Методические указания по выполнению лабораторных работ специальность: 150411 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)» (стр. 5 из 12)

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.

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 и при наличии разности температур в точках соприкосновения (спаях) возникают две термоэлектродвижущие силы (термоЭДС).

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

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 термоЭДС, превосходящей в несколько раз термоЭДС термопар первых двух групп.

В настоящее время наиболее широкое применение получили термопары со стандартной градуировкой. В таблице 3 приведены их характеристики, а на рис.3 - градуировочные кривые.

Таблица 3 – Основные характеристики термоэлектрических термометров

Рисунок 3 – 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 термопары.

Термопары обычно изготовляют сваркой или пайкой. Так как термоэлектроды 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).

Термометры сопротивления

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.

Лучше других указанным требованиям отвечают платина (интервал температуры +200...+1100 °С) и медь (интервал температуры - 50.. .+200 °С).

Платиновые термометры сопротивления (ТСП) изготовляют из проволоки диаметром 0,03...0,1 мм. Намотка выполняется безындукционной (бифилярной), что обеспечивает возможность включения термометра в схему, питаемую как постоянным, так и переменным током. Для каркаса платиновых термометров используют плавленый кварц или керамику на основе окиси алюминия.

Основными недостатками платины являются высокая стоимость, возможность загрязнения и охрупчивания в восстановительной среде.

К достоинствам меди в первую очередь следует отнести низкую стоимость и возможность получения очень тонкой проволоки высокой степени чистоты.

Основные параметры термометров сопротивления приведены в табл. 4.

Выходной сигнал термометров является стандартным, и каждому значению температуры соответствует строго нормированное значение сопротивления (ГОСТ 6651-84).

Таблица 4 – Технические характеристики термометров сопротивления

Тип	Класс точности	Пределы температур, 0С	Градуировка	Номинально сопротивление при 0С, Ом
Платиновый	I	0 – 650 -200 – 0	Гр. 20 Гр. 21 Гр. 22	10 46 100
	II	0 – 650 -200 – 0	Гр. 20 Гр. 21 Гр. 22	10 46 100
Медный	II	-50 – 180	Гр. 23 Гр. 24	53 100
	III	-50 – 180	Гр. 23 Гр. 24	53 100

Полупроводниковые термосопротивления (ПТР) или термисторы, температурный коэффициент которых в 8—10 раз больше, чем у чистых металлов, получили широкое распространение в автоматических системах регулирования температуры. В литейном производстве их используют как переносные вспомогательные приборы для быстрого измерения температуры охлаждающихся отливок.

В зависимости от материала термисторы подразделяют на медно-марганцевые (ММТ) и кобальтомарганцевые (КМТ). Диапазон измеряемых ими температур -7О...+18О°С. Конструктивно их выполняют в виде небольших цилиндров, дисков, шайб, бусинок, помещенных в защитный металлический или стеклянный баллон.

Логометры являются приборами магнитоэлектрической системы, предназначенными для измерения соотношения двух токов - в цепях термометра и постоянного резистора.

Подвижная система логометра (рис.6) состоит из двух скрещенных под углом 15 - 20° и жестко связанных между собой рамок Rpl и Rp2.

Они изготовлены из тонкой изолированной медной проволоки и могут поворачиваться в двух керновых опорах. Магнитная система логометра подобна магнитной системе милливольтметра и отличается от нее только формой воздушного зазора между магнитопроводом 1 и полюсными наконечниками 2. В логометрах воздушный зазор уменьшается от центра полюсных наконечников к их краям, благодаря чему магнитная индукция увеличивается от центра к краям приблизительно по квадратичному закону. Подвод тока к рамкам осуществляется через спиральные пружины с малым противодействующим моментом. С помощью этих пружин обеспечивается возврат рамок и жестко связанной с ним стрелки 3 в исходное положение при отключении источника G.

Рисунок 4 – Схема электрического логометра

Рамки получают питание от одного источника: в цепь первой рамки включен постоянный резистор R1, а в цепь второй рамки — постоянный резистор R2 и переменное сопротивление термометра сопротивления Rt. Постоянные резисторы R1 и R2 изготовляют из манганина. Так как вращающие моменты Ml и М2 рамок направлены навстречу друг другу, то при их равенстве подвижная система находится в покое.

В настоящее время промышленность выпускает только показывающие логометры марок Л-64, Л-64И, Л-64-02 с градуировками Гр. 21, Гр. 22, Гр. 23, внешним сопротивлением 5 и 15 Ом и классом точности 1,5.

Уравновешенные мосты выпускают двух типов: лабораторные (с ручной компенсацией) и технические (автоматические).

Поверка автоматических логометров осуществляется с помощью образцового магазина резисторов с ценой деления 0,01 Ом. Вместо термометра сопротивления на вход прибора подключается резистор из магазина. Согласно градуировочной характеристике каждому значению шкалы прибора соответствует определенное сопротивление. Измеряя сопротивление резистора из магазина, стрелку прибора точно устанавливают на цифровой отметке шкалы. Разность между стандартным значением и сопротивлением образцового резистора из магазина определяет погрешность прибора.

Вопросы для самоконтроля

1 Принцип работы термометра расширения

2 Какие жидкости используют в термометрах расширения?

3 Принцип действия биметаллического термометра

4 В каких случаях применяют монометрические термометры?

5 Принцип действия термометра сопротивления

6 Из чего состоит термометр сопротивления?

7 Определите тип термометра сопротивления с номинальным сопротивлением 100 Ом, и пределом температур равным от – 50 до 180 ⁰С

8 Расшифруйте абривиатуру: ММТ и КМТ

9 Что такое термоэлектрический термометр?