Главная

Контакты

Случайная статья

• Автоматизация
• Антропология
• Археология
• Архитектура
• Биология
• Ботаника
• Бухгалтерия
• Военная наука
• Генетика
• География
• Геология
• Демография
• Деревообработка
• Журналистика
• Зоология
• Изобретательство
• Информатика
• Искусство
• История
• Кинематография
• Компьютеризация
• Косметика
• Кулинария
• Культура
• Лексикология
• Лингвистика
• Литература
• Логика
• Маркетинг
• Математика
• Материаловедение
• Медицина
• Менеджмент
• Металлургия
• Метрология
• Механика
• Музыка
• Науковедение
• Образование
• Охрана Труда
• Педагогика
• Полиграфия
• Политология
• Право
• Предпринимательство
• Приборостроение
• Программирование
• Производство
• Промышленность
• Психология
• Радиосвязь
• Религия
• Риторика
• Социология
• Спорт
• Стандартизация
• Статистика
• Строительство
• Технологии
• Торговля
• Транспорт
• Фармакология
• Физика
• Физиология
• Философия
• Финансы
• Химия
• Хозяйство
• Черчение
• Экология
• Экономика
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика

Таблица 3 1 страница

Технические характеристики дилатометрических гермометров

Рис. 47. Дилатометрический показывающий термометр

В целом металлы и их сплавы обладают высокими коэффициентами линейного расширения. Для латуни он равен , а для никеля – . Однако имеются сплавы и материалы с низким температурным коэффициентом линейного расширения. Так, для сплава инвар (64% Fе и 36% Ni) , для кварца и фарфора .

В дилатометрическом термометре (рис. 47) чувствительным элементом является латунная трубка 3 (активный элемент), внутри которой находится инварный (или кварцевый) стержень 2 (пассивный элемент). Инварный стержень применяется для рабочих температур до 150 °С, а кварцевое стекло – для температур более 150 °С. Один конец трубки закрыт пробкой 1, второй – ввинчен в корпус 4, где находятся передаточный механизм, стрелка и шкала. С помощью ниппеля 5 термометр закрепляется на стенке или крышке устройства, в котором измеряется температура. При повышении температуры длина трубки 3 увеличивается значительно больше, чем длина стержня 2, вследствие чего он перемещается внутри трубки, увлекая за собой опирающийся на него толкатель 6. С помощью передаточных рычагов 7, 8 и 9 и пружины 10 толкатель 6 воздействует на стрелку 11, которая, перемещаясь по шкале 12, занимает положение, соответствующее измеряемой температуре.

Чувствительность дилатометрического термометра определяется его длиной, т. е. для повышения чувствительности необходимо увеличивать длину термометра (табл. 3).

Показывающие дилатометрические термометры широко применяют за рубежом, их производство налаживается и в нашей стране, где их пока еще используют в качестве первичных преобразователей температуры в системах автоматического контроля и регулирования температуры. Пределы измеряемых температур лежат в диапазоне –60...+1000 °С, разбитом для каждого прибора на поддиапазоны. Например, термометр марки ТуДЭ имеет 12 поддиапазонов, его погрешность ±1,5°С.

К преимуществам термометров этого типа можно отнести низкую стоимость, простоту устройств и высокую надежность, к недостаткам – относительно большую тепловую инерцию.

Термочувствительным элементом биметаллического термометра является биметаллическая пластина, спираль или диск. Биметалл получают сваркой полос двух металлов с разными коэффициентами линейного расширения с последующей прокаткой до нужной толщины.

Принцип действия биметаллического термометра основан на использовании разности коэффициентов линейного расширения. При изменении температуры термочувствительного элемента его свободный конец прогибается или поворачивается на определенный угол в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения.

Промышленность выпускает несколько типов биметаллических термометров с разной формой термочувствительного элемента. На их базе разработано несколько видов малогабаритных показывающих приборов и сигнализаторов.

Рис. 48. Конструкция биметаллического термометра

Схема устройства наиболее простого биметаллического термометра (преобразователя) показана на рис. 48. На пластмассовом основании 5 закреплены две пластины: обыкновенная и биметаллическая 4. На биметаллической закреплен контакт 3, а на обыкновенной Остановлен задающий винт 2, предназначенный для изменения пределов срабатывания. Все устройство помещено в защитный кожух 1. При изменении температуры окружающей среды биметаллическая пластина 4 прогибается и замыкает контакты.

