Что является чувствительным элементом термоэлектрического термометра
Перейти к содержимому

Что является чувствительным элементом термоэлектрического термометра

  • автор:

Термопреобразователи сопротивления, термоэлектрические термометры (термопары)

Принцип действия термометров сопротивления (термопреобразователей) основан на изменении электрического сопротивления проводника в зависимости от понижения или повышения температуры.

Чувствительный элемент термопреобразователей изготавливают из медной или платиновой проволоки, обозначение термопреобразователей ТСМ и ТСП соответственно.

Платиновые термометры имеют большой температурный коэффициент и высокое удельное сопротивление, вследствие чего наибольшее распространение они получили в качестве эталонных термометров сопротивления.

Медные термометры дешевле платиновых, но при высоких температурах их не используют (медь быстро окисляется).

Для защиты от механических повреждений и воздействия среды для термометров применяется защитная специальная арматура. Диапазон измеряемых температур для термопреобразователей с медным чувствительным элементом составляет от -50 до +200°С; с платиновым чувствительным элементом — от -200 до +1100 °С.

К преимуществам термопреобразователей сопротивления относится высокая точность измерений. Основным недостатком является потребность в постоянном источнике тока. Для фиксации температурных измерений применяются мосты, логометры и нормирующие преобразователи.

Термоэлектрический термометр состоит из:

Принцип действия данных термометров основан на возникновении термотоков при соединении одинаково нагретых концов двух проводников термопары из разнородных материалов (спаев), вследствие чего в результате диффузии электронов проводники заряжаются противоположными зарядами и возникает термо-ЭДС. Также термо-ЭДС возникает между концами однородного проводника термопары, имеющими разную температуру. Рабочий конец термопары должен быть помещён в измеряемую среду, свободные концы присоединяют к вторичному прибору. Суммируя эти значения получается результирующая термо-ЭДС, значение которой зависит от материалов термоэлектродов и разности температур спаев, которое фиксируется вторичным прибором (милливольтметром, потенциометром). Связь между термопарами и вторичными приборами обеспечивается термоэлектродными проводами, позволяющими наращивать термоэлектроды термометра. Для изготовления термопар применяют термоэлектродные материалы такие как платина, хромель (сплав никеля с хромом), алюмель (сплав алюминия, кремния, марганца, никеля, кобальта), копель (сплав меди, никеля, марганца).

Основным недостатком термоэлектрических термометров является чувствительность электродов к загрязнению, деформации, вследствие чего электроды помещаются в специальную защитную арматуру. Диапазон измерения температур составляет от -300 до 2500 °С.

Термометры

Температура является одним из наиболее важных и часто измеряемых параметров. Возможно, что самым простым и распространенным способом определения температуры является измерение теплового расширения различных сред. На этом принципе измерения реализованы все жидкостные стеклянные термометры. В электрических температурных преобразователях применяются несколько другие принципы детектирования. Существует большое разнообразие термометров, работающих на разных принципах и применяемых к различным задачам.

В данном каталоге представлены термометры для измерения, регулирования и регистрации температуры воздуха и/или различных сред (жидкой, твердой, газообразной), путем контактного взаимодействия с ними.

Термометры являются широко востребованными контрольно-измерительными приборами, т.к. температура относится к наиболее часто измеряемым параметрам. Данные о температурном режиме повсеместно используются при аттестации рабочих мест, для оценки предоставления услуг ЖКХ, при автоматизации технологических процессов в самом разном промышленном производстве, при проведении строительных и дорожных работ. Важно отслеживать не только влажностные, но и температурные режимы при выращивании и хранении сельскохозяйственной продукции, производстве и хранении продуктов, лекарств и разных материалов.

Область применения термометров — пищевая отрасль, фармацевтика, промышленность, лаборатории, сфера отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и холодильных систем, энергоаудит помещений.

Переносные электронные термометры предназначены для измерения температуры в твердых, жидких и газообразных средах, в том числе агрессивных, а также контроля температуры поверхности, как плоской, так и цилиндрической формы. Переносные термометры применяются в лабораториях, на промышленных предприятиях, в сельском хозяйстве и строительстве, а также при проведении дорожных работ.

Стационарные электронные термометры с функцией регулирования температуры применяются в сложных, многоступенчатых технологических процессах, где необходим постоянный надежный контроль параметров газообразных, жидких и твердых тел. Многоканальные стационарные термометры позволяют контролировать температуры в разных местах измерения, причем этот контроль может быть осуществлен на достаточно большом удалении от объекта измерения.

Выбор типа зонда для измерения температуры определяется в зависимости от измерительной задачи. Наиболее подходящий сенсор температуры выбирается в соответствии со следующими критериями:

  • диапазон измерений,
  • погрешность,
  • конструкция,
  • время реакции.

Сенсоры для измерения температуры

термометр переносной, стационарный, цена, заказать

1. Термоэлектрические термометры (сенсор термопара). Измерение температуры с помощью термопар основывается на термоэлектрическом эффекте. Термопары состоят из двух проволок, точечносваренных друг с другом и изготовленных из различных металлов или металлических сплавов.

К термоэлектрическим относятся явления, в которых проявляется взаимосвязь термодинамических и электрических процессов. Выбор материала термоэлектрического термометра определяется высокой чувствительностью к изменениям температуры, линейностью характеристики, малой инерционностью и другими характеристиками. Все материалы для термометров этого типа делятся на две группы: пары благородных металлов и пары неблагородных металлов. Примером первой группы является термопара платина-платинородиевый сплав, содержащий 10% родия. Наибольшее применение во второй группе нашли термопары хромель-копель и хромель-алюмель. Применение таких термометров возможно в широком температурном диапазоне от -200 1800°С.

2. Термометры сопротивления (сенсор сопротивления Pt100/Pt1000). При измерении температуры с помощью термометров сопротивления используется эффект зависимости сопротивления материала от температуры. Измерительный термометр сопротивления обеспечивается постоянным током и падением напряжения. Они изменяются при изменении сопротивления и температуры.

Термометры сопротивления обладают хорошими термометрическими свойствами. Термометр сопротивления состоит из чувствительного элемента определенной конструкции, защитной арматуры и соединительных выводов. Изменение сопротивления чувствительного элемента термометра фиксируется с помощью измерительного устройства. Способ включения термометра сопротивления определяется диапазоном измеряемых температур и схемой измерительного устройства.

