logo
МВ_АВП до лаб

3.1 Загальна методика вимірювання температури

В залежності від принципу дії промислові засоби вимірювання температури розділяються на такі групи з відповідними межами вимірювання:

Принцип дії манометричних термометрів оснований на залежності тиску термометричної речовини в замкненому об’ємі від температури. Манометричний термометр складається з термобалона, капілярної трубки, манометричної трубчастої пружини, біметалевого повідка, зубчастого сектора, зубчатого колеса, стрілки приладу та шкали приладу.

Під впливом температури тиск робочої речовини в термобалоні збільшується і по капіляру передається манометричній трубчастій пружині, яка під дією тиску розкручується, вільний її кінець через повідок і зубчасту передачу переміщує стрілку приладу по його шкалі. Термобалон виготовляється з корозійностійкої сталі, а капіляр із стальної чи мідної трубки, манометричні трубчасті пружини можуть бути одновиткові та багатовиткові.

В залежності від термометричної речовини дані прилади поділяються на газові, рідинні та конденсаційні для різних меж вимірювання температури.

Термометри:

газові (азот, гелій, водень) - 260 … +600 оС;

рідинні (ртуть) - 40 … +600 оС,

(метиловий спирт) - 40 … +180 оС,

(силіконова рідина) - 150 … +300 оС;

конденсаційні (хлорметил) - 20 … +150 оС,

(ацетон) - 60 … +200 оС,

(бензол) - 100 … +250 оС.

Термометри газові та рідинні мають рівномірну шкалу, а конденсаційні (паронаповнені) – нерівномірну.

Вимірювання температури термометрами опору відноситься до контактних методів і грунтується на властивості провідників (металів) та напівпровідників змінювати свій електричний опір R в залежності від зміни їхньої температури t . В загального вигляді: R = f (t) .

Для провідників (металів) опір зростає з зростанням температури, а перетворювачі, які виготовлені із металевого дроту називають взагалі терморезисторами. У напівпровідників опір навпаки падає із ростом температури, а перетворювачі, що виготовлені із напівпровідникових матеріалів, називають термісторами.

В первинному вимірювальному перетворювачі температури може використовуватись будь-який терморезистор або термістор, але в якості засобів вимірювання температури з нормованими метрологічними характеристиками використовують термометри опору. Залежність опору термометра опору від температури називається його градуювальною характеристикою.

Найбільш розповсюдженими термометрами опору є платинові (ТСП) та мідні (тип ТСМ), за кордоном набули популярності нікелеві. Чутливі елементи таких термометрів опору виготовляють відповідно із платинового або емальованого мідного чи нікельового дроту діаметром від 0,04 до 0,1 мм, який намотують біфілярно на пластину або на каркас із ізоляційного матеріалу (слюди, пластмаси), а значення опору Ro при температурі 0 С підганяють за рахунок довжини дроту до тисячних часток Ома. Таким чином отримують (найбільш поширений) ряд термометрів опору з градуюванням (тобто, із значеннями Ro в Ом):

а) мідних (ТСМ), в яких Ro дорівнює 10, 50 та 100 Ом і які умовно позначаються 10М, 50М та 100М (символ М – відповідає міді) ;

б) платинових (ТСП): в яких Ro дорівнює 10, 50, 100 та 1000 Ом і які умовно позначаються: 10П, 50П, 100П, 500П та 1000П (символ П – відповідає платині), міжнародне позначення Pt100;

в) нікелевих, в яких Ro дорівнює 100 та 1000 Ом і які умовно позначаються NI100, NI1000.

Зовнішня арматура термометра опору, загальний вигляд якого приведений на рис.1, складається із захисної труби, яка захищає дріт термометра від впливу агресивного середовища об’єкта вимірювання температури, штуцера для його закріплення на об’єкті та головки, в якій розміщується контактна колодка з затискачами для під’єднання дротів, що з’єднують термометр опору з вторинним вимірювальним приладом.

Рис.1. Загальний вигляд термометра опору.

В якості вимірювальних приладів, які використовуються у комплекті з термометром опору, використовуються зрівноважені і незрівноважені мости, логометри та сучасні вимірювальні перетворювачі з уніфікованим вихідним сигналом.

Принцип дії термоелектричних перетворювачів температури грунтується на термоелектричному ефекті, суть якого полягає в тому, що в замкненому електричному колі (термопарі), до складу якого входять два (або більше) різнорідних металічних провідників, виникає електричний струм, якщо місця з’єднання цих провідників мають різні температури.

З’єднання термопари, яке має вищу змінну температуру , називають робочим (гарячим спаєм), а з’єднання, що має постійну температуру , називається вільними кінцями термоелектричного термометра (холодним спаєм термопари). Провідники А і В називаються термоелектродами (рис.2) термопари.

Рис.2. Загальна схема (принцип) термопари.

Термо-ЕРС термопари пропорційна різниці температур гарячого та вільного кінців. Якщо температура вільних кінців дорівнює 0°C, то вимірювана температура визначається вторинним приладом в термометричному комплекті (мілівольтметром або потенціометром) безпосередньо за градуювальною таблицею відповідної термопари (інакше потрібна поправка на температуру вільних кінців). Найбільше практичне застосування здобули стандартні термоелектричні перетворювачі (термопари), термоелектроди яких можуть бути виготовлені як із чистих матеріалів, так і сплавів: ХК - хромель-копель, ХА – хромель-алюмель, ПП – платинородій-платина.

Матеріали електродів:

платинородій (10% родію) – платина, позначення S(ПП), межі 0 …+ 1300 оС,

платинородій (30%) - платинородій (6%), В(ПР), 300 …+ 1600 оС,

хромель(90,5%Ni+9,5%Cr) – алюмель(94,5%Ni+2%Al+…), К(ХА),- 200…+1000 оС,

хромель – копель(56%Cu+44%Ni), ХК, - 200…+600 оС,

сплави НК-СА(нікель кобальтовий і з вмістом Si та Al), НС, +300…+1000 оС,

вольфрам реній(5% ренію) - вольфрам реній(20% ренію), ВР-5/20, 0 …+2300 оС.

Термоелектричні термометри під’єднуються до спеціальних вторинних приладів: автоматичного потенціометра або магнітоелектричного мілівольтметра, шкала яких проградуйована в °C, або до нормуючих перетворювачів з уніфікованим вихідним сигналом. Крім того, термопари можуть підмикатися безпосередньо до спеціальних модулів промислових контролерів.