Презентация Измерения температуры онлайн

Содержание слайда: ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Содержание слайда: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Температура — один из основных параметров, характеризующих тепловое состояние системы и, как следствие, один из важнейших параметров многих технологических процессов. Температура связана с кинетической энергией теплового движения частиц и характеризует степень нагретости тела.

Содержание слайда: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Единицами температуры являются градусы различных температурных шкал. В системе СИ температуру выражают в Кельвинах (К); 1 К равен 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды, 1 К равен также 1/100 температурного интервала между точками кипения воды и таяния льда. Шкала Кельвина является абсолютной температурной шкалой. Шкала Цельсия является условной температурной шкалой, в которой за нулевую точку принята температура таяния льда. Величина градуса Цельсия (°С) равна градусу Кельвина (1 °С= 1 К).

Содержание слайда: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ В холодильной технике находит применение контактное измерение температуры тела (газообразного, жидкого или твердого) которое основано на теплообмене между ним и чувствительные элементом измерительного прибора и последующем преобразование температуры чувствительного элемента в другие величины, удобные для восприятия. На практике чувствительный элемент может оказаться под воздействием посторонних тепловых потоков, которые приводят к отклонению его температуры от температуры измеряемого тела и, как следствие, к погрешностям измерений. Поэтому одно из основных требований к методам измерений температуры — это обеспечение наименьшего термического сопротивления между чувствительным элементом прибора и измеряемым телом и изоляция чувствительного элемента от посторонних тепловых потоков.

Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Для контактного измерения температуры используют следующие типы первичных преобразователей: стеклянные жидкостные преобразователи, основанные на тепловом расширении жидкостей; манометрические преобразователи, в которых температура преобразуется в изменение давления жидкости, пара или газа; термоэлектрические преобразователи, в которых под воздействием температуры генерируется термо-ЭДС постоянного тока; термопреобразователи сопротивления, в которых используется зависимость удельного сопротивления проводника или полупроводника от температуры.

Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Для преобразователей температуры существенное значение имеют статические и динамические функции преобразования, причем первые зависят от принципа действия и конструкции преобразователя, а вторые, кроме того, — от свойств и состояния измеряемой среды.

Содержание слайда: ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СТЕКЛЯННЫХ ЖИДКОСТНЫХ ТЕРМОМЕТРОВ Преобразователи стеклянных термометров, применяемых в холодильной технике, служат для лабораторных и технических измерений в области температур от -90 до +200 оС. Действие этих преобразователей основано на объемном расширении жидкости при постоянном давлении. Выходной величиной является изменение высоты столбика жидкости. Термометры различают по виду термометрической жидкости. В холодильной технике применяют следующие термометрические жидкости: ртуть в области температур -30…+200°С, спирт -50…+50°С, толуол -80…+60°С.

Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Схемы преобразователей стеклянных жидкостных термометров: а — обычный; б — с укороченным диапазоном температур; в — метастатический (Бекмана)

Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Термометрическая жидкость заполняет резервуар Р при температуре ниже нижнего предела измерений. При повышении температуры в результате расширения жидкость заполняет капилляр К. Его размеры выбираются так, чтобы при температуре, равной верхнему пределу измерений, жидкость заполнила капилляр на длине L.

Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Функция преобразования имеет вид , где х — длина заполненной части капилляра; t — измеряемая температура.

Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ где tн — начальная температура (нижний предел измерений); v0 — объем жидкости при начальной температуре; S — площадь поперечного сечения канала капилляра;  — видимый коэффициент расширения термометрической жидкости: и — истинные коэффициенты расширения жидкости и стекла [например, для ртути = 18 ∙10-5 1/град, для стекла = 2 ∙10-5 1/град, откуда видимый коэффициент =(18 - 2)∙10-5 = 16 ∙10-5 1/град].

Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Функция преобразования линейна относительно t, что позволяет иметь равномерные шкалы. Из формулы следует, что длина градусного деления шкалы может быть увеличена уменьшением температурного интервала tк - tн (tк — верхний предел измерений, L—длина шкалы), уменьшением сечения капилляра и увеличением начального объема жидкости.

Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ По технологическим и эксплуатационным соображениям величина v0 обычно не превышает 2,5 см3, а диаметр канала капилляра изготовляют не менее 0,1 мм (S ≈ 0,8 10-4 см2). Для точных измерений (порядка 0,01 °С) предназначены преобразователи с малой разностью tK - tH (4 °С в области измерений 0—60 °С). Схема такого преобразователя представлена на рис. IV—1, б.

Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Наряду с резервуаром Р на капилляре предусмотрены дополнительное расширение Рд и ограничительное расширение Р0. Рабочий диапазон температур tк - tн соответствует участку капилляра между Рд и Р0. Кроме того, имеется участок от Р до Рд, который используют для контроля, например, при 0 °С. Размеры резервуара, расширений Рд и Р0 и объем жидкости выбирают такими, чтобы рабочий диапазон температур укладывался на длине капилляра L, при более низких температурах жидкость располагалась в Р и Pд., при более высоких температурах, кроме того, и в Р0. Для перекрытия широкой области температур применяют несколько преобразователей (например, область 0—60 °С перекрывают 15 диапазонов шириной 4°С).

Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Для особо точных измерений (порядка 0,001—0,01 °С) небольших изменений температуры используют метастатический преобразователь (термометр Бекмана). Преобразователь имеет основной Р и дополнительный Рд резервуары с жидкостью. Рабочий объем жидкости в резервуаре Р определяет диапазон измерений на длине L капилляра К.

Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ При необходимости изменения диапазона жидкость из резервуара Р переливают в резервуар Рд (диапазон смещается в область более высоких температур) или, наоборот, из резервуара Рд в резервуар Р (смещение в область более низких температур). В связи с тем что объем жидкости в рабочем резервуаре меняется, основная шкала по капилляру К носит условный характер и при измерениях хотя бы одна из точек шкалы должна быть привязана к температуре с помощью другого прибора. Эту привязку осуществляют по дополнительной шкале на капилляре Кд.

Содержание слайда: МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ Манометрические термопреобразователи, в которых температура преобразуется в давление, а затем в механическое перемещение, применяются в технических приборах для измерений в диапазоне от -150 до +600 °С с основной допускаемой погрешностью от ±1 до ±2,5%.

Содержание слайда: МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ Манометрический термометр представляет собой пружинный манометр, герметично соединенный с термосистемой. Термосистема состоит из чувствительного элемента (термобаллона) и соединительной капиллярной трубки. Упругий элемент манометра может приводить в действие стрелку прибора либо элемент промежуточного (передающего) преобразователя для дистанционной передачи информации.

Содержание слайда: МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ Упрощенная схема манометрического преобразователя температуры: 1 — термобаллон; 2 — капилляр; 3 — манометр

Содержание слайда: МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ Измеряемая температура t воспринимается термобаллоном 1 и преобразуется в давление рабочего вещества (заполнителя). Через капилляр 2 это давление передается в манометр 3, где вторично преобразуется в перемещение упругого элемента х. В зависимости от используемого термометрического вещества (заполнителя) манометрические преобразователи подразделяются на газовые, жидкостные и парожидкостные, или конденсационные.

Содержание слайда: Газовые манометрические термопреобразователи При изменении температуры термобаллона давление в нем меняется. Если принять, что объем термобаллона vT составляет основную часть объема всей термосистемы vc , то зависимость давления от температуры термобаллона выражается формулой где ро и pt — давления газа при температурах 0 °С и t; — термический коэффициент давления газа, = 0,00366 К-1.

Содержание слайда: Газовые манометрические термопреобразователи Учитывая, что обычно термосистему заполняют азотом при некотором начальном давлении рн, после преобразования предыдущего выражения получаем промежуточную функцию преобразования:

Содержание слайда: Газовые манометрические термопреобразователи или где Обе эти функции линейны относительно t.

Содержание слайда: Газовые манометрические термопреобразователи Если выходной величиной термопреобразователя считать перемещение х упругого элемента (см. рис.) и принять ее пропорциональной давлению, т. е. то полная функция преобразования получает вид где

Содержание слайда: Газовые манометрические термопреобразователи Функция преобразования выведена при условии, что объем термобаллона остается постоянным. Между тем при изменении температуры размеры его меняются, что приводит к некоторому отклонению функции от линейной. Однако эти отклонения, как правило, невелики, и ими можно пренебречь. Также незначительны влияния температуры окружающего воздуха и атмосферного давления. В связи с этим газовые преобразователи позволяют работать с практически равномерными шкалами.

Содержание слайда: Парожидкостные манометрические термопреобразователи Термосистема такого преобразователя заполняется жидкостью, находящейся в равновесном состоянии с насыщенным паром, частично заполняющим объем термобаллона. Заполнение выполняется так, чтобы жидкая фаза сохранялась во всем диапазоне измеряемых температур. В качестве термометрических жидкостей используют: R22 (-25…+80°C), пропилен (-50…+60°C), хлористый метил (0…+125°С) и др.

Содержание слайда: Парожидкостные манометрические термопреобразователи Промежуточная функция преобразования p=f(t) представляет собой зависимость давления насыщения пара от температуры и потому является существенно нелинейной. В связи с этим и полная функция преобразования x=f(t) также нелинейна. Это приводит к неравномерности шкал приборов с парожидкостной термосистемой. В некоторых случаях принимают специальные меры для спрямления функции преобразования, например используют жесткую скобу, охватывающую манометрическую пружину и имеющую несколько регулировочных винтов.