В металлических термометрах сопротивления чувствительным элементом является тонкая платиновая или никелевая проволока, закрепленная на каркасе. Термодинамические свойства металла определяют достаточно широкий рабочий диапазон термометров. В качестве материалов таких термометров обычно используются платина, медь или никель. Наилучшим комплексом характеристик обладают платиновые термометры, основным недостатком которых является их относительно высокая стоимость. Для никеля линейная зависимость сопротивления от температуры наблюдается в диапазоне от -60 до 180°С и для платины в диапазоне от -220 до 750°С. В зависимости от требований, предъявляемых к точности измерений, и условий эксплуатации конструкция таких термометров может быть разной.

3. Терморезисторы (NTC) — полупроводниковые (термисторы) термометры сопротивления. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) большинства терморезисторных полупроводников на порядок больше среднего соответствующего значения для металлов. Диапазон измеряемых температур таких термометров может быть достаточно широким: от -260 до 600°С в зависимости от применяемого материала. В отличие от металлических термометров сопротивления чувствительные элементы термисторов могут иметь весьма малые размеры (до 0,2 мм). Чувствительные элементы термометров такого типа защищают разной оболочкой.

Применение электронных термометров при проведении энергоаудита помещений

Среди организаций, для которых прохождение энергообследования обязательно, согласно действующему законодательству, находятся:

  • государственные, муниципальные, социальные, медицинские, образовательные учреждения и предприятия;
  • предприятия, расходующие в процессе своей производственной деятельности энергоресурсы на сумму, превышающую 10 000 000 рублей;
  • предприятия, занимающиеся добычей и доставкой воды, природных энергоресурсов и выработкой электроэнергии;
  • организации, оказывающие услуги по проведению комплекса мероприятий по улучшению энергосбережения и энергоэффективности за счет бюджетных ассигнований.

Качественный энергоаудит помещений, невозможно провести без применения современной контрольно-измерительной техники, в частности, цифрового термометра, с помощью которого производят следующие измерения:

  • Определение температуры поверхностей составляющих частей систем отопления, вентиляции, кондиционирования, а также нетоковедущих элементов электрооборудования, в т.ч. в производстве которых, применялись материалы с низким или нестабильным коэффициентом теплоизлучения.
  • Контроль температуры горячей воды и жидкого теплоносителя на предмет соответствия САНПИН, СНиП и другим нормам, действующим на отдельных предприятиях.
  • Экспресс-аудит ограждающих конструкций также можно провести при помощи электронного термометра с выносным датчиком. При одновременной записи результатов показаний температуры воздуха внутри и снаружи помещений в течение суток, принимая во внимание динамику температурных показателей, возможно, получить объективную оценку сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций.
  • Кроме того, термометр контактный используется для поиска утечек воды из трубопроводов. Важнейшей характеристикой утечки при анализе распределения температуры по поверхности трубопроводов этим способом является изменение температуры на поверхности над теплотрассой.

Доставка приборов осуществляется по территории Российской Федерации посредством транспортных компаний Деловые Линии и ЖелДорЭкспедиция, в отдельных случаях — службами доставки Даймекс или PONY EXPRESS..

На всю представленную продукцию распространяются гарантийные обязательства Завода — Изготовителя.

ДОСТАВКА ПО РОССИИ

Уфа
Москва
Санкт-Петербург
Абакан
Адлер
Альметьевск
Ангарск
Апатиты
Анадырь
Анапа
Арзамас
Армавир
Архангельск
Асбест
Астрахань
Ачинск
Балаково
Балашиха
Барнаул
Белгород
Белорецк
Бердск
Белогорск
Березники
Бийск
Биробиджан
Благовещенск
Борисоглебск
Боровичи
Братск
Брянск
Бузулук
Великие Луки
Великий Новгород
Владивосток
Владикавказ
Владимир
Волгоград
Волгодонск
Волжский
Вологда
Воркута
Воронеж
Воскресенск
Воткинск
Всеволожск
Выборг
Гатчина
Глазов
Грозный
Дзержинск
Димитровград
Дмитров
Ейск
Екатеринбург
Зеленоград
Златоуст
Иваново
Ижевск
Иркутск
Ишимбай
Йошкар-Ола
Казань
Калининград
Калуга
Каменск-Уральский
Каменск-Шахтинский
Камышин
Качканар
Кемерово
Керчь
Кипарисово
Киров
Кирово-Чепецк
Клин
Клинцы
Ковров
Коломна
Комсомольск-на-Амуре
Кострома
Котлас
Красногорск
Краснодар
Краснокамск
Кузнецк
Курган
Курск
Кызыл
Лабытнанги
Ленинск-Кузнецкий
Ливны
Липецк
Магадан
Магнитогорск
Майкоп
Махачкала
Миасс
Мурманск
Муром
Набережные Челны
Находка
Нальчик
Нерюнгри
Нефтекамск
Нефтеюганск
Нижневартовск
Нижнекамск
Нижний Тагил
Нижний Новгород
Новокузнецк
Новомосковск
Новороссийск
Новосибирск
Новочебоксарск
Новочеркасск
Новый Уренгой
Ногинск
Ноябрьск
Обнинск
Октябрьский
Омск
Оренбург
Орск
Орёл
Пенза
Первоуральск
Пермь
Петрозаводск
Подольск
Петропавловск
Псков
Пятигорск
Рославль
Россошь
Ростов-на-Дону
Рыбинск
Рубцовск
Рязань
Салават
Салехард
Самара
Саранск
Саратов
Сахалинск
Севастополь
Северодвинск
Сергиев Посад
Серов
Серпухов
Симферополь
Смоленск
Солнечногорск
Сосногорск
Сочи
Ставрополь
Старый Оскол
Стерлитамак
Сургут
Сызрань
Сыктывкар
Таганрог
Тамбов
Тверь
Тобольск
Тольятти
Томск
Тула
Тюмень
Улан-Удэ
Ульяновск
Усинск
Уссурийск
Усть-Кут
Усть-Илимск
Ухта
Хабаровск
Ханты-Мансийск
Чайковский
Чебоксары
Челябинск
Череповец
Чехов
Черкесск
Чита
Шахты
Энгельс
Южно-Сахалинск
Якутск
Ялта
Ярославль

и другие города РФ

Газоаналитика.рф

GAZOANALITIKA.RU

© КИПКомплект, Уфа 2008-2024.

