Минимально допустимое электрическое сопротивление изоляция для термометров сопротивления

Измеряемая температура, °C	Относительная влажность окружающего воздуха, %	Сопротивление изоляции, МОм
15-25 15-25 £300^ £500^ >500^**	92-98^*	0,5
^Для брызго- и водозащищенных термометров. ^*Температура верхнего предела применения термометра.

6. к одноточечному вторичному прибору подключается несколько термометров сопротивления только через переключатель типа ПМТ, ПД.

Кроме указанных параметров термометры сопротивления также характеризуются показателем тепловой инерции. Посмотрим влияние этого параметра на выбор и конструирование контактных приборов. При внесении термометра с начальной температурой в среду с температурой его показания будут изменяться со временем от минимального в начальный период времени (t=0) до максимального значения при t=¥. При этом предположим, что термоприемник не оказывает какого-либо влияния на =const. В этом случае из условий теплообмена можно записать

;

где с – полная теплоемкость теплоприемника;
a - коэффициент теплообмена;

S – площадь поверхности, соприкасающейся с окружающей средой;

Ф=c/S – тепловой фактор.

Если принять , то

Следовательно, величина численно равна интервалу времени, по истечению которого при внесении термометра в среду с постоянной температурой разность температуры среды и любой точки чувствительного элемента стала равна 0,37 от первоначальной разности. Эту величину обычно называют показателем тепловой инерции термометра. Отметим, что он характеризует темпы и скорость теплообмена не только термометров сопротивления, но и любого контактного термоприемника со средой.

Из выражения

видно, что величина зависит от теплового фактора Ф и коэффициента теплообмена a. Изменение формы теплоприемника (шар, цилиндр, спираль с ребрами) при неизменном его объеме удается изменить в несколько раз. Однако, при увеличении линейных размеров чувствительного элемента:

1. изменяет условия измерений в пространстве;

2. может нарушить условие: равенство температур во всех точках термоприемника.

ГОСТ 6651-78 устанавливает для термометров сопротивления следующие максимальные показатели термической инерции, с: приборы с большой инерционностью (БИ)-240; средней (СИ)-80; малоинерционные – 9. эти значения определены при коэффициенте теплообмена, практически равным бесконечности. Однако a изменяется в весьма широких пределах (воздух в помещении – высокоскоростной поток жидкости), поэтому в реальных условиях показатель инерции будет выше, чем указано в паспорте прибора.

Термопары

Явление термоэлектричества, открытое Зеебеком в 1821 г., широко используется при измерении температур с помощью термопар (термоэлементов). Этот метод измерения основан на существующей зависимости между термоэлектродвижущей силой, возникающей в цепи, составленной из разнородных проводников, и температурами мест их соединения. Если составить цепь из любого числа разнородных проводников А, В, С,....N и температуры мест их соединения t₁, t₂, t₃,.....t_n cделать неодинаковыми, то в цепи возникнет термоэлектродвижущая сила, величина которой зависит от значения температур мест соединения проводников и их материала. Если же температура мест соединений проводников сделать одинаковыми, то Э.Д.С. в цепи не будет, в какой бы последовательности ни соединялись - проводники. Термоэлектрическая Цепь, составленная из двух разнородных проводников, называется термопарой.

Спай, помещаемый в среду, температура которой измеряется, называется горячим, а второй спай, температура которого поддерживается постоянной, — холодным, или, как еще его называют, свободным. Термопару с включенным в ее цепь измерительным прибором обычно называют термоэлектрическим пирометром.

В цепи, составленной из двух разнородных проводников А и Б, места соединения которых имеют температуры t и t₀ (рис. 3) возникает термо-Э.Д.С. Е_АБ(t,t₀), равная

Здесь через е обозначены результирующие Э.Д.С., то есть Э.Д.С. возникающие вследствие соединения разнородных проводников в местах их соприкосновения, и Э.Д.С., обусловленные разностью температур мест соединения проводников; индексы А и Б обозначают проводники, между которыми образуются Э.Д.С. Порядок написания индексов указывает направление результирующей э. д. с. Очевидно, что при перемене порядка индексов необходимо перед символом е изменить знак. В соответствии с этим выражение можно переписать в виде

то есть термо - э. д. с., возникающая в цепи, составленной из двух проводников, есть разность функций температур t и t₀ мест спаев проводников.