Содержание слайда: Жидкостные манометрические термосистемы Термосистема жидкостного преобразователя полностью заполняется термометрической жидкостью (ртуть, метаксилол, силиконовые жидкости и др.). Действие термопреобразователя основано на изменении объема жидкости при изменении температуры и взаимодействии ее с упругим чувствительным элементом. Для обеспечения заданных свойств в термосистеме не должны присутствовать воздух или другие газы.

Содержание слайда: Жидкостные манометрические термосистемы В жидкостных термосистемах давление жидкости, а, следовательно, и перемещение упругого элемента зависят от жесткости термобаллона и упругого элемента, их объемов, а также от коэффициентов объемного расширения термочувствительной жидкости и термобаллона. Путем выбора элементов термосистемы и их размеров добиваются, чтобы полный ход упругого элемента соответствовал заданному диапазону измерения температур. При этом функция преобразования достаточно близка к линейной.

Содержание слайда: ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ТЕРМОПАРЫ) Основные типы Термоэлектричеекие преобразователи (ТП) предназначаются для измерений в широкой области температур (в холодильной технике от -100 до +200 °С). ТП преобразуют температуру в электродвижущую силу (термо-ЭДС).

Содержание слайда: ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ТЕРМОПАРЫ) Действие ТП основано на явлении Зеебека, т. е. на генерации термо-ЭДС в месте соединения двух различных проводников. Величина термо-ЭДС зависит от материалов термоэлектродов и является функцией температуры. В холодильной технике ТП используются в основном при лабораторных и стендовых измерениях с погрешностью ±(0,1…1)°С. Распространение получили медь-константановые (МК) и хромель-копелевые (ХК) ТП.

Содержание слайда: ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ТЕРМОПАРЫ) Медь-константановые ТП не имеют стандартизованных градуировочных таблиц, однако в силу целого ряда достоинств находят применение в лабораторной практике для измерений в области от -200 до +300 °С. Основное достоинство — большое постоянство термоэлектрических свойств. Средняя чувствительность (коэффициент преобразования) в области температур от 0 до 100 °С составляет 41 мкВ/°С. При соответствующей градуировке МК ТП позволяют измерять температуру с погрешностями ±(0,1…0,2)°С.

Содержание слайда: ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ТЕРМОПАРЫ) Хромель-копелевые ТП в соответствии с ГОСТ 3044—77 могут использоваться в области температур от -50 до +600 °С. Достоинство этих ТП — наивысшая чувствительность по сравнению с другими типами ТП. Так, при температурах рабочего спая 100 °С, а свободного 0° термо-ЭДС е = 6,00 мВ, что соответствует чувствительности (коэффициенту преобразования) 60,0 мкВ/°С.

Содержание слайда: ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ТЕРМОПАРЫ) Недостатками хромель-копелевых ТП являются плохая воспроизводимость функции преобразования (градуировочной характеристики) различными партиями термоэлектродных проводов, а также наличие неоднородностей материала, особенно хромеля, которые приводят к возникновению паразитных термо-ЭДС .

Содержание слайда: ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ТЕРМОПАРЫ) По ГОСТу допускаемое отклонение термо-ЭДС ХК ТП промышленного изготовления от градуировочных характеристик в области температур от -50 до +300°С составляет 0,2 мВ (более 2°С). Термоэлектродные провода ХК очень чувствительны к механическим повреждениям, которые приводят к дополнительным неоднородностям. В холодильной технике используют ХК ТП, изготовляемые в лабораторных условиях и подвергаемые индивидуальной градуировке. Достижимая точность порядка  (0,3…0,5) °С. Реже используют ТП промышленного изготовления.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Схема простейшего ТП Два термоэлектродных проводника А и В соединены между собой (обычно сваркой или пайкой), и спай помещен в измеряемую среду с температурой t. В спае генерируется термо-ЭДС eАВ(t), которая полностью передается на концы a и в (потери отсутствуют из-за того, что в разомкнутой цепи ток равен нулю). Изменениям температуры t соответствуют однозначные изменения величины еАВ.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Любой способ измерения термо-ЭДС сопряжен с подключением к термоэлектродным проводам измерительных приборов через посредство проводников, чаще всего медных. На схеме измеритель И подключен к точкам а и в проводом из материала С.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей В связи с этим в местах контактов материалов АС и ВС возникают дополнительные термо-ЭДС и в измерительной цепи действует сумма термо-ЭДС, подводимая к измерительному прибору: где , — термо-ЭДС, возникающие в точках присоединения а и в (знаки «+» следует понимать как алгебраическое суммирование, которое должно выполняться с учетом направления ЭДС); tH — температура в местах контакта АС и ВС.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Из теории известно, что при включении в цепь термоэлектродных проводов третьего провода и при условии, что места соединения этого провода с проводами А и В имеют одинаковую температуру tН, имеет место равенство