Глава вторая. Измерение температуры

2-4. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ Действие термоэлектрических термометров основано на свойстве металлов и сплавов создавать термоэлектродвижущую силу (термо — э. д. с), зависящую от температуры места соединения (спая) концов двух разнородных провод­ников (термоэлектродов), образующих чувствительный элемент термометра — термопару. Располагая законом изменения термо — э. д. с. термометра от температуры и оп­ределяя значение термо — э. д. с. электроизмерительным прибором, можно найти искомое значение температуры в месте измерения. Термоэлектрический термометр, состоящий из двух спаянных и изолированных по длине термоэлектродов, защитного чехла и головки с зажимами для подключения соединительной линии, является первичным измеритель­ным преобразователем. В качестве вторичных приборов, работающих с термо­электрическими термометрами, применяются магнитоэлек­трические милливольтметры и потенциометры. Термоэлектрические термометры широко применяются в энергетических установках для измерения температуры перегретого пара, дымовых газов, металла труб котлоагре-гатов и т. п. Положительными свойствами их являются: большой диапазон измерения, высокая чувствительность, незначительная инерционность, отсутствие постороннего источника тока и легкость осуществления дистанционной передачи показаний. а) Основные свойства термоэлектрических термомет­ров Явление термоэлектричества, открытое в XVIII в. и получившее широкое применение для измерения темпера­туры и ряда других неэлектрических величин, заключается в том, что в замкнутом контуре, состоящем из двух разнородных проводников, непрерывно течет электрический ток, если места спаев проводников имеют различные темпера­туры. Существующее представление о механизме образова­ния термо-э. д. с. основывается на том, что концентрация в межмолекулярном пространстве проводника свободных электронов, находящихся в единице объема, зависит от материала проводника и его температуры. При соединении одинаково нагретых концов двух проводников из разнородных материалов, из которых в первом количество свободных электронов в единице объема больше, чем во втором, последние будут диффундировать из первого проводника во второй в большем числе, чем обратно. Таким образом, первый проводник станет заряжаться положительно, а второй — отрицательно. Об­разующееся при этом в месте соединения (спае) проводников электрическое поле будет противодействовать этой диффузии, в результате чего наступит состояние подвижного равновесия, при котором между свободными концами указанных проводников появится некоторая разность потенциалов (термо -э.д.с). С увеличением температуры проводников значение этой термо — э. д. с. также увеличивается. Кроме того, термо — э.д.с. возникает и между концами однородного проводника, имеющими разные температуры. В этом . случае до наступления состояния подвижного равновесия положительно заряжается более нагретый конец проводника как обладающий боль­шей концентрацией свободных электронов по сравнению с концом, менее нагретым. Возрастание разности темпе­ратур между концами проводника приводит к увеличе­нию возникающей в нем терм о- э. д. с. В замкнутом контуре термоэлектрического термометра, состоящем из разнородных термоэлектродов А и В (рис. 2-11), одновременно действуют оба указанных выше фактора, вызывающие появление в спаях 1 и. 2 в зависи­мости от их температур t и t0 и материала термоэлектродов двух суммарных терм — э. д. с. eAB(t) и eBA(t0), взятых при обходе контура против часовой стрелки. Отсюда, дейст­вующая в контуре результирующая термо-э. д. с. EAB(t,t0) равна алгебраической сумме термо -э. д. с. обоих спаев, т. е. Следовательно, вырабатываемая термометром терм — э, д. с. равна разности двух действующих навстречу сум­марных термо-э. д. с, появляющихся на концах термо­электродов в спаях 1 и 2. При равенстве температур обоих Спаев результирующая термо — э. д. с. равна нулю. В зависимости от значения вырабатываемой термо-э. д.с.У и общего сопротивления контура в проводниках появ­ляется электрический ток, сила которого определяется законом Ома. Спай 1, погружаемый в измеряемую среду, называется рабочим концом термоэлектрического термометра, а спай 2 — свободным концом. Термоэлектроды термометра обозначаются знаками + и — . Положительным термоэлектродом считается тот, по которому ток течет от рабочего конца к свободному. Для измерения термо — э. д. с. к термоэлектрическому термометру посредством соединительных проводов подключается вторичный прибор, образующий с ним замкну­тую цепь. Применяются два способа включения послед­него в контур термометра: в свободный конец или в один из его термоэлектродов. Наибольшее распространение имеет первый из них. Рассмотрим, как будет влиять на значение результи­рующей термо — э. д. с. включение в свободный конец термо­метра третьего разнородного (соединительного) провод­ника С с вторичным прибором ВП (рис. 2-12, а). В этом случае термометр будет иметь не один, а два свободных конца со спаями 2 и 3, находящимися при одинаковой температуре t0. В соответствии с формулой (2-13) результирующая термо — э. д. с. этого термометра равна: Если принять, что температуры всех трех спаев одина­ковы и равны t0 то в замкнутой цепи результирующая термо — э. д. с. будет равна нулю 1 ( 1 По закону Вольта в замкнутой цепи, образованной из любого числа разнородных проводников, не может быть получен ток, если температуры мест соединения этих проводников одинаковы .), т. е. Подставив в уравнение (2-15) вместо двух последних членов их новое выражение, получим зависимость, тож­дественную уравнению (2-14). Принципиально ничем не отличается от разобранного выше и включение третьего проводника С со вторичным прибором ВП в термоэлектрод термометра (рис. 2-12, б). При включении прибора в термоэлектрод В в замкнутой цепи появляются два новых, расположенных рядом спая 3 и 4. Если температуры этих спаев одинаковы и равны tl то результирующая термо — э. д. с. EAB(t,t0) будет равна: После преобразования уравнение (2-17) также стано­вится тождественным уравнению (2-14). При этом темпе­ратура нейтральных спаев 3 и 4 никакой роли не играет. Таким образом, включение в контур термометра треть­его разнородного проводника не влияет на развиваемую им термо — э. д. с, если места присоединения проводника имеют одинаковую температуру. Если же температуры спаев 2 и 3 на рис. 2-12а или спаев 3 и 4 на рис. 2-12, б не будут равны, то при этом в цепи появится паразитная термо — э. д. с, которая отразится на результатах измере­ния. Термо — э. д. с. любого термоэлектрического термометра может быть определена, если известна термо-э. д. с, развиваемая каждым из его термоэлектродов в паре с од­ним и тем же третьим разнородным термоэлектродом. Пусть, например, даны термо — э. д. с. двух термометров АС и ВС, температуры рабочих и свободных концов кото­рых соответственно равны tи t0. Требуется найти при тех же температурах термо-э. д. с. термометра АВ. Согласно уравнению (2-14) имеем: Так как на основании уравнения (2-14) правая часть равенства (2-19) представляет собой величину EAB(t,t0) , то получим окончательно: Измерение температуры при помощи термоэлектричес­кого термометра возможно лишь при постоянной и точно известной температуре свободного конца t0. В этом случае уравнение (2-14) принимает вид: Для различных типов термоэлектрических термомет­ров эта функция имеет сложный вид и определяется опыт­ным путем. Зная закон, выражаемый уравнением (2-21), находят искомую температуру, располагая рабочий конец термометра в месте измерения и отсчитывая по вторичному прибору величину EAB(t,t0) . Экспериментальная зависимость термо — э. д. с. EAB(t,t0) от температуры рабочего конца t при постоянной температуре свободных концов t0, обычно равной 0 °С, называется градуировочной характеристикой термоэлектрического тер­мометра 1 . ( 1 Здесь и в дальнейшем принимается, что термоэлектрический термометр имеет два свободных конца, образующихся при подключении к нему вторичного прибора , по наиболее распространенной схеме, приведенной на рис. 2-12а. ) На основании ее составляются градуировочные таблицы и графики для практического пользования. Значение развиваемой термо — э. д. с. зависит от мате­риала термоэлектродов и температуры рабочего и свобод­ных концов термометра. В качестве термоэлектродов пре­имущественно применяются те металлы и сплавы, которые, отвечая одновременно и ряду других требований, разви­вают сравнительно большие терм о- э. д. с. При измерениях температуру свободных концов термометра с целью уве­личения термо-э. д. с. часто искусственно поддерживают на возможно более низком постоянном уровне. Применение термометров с более высокими значениями термо — э. д. с. увеличивает надежность измерения темпе­ратуры. Создаваемая термометрами термо-э. д. с. сравни­тельно невелика; она составляет не более 8 мВ на каждые 100 °С и при измерении высоких температур не превышает 70 мВ. б) Термоэлектродные материалы В качестве термоэлектродных материалов для изготов­ления термометров применяются главным образом чистые металлы и их сплавы. Выбор материала для термоэлектро­дов имеет существенное значение. Наряду с требованием создания большой термо — э. д. с. термоэлектроды должны по возможности обладать:

