Технологические измерения и приборы, страница 6

                      у                                                                          y ^изм 

                             у ^э

В промышленности используются  два первых способа, а третий  высокоточных измерительных приборов.

Измерение температуры.

          Датчики температур бывают:

§  контактные;

§  бесконтактные.

Контактные: термометры расширения, манометрические термометры, термоэлектрические и термометр сопротивления.

Термометры расширения: стеклянные, биметаллические, дилатометрические.

Стеклянные термометры применяются – для измерения в лабораторных и промышленных условиях, они обладают высокой точностью, не высокой стоимостью и простотой эксплуатации. Принцип действия основа на зависимости между температурной и объемом термометрической жидкостью.

В качестве этой жидкости использую ртуть (-35... +750⁰)С,                      толуол (-90…+200⁰)С,  этиловый спирт (-80…+70⁰)С,  керосин (-60…+600⁰)С, пентан (-200…+20⁰)С.

    Конструктивно такие термометры делятся на палочные, когда шкала наносится на толстостенный капилляр со встроенной шкалой, погрешность этих термометров обусловлены:

1.  Дефектами самого термометра;

2.  Ошибки наблюдения;

3.  Отклонение усилий эксплуатации от нормальных.

Δt = nβ (t –t _вс);

где    n – число градусов на выступающем столбике;

β – коэффициент расширения;

t вс – температура выступающего столбика, (т.е. температура окружающей среды);

t – показания термометра.

Биметаллические – в основу работы биметаллических и дилатометрических термометров положено свойство твердых тел изменять свои линейные размеры под влиянием температуры.

1.  неподвижный контакт;

2.  передвижной указатель за датчика (температура равняется 40⁰С).

 

  -  состоит из 2 составляющих:

     1 - латунь β =18,3 · 10^-6, 1/ ⁰С

     2 – сплав  инвар (Fe с Ni), β =0,9 · 10^-6, 1/ ⁰С,

Зависимость между изгибом и температурой:

где α – коэффициент удельного изгиба.

          Биметаллический термометр часто используется, как термоме6тр в  системах автоматической сигнализации, и в качестве компенсаторов температуры в измерительных цепях (- 50 … + 600⁰)С – приделы измерения.

          Дилатометрический – действие их основано на измерения разности удлинения двух твердых тел пропорционально температуре измеряемой среды. Полученное удлинение трансформируется в преобразователи в электрический сигнал усиливается и поступает на измерительный прибор. Приделы измерения (-60…+100⁰)С класс точности равняется 1,5…2,5%.

                                                                   к измерительному прибору

                                                                      

коэффициент расширения трубки и стержня;

изменения длины стержня.

чем длиннее стержень, тем чувствительней будет термометр.

Манометрический  термометр – принцип действия основан на использование зависимости между температурой и давлением термометрического вещества, (газа или жидкости) заполняющего герметически замкнутую термосистему данного устройства (-200…+600⁰)С.

1 – термобаллон;

2 – капилляр;

3 – манометрическая пружина;

          Капилляр (2)  соединяет термобаллон (1) с неподвижным концом (3), подвижный конец запаян и через шарнирное соединение (4), поводок (5), сектор (6) связан со стрелкой (7). (8) биметаллическая пластинка служит для уменьшения влияния изменения температуры окружающей среды.

Манометрические термометры бывают:

§  газовые;

§  конденсационные;

§  жидкостные.

В газовых и жидкостных вся термосистема заполнена соответственным веществом, а в конденсационных только термобаллон заполнены низкокипящей жидкостью, а  в остальных частях системы находится пары этой жидкости, либо специальная жидкость для передачи давления.

На показание манометрических термометров влияет изменение внешних условий, а именно:

1.  изменение температуры, => температурную погрешность;

2.  различная высота расположения баллона по отношению ко всей системе – гидростатическая погрешность;

3.  колебание атмосферы воздуха – барометрическая погрешность.

                                  завышенные показатели

нормальные

показатели

                                                             заниженные показатели

Термоэлектрические термометры – в основе работы термопары лежат два закона:

                  t₀              t₀                                                             

                      

                            t

1.  Томсона: если проводник нагреть не равномерно по длине, то свободные электроны начинают  диффундировать от холодного к горячему концу, => горячей конец заряжается «+», а холодный конец «–».

2.  Зибека: заключается в том, что в мести контакта двух проводников возникает электродвижущая сила, вызванная контактной разницей потенциалов.   

Е(t , t₀)= f (M, Δt),     Δt= t - t_0,

Свободные концы термопары с помощь компенсационных проводов      выносятся в зону с постоянной температурой.

Требования к проводам: должны развивать в диапазоне от 0…100⁰С, туже ЭДС, что и проводники из которых сделана термопара компенсационные провода сделаны из  дешевого материала.

Термометры бывают:

- стандартные;

- нестандартные.

Стандартные – выполняются из металлов характеристики которых хорошо изучены (их 6 ) и к партии термопара прилагается градуировочная характеристика.

Е(t,t₀)

                                 t₀ = const

                                                                t

Стандартные термопары, пример:

1) медь – копель МК (-200…+100 ⁰С);

2) хромель – алюмель ХА (-200…+100⁰С);

3) хромель – копель ХК (-200…+600 ⁰С) – кратковременно можно использовать до +800⁰С;

4) платинородий – платина ПП (0…1000⁰С), до 1600⁰С;

5) платинородий – платинородий ПР (+300…+16000⁰С), до +18000⁰С;

6) вольфрамрений – вольфрамрений ВР (0…2200⁰С), до +2500⁰С.

Термометры бывают: поверхностные и погружные; разового и кратковременного (до 100ч испытывается) и многократного применения            (> 100ч).

Измерить ЭДС термопара можно двумя способами:

- прямым;

- компенсационным.

Прямой реализуется на таком приборе как, милливольтметр.