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Подставляя второе уравнение в первое и принимая во внимание фактическое направление ЭДС, получаем Спай, воспринимающий измеряемую температуру, называется рабочим, а концы, присоединяемые к измерительному прибору, — свободными.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Тогда последнее равенство принимает вид Определяя экспериментально зависимость Uи(t) при tн = const, получают градуировочную характеристику комплекта из ТП, соединительных проводов и прибора И. Однако выполнение условия tн = const не всегда возможно. Во избежание дополнительных погрешностей применяют измерительные приборы с корректирующим устройством К.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Это устройство в зависимости от температуры tн генерирует напряжение Uк таким образом, чтобы компенсировать изменение термо-ЭДС свободных концов.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Для точных измерений в области умеренных температур применяют ТП с двумя спаями: рабочим и свободным. Рабочий спай термоэлектродов А1 и В1 воспринимает измеряемую температуру t. Свободный спай А2 и В2 из таких же проводов помещается в термостатируемый объем с постоянной температурой t0. Чаще всего это сосуд Дьюара с тающим льдом, в котором температура с достаточно высокой точностью поддерживается около 0 °С.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Результирующая термо-ЭДС Учитывая, что есв(0) = const, величина е однозначно зависит от измеряемой температуры. Особенность схемы: оба выходящих конца а1 и а2 изготовлены из материала А (или материала В).

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Присоединяя к ним через медные проводники С измеритель И и считая, что места соединений находятся при одной и той же температуре tн, устанавливаем, что еАС1 = еАС2 и в сумме равны нулю. Следовательно, последнее выражение остается в силе, так как влияние паразитных термо-ЭДС выводных присоединений исключается.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Схему, приведенную слева, обычно применяют при измерениях достаточно высоких температур, когда возможные отклонения температуры tн от номинального значения не приводят к большим относительным погрешностям. При этом точки соединения а и в могут находиться вблизи или на самом термопреобразователе, и тогда соединительная линия выполняется с помощью проводов С (например, медных); либо эти точки находятся на приборе И, тогда линия выполняется с помощью термоэлектродных проводов А и В или соответствующих им удлиняющих (компенсационных) проводов. Последний вариант применяют, когда температура вблизи ТП может существенно отличаться от номинала.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Данная схема обеспечивает уменьшение погрешности за счет коррекции и поэтому позволяет производить измерения и сравнительно низких температур.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Приведенная слева схема представляет возможности измерять любые температуры с высокой точностью при условии, что точки а1 и а2 находятся при одинаковой температуре (место расположения этих точек не имеет значения). Эта схема может быть использована для измерения разности температур.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей В этом случае оба спая являются рабочими. Если принять, что в ограниченном диапазоне температур термо-ЭДС (m — постоянный коэффициент; l — постоянная величина), т. е. является линейной функцией температуры, то в цепи с двумя рабочими спаями

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Обозначив , получаем т. е. напряжение на измерительном приборе пропорционально разности двух температур и, следовательно, шкала прибора может быть отградуирована непосредственно в градусах разности температур.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Рассмотренные схемы ТП предназначены для измерений в одной точке. Для измерений одним измерительным прибором температур нескольких объектов используют многоточечные переключатели. Из множества известных схем рассмотрим две, используемые при испытаниях холодильного оборудования.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Схема многоточечного измерения температур с двух­проводным (а) и однопроводным (б) переключателями: А и В — термоэлектродные провода; С — коммутационные провода; И — измерительный прибор; П — переключатель; ТП1, ТП2, ТПN — термоэлектричеческие преобразователи

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей В схеме применен многоточечный переключатель П, который коммутирует оба термоэлектродных провода: А и В. Схема включает в себя термостат общего свободного спая. В схеме с переключателем в цепь вносятся дополнительные термо-ЭДС в точках а, в, с и d.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей Для исключения их влияния необходимо, чтобы все перечисленные точки находились при одной температуре tн. На практике переключатель может оказаться при температуре, отличной от температуры измерителя, что приведет к дополнительной погрешности.

Содержание слайда: Схемы термоэлектрических преобразователей В данной схеме коммутируется только один провод А. В связи с этим исключаются две точки с дополнительными ЭДС (в и с), что уменьшает вероятность дополнительной погрешности, однако указанное выше условие равенства температур должно соблюдаться и здесь. Эта схема может применяться при условии, что провода А и В всех ТП будут тщательно изолированы от «земли» (корпуса, массы) и между собой.

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС Измерения термо-ЭДС осуществляют двумя способами: измерением ЭДС милливольтметром и методом сравнения с известной ЭДС (компенсационным методом) с помощью потенциометра.