  • постоянством термоэлектрических свойств независимо от изменения со временем внутренней структуры (рекри­сталлизации) и загрязнения поверхности;
  • устойчивостью против действия высоких температур, окисления и других вредных факторов;
  • хорошей электропроводимостью и небольшим темпера­турным коэффициентом электрического сопротивления 2 ( 2 Температурный коэффициент электрического сопротивления характеризует относительное изменение сопротивления проводника при изменении температуры на 1°С .) ;
  • однозначной и по возможности линейной зависимостью термо – э.д.с. от температуры;
  • однородностью и постоянством состава для обеспечения взаимозаменяемости термометров 3 . ( 3 В неоднородном термоэлектроде при нагревании образуется паразитные термо – э.д.с. , вызываемые местными загрязнениями и различием структуры и состава материала.)

Состав термоэлектродов сильно влияет на значение развиваемой ими термо-э. д. с, поэтому воспроизводимость состава металла или сплава значительно упрощает и облег­чает условия промышленной эксплуатации термоэлектри­ческих термометров. В этом случае при замене однотипных термометров не требуется переградуировки шкалы вторич­ного прибора.

Для оценки значения термо-э. д. с различных термометров обычно пользуются опытными значениями термо-э. д. с металлов и сплавов в паре с чистой платиной. Выбор платины в качестве основного термоэлектрода вызы­вается тем, что она обладает постоянством термоэлектри­ческих свойств, устойчива против действия высоких тем­ператур и окисления и сравнительно легко может быть получена в чистом виде.

В табл. 2-7 даны значения термо-э. д. с. различных термоэлектродов в паре с платиной при температурах t = 100°С и t0 = 0 °С, а также указана допускаемая ко­нечная температура применения этих материалов. Здесь знак + или — перед значениями термо-э. д. с. означает, что данный термоэлектрод в паре с платиной является положительным или отрицательным.

При помощи табл. 2-7 и уравнения (2-20) можно опре­делить термо — э. д. с. различных термометров, выполнен­ных из указанных здесь термоэлектродов.

Наибольшее распространение для изготовления термо­электрических термометров получили материалы: пла­тина, платинородий, хромель, алюмель и копель. Для измерений в лабораторных установках находят также применение медь, железо и константан.

в) Типы и характеристики термоэлектрических термо­метров

Для получения сравнительно высоких значений термо-э. д. с. выбор термоэлектродов производится таким обра­зом, чтобы в паре с платиной один из них создавал поло­жительную, а другой отрицательную термо — э. д. с.

Термоэлектрические термометры, получившие практи­ческое применение, разделяются по материалу термо­электродов на две группы: из благородных и неблагород­ных металлов или сплавов.

В табл. 2-8 приведены наиболее распространенные типы термоэлектрических термометров, температурные границы их применения и средние значе­ния термо — э. д. с, развиваемой при разности температур между рабочим и свободными концами 100 °С. При наименовании термометров первым обычно указывается поло­жительный термоэлектрод.

Термоэлектрические термометры типов ТПП, ТПР, ТХА и ТХК включены в государственный стандарт 1 .( 1 ГОСТ 6616-74 Термометры термоэлектрические ГСП. Общие технические условия. В этот ГОСТ включен также термоэлектричес­кий термометр типа ТВР из вольфрамрения (5 и 20% рения) с градуировочной характеристикой ВР-5/20. Диапазон измерения темпе­ратуры 0-2200 °С. Термометр применяется в металлургии .)

