение движка изменяет параметры преобразователя в результате чего на выходе появляется электрический сигнал пропорциональный температуре измерительной среды.

Термометры сопротивления. Действие термометров сопротивления основанная на свойстве проводников изменять электрическое сопротивление под действием изменения температуры. В качестве материала для изготовления термометров сопротивления используют чистые металлы в виде тонкой проволоки (платину) диаметром 0,05-0,07 мм из платины, меди, никеля, железа для измерения температуры от 100 до 630^o. Термометры сопротивления используют в приборах систем контроля сигнализации и регулирование температуры. В них кроме чувствительного элемента есть источник тока и измерительный уравновешенный мост который изображенный на рисунке 14.

Перемещая ползунок реостата R3 приводят мост в уравновешенное состояние при котором гальванометр G фиксирует отсутствие тока в диагоналях моста I, = 0, R_t = const. Таким образом, на равнозначных режимах величина R_s пропорциональная измерительному сопротивлению зависимому от температуры.

Термометр сопротивления платинового типа ТСП — 972 предназначенный для измерения температуры от — 10 к + J20 при относительной влажности 98%. Принцип действия основан на свойстве платины изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры и состоит из термометра — 1, головки — 2 и крышки — 3 конструкция защитной арматуры сварная, термометр вибростойкий.

Терморезисторы — полупровщниковые приборы,изготовленные с полупроводникового материала с большим отрицательным температурным коэффициентом, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры. Значение сопротивления R_T=Аехр(В/Т)

где:

А — постоянная зависимая от размеров и формы терморезистора. В — постоянная зависимая от физических качеств полупроводника Т — температура терморезистора ^ot. Температурный коэффициент полупроводникового терморезистора отрицательный (чем больше температура, тем меньше сопротивление терморезистора) он достигает значения от — 2,5 до 4% , которые в 6-10 раз больше температурного коэффициента металлов (проводников) и зависит от температуры.

На рисунке (15а) представленное устройство терморезистора серии КМТ — 1 представляет собой полупроводниковый стержень — 1 покрытый эмалевой краской с контактными колпачками — 2, выводами — 3. Терморезистор ММТ -4, ( рис.15б) смонтированный в металлическом корпусе — 6 и

герметизирован стеклом — 8, оловом — 9, стержень — 5 обвернутый металлической фольгой — 4.

Токоотвод — 7 выполненный из тонкой проволоки. Номинальное значение сопротивления от 1 до 200 ком используется для измерения температур от -100 к + 130 ^ос.

Термопары (термоэлементы) (рис.16, а, б, в) — это устройство которое состоит из двух проводников, споев разных металлов или полупроводников на свободных концах которых возникает ЕРС постоянного тока при различности нагрева споев.

Для разных термопар — ЕРС разная и зависимость от физического состояния материалов (присутствие примесей, механической нагрузки, кристаллической решетки).

Величина термо — ЕРС объясняется, неодинаковой плотностью свободных электронов в разных проводниках. Вследствие чего возникает в частях соединения возникает дефузия электронов с большей плотностью свободных электронов которая приобретает положительного заряда а проводник с меньшей плотностью отрицательный потенциал. Таким образом, в месте соединения проводников возникает разность потенциалов значения, которых зависит от температуры места соединения, согласно Закону Пельтье.

Для измерения температуры используются термометры которые имеют высокую термо — ЕРС, линейную зависимость термо — ЕРС от разности температур споев. В зависимости от материала, термопары бывают по типам:

ПТТ — платина — платинородий с границей измерения температуры до 1300 ^ос ХА — хромель — алюминиевый с границей измерения температуры до 600 ^0L ХК — хромель — копелевый с границей измерения температуры до 600 ^OL ЖК — железо — копелевый с границей измерения температуры до 600 ^ot MFC — медно — копелевый с границей измерения температуры до 300 ^ot Рабочие концы термопар могут быть соединены сваркой, пайкой или кручениям.

А,В — разнородные проводники 01, 02, — споя или скрутки

01 — скрутка (спой) в рабочей среде

02 — скрутка (спой) свободный t₀

Для замкнутой цепи составленного с двух проводников термо — ЕРС равная сумме различности потенциалов споев.

Термопары имеют защитную арматуру, кожух с электроизоляцией и головку для подключения милливольтметра от градуированного по шкале температур.

Положительное качество — большая граница измерения, высокая чувствительность, возможность дистанционной передачи результатов.