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС Измерение термо- ЭДС милливольтметром. RA, RB, RС – сопротивления проводов А, В и С; Rд — дополнительное сопротивление; МВ – милливольтметр

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС Напряжение на милливольтметре определяется по формуле где Rмв — внутреннее сопротивление милливольтметра; Rл — суммарное сопротивление цепи ТП для данного милливольтметра: RA, RB, RC — сопротивления термоэлектродных (А и В) и линейных (С) проводов; Rд — дополнительное сопротивление, подбираемое так, чтобы Rл имело заданное значение; e(t) — суммарная ЭДС:

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС e(t) — суммарная ЭДС: Данная формула применима к магнитоэлектрическим милливольтметрам, внутреннее сопротивление которых составляет порядка 101—102 Ом.

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС Градуировка такого милливольтметра и нормированная погрешность соответствуют требованиям только при заданном Rл (поэтому и используют добавочное [подгоночное] сопротивление). Шкалы магнитоэлектрических милливольтметров могут быть градуированы в градусах Цельсия.

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС В последнее время получили распространение электронные милливольтметры с аналоговыми или цифровым отсчетом. Для таких милливольтметров характерно весьма высокое входное сопротивление порядка 105—107 Ом. В этом случае отношение и приведённая формула обращается в равенство

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС При использовании такого прибора не требуется дополнительных сопротивлений, и показания прибора не зависят от изменения сопротивления в цепи в широких пределах. Преимущество способа измерения милливольтметром — его простота. Точность в основном зависит от погрешности ТП. Современные цифровые приборы в принципе могут обеспечить погрешность порядка ±0,1 °С.

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС Компенсационный метод измерения термо-ЭДС состоит в том, что в цепь ТП вводится напряжение сравнения U0 и включается нуль-индикатор НИ. Схема простейшего компенсатора: Пт – ручной потенциометр; ИН – источник напряжения; Rк – сопротивление делителя напряжения

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС Источник ИН создает падение напряжения на резисторе (делителе напряжения) RK. Часть этого напряжения Uc снимается через движок. Положение движка указывается по шкале, которая с необходимой точностью градуируется в единицах ЭДС или температуры. Напряжение на нуль-индикаторе

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС Оно равно нулю только при условии e(t)=Uс. Факт равенства Uи нулю фиксируется по нуль-индикатору (в данном случае — гальванометру). Таким образом, процесс измерения сводится к постепенному изменению величины Uc до момента, когда напряжение Uи станет равным нулю, и отсчету показаний по шкале. С известным приближением можно считать, что при компенсации ток в цепи ТП отсутствует.

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС Отсутствие тока в цепи в момент отсчета исключает влияние сопротивлений проводов на точность измерений. От величины сопротивления цепи зависит только требуемая чувствительность нуль-индикатора; с увеличением сопротивления требуется более чувствительный индикатор. Прибор, в котором сосредоточены источник напряжения, устройства его регулировки и нуль-индикатор, называется ручным потенциометром (на схеме обозначен Пт).

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС На основе этого метода действуют автоматические потенциометры АПт — автоматичегкий потенциометр; ИН – источник напряжения; Rк – сопротивление делителя напряжения; РД – реверсивный двигатель; Ус – усилитель

Содержание слайда: Способы измерения термо-ЭДС В этом приборе роль нуль-индикатора выполняет усилитель Ус, который реагирует не только на величину входного напряжения, но и на его знак. Усиленный сигнал с выхода усилителя подается на реверсивный двигатель РД. В зависимости от знака напряжения Uи двигатель вращается и перемещает движок в ту или другую сторону. Система приходит в равновесие (двигатель останавливается), когда Uи = 0. Как и в ручном потенциометре, отсчет производят по шкале резистора RK.

Содержание слайда: Коррекция по температуре свободных спаев В градуировочных таблицах приводятся значения термо-ЭДС при температуре свободного спая 0 °С. На практике свободные спаи могут оказаться при температурах, отличных от нуля. Коррекцию осуществляют с целью исключить или уменьшить влияние изменяющейся температуры и привести суммарное напряжение в цепи ТП к условиям, соответствующим температуре свободных концов 0 °С

Содержание слайда: Коррекция по температуре свободных спаев Для этой цели используют различные схемы, однако основной является четырехплечная мостовая схема, в одно из плеч которой включают термочувствительный резистор (термопреобразователь сопротивления). Обычно его изготовляют из меди, в то время как остальные резисторы выполняют из термостабильного материала (манганина).

Содержание слайда: Коррекция по температуре свободных спаев Упрощенная схема коррекции по температуре свободных концов Корректирующий мост из резисторов RT, R1, R2 и R3 одной диагональю (ab) включен последовательно в цепь ТП. В другую диагональ (cd) включен источник напряжения ИН. Резистор Rт представляет собой медный термопреобразователь сопротивления, остальные резисторы R1, R2 и R3 — манганиновые.

Содержание слайда: Коррекция по температуре свободных спаев Напряжение на входе измерительного прибора И выражается в виде суммы где — разность между термо-ЭДС свободных концов при температурах 0°С и tн, ; Uк — напряжение, создаваемое корректирующей схемой.