Ввиду надежного обеспечения однородности состава термоэлектродов термометров последние имеют постоянные градуировочные характеристики 2 ( 2 ГОСТ 3044-74. Термометры термоэлектрические. Градуиро­вочные таблицы при температуре свободных концов 0 °С .). приведенные в табл. 2-9.

Данные табл. 2-9 представлены в виде градуировочных графиков на рис. 2-13.

Термометры типов ТПП и ТПР с термоэлектродами из благородных металлов и сплавов применяются главным образом для измерения температуры выше 1000 °С, так как они обладают большой термостойкостью.

Несмотря на относительно малые значения развиваемой термо — э. д. с. термометры типа ТПП благодаря исключи­тельному постоянству термоэлектрических свойств и боль­шому диапазону измерения получили широкое распростра­нение главным образом как лабораторные, образцовые и эталонные 3 . ( 3 Платиновый термоэлектрод термометра типа ТПП изготов­ляется из платины с удельным электрическим сопротивлением ρ R100/R0 >= 1,392, где R0 и R100 значения сопротивления проволоки при температуре 0 и 100 °С )

Последние используются для воспроизведе­ния МПТШ-68 в диапазоне температур 630, 74-1064,43 °С и поверяются по платиновому термометру сопротивления и точкам затвердевания серебра и золота.

Допускаемое отклонение ∆Е (мВ) термо — э. д. с. техни­ческих термометро в типа ТПП от градуировочных значе­ний составляет до температуры 300 °С около ±0,01 мВ, а при более высокой температуре находится по формуле

где t — температура рабочего конца термометра, °С.

Достоинством термометров типа ТПР является воз­можность применения их при высоких температурах, а также то, что они не требуют поддержания по­стоянной температуры сво­бодных концов.

Как видно из рис. 2-13, даже при температуре 300 °С термо — э. д. с, развиваемая тер­мометром, очень мала, а поэтому колебания темпе­ратуры его свободных кон­цов, не превышающие обычно 100 °С, не влияют на результаты измерения. Недостатком этого термо­метра является небольшое значение создаваемой им термо — э. д. с, допускаемое отклонение которой от градуировочного значения определяется из равенства

Термометры типов ТПП и ТПР хорошо противостоят действию окислительной среды, но быстро разрушаются под влиянием восстановительной атмосферы (водорода и окиси углерода), двуокиси углерода и паров металлов. Поэтому термоэлектроды технических термометров этих типов тщательно изолируют от непосредственного сопри­косновения с окружающей средой.

Промышленные термометры типов ТХА и ТХК с термоэлектродами из неблагородных металлов и сплавов применяются для измерения температуры до 1000 °С 1 ( 1 К числу термометров из неблагородных металлов относятся также применяемые в лабораторной практике железо-копелевый, железо-константановый, медь-копелевый и медь-константановый тер­мометры, не вошедшие в государственный стандарт. Существенным недостатком этих термометров является легкая окисляемость же­леза и меди при высокой температуре .)

Термометры развивают большие термо — э. д. с, что является их достоинством. Так, например, при одних и тех же темпе­ратурах рабочего и свободных концов термометр типа ТХК дает в среднем в 8 раз большую термо — э. д. е., чем термометр типа ТПП.

Большое распространение получили термометры типа ТХА, которые по сравнению с остальными термометрами из неблагородных металлов являются наиболее стойкими в окислительной среде, но также подвержены влиянию восстановительной атмосферы.

Термометры типа ТХК развивают наибольшую термо-э. д. с. и достаточно устойчивы против воздействия окру­жающей среды.

Допускаемое отклонение термо — э. д. с. термометров типа ТХА и ТХК от градуировочных значений составляет до температуры 300 °С соответ­ственно ±0,16 и ±0,2 мВ, а для более высокой температуры находится по формулам:

для термометра типа ТХА

для термометра типа ТХК

Термоэлектроды из благо­родных металлов изготовляются обычно из проволоки диаметром 0,5 мм, а из неблагородных — диаметром 1,2 — 3,2 мм 1 ( 1 ГОСТ 1790-63. Проволока для термоэлектродов термопар из сплавов хромель Т, алюмель и копель .). Диа­метр термоэлектродов определяется назначением термометра (технический, лаборатор­ный и др.), диапазоном измеряемых температур, а также необходимой прочностью.

Рабочий конец термометров (рис. 2-14) в большинстве случаев образуется скруткой и сваркой концов термоэлек­тродов в пламени электрической дуги или гремучего газа. Иногда применяется также спайка концов термоэлектродов серебряным припоем.

Длина термоэлектродов выбирается в зависимости от условий установки термометра, в частности от глубины погружения его в измеряемую среду.

г) Устройство термоэлектрических термометров

Для изоляции термоэлектродов и защиты их от вредного воздействия окружающей среды, а также для обеспечения прочности термометра и удобства его установки он имеет специальную арматуру, состоящую из электроизоляции, защитного чехла и головки с зажимами для присоединения внешних проводов.

Термоэлектроды термометра от спая до зажимов тща­тельно изолируются. В качестве изоляции применяются одно- или двухканальные трубки или бусы — из фарфора (до температуры 1300 °С) и окислов алюминия, магния или бериллия (свыше 1300 °С), надеваемые на термоэлек­троды.

Защитный чехол термометра представляет закрытую с одного конца трубку, предохраняющую термоэлектроды от воздействия внешней среды. Он должен обладать устой­чивостью против действия высокой температуры и резких ее колебаний, быть механически прочным и газонепрони­цаемым, а также не выделять при нагревании вредных для термоэлектродов газов и паров.

Термометры из благородных металлов имеют защитные чехлы из алунда, состоящего из смеси окислов алюминия (99% А12O3) и титана (1% ТiO2), выдерживающие темпе­ратуру до 1600 °С. Для термометров из неблагородных металлов используются стальные защитные чехлы. Чехлы из углеродистой стали применяются для работы при тем­пературе до 600 °С, а из нержавеющей и жаропрочной — до 1000 °С.