Диапазон измеряемых температур с помощью биметаллических термометров +50 ... +400 °С. Погрешность термометров лежит в пределах ±4 %. Достоинствами термометра являются простота устройства, низкая стоимость и значительная разрывная мощность контактного устройства. К недостаткам относятся большая инерционность и гистерезисный характер зависимости положения контактов от температуры, т. е. несовпадение температуры замыкания и размыкания контактов.

Биметаллические термометры находят применение в установках пылеулавливания и очистки технологических и вентиляционных газов в системах регулирования лабораторных термических печей, а также в системах защиты электродвигателей от перегрузок.

3. МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ

Манометрический термометр – прибор, действие которого основано на использовании зависимости между температурой и давлением термометрического вещества (газа или жидкости). Известны четыре разновидности манометрических термометров: газовые, заполненные азотом, жидкостные (ртуть); конденсационные или парожидкостные (хлористый метан и др.) и адсорбционные (углекислый газ).

Основные характеристики манометрических термометров приведены в табл. 4. Конструктивно манометрический термометр (рис. 49) представляет собой герметическую систему, состоящую из металлического термобаллона 3, соединенного капиллярной трубкой 2 с манометром 1, который имеет шкалу, градуированную в градусах Цельсия.

В термометрах с газовым наполнителем используется физическая зависимость давления газа, заключенного в замкнутом объеме, от температуры. Эти термометры имеют низкий температурный коэффициент давления (р = Р₀/273°, Па/К). Они чувствительны к изменению барометрического давления и температуры. Для уменьшения влияния барометрического давления термометр заполняют газом при давлении 1 МПа и выше.

Таблица 4

Характеристики манометрических термометров

Рис. 49. Манометрический термометр

В термометрах с жидким наполнителем используется изменение объема жидкости с изменением ее температуры. Изменение объема характеризуется коэффициентом объемного расширения.

При изменении температуры контролируемого объекта изменяется давление в замкнутой системе. Например, манометрической пружиной давление преобразуется в перемещение стрелки прибора. В манометрических термометрах пружины выполняют, как правило, в виде металлической (сталь, латунь или бронза) изогнутой трубки, имеющей либо овальное сечение, либо сечение в форме восьмерки с двумя каналами каплевидной формы и незажатым средним участком. Такая форма повышает механическую прочность пружины и увеличивает внутренний объем, что уменьшает дополнительную температурную погрешность, обусловленную изменением температуры окружающей среды. Термобаллон изготовляют из латуни или нержавеющей стали. Если латунь уменьшает тепловую инерцию термометра, то нержавеющая сталь обеспечивает коррозионную стойкость. Металлический капилляр обычно изготовляют из медной или стальной трубки с внутренним диаметром 0,15 ... 0,25 мм и наружным диаметром 2,5 мм. Для защиты от механических повреждений капилляр с внешней стороны покрывают металлической оплеткой.

Тип прибора определяет и размеры термобаллона. Они наименьшие у жидкостных термометров и наибольшие у газовых.

Манометрические термометры выпускают трех видов: показывающие, регистрирующие (с ленточными и дисковыми диаграммами) и комбинированные. Первые два вида могут оснащаться электрическими контактными устройствами, предназначенными для сигнализации и позиционного регулирования. Регистрирующие приборы выпускают с электрическим или пневматическим приводом, а также с часовым механизмом. В последнем случае манометрические термометры взрывобезопасны.

Распространение манометрических термометров несколько ограничивается высокими требованиями к герметичности системы и трудностью ремонта в случае ее разгерметизации. До последнего времени в промышленности широко применяют показывающие манометрические термометры типа ЭКТ. В связи с тем, что приборы этого типа страдают рядом недостатков, их заменяют в настоящее время на приборы типа ТПГ-С (ТПП-С), которые более совершенны. Эти приборы оснащены контактными устройствами.

Манометрические термометры применяют для контроля температуры охлаждающей воды в установках для обработки холодом; температуры воздуха, жидкого и газообразного топлива в установках для получения защитных атмосфер, используемых в термических печах и т. п.

4. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ

Термоэлектрическим термометром называют устройство, состоящее из термоэлектрического преобразователя (термопары), вторичного измерительного прибора и соединительных проводов. В основе измерения температуры термоэлектрическим термометром лежит открытое в 1821 году Т. Зеебеком термоэлектрическое явление. Это явление заключается в том, что в цепи, составленной из двух соединенных между собой проводников А и Б (рис. 50, а) при наличии разности температур в точках соприкосновения (спаях) 1 и 2 возникают две термоэлектродвижущие силы (термоЭДС).