Недостатки – инерционность влияния температуры окружающей среды.

studfiles.net

Первичные преобразователи температуры — Справочник химика 21

    Эти термометры состоят из первичного преобразователя температуры в электрическое сопротивление или в ЭДС в сочетании с вторичным прибором, который преобразует изменение электрических параметров в показание по шкале и запись температуры. [c.122]

    В технике известно большое количество способов преобразования температуры. В холодильных установках применяют приборы с первичными преобразователями температуры в виде манометрических термосистем и термопреобразователей электрического сопротивления. [c.189]

    Радиационные пирометры используют зависимость потока теплового излучения (5.7) контролируемого объекта от его температуры (см. 5.3) и выполняются на основе различных первичных преобразователей батарей термопар, охлаждаемых полупроводниковых резисторов, пироэлектрических преобразователей, болометров и др. Они изготавливаются на современной элементной базе электроники и обладают большой чувствительностью, что позволяют измерять сравнительно низкие температуры. Помимо [c.190]

    ПЕРВИЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТЕМПЕРАТУРЫ Манометрические термосистемы [c.189]

    Подсистема 1 (испытательный стенд, роль которого в промышленных условиях играет исследуемая энергетическая установка) обеспечивает проведение испытаний объекта контроля 1.1 при нагружении в широком диапазоне усилий и температур. Сигналы от первичных преобразователей информации 1.2 (пьезопреобразователей, тензорезисторов, терморезисторов, фотоприемников и т. п.) поступают через устройство сопряжения 7.5 на аналоговый мультиплексор и далее — на вход устройства первичной обработки сигналов 2.5 измерительной подсистемы 2. Основной частью подсистемы 2 является акустический тензометр 2.4, действие которого базируется на акустоупругом эффекте. [c.202]

    Принцип действия машины поясняется функциональной схемой (рис. 112). Первичные преобразователи температуры — термопреобразователи сопротивления (их количество п) присоединяются к машине через узел согласования входных сигналов УВС. В нем каждому термопреобразователю сопротивления соответствует мостовая схема с постоянным набором балластных резисторов. С помощью узла согласования входных сигналов отклонения контролируемых значений температуры [c.202]

    При прохождении нефти по технологическому трубопроводу первичные преобразователи, расположенные в блоке, формируют и выдают измерительную информацию (сигналы по плотности, влажности, давлению и температуре). Автоматический пробоотборник в периодическом или пропорциональном режиме по сигналу с блока управления осуществляет отбор точечных проб и накапливает их в сменном контейнере. Через установленное время наполненный контейнер с объединенной пробой нефти заменяется на порожний и направляется в аналитическую лабораторию для определения необходимых параметров качества нефти. [c.24]

    Нестационарный несинхронный метод имеет важное значение для дефектоскопии тепловым методом, однако является наиболее сложным вариантом для расчета. В этом случае движущийся контролируемый объект нагревается с поверхности на небольшом участке, а температура измеряется с помощью первичного преобразователя, смещенного в пространстве относительно источника нагре- [c.172]

    В состав анализатора КМ-101 входят первичный преобразователь с соединительным кабелем длиной 10 м, измерительный преобразователь и ЗИП. Анализатор снабжен ручными регуляторами оперативной настройки прибора по остаточному току, температуре и чувствительности. Имеется также показывающий глубиномер в диапазоне [c.11]

    Концентратомер универсальный КСС-У предназначен для непрерывного автоматического измерения и регистрации электропроводности водных растворов электролитов, имеющих однозначную зависимость удельной электропроводности от концентрации в пределах от 0,1 до 10 См/см [50]. Принцип действия прибора основан на измерении удельной электропроводности раствора, протекающего через ячейку первичного преобразователя. Электропроводность исследуемого раствора, непрерывно протекающего через измерительную ячейку, сравнивается с электропроводимостью раствора известной концентрации, залитого в сравнительную ячейку. Сравнительная ячейка заполняется на месте установки прибора раствором с концентрацией, соответствующей середине диапазона измерения. Это устраняет влияние на показания прибора постоянно пульсирующих примесей и уменьшает дополнительную погрешность от изменения температуры раствора. При увеличении или уменьшении концентрации раствора, протекающего через измерительную ячейку, увеличивается или уменьшается ее сопротивление и, следовательно, изменяется падение напряжения на электродах этой ячейки. В результате на входе усилителя появляется напряжение разбаланса. Для настройки температурной компенсации установлен резистор. [c.246]

    По роду измеряемой величины различают первичные измерительные преобразователи температуры, давления, уровня, расхода,состава, концентрации и т. п. [c.101]

    Для получения точных, объективных показателей при тепловом неразрушающем контроле применяют индикаторы и первичные измерительные преобразователи теплового излучения [1, 15, 16], реализующие различные физические принципы. Для преобразования потока теплового излучения или распределения температур по поверхности контролируемого объекта в видимое изображение используют различные термоиндикаторы на основе термочувствительных веществ и аппаратуру для визуализации тепловых полей. Чтобы получить объективную измерительную информацию в виде электрических сигналов или числовых данных, применяют следующие первичные измерительные преобразователи теплового излучения термометры, термопары, термосопротивления, полупроводниковые приборы, электронно-вакуумные приборы, пироэлектрические элементы. [c.176]

    Первичные измерительные преобразователи температуры термометры расширения, мано.метрические термометры, термометры сопротивления и термопары. [c.101]