Содержание слайда: Коррекция по температуре свободных спаев Из этой формулы следует, что коррекция состоит в выработке напряжения , так как при этом условии формула приводится к виду

Содержание слайда: Коррекция по температуре свободных спаев Сопротивления резисторов подбирают такими, чтобы при tн = 0°С мост оказался уравновешенным, т. е. При температуре 0°С напряжение в диагонали ab моста UK=0 и корректирующая схема не влияет на напряжение Uи.

Содержание слайда: Коррекция по температуре свободных спаев При отклонении температуры от нуля равновесие моста (предыдущая формула)нарушается, так как где — температурный коэффициент сопротивления меди ( = 4,26∙10-3 1/°С).

Содержание слайда: Коррекция по температуре свободных спаев Для компенсационной схемы измерения, когда ток равен нулю, величину корректирующего напряжения можно рассчитать по формуле Uп — напряжение источника питания

Содержание слайда: Коррекция по температуре свободных спаев Подбирая параметры схемы, можно добиться, чтобы при температуре tн имело место равенство Тогда с точностью до отклонений от линейности изменение термо-ЭДС свободных концов относительно величины есв(0) компенсируется встречным напряжением Uк

Содержание слайда: ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СОПРОТИВЛЕНИЯ Основные типы Термопреобразователи электрического сопротивления (ТС)[старое название – термометры сопротивления] находят применение в холодильной технике для измерений температуры в диапазоне от -100°С (и ниже) до +300°С.

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления По принципу действия ТС относятся к параметрическим преобразователям: измеряемая температура преобразуется в изменения электрического сопротивления.

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления В зависимости от материала, из которого изготовлены чувствительные элементы, ТС делятся на металлические и полупроводниковые. Для целей измерения в области температур умеренного холода применяют почти исключительно металлические ТС. Полупроводниковые ТС встречаются в некоторых устройствах автоматики. Металлические ТС изготовляют из платины (ТСП) и меди (ТСМ).

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления Функция преобразования для платиновых ТС имеет в области умеренных температур вид где Rt — сопротивление при температуре t; А = 3,96847∙10-3 °С-1; В = - 5,847∙10-7 °С-2; R0 — сопротивление ТС при 0°С.

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления Для приближенных расчетов в диапазоне температур от -50 до +50 °С можно принимать следующие величины чувствительности платиновых параметров:

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления Функция преобразования для медных ТС принимается линейной в виде где — температурный коэффициент сопротивления меди, равный 4,26∙10-3 °С-1.

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления Приближенно чувствительность медных ТС в диапазоне температур от -50 до +50 °С имеет следующие значения:

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления Конструктивно ТС представляет собой обмотку из проволоки диаметром 0,05 — 0,1 мм, нанесенную на изолирующий каркас и помещенную в защитный кожух. Обмотка обычно выполняется бифилярно (обмотка проводником, сложенным вдвое), что уменьшает внешние наводки. Провода от чувствительного элемента (их количество бывает 2 или 4) присоединяются к клеммам либо непосредственно выводятся наружу. Сопротивление выводных проводников не превышает 0,1 и 0,2% R0 соответственно для платиновых и медных ТС. Во всех случаях принимаются меры к герметизации обмотки, чтобы защитить ее от внешних воздействий. Это особенно важно при измерениях отрицательных температур, когда внутрь кожуха ТС может проникать влага и выпадать в виде конденсата или льда.

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления Наряду с ТС с одним чувствительным элементом находят применение двойные ТС, имеющие два независимых чувствительных элемента. Такие ТС позволяют получать два сигнала из одной точки измерения.

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления Важным показателем, непосредственно влияющим на погрешность измерений, является мощность рассеяния ТС, которая зависит от коэффициента теплопередачи в измеряемую среду.

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления Мощность, выделяемая на ТС измерительным током, где Iт — ток, протекающий через ТС; Rt — сопротивление ТС. Мощность, передаваемая в измеряемую среду, где kA — произведение коэффициента теплопередачи ТС на площадь его поверхности; tи и tт — температура измеряемой среды и чувствительного элемента ТС.

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления В установившемся состоянии Рi = Ри или Из этого уравнения можно определить допустимое значение питающего тока, обеспечивающее заданное значение погрешности:

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления Получить аналитическим путем значение k практически не удается, поэтому его при необходимости определяют экспериментально для каждой измеряемой среды и скорости, либо пользуются допустимыми значениями измерительного тока, приводимого в технических характеристиках.

Содержание слайда: Термопреобразователи сопротивления В соответствии с рекомендациями измерительный ток, протекающий по чувствительному элементу, должен изменять номинальное сопротивление при 0°С не более чем на 0,1%.