Для снижения стоимости стальных чехлов их иногда выполняют составными: концевую часть, погружаемую в измеряемую среду, — из легированной стали, а осталь­ную часть — из углеродистой. Стальные защитные чехлы термометров бывают без штуцера и с подвижным (имеющим сальник) или неподвижным (приваренным к чехлу) штуце­ром с резьбой, служащим для установки термометра в месте измерения температуры. Термометры без штуцера устанавливаются с помощью особого крепления.

Головка термометра, закрытая съемной крышкой и имеющая обычно водозащищенное исполнение, изготовляется из бакелита или алюминия и жестко соединяется с открытым концом защитного чехла. В головке располо­жены зажимы для подключения внешних проводов и шту­цер с уплотнением для их ввода.

В тех случаях, когда термоэлектроды не подвергаются длительно вредному воздействию внешней среды и не требуют придания им большой прочности, защитные чехлы и закрытые головки не применяются. К этой группе отно­сится большинство термометров, применяемых яри спе­циальных и лабораторных измерениях.

Запаздывание показаний термоэлектрических термо­метров зависит от их тепловой инерции, показателем кото­рой является время, необходимое для того, чтобы при быстром внесении равномерно нагретого до 30 — 35 °С термометра в водяной термостат с более низкой постоянной температурой (около 15 — 20 °С) разность температур воды и термометра стала равной 37% температуры, которую термометр будет иметь к моменту наступления теплового равновесия (т. е. практически от температуры воды в тер­мостате). В зависимости от значения показателя тепловой инерции термометры бывают малоинерционные (до 40 с), со средней инерционностью (до 1 мин), с большой инер­ционностью (до 3,5 мин) и с ненормированной инерцион­ностью (свыше 3,5 мин).

Выпускаются одинарные (с одним чувствительным эле­ментом) и двойные (с двумя чувствительными элементами) термоэлектрические термометры различных типов.

Двойные термометры применяются для измерения тем­пературы в одном и том же месте одновременно двумя вторичными приборами, установленными в разных пунктах наблюдения. Они содержат два одинаковых чувствитель­ных элемента, заключенных в общую арматуру. Термо-алектроды их изолированы друг от друга и защитного чехла. В головке термометра находятся четыре зажима для присоединения проводов от вторичных приборов.

Для измерения высокой температуры газов при атмос­ферном давлении применяются термоэлектрические термо­метры типов ТПП-0555 и ТПР-0555.

На рис. 2-15 показано устройство термометра типа ТПП-0555.

Термоэлектроды, образующие рабочий конец 1, изолированы по длине фарфоровыми трубками 2 и 3 и поме­щены в защитный чехол 4 из алунда, рассчитанный на атмосферное давление. Для придания чехлу дополнитель­ной прочности нерабочая часть его заключена в стальную трубку 5. При помощи стальных втулок 6 и 7 защитный чехол соединен с корпусом 8 водозащищенной бакелитовой головки, в которой закреплены два зажима 9 с припаян­ными к ним термоэлектродами, уплотненными герметизи­рующей мастикой 10. Корпус головки закрыт съемной крышкой 11 на резьбе, уплотненной прокладкой 12. Для ввода в головку внешних соединительных проводов служит штуцер 13 с уплотнением 14. На поверхности головки закреплена металлическая табличка 15, на которой ука­заны: тип термометра, допускаемые давление и конечная температура измеряемой среды, материал защитного чехла, Дата изготовления термометра и марка предприятия-изго­товителя.

Монтажная длина L термометра (до головки) изменяется в пределах 320 — 2000 мм, а погружаемая длина l(до стальной трубки) — в пределах 200 — 500 мм. Термометры не­большой монтажной длины имеют наружный диаметр за­щитного чехла 8, а большой — 12 мм. Наружный диаметр стальной трубки соответственно равен 12 и 20 мм. Инер­ционность термометра составляет 40 с. Термометр вы­пускается без штуцера.

Термометр типа ТПР-0555 имеет те же устройство, раз­меры и инерционность, что и термометр типа ТПП-0555.

Для измерения температуры жидкости, газа и пара применяются одинарные и двойные виброустойчивые тер­моэлектрические термометры типов ТХА-0515 и ТХК-0515, выпускаемые в трех исполнениях — без штуцера (рис. 2-16, а), с подвижным штуцером (рис. 2-16, б) и с неподвижным штуцером (рис. 2-16, в).

Защитный чехол 1 термометров имеет наружный диаметр 10 мм. Для первого термометра он изготовляется из стали 0X13, Х18Н10Т или 0Х20Н14С2 и для второго — из стали 0X13 или 0Х20Н14С2. Термо­электроды термометров изолированы двухканальными фар­форовыми бусами 2, а рабочий конец — фарфоровым колпачком 3. Термометры снабжены водозащищенной бакелитовой головкой 4. Для термометров с подвижным штуцером допускаемое условное давление среды состав­ляет 0,4 МПа, а с неподвижным штуцером и без него — 6 4 МПа. При установке термометров с неподвижным шту­цером в защитной гильзе допускаемое условное давление среды равно 25 или 50 МПа. 1 ( 1 Конец защитного чехла термометра, предназначенного для установки в защитной гильзе на условное давление 50 МПа, имеет ва длине 60 мм наружный диаметр 8,4 мм . ). Монтажная длина L термо­метров изменяется в пределах 120 — 2000 мм, причем для термометров со штуцером она ограничивается его положе­нием на чехле. Инерционность термометра составляет 10 — 40 с, а в защитной гильзе – 40 -120 с.

При установке термометра без защитной гильзы до­пускаемая скорость измеряемой среды равна для воды 15 и пара 25 м/с. При наличии защитной гильзы на услов­ное давление 25 или 50 МПа допускаемая скорость для термометра типа ТХА-0515 составляет для воды 20 и для пара 40 м/с, а для термометра типа ТХК-0515 — для воды и пара при давлении 25 МПа соответственно 20 и 40 и при давлении 50 МПа — 100 и 120 м/с.