Для включения прибора необходимо разорвать цепь термопары в спае 2 (рис. 50, б) либо разорвать один из термоэлектродов (рис. 50, в). В первом случае у термопары будет три спая: один горячий 1 и два: 2 и 3– холодные, которые должны иметь постоянную температуру t₀. Во втором случае у термопары окажется четыре спая: один горячий 1, один холодный 2 и два нейтральных: 3 и 4, Спаи 3 и 4 должны иметь одинаковую температуру.

Абсолютное значение термоЭДС промышленных термопар очень невелико (порядка нескольких милливольт), поэтому для его измерения необходимо применять достаточно чувствительные приборы.

В тех случаях, когда желательно получить большую термоЭДС (например, при измерении низких температур), применяют последовательное включение термопар (рис. 51, а). Если необходимо получить разность температур двух точек, то термопары включают навстречу одна другой (рис. 51, б). Такая термопара называется дифференциальной. Если необходимо измерить среднюю температуру нескольких точек одновременно, то применяют параллельное соединение нескольких термопар (рис. 51, в).

Рис. 50. Схема термоэлектрического термометра:

а – термоэлектрическая цепь из двух разнородных проводников;
б и в – включение измерительного прибора в цепь первичного преобразователя .

Рис. 51. Схемы включения термоэлектрических термометров:

а – последовательное; б – для измерения разности температура; в – параллельное

Существует достаточно много различных материалов, которые в паре друг с другом образуют термопару. Однако практическое применение нашло ограниченное число материалов.

По характеру применяемых материалов термопары могут быть разбиты на три группы: из благородных металлов, неблагородных металлов и из металлических электродов в паре с неметаллами.

Термопары третьей группы отличаются низкой механической прочностью, но обладают весьма значительной термы ЭДС, превосходящей в несколько раз термы ЭДС термопар первых двух групп.

В настоящее время наиболее широкое применение получили термопары со стандартной градуировкой. В табл. 5 приведены их характеристики, а на рис. 52 – градировочные кривые.

Таблица 5

Основные характеристики термоэлектрических термометров

Рис. 52. Градуировочные характеристики термопар

Для изготовления термопар чаще всего применяют электроды в виде проволоки диаметром 1,5 ... 3,2 мм для термопар из неблагородных металлов и диаметром 0,5 – для благородных. Для измерения температуры поверхности применяют ленточные и лепешечные термопары.

Рис. 53. Конструкция арматуры термоэлектрического термометра:

I – корпус с крышкой; 2 – клеммная коробка; 3 – фарфоровые бусы;
4 – штуцер с резьбой; 5 – защитный чехол; 6 – термопара

Термопары обычно изготовляют сваркой или пайкой. Так как термоэлектроны должны соприкасаться друг с другом только в рабочем конце (горячем спае), то по всей длине их изолируют друг от друга. Для внутренней изоляции отдельных электродов из неблагородных металлов применяют фарфоровые одноканальные трубочки (бусы). Термоэлектроды платинородий – платиновой термопары по всей длине изолируют друг от друга фарфоровой одно канальной трубкой, надетой на платиновый электрод, или двухканальной фарфоровой трубкой. Для защиты от механических повреждений и непосредственного воздействия вредных газов термоэлектроды помещают в защитный чехол (рис. 53).

В качестве вторичных приборов в термометрических термометрах используют пирометрические милливольтметры (гальванометры) и компенсационные приборы (потенциометры).

Пирометрические милливольтметры – приборы магнитоэлектрической системы. Их работа основана на принципе взаимодействия проводника, по которому протекает электрический ток, с магнитным полем постоянного магнита.

Рис. 54. Схема милливольтмметра

Милливольтметр (рис. 54) состоит из постоянного магнита 2, на концах которого расположены полюсные наконечники 3 из мягкого железа, и неподвижного стального магнитопровода 5. Наличие цилиндрического магнитопровода в междуполюсном пространстве магнита уменьшает магнитное сопротивление, создает равномерный зазор и формирует радиальный магнитный поток. В кольцевом воздушном зазоре между полюсными наконечниками и магнитопроводом размещается прямоугольная рамка 4, состоящая из большого числа витков изолированного медного провода. С обеих сторон по центру рамки установлены полуоси, на которых рамка может поворачиваться в опорных подшипниках, изготовленных из рубина или агата. Ось вращения рамки совпадает с осью магнитопровода.

Рамка поворачивается вместе с легкой стрелкой 1, один конец которой перемещается вдоль шкалы, а на втором расположены два усика с грузами 6. Перемещением грузов по винтовой нарезке добиваются уравновешивания подвижной системы, т. е. совпадения центра тяжести с осью вращения. Для создания противодействующего момента и подвода тока к подвижной рамке служат две спиральные пружины 7, изготовленные из фосфористой бронзы. Добавочный резистор R_доб, выполненный из манганиновой проволоки, используется для подгонки диапазона шкалы и ограничения влияния изменений температуры окружающей среды на показания прибора (температурный коэффициент сопротивления манганина – низкий). Подгонка внешнего сопротивления осуществляется резистором R_вн, значение его подбирается по сопротивлению внешней цепи (сопротивление резистора R_вн внешней цепи должно соответствовать значению, указанному на шкале прибора).

При измерении температуры ток от термопары поступает в рамку через спиральные пружины. Протекающий по рамке ток взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита, вследствие чего рамка поворачивается под действием момёнта. Поворот рамки прекратится при уравновешивании двух моментов. Переменной величиной практически является сопротивление подсоединительных проводов, т. е. их длина оказывает влияние на показания прибора.

Промышленность выпускает показывающие, регистрирующие и регулирующие милливольтметры. Шкала градуируется либо в градусах температуры, либо в милливольтах, применяется и двойная градуировка шкалы. Технические характеристики показывающих милливольтметров приведены в табл. 6.

Поверка милливольтметров сводится к определению соответствия градуировки и класса точности приведенным значениям. Она проводится с помощью лабораторных приборов более высокого класса точности. На вход обоих приборов от источника регулируемого напряжения одновременно подается одинаковый сигнал. Результаты измерений сравнивают при прямом и обратном ходе (увеличение и уменьшение напряжений) и определяют погрешности поверяемого милливольтметра.

Таблица 6

Технические характеристики милливольтметров

Компенсационными приборами (потенциометрами) называют приборы, которые используются для измерения температуры компенсационным (потенциометрическим) методом. Этот метод основан на уравновешивании (компенсации) измеряемой термоЭДС, равной по значению, но обратной по знаку ЭДС вспомогательного источника тока.

Потенциометры делят на две группы: неавтоматические и автоматические.

Рис. 55. Схема потенциометра

Уравновешивающее напряжение в схеме неавтоматического потенциометра (рис. 55) создается с помощью ЭДС источника питания 2, падение напряжения от которого на измерительном резисторе R_р уравнивается термоЭДС термопары 4. Измерительный резистор имеет линейное сопротивление и называется реохордом. Разность потенциалов между точкой А и любой промежуточной точкой D пропорциональна сопротивлению R_AD. Передвижением по реохорду скользящего контакта 3 можно изменять сопротивления R_AD. Термопара, термоЭДС которой необходимо измерить, подключается одним концом к точке D, а вторым – через нуль-гальванометр 1 к точке А. Нуль-гальванометр выполняет функции индикатора наличия тока в цепи термопары и представляет собой чувствительный милливольтметр, имеющий двустороннюю шкалу.

Так как значение термоЭДС прямо пропорционально сопротивлению участка AD реохорда R_p, то шкалу прибора, относительно которой перемещается движок 3, можно отградуировать в единицах напряжения электрического тока либо температуры.

По сравнению с милливольтметром потенциометр обладает следующими двумя преимуществами: отсутствует электрический ток в цепи термометра в момент измерения и исключена операция измерения тока.

Автоматические потенциометры предназначены для измерения, записи, сигнализации и регулирования (при наличии регулирующего устройства) температуры, изменение которой может быть преобразовано в изменение напряжения постоянного тока.

Наибольшее распространение в литейных и термических цехах получили автоматические показывающие и регистрирующие потенциометры типа КСП4 с ленточной диаграммой и типа КСП3 с круглой диаграммой.

Электронные автоматические потенциометры типа ЭПД с записью на дисковой диаграмме предназначены для работы с термопарами стандартных градуировок (ХА, ХК и ПП) и телескопом радиационного пирометра типа РПС. Градуировка шкалы выполнена в градусах температуры: запись – непрерывная чернилами на дисковой диаграмме диаметром 300 мм, время одного оборота диаграммы 24 ч, время прохождения всей шкалы пером и стрелкой не более 5 с, установка рабочего тока – полуавтоматическая.

Электронные потенциометры типа КСП4 производят запись на ленточной диаграмме. Возможно изменение скорости записи (восемь ступеней) от 60 до 1414 мм/ч. Приборы выпускают для записи по 2, 3, 6, 12 и 24 каналам, в них предусмотрены сигнализация об окончании диаграммной бумаги и автоматическая остановка.

Запись проводится в прямоугольных координатах на диаграммной ленте шириной 275 мм: в одноканальных приборах непрерывно чернилами, а в многоканальных – циклично печатающим устройством. Время прохождения регистрирующей кареткой всей шкалы может изменяться в пределах 1 ... 8 с.

Таблица 7

Технические характеристики потенциометров, мостов и милливольтметров

Примечание.КП1 показывающие; КС1–КС4 – показывающие и регистрирующие; КС1 и КС2 – одноканальные; КСЗ и КС4 – многоканальные; КСП – потенциометр; КСМ – мост; КСУ – милливольтметр.

Потенциометры типа КСП4 предназначены для измерения температуры в комплекте с термопарами стандартных градуировок ХА, ХК и ПП и телескопом радиационного пирометра. Класс точности автоматических потенциометров – 0,5.

Технические характеристики основных автоматических потенциометров помещены в табл. 7.

Рассмотрим принципиальную схему электронного потенциометра КСП4 одно канального исполнения (рис. 56). Питание моста производится от источника стабилизированного напряжения ИСП, который при напряжении 5 В дает ток 5 мА.

Рис. 56. Схема электронного потенциометра КСП4

Конденсаторы С1, С2 и СЗ совместно с резисторами R1, R2 и R3 образуют фильтры, которые устраняют помехи, возникающие в цепи термопары под действием внешних магнитных полей. Как только в цепи термопары ТП появляется разность напряжений между термоЭДС термопары и уравновешивающим ее напряжением реохорда, возникает ток разбаланса, который из постоянного преобразуется вибропреобразователем в переменный и подается на вход усилителя УЭД, состоящего из усилителя напряжения и усилителя мощности. К выходу усилителя мощности подключается одна из обмоток реверсивного исполнительного двигателя РД-09, вторая обмотка которого питается от сети. Конденсаторы С4 и С5 обеспечивают получение сдвига фаз (на 90°). Ротор электродвигателя РД-09 кинематически связан с движком реохорда R4, пишущим пером диаграммы и с показывающей стрелкой шкалы. Электродвигатель РД-09 вращается в определенную сторону и движок передвигается по реохорду до наступления компенсации термоЭДС термопары и уравновешивающего его напряжения, отчего ток разбаланса становится равным нулю и система останавливается. Реакция усилителя настолько быстра, что систему можно считать практически безынерционной.

Реохорд выполнен из сплава (палладий с вольфрамом), имеющего высокую стойкость против истирания, а контакты движка выполнены из сплава золота, серебра и меди.

Синхронный двигатель СД-54 предназначен для перемещения диаграммной ленты. Он питается непосредственно от сети и включается тумблером S1. Общее включение прибора осуществляется тумблером S2.

Поверка автоматических потенциометров осуществляется с помощью образцовых потенциометров, погрешность которых в 5 раз меньше, чем у поверяемых приборов. При поверке на вход поверяемого и образцового потенциометров подается одинаковое напряжение от регулируемого питания, с помощью которого указатель поверяемого прибора устанавливают на заданную отметку шкалы, а затем измеряют это напряжение образцовым прибором.

5. ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ТЕРМИСТОРЫ

В литейных и термических цехах для измерения температуры до 650 °С широко распространен способ, основанный на зависимости электрического сопротивления проводников и полупроводников от их температуры. Зная зависимость между сопротивлением чувствительного элемента и его температурой, можно, замеряя сопротивление, определить значение температуры с весьма высокой точностью (до 0,02 °С).

Чувствительные элементы, выполненные из металлических проводников, называют термометрами сопротивления.

Термометр сопротивления (термочувствительный элемент) представляет собой металлическую проволоку, намотанную на каркас. К материалу проволоки предъявляется ряд требований. Он должен иметь высокий температурный коэффициент для получения хорошей чувствительности, большое удельное сопротивление, определяющее его размеры, устойчивость физических свойств при значительных изменениях температуры, хорошую воспроизводимость состава, стойкость к воздействиям окружающей среды, линейность и стабильность характеристик во времени.