    Эти элементы выполняют функции входных (первичных) преобразователей. Воспринимая контролируемую величину, чувствительный элемент преобразует ее в сигнал, удобный для дальнейшего использования. Так, терморезистор преобразует температуру в электрическое сопротивление, упругий чувствительный элемент — давление газа или жидкости в механическое перемещение. [c.16]

    Термопреобразователем сопротивления (ТС) называют первичный преобразователь, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. Различают термопреобразователи металлические и полупроводниковые. [c.191]

    Эти приборы предназначены для управления регулирующими органами винтовых и центр

www.chem21.info

Нормирующие преобразователи температуры | КИПиА от А до Я

Нормирующие преобразователи температуры предназначены для преобразования сигнала датчиков термосопротивления или термоЭДС термопар в стандартный выходной токовый сигнал 0…5, 0…20 или 4…20 мА. Необходимость применения нормирующих преобразователей связана с тем, что в некоторых случаях измеренное значение температуры требуется передать на несколько вторичных приборов. Сделать это, имея выходной сигнал термоЭДС и, особенно, термосопротивления весьма проблематично.

Так же целесообразно применять нормирующий преобразователь в случае, если термопара существенно удалена от вторичного прибора. Ведь при этом материальные затраты на приобретение компенсационного провода могут быть очень велики. Выгоднее использовать встроенный в головку термопары нормирующий преобразователь (так называемую токовую таблетку) и выполнить подключение к вторичному прибору обычным медным кабелем. С этой же точки зрения выгоднее использовать нормирующий преобразователь при подключении удаленного термометра сопротивления. Четырехжильный соединительный кабель можно будет заменить менее дорогим двухжильным кабелем.

«Токовая таблетка» всегда имеет токовый выход 4…20 мА если соединяется с вторичным прибором по двухпроводной схеме. Нормирующий преобразователь температуры имеет более узкий диапазон рабочих температур по сравнению с термометром сопротивления или термопарой. Обычно его нормальная работа гарантируется в диапазоне температур от -20 до +40 °С. Это необходимо учитывать при его применении, так как, например, головка термопары может подвергаться воздействию более высоких температур, располагаясь вблизи стенки печи. Термометр сопротивления, наоборот, может охлаждаться до температур ниже -20°С при установке на открытом воздухе или в продуваемом пролете цеха. Несоблюдение температурного режима работы может стать причиной некорректных показаний и выхода нормирующего преобразователя из строя. Диапазон рабочих температур нормирующего преобразователя не имеет ни чего общего с диапазоном измерения (преобразования) температур, или, иначе говоря, шкалой нормирующего преобразователя. Если в качестве датчика температуры используется термопара, то шкала нормирующего преобразователя может быть 0…600, 0…900 и даже 0…1200°С.

«Токовые таблетки» чаще всего изготавливаются однопредельными, работающими с датчиками температуры одной определенной градуировки (100П, 100М, ХА и т.п.). Перенастроить их нельзя. В лучшем случае можно выполнить подстройку нуля и шкалы в небольших пределах резисторами, размещенными в корпусе нормирующего преобразователя.

Интеллектуальные нормирующие преобразователи (iTEMP HART TMT182, например), выпускаемые фирмой Endress+Hauser, являются перенастраиваемыми – можно установить тип датчика температуры (термопара или термосопротивление), градуировку и шкалу измерения. Конфигурирование интеллектуального преобразователя осуществляется по протоколу HART с помощью HART-коммуникатора или HART-модема и компьютера.

Довольно широко распространены нормирующие преобразователи щитового монтажа и для монтажа на DIN рейку. Как правило, они требуют подачи напряжения питания 24В постоянного тока или 220В переменного тока. Чаще всего они так же, как и «токовые таблетки», имеют выход 4…20 мА, но он, как правило, является активным. Наличие отдельной цепи питания позволяет реализовать в данных нормирующих преобразователях токовые выхода 0…5 мА и 0…20 мА. Некоторые нормирующие преобразователи (например, 2000НМ, компании «Челябинск теплоприбор») дополнительно оснащены настраиваемым пороговым устройством и функцией контроля целостности линии связи с первичным датчиком температуры.

Широкие возможности конфигурирования имеют нормирующие преобразователи MCR немецкой фирмы Phoenix Contact. Под съемной крышкой корпуса преобразователя расположен ряд миниатюрных DIP переключателей, с помощью которых устанавливается шкала измерения, тип выходного сигнала (0…20 или 4…20 мА) и включается /отключается коррекция температуры холодного спая (для модификаций преобразователей работающих с термопарами). Питание преобразователя осуществляется от внешнего источника питания 24В. Достоинством данных преобразователей является полная гальваническая развязка между входными и выходными цепями и функция подавления помех на входе. В частности, именно эти модули были применены в цепях контроля температуры подины электросталеплавильной печи девятью термопарами градуировки ХА. Так как данные термопары (тип TSC3 10 BEXJ148G1, изготовитель Endress+Hauser) в цельнометаллическом корпусе диаметром 6 мм имели длину от 3 до 6,5 метров и располагались под подиной печи, то они были подвержены существенным наводкам со стороны горящей электрической дуги. Будучи первоначально подключенными непосредственно к входному модулю контроллера Siemens S300 (тип модуля 6ES7 331-7PF11-0AB0) они не обеспечивали стабильного измерения температуры: при горящей дуге показания температуры скачкообразно изменялись в весьма широких пределах, что приводило к срабатыванию защиты от перегрева подины и аварийному останову электросталеплавильной печи. Установка девяти модулей нормирующих преобразователей MCR Phoenix Contact позволило устранить этот эффект, но потребовалось естественно заменить входной модуль контроллера на другой (с входами 4…20 мА).