Для измерения температуры жидкости и газа приме­няются также термоэлектрические термометры типов TXA-VIII и TXK-VIII с неподвижным штуцером и монтаж­ной длиной 160 -1250 мм, рассчитанные на условное дав­ление 4 МПа, и типов TXA-XIII и ТХК-ХШ без штуцера с монтажной длиной 500 — 3200 мм, предназначенные для работы при атмосферном давлении. Защитный чехол наруяшым диаметром 21 мм изготовляется для термометров типа ТХА из стали Х18Н10Т или Х25Т, а для термометров типа ТХК — из стали 20 или Х18Н10Т. Термоэлектроды термометров изолированы фарфоровыми бусами. Рабочий конец термометров помещен в фарфоровый колпачок. Термометры снабжены алюминиевой головкой с размерами 90x49x75 мм. Инерционность термометров 3,5 мин.

Измерение температуры газовых сред в лабораторных условиях при атмосферном давлении, поверка промышлен­ных термоэлектрических термометров и пр. производятся лабораторными термометрами типов ТПП-1378 и ТПР-1378 (рис. 2-17, а)

с диаметром термоэлектродов 0,3 или 0,5 мм и общей длиной 120 — 3200 (для диаметра 0,3 мм) и 1000 — 3200 мм (для диаметра 0,5 мм). Термометры выпускаются без защитного чехла и головки. Термоэлектроды изоли­рованы двухканальными фарфоровыми бусами наружным диаметром 2,5 мм. Рабочий конец термометров не изолиро­ван. Выводные концы термоэлектродов имеют длину 20 — 50 мм. Инерционность термометров не нормирована.

Для стационарного измерения температуры наружных металлических поверхностей служит поверхностный термоэлектрический термометр типа ТХКП-XVIII (рис. 2-17, б) монтажной длиной 100мм. Рабочий конец его расположен в плоской части защитного чехла из стали 0X13.При установке эта часть чехла прижимается к нагретой поверхности и покрывается теплоизоляцией. Термометр не име­ет головки и выпускается с уд­линяющим проводом длиной 2 м. Инерционность термометра 40 с.

Измерение температуры труб пароперегревателей и экранов котлов производится поверхностными термомет­рами типов ТХАП-15М и ТХКП-15М без защитных чехлов. Термометры имеют головку со штуцером для крепления. Термоэлектроды термометров длиной каждый 15 м не изо­лированы. Инерционность термометров не нормирована. 1 ( 1 Кроме указанных изготовляются термоэлектрические термо­метры типов: для газа — ТХА-151 и ТХК-151 (при атмосферном давлении) и ТХА-280М (до 16 МПа), для жидкости и газа — ТХА-0806 и ТХК-0806 (до 0,25 и 4 МПа), для наружной поверхности труб ТХК-834, а также и другие типы термометров .)

Измерение разности температур между двумя точками осуществляется дифференциальным термоэлектрическим термометром ( рис. 2-18 а) у которого свободный конец является вторым рабочим концом.

Для точного измерения небольших температур находит применение термобатарея (рис. 2-18, б),представляющая собой ряд последовательно соединенных однотипных термометров, рабочие концы которых помещаются в зону измеряемой температуры, а сво­бодные имеют одинаковую постоянную температуру. Результирую­щая термо — э. д с. термобатареи возрастает пропорционально числу включенных термометров, что приводит к уменьшению погрешности отсчета показаний. Применяются также и дифференциальные тер­мобатареи.

С помощью последовательного соединения однотипных термо­электрических термометров можно легко определить среднюю тем­пературу контролируемой среды, если их рабочие концы располо­жены в различных местах измерений. В этом случае полученную суммарную термо — э. д. с. следует разделить на количество установ­ленных термометров.

Термометры

Температура является одним из наиболее важных и часто измеряемых параметров. Возможно, что самым простым и распространенным способом определения температуры является измерение теплового расширения различных сред. На этом принципе измерения реализованы все жидкостные стеклянные термометры. В электрических температурных преобразователях применяются несколько другие принципы детектирования.

