evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 36
Текст из файла (страница 36)
272 Е1з,за)=Е(ь,та) + Е(тпзьа) Риа, 4.37 Таблица 4.6 Тип термопзры Материал термозлектродов Ойознзчевве грапувровкв Двзпззоп изме- рении при дли- тельном измере- нии, аС ХК(Е) ХА (К) ПП(Б) Хромель — копель Хромель-алюмель Пвзтввороднй (10%)— платана Вольфрзмревнй (5%)— вольфрвмреннй (20%) -200,. +600 — 200 ... + 1000 О... +1300 ТХК ТХА ТПП ВР(А) -1 0 ... 2200 Термоэлектрические преобразователи используются для измерительного преобразования температуры в ЭДС.
В табл. 4.1 приведены наиболее широко используемые термопары (ГОСТ 6616.84) и их основные характеристики (ГОСТ 3044-84) . Градуировочные характеристики и допустимые погрешности этих термопар также приведены в ГОСТ 3044-84. Термоэлектрический датчик обычно называется термопарой. Устройство промышленной термопары показано на рис. 4.39.
Термоэлектроды 1 изолируются друг от друга керамическими бусами 2 илн керамической трубкой; одним своим концом они свариваются, другим— подсоединяются к зажимам в головке 3, служашей для подключения внешних проводов. Термоэлектроды помешаются в защитньш чехол 4 (трубку, закрьпую с одной стороны). Чехол делается из жаропрочной стали, а при измерении очень больших температур — из керамики нли кварца, Место соединения термоэлектродов называется горячим или рабочим спаем. Противоположные концыназываютси холодными или 173 свободиьичп Обычно в месте свободного спая термопара разомкнута. ЭДС термо. пары обычно не превосходит 50 мВ.
Схемы включения. Рабочий конец термопары погружается в среду, температуру которой требуется измерить. Свободные концы подключаются к вторичному прибору. Если температура свободных концов постоянна, то поцключение мо. жег быть сделано медным проводом, а если не постоянна, то оно выполняется специальными удлинительными (компенсационными) Проводами. В качестве последних используются два провода из различных материалов. Провода подбираются так, чтобы при температуре свободных спаев и в паре мехди собой оли имели такие же термоэлектрические свойства, как и рабочая термопара. При подсоединении к термопаре компенсационные провода удлиняют ее и дают возможность отвести холодный спай образованной составной термопары в такое место, где температура осгается постоянной.
В качестве вторичных преобразователей используются либо магннтозлектрические милливольтметры,либо потенциометры постоянного тока. В лабораторной практике используются потенциометры с рупюй компенсацией, а в производственной — автоматические потенциометры. упрощенная схема автоматического потенпиометра приведена на рис. 4.40.
Термопара Т включается таким образом, что ее ЗДС Енаправлеиа встречно компенсирующему напряжению Е„, создаваемому с 174 помощью мостовой цепи. Это напряжение изменяется пропорционально перемешению движка по реохарду Ер. Разность ЭДС термопары и ком. пенсируюшего напряжения Š— Е„усиливается усилителем и подается на реверсивный двигатель РК Вал двигателя, врашаясь, через редуктор. перемешает движок реохорда так, чтобы разность Š— Е„уменьшалась. Когда она становится равной нулю, вал осзанавливается. С движком реохорда связаны стрелка прибора, перемешаюшаяся по шкале, записывающее устройство, регистрируюшее текущее значение температуры, контакты для ее регулирования, а также устройство для дистанционной передачи показаний.
Дая увеличения стабильности напряженна Е„и точности измерения температуры мост питается от стабилизированного источника напражешш ИПС, а сопротивления плеч моста изготавливаются из манганвнового провода. Современные автоматические потенциометры имеют основную приведенную погрешность намерения + (0,25 — 1) %, погрешность регистрации З (05 — 1) %. Погрешность термоэлектрического термометра. Одним из источников погрешности термоэлектрического термометра являетсн несоответствие температуры свободных концов термолары температуре, при которой была произведена градуировка Номинальная функция преобразования термопар со стандартной градуировкой задается градунровочной таблицей. Она определяет зависимость ЭДС Е(г, ге) термопары от измеряемой температуры г лрн температуре свободных спаев ге = 0 С.
Если в условиях измерения температура свободных спаев ге не равна температуре ге, то ЭДС тер. мопары Е(г, ге) отличается от ЭДС Е(г, ге), которая нужна для определашя температуры по стандартной градуировке. Введение поправки основано на третьем свойстве термопары. Второй член Е(г е, ге) правой части равенства (4.142) определяет поправку.
Е(г~е, ге) представляет собой ЭДС термопары при условии, что ее свободные концы находятся при температуре грацуировки Ге, а рабочие — прн температуре ге. Значение Е(ге, ге) определяется ло таблице стандартной функции преобразования. Вследствие неравенства температур ге Ф ге показание пирометрического милливольтметра не равно действительной температуре. Поправка к его показаниям приближенно может быль определена соотношением й(г — г ), (4. 143) где Й вЂ” коэффициент, зависюций от измеряемой температуры н от вида термопары. Для хромель-копелевой термопары он лежит в пределах 0,8 — 1; для хромель-алюминиевой — в пределах 0,98 — 1,11; для платннородий-платиновой — в пределах 0,82 — 1,11. При малом значении Ы = 175 — ге в ряде случаев можно принять й = 1.
Это позволяет вводить поправку в показания пирометрического милливольтметра с помощью корректора нуля. При отключенной термопаре стрелку прнбсра с помощью корректора ставят на отметку, соответствующую ге. При включении термопары и измерении температуры показания пнрометра будут больше некорректированных на значение Ы. Такое введение поправки целесообразно, когда значение ге сохраняется постоянным.
В показания автоматического потенциометра поправка вводится автоматически. Для этого в одном из плеч моста включена катушка, намотанная медной проволокой, сопротивление которой Е,„= Ее (1 + + ате) зависит от ее температуры. Катушка помещена возле зажимов потенциометра, к которым подводятся удлинительные провода, и имеет температуру свободных концов "составной" термопары. Температурное изменение сопротивления катушки создает дополнительный разбаланс моста, равный ЗДС поправки Е1Г„Ге). Поправка пропорциональна отклонению температуры свободных концов Ге от их номинальной температуры Ге = 0'С.
Другим источником погрешности термоэлектрического термометра является изменение сопротивления измерительной цепи термоэлектрического преобразователя. В качестве пирометрического жнлливольтметра применяются приборы магнитоэлектрнческой системы. Для повышения чувствительности они выполняются с относительно малым внутренним сопротивлением. При этом измеряемое напряжение зависит от сопротивления внешней цепи.
Внешняя цепь милливольтметра состоит из термопары, удлнннтельных и соединительных проводов и специальных манганнновых уравнительных 1подгоночных) катушек. Изменение сопротивления этих элементов приводит к погрешности термоэлектрического термометра. Для иллюстрации заметим, что при ~юмешении платинородий-платиновой термопары с электродами толщиной 0,5 мм в печь с температурой 1000 С на глубину одного метра ее сопротивление изменяется на 3,86 Ом.
Погрешность может происходить также вследствие плохой подгонки сопротивлений уравнительных катушек. Можно показать, что приведенная погрешность, вызванная изменением сопротивления внешней цепи на ЬЯю равна У, =ы!г = 111ЧС~ = ьй,11В +Е) (4.144) где ка — внутреннее сопротивление милливольтметра; Лц — номинальное сопротивление его внешней цепи.
Сопротивление лирометрического милливольтметра Ее и номинальное сопротивление внешней цепи Яеа,яом, при котором он градуировался, указьгааются на его шкале. Термоэлектрический термометр с пстенциометром свободен от рассматриваемой погрешности. В момент компенсации по внешней цепи ток не течет и на ее сопротивлении отсутствует падение напряжения. Потенциометр измеряет термоЭДС. Герморезигтором называется измерительный преобразователь, активное сопротивление которого изменяется при изменении температуры. В качестве терморезнстора может использоваться металлический или полупроводниковый резистор. Датчики температуры с терморезисторами называются термометрами сопротивления.
Имеются два вида терморезисторов: металлические и полупроводниковые. Принцип действия и конструкция металлических терморезнсторов. Как известно, сопротивление металлов увеличивается с увеличением температуры. Для изготовления металлических терморезнсторов обычно применяются медь или платина.
Функция преобразования медного терморезистора лннейна: (4.145) В = Ьо(1 + ие), где Яе — сопротивление при 0 'С; а = 4,28 - 10 К ' — температурный коэффициент. Функция преобразования платинового терморезистора нелинейна н обычно аппроксимируется квадратичным трехчленом. Температурный коэффициент платины примерно равен а = 3,91 10 К Чувствительный элемент медного термореэистора (рис. 4.41,а) представляет собой пластмассовый цилиндр 1, на который бифилярно в несколько слоев намотана медная проволока 2 диаметром 0,1 мм. Сверху катушка покрыла глифталевым лаком. К концам обмотки припаиваются медные выводные провода 3 диаметром 1,0 — 1,5 мм, Провода изолированы между собой асбестовым шнуром или фарфоровыми трубочками. Чувствительный элемент вставляется в тонкостенную металлическую гильзу 4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