Дополнительную информацию вы можете найти в разделе «Вопрос-ответ».

Посмотреть другие статьи.

knowkip.ucoz.ru

Принцип работы датчиков температуры

Опубликовано 22.05.2016

Принцип работы

Термометры сопротивления (терморезисторы, термосопротивления)

Термометр сопротивления (Resistance Thermometer) — датчик для измерения температуры, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления от температуры.

Термосопротивления могут быть металлические (платина, никель, медь) или полупроводниковые.

Для большинства металлов температурный коэффициент сопротивления положителен — их сопротивление растёт с ростом температуры. Для полупроводников без примесей он отрицателен — их сопротивление с ростом температуры падает.

Термисторы

Термисторы – это полупроводниковые термосопротивления с большим температурным коэффициентом.

• PTC-термисторы (Positive Temperature Coefficient), обладают свойством резко увеличивать свое сопротивление, когда достигнута заданная температура – широко используются для защиты двигателей
• NTC-термисторы (Negative Temperature Coefficient), обладают свойством резко уменьшать свое сопротивление при достижении заданной температуры

PT100, PT1000

Платиновые термометры сопротивления (Platinum Resistance Thermometers) обладают высокой стойкостью к окислению и большой точностью измерения.

KTY

Кремниевые терморезисторы с положительным коэффициентом сопротивления, отличаются высокой линейностью характеристики, высоким быстродействием, надёжной твёрдотельной конструкцией и небольшой стоимостью.

Схемы включения термосопротивления в измерительную цепь

• 2-х проводная схема используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление присоединительных проводов суммируется с измеренным сопротивлением, что приводит к появлению дополнительной погрешности
• 3-х проводная схема обеспечивает значительно более точные измерения, т.к. появляется возможность измерить сопротивление подводящих проводов и вычесть его из суммарного измеренного сопротивления
• 4-х проводная схема — наиболее точная схема, обеспечивает полное исключение влияния подводящих проводов

Сравнение термометров сопротивления с термопарами

Преимущества:

• выше точность и стабильность
• можно исключить влияние сопротивления присоединительных проводов на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы измерений
• практически линейная характеристика
• не требуется компенсация холодного спая

Недостатки:

• малый диапазон измерений
• не могут измерять высокую температуру.

Термопары

Термопара (Thermocouple) — это два проводника из разных металлов, спаянные в одной точке. Эта точка измерения температуры называется — рабочий спай. Свободные концы называются холодным спаем. Если рабочий спай нагреть относительно холодного спая, то между свободными концами возникает напряжение (термо-ЭДС), пропорциональное разности температур.

Так как с помощью термопары всегда измеряется разность температур, то, чтобы определить температуру точки измерения, свободные концы у холодного спая должны содержаться при известной неизменной температуре.

Подключение к ПЛК

Холодные концы подключаются (непосредственно или с помощью компенсационных проводов, которые должны быть выполнены из тех же металлов, что и термопара) к клеммам соответствующего аналогового входа (с соблюдением полярности!) промышленного контроллера, который программно выполняет компенсацию температуры холодного спая и рассчитывает температуру в точке измерения.

При внутренней компенсации контроллер использует температуру модуля, к которому подключена термопара. При более точной внешней компенсации эталонная температура холодного спая измеряется с помощью дополнительного термометра сопротивления, который подключается к специальному входу контроллера.

Типы термопар

• K: хромель-алюмель
• J: железо-константан
• S, R: платина-платина/родий и др.

Термопары отличаются диапазоном измеряемых температур и погрешностью измерений.

Преимущества термопар

• Большой температурный диапазон измерения
• Измерение высоких температур.

Недостатки

• Невысокая точность
• Необходимость вносить поправку на температуру холодного конца.

Термостаты

Термостат (Thermostat) – это регулятор, который поддерживает постоянную температуру воздуха или жидкости в системах отопления, кондиционирования и охлаждения.

www.maxplant.ru

виды, устройство, принцип работы термодатчиков

 О чем эта статья

Что такое и какие бывают датчики температуры. Рассмотрена классификация термодатчиков по принципу действия, когда какие типы датчиков лучше применять. На какие характеристики необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры. Обзор производителей и продавцов.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Датчики измерения влажности(гигрометры)» или «Виды давления».

Перейти к выбору и покупке датчиков температуры

Большинство технологических процессов идет сейчас по пути автоматизации. Кроме того, управление многочисленными механизмами и агрегатами, а зачастую и машинами просто немыслимо без точных измерений всевозможных физических величин. Не маловажными являются измерение давления, измерение угловой скорости, а также линейной и многие-многие другие. Но самыми распространенными (около 50%) являются температурные измерения. К примеру, средняя по величине атомная станция располагает приблизительно 1500-ю контрольных (измерительных) точек, а крупное химпроизводство, насчитывает таких уже около 20 тыс.

Так как диапазон измерений и их условия могут сильно отличатся друг от друга, разработаны разные по точности, помехоустойчивости и быстродействию типы датчиков (и первичных преобразователей). Какого бы типа не был температурный датчик, общим для всех является принцип преобразования. А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь). Это обусловлено тем, что электрический сигнал просто передавать на большие расстояния (высокая скорость приема-передачи), легко обрабатывать (высокая точность измерений) и, наконец, быстродействие.

Дальше, предлагаем вам ознакомиться с различными видами датчиков температуры, а в конце статьи со список вопросов которые необходимо решить перед покупкой датчика температуры. Если же вы хотите сразу перейти к выбору и покупке термодатчика, можете воспользоваться нашим каталогом.

Виды датчиков температуры, по типу действия

Терморезистивные термодатчики

Терморезистивные термодатчики — основаны на принципе изменения электрического сопротивления (полупроводника или проводника) при изменении температуры. Разработаны они были впервые для океанографических исследований. Основным элементом является терморезистор — элемент изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

Несомненные преимущества термодатчиков этого типа это долговременная стабильность, высокая чувствительность, а также простота создания интерфейсных схем.

На изображении приведен датчик 702-101BBB-A00, диапазон измерения которого от -50 до +130 °С. Этот датчик относиться к группе кремневых резистивных датчиках(что это такое читайте двумя абзацами ниже). Обратите внимание, на его размеры. Производит этот датчик фирма Honeywell International

В зависимости от материалов используемых для производства терморезистивных датчиков различают:

1. Резистивные детекторы температуры(РДТ). Эти датчики состоят из металла, чаще всего платины. В принципе, любой мета изменяет свое сопротивление при воздействии температуры, но используют платину так как она обладает долговременной стабильностью, прочностью и воспроизводимостью характеристик. Для измерений температур более 600 °С может использоваться также вольфрам. Минусом этих датчиков является высокая стоимость и нелинейность характеристик.
2. Кремневые резистивные датчики. Преимущества этих датчиков —хорошая линейность и высокая долговременная стабильностью. Также эти датчики могут встраиваться прямо в микроструктуры.
3. Термисторы. Эти датчики изготавливаются из металл-оксидных соединений. Датчики измеряет только абсолютную температуру. Существенным недостатком термисторов является необходимость их калибровки и большой нелинейностью, а также старение, однако при проведении всех необходимых настроек могут использоваться для прецизионных измерений.

Полупроводниковые

В качестве примера изображен полупроводниковый датчик температуры LM75A, выпускаемый фирмой NXP Semiconductors. Диапазон измерений этого датчика от -55 до +150.

Полупроводниковые датчики регистрируют изменение характеристик p-n перехода под влиянием температуры. В качестве термодатчиков могут быть использованы любые диоды или биполярные транзисторы. Пропорциональная зависимость напряжения на транзисторах от абсолютной температуры (в Кельвинах) дает возможность реализовать довольно точный датчик.

Достоинства таких датчиков — простота и низкая стоимость, линейность характеристик, маленькая погрешность. Кроме того, эти датчики можно формировать прямо на кремневой подложке. Все это делает полупроводниковые датчики очень востребованными.

Термоэлектрические(термопары)

Термоэлектрические преобразователи — иначе, термопары. Они действуют по принципу термоэлектрического эффекта, то есть благодаря тому, что в любом замкнутом контуре (из двух разнородных полупроводников или проводников) возникнет электрический ток, в случае если места спаев отличаются по температуре. Так, один конец термопары (рабочий) погружен в среду, а другой (свободный) – нет. Таким образом, получается, что термопары это относительные датчики и выходное напряжение будет зависеть от разности температур двух частей. И почти не будет зависеть от абсолютных их значений.

Выглядеть термопара может так, как показано на рисунке. Это термопара ДТПКХХ4, она измеряет температуры в пределах от -40 до +400. Производит его российская компания Овен.

Диапазон измеряемых с их помощью температур, от -200 до 2200 градусов, и напрямую зависит от используемых в них материалов. Например, термопары из неблагородных металлов – до 1100 °С. Термопары из благородных металлов (платиновая группа) – от 1100 до 1600 градусов. Если необходимо произвести замеры температур свыше этого, используются жаростойкие сплавы (основой служит вольфрам). Как правило используется в комплекте с милливольтметром, а свободный конец (конструктивно выведенный на головку) удален от измеряемой среды с помощью удлиняющего провода. Одним из недостатков термопары является достаточно большая погрешность. Наиболее распространенным способом применения термопар являются электронные термометры.