Температура является одним из наиболее важных и часто измеряемых параметров. Возможно, что самым простым и распространенным способом определения температуры является измерение теплового расширения различных сред. На этом принципе измерения реализованы все жидкостные стеклянные термометры. В электрических температурных преобразователях применяются несколько другие принципы детектирования. Существует большое разнообразие термометров, работающих на разных принципах и применяемых к различным задачам. Термометры, используемые в различных сферах деятельности человека, делятся на две большие группы: контактные и бесконтактные термометры, что обусловлено сферами их применения. При выполнении многих технических измерений, не требующих высокой точности, допустимо применять более простые термометры: стеклянные жидкостные термометры, полупроводниковые термисторы и т.п.. Сфера применения таких термометров разнообразна. Рабочий диапазон обычных жидкостных стеклянных термометров -40…400 о С. Применение жидкостных стеклянных термометров становится все меньше с развитием более совершенных и надежных методов измерения температуры. В отдельных областях промышленности разработаны и применяются нестандартные методы измерения температуры, которые адаптированы к требованиям исследуемых технологических процессов. Например, измерение температурного поля в нефтегазовых скважинах используя термометрию, основанную на закономерностях комбинационного рассеяния света в стеклянных оптоволоконных кабелях. Газовые термометры позволяют измерять температуры, максимально приближенные к термодинамическим. В этих термометрах рабочим веществом служат газы, в уравнения состояния которых вводят поправки, учитывающие отклонения от характеристик идеального газа. Трудоемкость измерительных операций наряду с высокой стоимостью аппаратурного обеспечения явились причиной того, что газовые термометры могут быть применимы только в крупных метрологических лабораториях. Эти термометры являются стандартными средствами градуировки других измерительных устройств. Однако достаточно большое разнообразие термометров работает на основе хорошо изученных стандартных методов температурных измерений. Контактные термометры применяются при измерениях температуры, находясь в тепловом контакте с исследуемым объектом. Действие термометров сопротивления основано на температурной зависимости электрического сопротивления материала. Причем, термометры сопротивления обладают хорошими термометрическими свойствами. Термометр сопротивления состоит из чувствительного элемента определенной конструкции, защитной арматуры и соединительных выводов. Изменение сопротивления чувствительного элемента термометра фиксируется с помощью измерительного устройства. Способ включения термометра сопротивления определяется диапазоном измеряемых температур и схемой измерительного устройства. В металлических термометрах сопротивления чувствительным элементом является тонкая платиновая или никелевая проволока, закрепленная на каркасе. Термодинамические свойства металла определяют достаточно широкий рабочий диапазон термометров. В качестве материалов таких термометров обычно используются платина, медь или никель. Наилучшим комплексом характеристик обладают платиновые термометры, основным недостатком которых является их относительно высокая стоимость. Для никеля линейная зависимость сопротивления от температуры наблюдается в диапазоне -60…180 о С и для платины в диапазоне -220…750 о С. В зависимости от требований, предъявляемых к точности измерений, и условий эксплуатации конструкция таких термометров может быть разной. Большую группу термометров сопротивления представляют полупроводниковые (термисторы). Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) большинства терморезисторных полупроводников на порядок больше среднего соответствующего значения для металлов. Диапазон измеряемых температур таких термометров может быть достаточно широким: -260…600 о С, в зависимости от применяемого материала. В отличие от металлических термометров сопротивления чувствительные элементы термисторов могут иметь весьма малые размеры (до 0,2 мм). Чувствительные элементы термометров такого типа защищают разной оболочкой. Другую группу чувствительных элементов термометров сопротивления представляют термоэлектрические термометры (термопары). К термоэлектрическим относятся явления, в которых проявляется взаимосвязь термодинамических и электрических процессов. Выбор материала термоэлектрического термометра определяется высокой чувствительностью к изменениям температуры, линейностью характеристики, малой инерционностью и другими характеристиками. Все материалы для термометров этого типа делятся на две группы: пары благородных металлов и пары неблагородных металлов. Примером первой группы является термопара платина-платинородиевый сплав, содержащий 10% родия. Наибольшее применение во второй группе нашли термопары хромель-копель и хромель-алюмель. Применение таких термометров возможно в широком температурном диапазоне -200…1800 о С. Дистанционные (бесконтактные) измерения температуры выполняются в тех случаях, когда невозможно применить контактные способы измерения, и с учетом известных закономерностей теплового излучения нагретых тел. Бесконтактные термометры применяются в случаях, когда необходимо выполнять измерения быстро меняющихся процессов. Кроме того, бесконтактные термометры применяются в условиях, когда весьма вероятна возможность возникновения серьезных помех при контактном измерении температуры, или отсутствует возможность обеспечения безопасности оператора. Измерения в условиях сильных электрических, магнитных и электромагнитных полей, при работе в агрессивных средах, при воздействии высокого напряжения могут быть выполнены успешно только в случае применения бесконтактных термометров. Термометры, основанные на измерении теплового излучения тел, называют пирометрами. Этот метод температурных измерений обладает широкими возможностями. Существуют несколько типов бесконтактных термометров, в работу которых заложены разные принципы измерения температуры: ИК оптические термометры, флуоресцентные термометры, интерферометрические термометры и другие. Электронные бесконтактные термометры позволяют измерять температуры объектов в широком диапазоне от отрицательных температур до 6000 о С. Однако многие параметры измеряемой среды и тел могут значительно влиять на погрешность выполняемых измерений с помощью бесконтактных термометров. Поэтому выбор способа измерения температуры должен определяться условиями поставленной задачи и требованиями к полученному результату. Специалистами предприятия разработаны несколько серий контактных электронных измерителей температуры, которые широко применяются в различных сферах научной, производственной и сельскохозяйственной деятельности человека. С помощью разработанных электронных термометров серии ИТ-17 можно выполнять температурные измерения в твердых, жидких и газообразных средах, в том числе агрессивных а также контролировать температуру поверхности, как плоской, так и цилиндрической формы. Высокоточные переносные термометры серии ИТ-17 с функцией запоминания результатов измерений являются портативными. В автономном режиме термометр ИТ-17 может накапливать до 10000 результатов измерений с привязкой к реальному времени. Термометры имеют возможность установки порогов световой и звуковой сигнализации. Рабочий диапазон термометров равен -150…1800 оС и определяется модификацией прибора. Термометры ИТ-17 успешно эксплуатируются в автодорожном строительстве, при производстве материалов для дорожных покрытий, на тепловых станциях, в автомобильной, швейной промышленностях, для измерения пресс-форм различной конфигурации, в литейном производстве для контроля температуры изделий на выходе и т.д. Стационарные электронные измерители-регуляторы температуры представлены серией ИРТ-4. Эти цифровые термометры с функцией регулирования температуры предназначены для работы в разных сферах применения, в том числе, в сложных многоступенчатых технологических процессах, где необходим постоянный надежный контроль параметров газообразных, жидких и твердых тел. Терморегуляторы этой серии являются многоканальными, что позволяет контролировать температуры в разных местах измерения, причем этот контроль может быть осуществлен на достаточно большом удалении от объекта измерения. Разные модификации термометров могут быть использованы при работах с температурами в большом диапазоне -273…2500 о С. Такие термометры предназначены для широкого применения и успешно эксплуатируются в мясоперерабатывающей, хлебопекарной, молочной и сыроваренной промышленностях, в инкубаторах, термокамерах и климатических камерах, варочных и сушильных шкафах, в холодильных камерах, при сушке древесины, при производстве цемента и бетона и других сферах деятельности человека. Разработанные термометры производятся в разных модификациях в зависимости от требований, предъявляемых к выполнению температурных измерений. Высокая точность измерений, быстродействие, широкий диапазон измеряемых температур и их запоминание наряду с надежностью в эксплуатации являются важными параметрами, определяющими высокий спрос на термометры представленных типов. Важно отметить, что одним из значимых достоинств термометров серий ИТ-17 и ИРТ-4 является возможность применения в комплектации прибора преобразователей различного типа, как термосопротивлений, так и термопар и их взаимозаменяемость, что значительно улучшает потребительские свойства термометров. Применение преобразователей специальной конструкции позволяет выполнять измерения температуры в агрессивных средах, тем самым расширяя сферу применения этих термометров. Термометры серий ИТ-17 и ИРТ-4 внесены в Государственный реестр средств измерений. Мы также предлагаем электронные термометры разных серий, предназначенные для измерений температуры воздуха, мягких или сыпучих субстанций, а также жидкостей и способные измерять температуры от -50 оС до 300 оС, что зависит от типаприбора. Возможности таких термометров позволяют накапливать и сохранять информацию о температурных изменениях для последующего анализа. Практично их применение в работе операторов производственных процессов. Миниатюрность имеет весьма важное практическое значение в мобильных системах температурного контроля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *