Устройство измерения температуры. Разработка схемы устройства измерительного преобразователя для первичного преобразователя температуры

МПК⁷ Н 02 Р 5/00, Н 04 R 29/00

УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к области измерительной техники.

Измерению температуры придается большое значение в различных отраслях промышленного производства. Температура является наиболее массовым и, зачастую, решающим параметром, характеризующим различные технологические процессы металлургической,  химической, энергетической и других видов промышленности. Точность  измерения температуры очень важна для автоматизации процессов производства. В зависимости от необходимого диапазона и точности используют методы измерения температуры с помощью следующих средств :

- стеклянных жидкостных термометров;

- манометрических термометров;

- термопреобразователей сопротивления;

- термоэлектрических преобразователей;

- оптических и фотоэлектрических пирометров;

- специальные способы измерения температуры.

В настоящее время в термометрической технике в результате высокой чувствительности вторичных приборов на первый план выдвигаются воспроизводимость свойств первичных измерительных преобразователей, устойчивость используемых материалов к воздействию внешней среды, надежность и долговечность всей конструкции датчиков температуры в условиях их эксплуатации.

Целью  является   разработка  схемы устройства  измерительного преобразователя для первичного преобразователя температуры.

Главным элементом в устройстве является термоэлектрический преобразователь. Термоэлектрические преобразователи (термопары) основаны на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутом контуре, состоящем из двух разнородных проводников, течёт ток, если места спаев находятся при разной температуре . Ток протекает под действием термоэлектродвижущей силы (термоЭДС). При размыкании этой цепи на её выводах будет присутствовать термоЭДС, изменяющаяся с температурным коэффициентом порядка нескольких десятков мкВ/0С. Таким образом, термопары относятся к классу генераторных датчиков. Термопары используются для измерения температуры в широком диапазоне – в зависимости от материала  проводников   от –270  до  +2500 0С .

Эквивалентная схема измерения температуры с использованием заданного                                            первичного измерительного преобразователя(термоэлектрического)[1].

ИП – измерительный преобразователь

ОИ – объект измерения

ИЗ – изотермальная зона

E(tр.с.) – термоЭДС рабочего спая

E(tо.с.) – термоЭДС опорного спая

Rлс – сопротивление линии связи

Rм.из – сопротивление межэлектродной изоляции, зависящее от измеряемой       температуры

ДТ – датчик температуры опорного спая 

Uов – эквивалентное значение  помехи  общего вида,  обусловленной емкостной связью с питающей  сетью 

Uнв – эквивалентное значение  помехи  нормального вида

ВУ – входной усилитель.

Эквивалентная схема первичного измерительного преобразователя.

РС –  резьбовое  соединение;

КК – клеммная колодка;

ПЧ – погружаемая часть;

ЧЭ – чувствительный элемент;

ЗА – защитная арматура ЧЭ.

3.Функциональная схема измерительного преобразователя.

Функциональная схема измерительного преобразователя температуры с использованием термоэлектрического преобразователя (пунктиром показаны блоки и связи, необходимость наличия которых определяется при проектировании):

ТП1 – рабочий (горячий) спай

ТП2 –опорный (холодный) спай

ЛС –  линия связи

ДТ – датчик температуры опорного спая 

ВУ – входной усилитель,  необходимый  для  преобразования термо-ЭДС в    требуемое напряжение

ФПС – фильтр постоянной составляющей, необходимый для снижения влияния    напряжений Uов и Uнв на результат измерения

ИОН – источник опорного напряжения, служащий для формирования необходимого напряжения смещения  диапазона выходного сигнала

Сум –сумматор, используемый для смещения выходной характеристики измерительного преобразователя

ПНТ–выходной преобразователь «напряжение-ток», используемый для  получения выходного сигнала в информационной форме постоянного тока.

Первичным измерительным преобразователем температуры является термоэлектрический преобразователь (ТЭП).С учетом заданного диапазона измеряемых температур (1200...1500)град С, выбираем термоэлектрический преобразователь типа ТПП10 класса допуска 1,длякоторого значения метрологических характеристик определены при температурах (0...1600)град С. Для ТЭП этого класса допускаемое отклонение термоЭДС (в температурном эквиваленте) от номинальной статической характеристики преобразования (НСХ) не превышает 1+0.003(t-1100) град С в диапазоне температур (1200...1600) град С.(Система уравнений).

• схема Хауленда проста в исполнении, т.к. схема обладает небольшим количеством элементов.

• возможно изменения смещения и крутизны  выходной характеристики