Пирометры

Пирометры – бесконтактные датчики, регистрирующие излучение исходящее от нагретых тел. Основным достоинством пирометров (в отличие от предыдущих температурных датчиков) является отсутствие необходимости помещать датчик непосредственно в контролируемую среду. В результате такого погружения часто происходит искажение исследуемого температурного поля, не говоря уже о снижении стабильности характеристик самого датчика.

Различают три вида пирометров:

1. Флуоресцентные. При измерении температуры посредством флуоресцентных датчиков на поверхность объекта, температуру которого необходимо измерить, наносят фосфорные компоненты. Затем объект подвергают воздействию ультрафиолетового импульсного излучения, в результате которого возникает послеизлучение флуоресцентного слоя, свойства которого зависят от температуры. Это излучение детектируется и анализируется.
2. Интерферометрические. Интерферометрические датчики температуры основаны на сравнении свойств двух лучей – контрольного и пропущенного через среду, параметры которой меняются в зависимости от температуры. Чувствительным элементом этого типа датчиков чаще всего выступает тонкий кремниевый слой, на коэффициент преломления которого, а, соответственно, и на длину пути луча, влияет температура.
3. Датчики на основе растворов, меняющих цвет при температурном воздействии. В этом типе датчиков-пирометров применяется хлорид кобальта, раствор которого имеет тепловую связь с объектом, температуру которого необходимо измерить. Коэффициент поглощения видимого спектра у раствора хлорида кобальта зависит от температуры. При изменении температуры меняется величина прошедшего через раствор света.

Акустические

Акустические термодатчики – используются преимущественно для измерения средних и высоких температур. Акустический датчик построен на принципе того, что в зависимости от изменения температуры, меняется скорость распространения звука в газах. Состоит из излучателя и приемника акустических волн (пространственно разнесенных). Излучатель испускает сигнал, который проходит через исследуемую среду, в зависимости от температуры скорость сигнала меняется и приемник после получения сигнала считает эту скорость.

Используются для определения температур, которые нельзя измерить контактными методами. Также применяются в медицине для неинвазивных (без операционного проникновения внутрь тела больного) измерения глубинной температуры, например, в онкологии. Недостатками таких измерений является то, что при прикосновении они могут вызывать ответные физиологические реакции, что в свою очередь влечет искажение измерения глубинной температуры. Кроме того, могут возникать отражения на границе «датчик-тело», что также способно вызывать погрешности.

Пьезоэлектрические

В датчиках этого типа главным элементов является кварцевый пьезорезонатор.

Как известно пьезоматериал изменяет свои размеры при воздействии тока(прямой пьезоэффект). На этот пьезоматериал попеременно передается напряжение разного знака, от чего он начинает колебаться. Это и есть пьезорезонатор. Выяснено, что частота колебаний этого резонатора зависит от температуры, это явление и положено в основу пьезоэлектрического датчика температуры.

На что необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры

1. Температурный диапазон.
2. Можно ли погружать датчик в измеряемую среду или объект? Если расположение внутри среды недопустимо, то стоит выбирать акустические термометры и пирометры.
3. Каковы условия измерений!? Если используется агрессивная среда, то необходимо использовать либо датчики в корозийнозащитных корпусах, либо использовать бесконтактные датчики. Кроме того, необходимо предусмотреть другие условия: влажность, давление и тд.
4. Как долго датчик должен будет работать без замены и калибровки. Некоторые типы датчиков обладают относительно низкой долговременной стабильностью, например термисторы.
5. Какой выходной сигнал необходим. Некоторые датчики выдают выходной сигнал в величине тока, а некоторые автоматически пересчитывают его в градусы.
6. Другие технические параметры, такие как: время срабатывания, напряжение питания, разрешение датчиков и погрешность. Для полупроводниковых датчиков, важным также являет тип корпуса.

Производители и продавцы датчиков температуры

В нашем каталоге,  есть достаточно много различных датчиков температур, которые вы можете купить. Эти датчики продают следующие фирмы: NXP Semiconductors, ОВЕН, Texas Instruments, National Semiconductor, Analog Devices, ST Microelectronics, Компэл, Honeywell International.

Опубликована 06-11-11.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

www.devicesearch.ru.com

2.3. Термоэлектрические преобразователи температуры

Действие термоэлектрических преобразователей (ТЭП) основано на эффекте возникновения термо-ЭДС в цепи, составленной из разнородных проводников, если места их соединений имеют различную температуру tиtه (рис. 8).

Спай, имеющий температуру t,

называется рабочим спаем, а спай, имеющий

постоянную температуру tه — свободным.

Термоэлектрический эффект объясняется

наличием в металле свободных электронов,

число которых в единице объема различно

для разных металлов. Предположим, что в

спае с температурой tэлектроны из металла

А диффундируют в металл В в большем

количестве, чем в обратном направлении;

поэтому металл А заряжается

Рис. 8. Термоэлектрическая

цепь из двух разнородных проводников

положительно, а металл В – отрицательно.

