Приборы для измерения температуры

Температура - величина, характеризующая степень нагретости тел. Все температурные измерения основаны на сравнении степени нагретости двух тел, поэтому измеряемая величина характеризует лишь разность между температу­рой тела и температурой другого тела, условно принятого за ноль.

Приборы для измерения температуры основаны на изменении следующих свойств вещества при изменении температуры:

- на изменении объема тела - термометры расширения:

а) изменение линейного размера - дилатометры;

б) изменение давления рабочего вещества в замкнутой камере - маномет­
рические термометры;

- на изменении сопротивления - термометры сопротивления:

а) термометры из благородных металлов (платины);

б) термометры из неблагородных металлов;

в) полупроводниковые термометры (термисторы);

- основанные на явлении термоэффекта - термопары.

В зависимости от положенного в основу действия термометра физическо­го явления и разделяются термометры:

- жидкостно-стеклянные (основаны на тепловом расширении жидкости);

- биметаллические (основаны на расширении твердых тел);

- манометрические термометры (основано на свойстве изменения давле­ния вещества в замкнутом объеме под действием температуры);

- термоэлектрические термометры (используется термоэлектрический
эффект).

На ГРС используются следующие приборы для измерения и регулирова­ния температуры:

- датчики-реле температуры;

- датчики температуры типа ТСМ, ТСП;

- термопреобразователи сопротивления с унифицированным выходом
типа ТСМУ;

- термометры манометрические типа ТКП-160.

Термометры сопротивления

Термометром сопротивления называется комплект для измерения темпе­ратуры, включающий термопреобразователь, основанный на зависимости элек-

трического сопротивления от температуры, и вторичный прибор, показываю­щий значение температуры в зависимости от измеряемого сопротивления.

Действие термометров сопротивления (датчиков температуры) основано на температурной зависимости электронного сопротивления. Указанным свой­ством обладает множество материалов, но лишь немногие из них удовлетворя­ют вторичным эксплуатационным требованиям, связанным со стабильностью свойств и нечувствительностью к внешним воздействиям по другим физиче­ским параметрам (давление, плотностью магнитного потока, потоков нейтронов и т.п.). Всему комплексу метрологических и эксплуатационных требований удовлетворяет относительно узкая номенклатура материалов, представленных разными видами веществ, заметно способных проводить электрический ток: металлами, полупроводниками, электролитами.

Термометры сопротивления (датчики температуры) обладают хорошими термоэлектрическими свойствами.

Для измерения температуры термопреобразователь сопротивления необ­ходимо погрузить в контролируемую среду и каким-либо прибором измерить его сопротивление. По известной зависимости между сопротивлением термо­преобразователя и температурой можно определить значение температуры. Та­ким образом, простейший комплект термометра сопротивления, в соответствии с рисунком 8 а {показано на фолии 25), состоит из термопреобразователя сопро­тивления (ТС), вторичного прибора (ВП) для измерения сопротивления и со­единительной линии (ЛС) между ними (она может быть двух, трех или четы-рехпроводной).

В качестве вторичного прибора обычно используются аналоговые или цифровые приборы (например, КСМ-2, РП-160, Технограф, РМТ-39/49), реже -логометры (например, Ш-69001). Шкалы вторичных приборов градуируются в градусах Цельсия.

Широко применяются схемы с нормированием выходного сигнала термо­преобразователей в соответствии с рисунком 86 {показано на фолии 25). В этом случае линией связи термопреобразователь сопротивления соединяется с нор­мирующим преобразователем НП (например, Ш-9321, ИПМ-0196), имеющим унифицированный выходной сигнал (например, 0...5 или 4...20 мА). Для ис­пользования в нескольких измерительных каналах этот сигнал размножается блоком размножения БРТ и затем поступает к нескольким вторичным приборам (ВП-1, ВП-2 и т.п.) или иным потребителям. Выпускаются преобразователи со-

противления, в головке которых располагается схема нормирования, т.е. их вы­ходным сигналом является ток 0...5, 4...20 мА или цифровой сигнал (интеллек­туальные преобразователи). В таком случае необходимость использования нормирующего преобразователя НП в виде отдельного блока отпадает.

а - термопреобразователь с вторичным прибором;

б - термопреобразователь с нормирующим преобразователем;

ТС - термопреобразователь сопротивления;

ВП, ВП1, ВП2 - вторичные приборы;

Л С - линии связи;

НП - нормирующий преобразователь;

БРТ - блок размножения токового сигнала.

Рисунок 8 - Схемы термометров сопротивления

Термопреобразователи сопротивления с выходным унифицированным сигналом имеют в своем обозначении букву У (ТСПУ, ТСМУ). Характеристики этих преобразователей даны в соответствии с таблицей 5 {показано на фолии 26).

Термопреобразователи сопротивления из чистых металлов, получившие наибольшее распространение, изготавливают обычно из тонкой проволоки в виде намотки на каркас или спирали внутри каркаса. Такое изделие называется чувствительным элементом термопреобразователя сопротивления. Для предо­хранения от повреждений чувствительный элемент помещают в защитную ар­матуру. Достоинством металлических ТС является высокая точность измерения температуры (при невысоких температурах выше, чем у термоэлектрических преобразователей), а также взаимозаменяемость. Металлы для чувствительных элементов (ЧЭ) должны отвечать ряду требований, основными из которых яв­ляются требования стабильности градуировочной характеристики и воспроиз­водимости (т.е. возможности массового изготовления ЧЭ с одинаковыми в пре-

делах допускаемой погрешности градуировочными характеристиками). Если хотя бы одно из этих требований не выполняется, материал не может быть ис­пользован для изготовления термопреобразователя сопротивления. Желательно также выполнение дополнительных условий: высокий температурный коэффи­циент электрического сопротивления (что обеспечивает высокую чувствитель­ность - приращение сопротивления на один градус), линейность градуировоч-ной характеристики R(t) = f(t), большое удельное сопротивление, химическая инертность.

Таблица 5 - Технические данные термопреобразователей сопротивления

По ГОСТ Р 50353-92 термопреобразователи сопротивления могут изго­тавливаться из платины (обозначение ТСП), из меди (обозначение ТСМ) или никеля (обозначение ТСН). Характеристикой ТС является их сопротивление R0 при 0 °С, температурный коэффициент сопротивления (ТКС) и класс.

Наличие в металлах примесей уменьшает температурный коэффициент электросопротивления, поэтому металлы для термопреобразователя сопротив­ления должны иметь нормированную чистоту. Поскольку ТКС может изме­няться с изменением температуры, показателем степени чистоты выбрана вели­чина W100 - отношение сопротивлений ТС при 100 и 0 °С. Для ТСП W:100 = 1,385 или 1,391, для ТСМ W100 = 1,426 или 1,428. Класс термопреобразователя сопротивления определяет допускаемые отклонения и от номинальных значе-

ний, что, в свою очередь, определяет допускаемую абсолютную погрешность At преобразования ТС. По допускаемым погрешностям ТС подразделяются на три класса - А, В, С, при этом платиновые ТС обычно выпускаются классов А, В, медные - классов В, С. Существует несколько стандартных разновидностей ТС. Номинальной статической характеристикой (НСХ) термопреобразователя со­противления является зависимость его сопротивления R, от температуры t: Rt = f(t).

Условное обозначение их номинальных статических характеристик (НСХ) состоит из двух элементов - цифры, соответствующей значению R0 и буквы, являющейся первой буквой названия материала (П - платина, М - медь, Н - никель).

Манометрические термометры

Манометрические термометры - это технические термометры, действие которых основано на изменении давления газа в баллоне чувствительного эле­мента. Термометры уступают в точности термометрам сопротивления. Недо­статком является также необходимость полного погружения баллона в измеря­емую среду. Манометрические термометры могут оснащаться специальными устройствами, преобразующими сигнал в электрический и позволяющими про­изводить регулирование температуры.

Для управления внешними электрическими цепями и для измерения теп­лотехнических параметров сигнализирующих устройств, используют термо­метр манометрический ТКП (термосигнализатор ТКП 160) {показано на фолии 27).

Виды манометрических термометров ТКП:

- газовые;

- парожидкостные;

- жидкостные.

Вид термометра зависит от вещества жидкости, которая его заполняет.

Принцип работы термосигнализатора ТКП 160:

Работа термометра манометрического ТКП основана на зависимости между температурой вещества, находящегося в замкнутом объеме, и его давле­нием. Диаметр гильзы термометра не должен превышать 0,13 Д_трУбы- Глубина погружения гильзы термометра (0,3-0,5) Д _трубы.