Содержание слайда: Способы измерения температуры с помощью ТС Находят применение несколько способов измерения температуры с помощью ТС. Все они сводятся к измерению сопротивления ТС и перевода его в температуру посредством градуировочных таблиц или температурных шкал. Различают способы амперметра и вольтметра, неуравновешенного моста и уравновешенного моста.

Содержание слайда: Способы измерения температуры с помощью ТС Способ амперметра и вольтметра. Этот широко известный в электротехнике способ основан на законе Ома: В приведённой ниже схеме применены миллиамперметр и вольтметр, измеряющие ток и напряжение в цепи, состоящей из ТС сопротивлением RT и двух проводов линии сопротивлением по Rл/2.

Содержание слайда: Способы измерения температуры с помощью ТС Схема измерения температуры термопреобразователем сопротивления способом амперметра и вольтметра

Содержание слайда: Способы измерения температуры с помощью ТС Измеряемое напряжение где Iт — ток, протекающий через ТС. Ток, измеряемый миллиамперметром, где IV — ток, протекающий через вольтметр. После несложных преобразований и учтя, что где Rv — внутреннее сопротивление вольтметра,

Содержание слайда: Способы измерения температуры с помощью ТС получаем искомое значение сопротивления: Из этого выражения вытекает, что данный способ измерений является косвенным, измеряемая величина получается в результате вычислений и использования градуировочной таблицы.

Содержание слайда: Способы измерения температуры с помощью ТС Сопротивление линии Rл должно быть предварительно измерено. Данная формула несколько упрощается, если применяют вольтметр с достаточно высоким внутренним сопротивлением RV. Если , то расчетная формула имеет вид Это условие выполняется, если, например, применяют электронные вольтметры.

Содержание слайда: Способы измерения температуры с помощью ТС Более совершенная схема, основанная на способе амперметра и вольтметра, со стабилизированным источником тока (IT=const) и измерением напряжения

Содержание слайда: Способы измерения температуры с помощью ТС Термопреобразователь сопротивления ТС соединен с измерительным комплектом четырехпроводной линией. Через двухпроводную линию сопротивлением Rл1 к выводным концам ТС присоединяют вольтметр. Через линию сопротивлением Rл2 присоединяют стабилизированный источник тока ИТ, который обеспечивает условие Iт = const независимо от величин RT и Rл2.

Содержание слайда: Способы измерения температуры с помощью ТС Если вольтметр электронный, то его ток пренебрежительно мал, а следовательно, и малы потери на линии Rл1. Тогда сопротивление ТС но, поскольку Iт = const, то вольтметр может быть отградуирован в градусах Цельсия, т. е. измерение становится прямым.

Содержание слайда: Способы измерения температуры с помощью ТС Особенностью способа амперметра и вольтметра является то, что измерительные приборы работают в сравнительно узком диапазоне, что обусловливает повышенные требования к точности приборов и поддержания тока.

Содержание слайда: Способ неуравновешенного моста. Данный способ основан на использовании четырехплечего моста, в одно из плеч которого включены ТС сопротивлением Rт и соединительные провода сопротивлением по Rл/2 (общее сопротивление Rл). Схема питается от источника И.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. Схема измерения температуры термопреобразователем сопротивления способом неуравновешенного моста с двухпроводной линией

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. При балансе моста, т. е, при выполнении условия ток в измерительной диагонали отсутствует (Iи = 0) и стрелка измерительного прибора ИП находится на нулевой отметке шкалы. При изменении температуры сопротивление ТС изменяется в соответствии с функцией преобразования.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. Равновесие моста нарушается, и в измерительной диагонали имеет место ток Здесь Uп — напряжение источника питания; Rи— внутреннее сопротивление прибора; R1, R2, R3 — сопротивления плеч.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. Из формулы следует, что при условии Uп = const, ток Iи однозначно зависит от сопротивления RT. Следовательно, шкала прибора ИП может быть отградуирована непосредственно в градусах.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. Условие Uп = const, нарушение которого приводит к соответствующей погрешности, может быть выполнено, если применяется стабилизированный источник И, либо предусмотрено специальное приспособление для контроля за величиной UП и ее корректировки. Обычно для этой цели применяют переключатель, с помощью которого в цепь вместо ТС включается контрольный резистор, и напряжение Uп реостатом изменяется до установления стрелки на контрольное деление.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. Баланс моста может выбираться в середине диапазона измерений, если измерительный прибор ИП имеет шкалу с нулем посередине, и на нижнем пределе диапазона, если применен прибор с нулем в левом конце шкалы.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. Рассмотренная схема с двухпроводной линией имеет тот недостаток, что при длинной линии колебания окружающей температуры могут вызвать заметную погрешность из-за изменений Rл.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. Для уменьшения погрешности используют мостовую схему с трехпроводной линией.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. В этой схеме один из проводов от источника питания И подводится непосредственно к ТС. В результате линейные провода, соединяющие ТС с измерительным мостом, оказываются включенными в разные плечи моста: один в плечо с RT, другой — с R3. Тогда условие равновесия имеет вид При таком включении погрешность, вызванная изменением температуры линейных проводов, уменьшается.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. Неуравновешенные мосты могут использоваться при различных длинах, а следовательно, и сопротивлениях линейных проводов. Для унификации градуировки приборов они снабжаются катушками дополнительных (подгоночных) сопротивлений, выполненными из манганина и включаемыми последовательно с линейными проводами. Сопротивление катушек равно расчётному, соответствующему градуировке шкалы. Фактическое сопротивление проводов измеряют и на эту величину уменьшают сопротивление соответствующей катушки. В результате общее сопротивление провода и катушки останется равным расчетному.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. Разновидностью способа неуравновешенного моста является схема с применением логометра. Логометр – это электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы с двумя рамками, закрепленными на одной оси.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. Теоретически угол отклонения оси со стрелкой пропорционален отношению токов, протекающих через рамки: т. е. не зависит от напряжения источника питания И. Однако из-за несовершенства подвижной системы измерительного механизма это условие соблюдается при изменении напряжения питания в пределах 10—20% от номинального.