Электрическое поле, возникающее в месте

соприкосновения проводников,

препятствует этой диффузии, и когда

скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводниками А и В в точках 1 и 2 возникнут разности потенциалов еАВ (t) и еАВ (tه), величина которых зависит от материала проводников и от температуры спаев.

Результирующая термо-ЭДС в цепи ЕАВ (t,tه) будет равна алгебраической сумме термо-ЭДС обоих спаев, т.е. ЕАВ (t,tه) = еАВ (t) — еАВ (tه). Таким образом, термо-ЭДС ТЭП равна разности двух термо-ЭДС, действующих навстречу друг другу, и величина каждой из них зависит от температуры соответствующего спая. При равенстве температур обоих спаев результирующая термо-ЭДС будет равна нулю.

Поддерживая температуру одного из спаев постоянной, например, полагая tە =constполучим:

ЕАВ (t,tە) = ƒ1(t).

Если для данного ТЭП, экспериментально, т.е. путем градуировки, найдена зависимость 4 (рис.9), то измерение температуры сводится к определению термо-ЭДС преобра -зователя.

ТЭП состоит из изолированных друг от друга керамическими изоляторами термоэлектродов. Концы их сварены между собой и образуют горячий спай. Свободные концы термоэлектродов подсоединены к контактам специальной колодки. Термоэлектроды и контактные зажимы помещены в защитную арматуру.

Для изготовления термоэлектродов ТЭП используют некоторые чистые металлы и сплавы ( табл. 1).

Для подключения измерительного прибора к ТЭП необходимо разорвать электрическую цепь. Разрыв чаще всего производят в спае с температурой tە (рис. 9).

ТЭП градуируют при определенной постоянной температуре tە (обычноtە = 0 ºС). При измерениях температураtە’ может отличаться от температуры градуировки. В этом случае необходимо вносить поправку.

Таблица 1. Характеристики термоэлектрических преобразователей

Тип ТЭП	Градуировка	Материал термоэлектродов	Диапазон измерения температуры при длительном применении, К
ТПП	ПП-1	Платинородий (10% родия) — платина	253 — 1573
ТХА	ХА	Хромель-алюмель	223 – 1273
ТХК	ХК	Хромель-копель	223 — 873
ВР	Нестандарт.	Вольфрам-рений (5% Re) Вольфрам-рениевый (20% Re)	273 — 2573

Рис. 9 . Включение измерительного

прибора в разрыв ТЭП

Если tە’>tە, то ЕАВ (t,tە’) < ЕАВ(t,tە). Величину поправки можно записать в виде ЕАВ(tە’,tە) и получить для данного ТЭП из градуировочной таблицы. Тогда ЕАВ (t,tە) =EAB(t,tە’)+EAB(tە’,tە).

Правильное измерение температуры возможно лишь при постоянстве температуры свободных концов ТЭП. Это достигается применением специальных схем подключения ТЭП к измерительному прибору.

Первая схема – подключение ТЭП с помощью термоэлектродных проводов. В этом случае свободный конец ТЭП может быть перенесен на всю длину проводов, т.е. практически свободный конец ТЭП можно вынести из зоны с переменной температурой в зону с постоянной температурой. Так, свободные концы ТЭП (рис. 10) из точек 1 и 2 при на

ращивании ТЭП термоэлектродными проводами Б и Г переместятся в точки 1’и 2′. В качестве термоэлектродных проводов применяют обычно те же материалы, из которых состоит сам ТЭП.

В

Рис. 10 . Схема включения

соединительных проводов

торая схема подключения ТЭП к измерительному прибору предусматривает использование специальной компенсационной коробки. По этой схеме ТЭП включается последовательно с неуравновешенным мостом, образованным резисторамиR1,R2,R3 из манганина иR4 из меди. Концы компенсационных проводов (холодный спай ТЭП) и резисторы (R1 -R4) находятся при одинаковой температуре. Мост питается от стабилизированного источника питания 4 через добавочный резисторRд, который служит для подгонки напряжения питания до расчетного значения. При отклонении

температуры холодильных спаев 20°С мост

находится в равновесии и в диагонали сdразность

потенциалов равна нулю. При отклонении

температуры холодных спаев от градуировочной

изменяется сопротивление R4 и в диагонали сdпоявляется разность потенциалов, противоположная по знаку изменению термо-ЭДС ТЭП, вызванной этим отклонением.

2.4. Вторичные приборы, работающие в комплекте с ТЭП

Для измерения термо-ЭДС в комплектах ТЭП применяют магнитоэлектрические милливольтметры и потенциометры.

Принцип действия магнитоэлектрического милливольтметра основан на взаимодействии проводника, по которому течет ток, и магнитного поля постоянного магнита. В результате взаимодействия этих полей возникает вращающий электромагнитный момент, действующий на проводник. На рис. 11 приведена принципиальная измерительная схема милливольтметра, которая образована подвижной рамкой и постоянным магнитом. По виткам рамки протекает электрический ток, создавая вокруг нее магнитное поле. Между полюсными наконечниками постоянного магнита помещен цилиндрический стальной сердечник, создающий радиальный магнитный поток. Рамка крепится на кернах и вращается в кольцевом воздушном зазоре между полюсными наконечниками и сердечником. К рамке жестко крепится стрелка, конец которой перемещается вдоль шкалы прибора, проградуированной в единицах измеряемой величины. У опор рамки размещены две специальные пружины, которые создают противодействующий момент, уравновешивающий систему в момент измерения. После окончания измерения противодействующий момент возвращает рамку в нулевое положение. Кроме того, спиральные пружины выполняют роль токопроводящих проводов для подвода термо-ЭДС от ТЭП к рамке милливольтметра.

Поскольку сила тока в рамке зависит от сопротивления подсоединительных проводов, то для правильного измерения необходимо подгонять сопротивление внешней цепи Rвн до значения, при котором градуировался прибор. Это значение указывают на шкале прибора. Для подгонкиRвн до заданной величины служит подгоночная катушкаRдоб ( см. рис. 11).

Милливольтметры некоторых типов (Ш4501, МВУ6-К) снабжаются двухпозиционным регулирующим устройством.

Рис. 11 . Электрическая схема милливольтметра

с подключением ТЭП

2.5. Динамическая характеристика элемента

В общем случае переход элемента (при поступлении на его вход сигнала) из одного установившегося состояния в другое происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени. Характер изменения входного сигнала в это время определяется динамическими характеристиками (свойствами) элемента. Вид динамических характеристик элемента зависит и от формы изменения входного сигнала. В связи с этим для обеспечения сопоставимости динамических свойств элементов (объектов) за входные принимают типовые сигналы (чаще всего это ступенчатое (скачкообразное) входное воздействие).

Все устройства, в том числе и измеряющие температуру, обладают некоторой инерцией, зависящей от конструкции чувствительного элемента и массы. Инерция зависит также от массы, теплоемкости и теплопроводности защитных слоев. Инерционность характеризуется постоянной времени Т. Чем она больше, тем медленнее протекает переходный процесс в элементе, и наоборот. Термоэлектрические преобразователи и термопреобразователи сопротивления характеризуются показателем тепловой инерции, в зависимости от которых различают ТЭП и ТС большой инерционности ( Т < 60 с ), средней инерционности ( Т < 40 с ) и малой инерционности ( Т < 10 с).

Постоянная времени определяется как отрезок времени по оси абсцисс, соответствующий моменту, когда измеряемый параметр примет величину 0,63 от своего установившегося знвчения (рис. 12).

Запаздыванием τ 3 называется отставание во времени начала изменения измеряемого параметра от момента приложения возмущения.

Рис. 12. Динамическая характеристика элемента

3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

3.1. Порядок выполнения работы

Описание лабораторной установки. В лабораторную установку входят: нагреватель, бак с водой, ртутный термометр, электрические термопреобразователи сопротивления ТМЛ-6097, термоэлектрический преобразователь ТХК-0515, милливольтметрШ 4500, логометр Ш 69000, автоматический мост КСМ 2, выключатель питания стенда и нагревателя ( SA1 ).

До начала эксперимента записать показания ртутного термометра, помещенного в бак с холодной водой.

Предварительно нагреть на нагревателе бак с водой. Установить на него крышку с датчиками температуры. Довести температуру в баке до 60 – 70 градусов Цельсия.Снять показания ртутного термометра, логометра , милливольтметра и автоматического моста одновременно. Затем осторожно переместить крышку с датчиками на бак с холодной водой и произвести замеры температуры на всех приборах с интервалом пять секунд. Замеры проводить до тех пор , пока показания ртутного термометра не будут оставаться неизменными в продолжении трех измерений.

3.2. Обработка результатов эксперимента

Результаты измерений занести в таблицу, по ним построить динамические характериститики элементов данной системы контороля температуры ( ртутный термометр, милливольтметр, логометр, мост ).Считая показания ртутного термометра действительными, определить абсолютную, относительную, приведенную погрешности измерений для логометра и моста в комплекте с термометрами сопротивления, и милливольтметра в комплекте с термопарой для последней точки измерений в установившемся режиме.

3.3. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

— цель работы;

— краткое описание теоретического материала;

— протокол работы и таблицы результатов;

— обработку результатов измерений, расчеты , графики;

— выводы по результатам исследований.

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Температура, влияние температуры на физические свойства тел.Температурные шкалы, единицы измерения температуры. Методы измерения температуры.

2. Термометры расширения.

3. Манометрические термометры.

4. Термопреобразователи сопротивления ( ТС ).

5. Уравновешенный мост.

6. Неуравновешенный мост.

7. Логометр.

8. Термоэлектрические преобразователи температуры ( ТЭП ).

9. Магнитоэлектрический милливольтметр.

10. Динамическая характеристика элемента.

studfiles.net