Термоэлектрические преобразователи температуры.
Термоэлектрические термометры (термопара) являются первичными преобразователями, выходной сигнал которых измеряется магнитоэлектрическими милливольтметрами или автоматическими потенциометрами.
Возникновение термо-ЭДС в термопреобразователе объясняется тем, что при его нагревании возникает поток электронов от горячего спая к холодному. На холодном спае создается отрицательный потенциал, а на горячем - положительный. Разность этих потенциалов будет определять величину термо-ЭДС термопреобразователя.
Если температуру холодного спая поддерживать постоянной, то термо-ЭДС будет зависеть только от степени нагрева рабочего конца термопреобразователя, что позволяет отградуировать измерительный прибор в соответствующих единицах температуры. В случае отклонения температуры свободных концов от градуировочного значения, равного 0°С, к показаниям вторичного прибора вводится соответствующая поправка.
Термоэлектрический термометр, простейшая цепь которого показана на рис. 8, а, представляет собой чувствительный элемент, выполненный в виде двух проводников из разных металлов (или полупроводников) со спаянными концами.
Термо-ЭДС зависит от материала проводников А и Б, составляющих термоэлектрический термометр, а также от температуры горячего спая, называемого свободным концом 1. Свободный конец термоэлектрического термометра должен находиться в зоне постоянной температуры, имеющей определенное (известное) значение. При этом условии термо-ЭДС термоэлектрического термометра, а значит, и показания измерительного прибора будут зависеть только от температуры рабочего конца 2. Фактически свободный конец термоэлектрического термометра, как правило, находится в зоне переменной температуры, поэтому в качестве соединительных применяют так называемые компенсационные провода, позволяющие перенести свободный конец в зону с известной постоянной температурой.
Рис. 8б 3-термоэлемент, 4-жароупорный наконечник, 5-металлический чехол, 6-фарфоровые изоляторы, 7-головка термометра с зажимами.
Верхний предел температур, измеряемых термопар, зависит от их типа. Так термометр ТВР применяют для измерения температур до 2200°С, ТПП-до1300°С, ТПР-до1600°С,
ТХА-до1000°С и ТХА-до600°С
В зависимости от материала термоэлектродов термопреобразователи различают:
- с металлическими термопарами из благородных и неблагородных металлов и сплавов;
- с термопарами из тугоплавких металлов и сплавов.
Термопары из благородных металлов, обладая устойчивостью к высоким температурам и агрессивным средам, а также постоянной термо-ЭДС, широко используют для замера высоких температур в промышленных и лабораторных условиях.
Преобразователи термоэлектрические изготовляют следующих типов :
ТВР — термопреобразователь вольфрамрениевый;
ТПР — термопреобразователь платинородиевый;
ТПП — термопреобразователь платинородий-платиновый;
ТХА — термопреобразователь хромель-алюмелевый;
ТХК — термопреобразователь хромель-копелевый
ТМК — термопреобразователь медь-копелевый
Для предохранения от повреждений термоэлектрические термометры заключают в защитную арматуру (рис. 8, б). Термоэлектрические термометры имеют стабильную характеристику: термо-ЭДС, развиваемая ими, стандартизована, что делает термоэлектрические термометры взаимозаменяемыми.
Вторичными измерительными приборами для термоэлектрических термометров служат милливольтметры и потенциометры.
Термопреобразователи сопротивления.
Термопреобразователи сопротивления широко применяют во всех отраслях промышленности для измерения температуры в трубопроводах, технологическом оборудовании, электрических вращаю-щихся машинах, нагревательных печах, а также в производственных помещениях. Действие термопреобразователей сопротивления основано на свойстве применяемых в них проводниковых материалов (химически чистой платины или меди) изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры.
Платиновые термопреобразователи сопротивления применяют для измерения температуры от —260 до 750°С. Чувствительный элемент такого термопреобразователя (рис. 12) изготовлен из платиновой проволоки диаметром 0,05—0,08 мм, намотанной на слюдяную пластинку 5 (каркас) с зубчатой нарезкой и помещен в защитную арматуру 8.
Медные термопреобразователи сопротивления для измерения температуры от —50 до 180°С изготовляют из медной изолированной проволоки диаметром 0,1—0,2 мм, а выводы — из медной луженой проволоки диаметром 1—1,5 мм.
У Термопрербразователи сопротивлений изготовляют двух типов:
с чувствительным элементом из платины (ТСП);
с чувствительным элементом из меди (ТСМ).
Достоинством проволочных термопреобразователей сопротивлений является их взаимозаменяемость, т. е. возможность работы с одним и тем же измерительным прибором, без подгонки шкалы, с разными термопреобразователями одной градуировки.
Основным условием взаимозаменяемости термопреобразователей сопротивлений при их эксплуатации является равенство сопротивлений термопреобразователей при каждой заданной температуре в пределах установленных допусков.
К достоинствамтермопреобразователя сопротивлений можно отнести:
- высокую точность измерения температуры;
- возможность осуществления автоматической записи и дистанционной передачи показаний;
- возможность централизации контроля температуры путем присоединения взаимозаменяемых термопреобразователей через переключатель к одному измерительному прибору;
- возможность использования термопреобразователейсопротивления с информационно-вычислительными машинами.
Недостатками термопреобразователя сопротивлений являются:
- необходимость индивидуального источника питания;
- относительно большие размеры чувствительного элемента;
- значительная инерционность;
- сложность устройства вторичных приборов.
Вторичными измерительными приборами для термопреобразователей сопротивления служат логометры и уравновешенные мосты.
Милливольтметры.
Магнитоэлектрические милливольтметры (рис. 9) изготовляют по ГОСТ 9736—80. Милливольтметры, применяемые для измерения температуры в комплекте с термоэлектрическими преобразователями (термопарами) называют пирометрическими милливольтметрами.
Прибор состоит из постоянного магнита 1 подковообразной формы, на концах которого помещены полюсные наконечники 4, а между наконечниками—железный цилиндрический сердечник 5. Между сердечником и наконечниками образуется цилиндрический кольцевой зазор, в котором находится рамка 8, состоящая из большого числа витков тонкой медной проволоки. Рамка опирается иглами (кернами) 9 на две опоры 7.
Магнит создает в кольцевом зазоре постоянное магнитное поле. К двум концам рамки через спиральные пружины 2 и 6 подводится электрический ток от термоэлектрического термометра 14. Протекающий по рамке ток взаимодействует с магнитным полем, вследствие чего рамка вращается в определенном направлении. Вращению рамки противодействует упругая сила пружин, поэтому рамка остановится в некотором положении, определяемом силой тока, проходящего в ней. Вместе с рамкой вращается укрепленная на ней стрелка 10. Шкала 11 градуируется в милливольтах и градусах Цельсия (°С).
Точность показаний милливольтметров зависит от постоянства, температуры свободных концов термоэлектрического термометра и от постоянства температуры, окружающей комплект. Кроме того, милливольтметры боятся вибрации.
Логометры.
Вторичными измерительными приборами для термопреобразователей сопротивления служат логометры и уравновешенные мосты
При наличии дополнительных устройств они могут осуществлять измерение, запись, регулирование и сигнализацию температуры.
Применение логометров наиболее целесообразно при измерении низких минусовых (от -200 °С) и невысоких плюсовых температур (до +500 °С), так как в данном случае они обладают большой надежностью по сравнению с милливольтметрами.
Дата добавления: 2016-12-16; просмотров: 3433;