Содержание слайда: Способ измерения температуры ТС с помощью неуравновешенного моста. Рассматриваемая схема выполнена по трехпроводному варианту присоединения ТС. Применение логометра уменьшает погрешность, возникающую из-за изменения температуры линейных проводов, по сравнению с обычной мостовой схемой Шкала логометра градуируется непосредственно в градусах Цельсия.

Содержание слайда: Способ уравновешенного моста. При данном способе измерения мост всякий раз приводится в уравновешенное состояние путем изменения сопротивления одного или двух плеч. О величине измеряемого сопротивления судят по сопротивлению изменяемых плеч.

Содержание слайда: Способ уравновешенного моста. По схеме такой мост не отличается от рассмотренного выше. Одно из плеч, например резистор R1, выполняют с изменяемым сопротивлением и снабжают его шкалой. Равновесие моста соответствует нулевому току через прибор ИП (в данном случае он играет роль нуль-индикатора).

Содержание слайда: Способ уравновешенного моста. Зная величину R1, находят значение сопротивления Rт: где

Содержание слайда: Способ уравновешенного моста. Данная формула устанавливает однозначную связь между величинами R1 и RT при R2=const и R3 = const, что позволяет отградуировать шкалу переменного резистора в градусах Цельсия. В эту формулу не входит величина напряжения, питающего мост. Следовательно, результат измерения не зависит от его изменений. Это является основным достоинством способа уравновешенного моста.

Содержание слайда: Способ уравновешенного моста. Схемы измерения температуры термопреобразователем сопротивления способом уравновешенного моста: а — ручной мост; б — автоматический мост

Содержание слайда: Способ уравновешенного моста. Схема (рис. а) является модификацией обычного моста и отличается тем, что переменный элемент R4 имеет движок, включенный в диагональ. В этом случае изменение контактного сопротивления движка не вносит погрешности в измерение.

Содержание слайда: Способ уравновешенного моста. Для данного моста условие равновесия имеет вид откуда где

Содержание слайда: Способ уравновешенного моста. Из формулы следует, что RT является однозначной функцией величины β и в связи с этим движок резистора R4 может быть жестко связан с указателем шкалы, отградуированной в градусах Цельсия.

Содержание слайда: Способ уравновешенного моста. На рассмотренном способе основаны автоматические уравновешенные мосты (см. выше рис., б). Вместо нуль-индикатора в измерительную диагональ включается вход усилителя Ус, который управляет работой реверсивного двигателя РД. Последний через редуктор и механическую передачу перемещает движок реохорда R4 и связанную с ним стрелку С. С ее помощью значение температуры отсчитывается по шкале Ш.

Содержание слайда: Способ уравновешенного моста. В автоматических мостах питание измерительной схемы осуществляют, как правило, переменным током промышленной частоты. Это существенно упрощает схему усилителя. При отклонении температуры изменяется сопротивление Rт, в результате чего равновесие моста нарушается. В измерительной диагонали и на входе усилителя появляется напряжение небаланса. В зависимости от знака отклонения меняется фаза входного напряжения.

Содержание слайда: Способ уравновешенного моста. Усилитель имеет фазочувствительную схему и реагирует на знак отклонения: при отклонении в одну сторону соответственно вращается двигатель РД, при изменении знака отклонения вращение происходит в обратную сторону. Схема построена по принципу отрицательной обратной связи, т. е. в ответ на появившееся отклонение движок реохорда перемещается в направлении ликвидации отклонения к новому уравновешенному положению. Каждому значению сопротивления Rт соответствует определенное положение движка R4 и стрелки.