Если результирующую э. д. с. е в выражении обозначить через , то выражение для термо - э. д. с. цепи, показанной на рис. 4, можно записать

Рис.3. Цепь термопары Рис. 4. Схема включения измерительного прибора

в цепь термопары: а) включение прибора в месте разрыва свободных концов; б) включение прибора в рассечку одного из термоэлектродов.

Поддерживая температуру холодного спая t₀ постоянной и вводя обозначение , получим

где = const.

Последняя зависимость находится из градуировочных таблиц термопар, тогда измерение неизвестной температуры t сводится к измерению термо - э. д. с., развиваемой термопарой при поддержании температуры холодного спая t₀ неизменной.

В промышленных условиях для измерения термо - э. д. с., развиваемой термопарой, применяются автоматические потенциометры и милливольтметры. Описание автоматических потенциометров было дано в предыдущих главах, а описание милливольтметров можно найти в общеизвестной литературе по электроизмерительным приборам [90, 102].

Подключение электроизмерительного прибора к термопаре производится либо в разрыв цепи холодных спаев 2 (рис. 4 а), либо в разрыв одного из электродов термопары (рис. 4 б). В первом случае термопара имеет три спая: один горячий 1 и два 2 холодных, температура последних должна быть одинаковой и постоянной. Во втором случае термопара имеет четыре спая: один горячий 1, один холодный 2 и два нейтральных 8 и 4. Холодный спай должен иметь постоянную температуру to, а нейтральные спаи 3 и 4 должны иметь одинаковую температуру. Для выполнения этого условия спаи 3 и 4 должны размещаться на одной колодке по возможности ближе друг к другу. При нарушении равенства температур холодных спаев 2 (в случае схемы рис. 4 а) или нейтральных (в случае рис. 4 б) термо - э. д. с. термопары изменяется на величину термо - э. д. с. паразитной термопары, составленной из соединительных проводников в паре с термоэлектродами. Поэтому в цепи пирометра нежелательно применять проводники, дающие в паре значительные термо - э. д. с., даже там, где условие поддержания постоянства температур относительно выполняется.

Обе схемы измерения термо - э. д. с.' термопары (рис. 4 а, б) дают одинаковые результаты при соответственно одинаковых температурах горячих и холодных спаев, так как термо - э. д. с. термопары не изменяется от введения в ее цепь третьего проводника, если температуры концов этого проводника одинаковы. Чтобы обеспечить постоянство температуры холодных спаев термопары, их отводят по возможности дальше от зоны высокой температуры и помещают в специальную коробку или термостат, температура которых известна. Перенос холодных спаев термопары в зону с постоянной известной температурой осуществляется при помощи термоэлектродных (компенсационных) проводов, снабженных надлежащей изоляцией; Эти провода должны быть термоэлектрически идентичными с наращиваемыми электродами термопары, то есть они не должны давать термо - э. д. с. в местах соединения их с электродами термопары. Иногда вся проводка от термопары до электроизмерительного прибора осуществляется термоэлектродными проводами. В этом случае холодные спаи размещаются непосредственно в измерительном приборе. Это значительно облегчает задачу введения поправки на холодные спаи и позволяет автоматизировать ее, как это и делается в автоматических потенциометрах.

Как видно из выражения , с изменением температуры холодного спая термопары меняется ее э. д. с. Это вызывает необходимость введения поправки на изменение температуры холодных спаев, если известна их температура.

Введение поправки расчетным путем можно производить по формуле

где - истинная температура;

- температура, показывае6мая прибором;

- температура свободных концов, при которой производится градуировка;

- действительная температура свободных концов;

K – коэффициент, зависящий от типа термопары и от интервала измеряемой температуры.

В автоматических потенциометрах, применяемых для измерения термо-э.д.с., компенсация влияния температуры свободных концов термопары осуществляется автоматически путем введения в измерительную цепь потенциометра никелевого или медного сопротивления.

Иногда введение поправки на температуру свободных концов термопары осуществляется, с помощью специального моста, включаемого в цепь термопары. В одно из. плеч моста включается медное или никелевое сопротивление В (рис. 5), помещаемое возле свободных концов термопары. Питание моста осуществляется от аккумуляторной или сухой батареи Е напряжением около 4В.

При температуре градуировки вторичного прибора мост устанавливается в равновесие, при котором напряжение на измерительной диагонали АВ равно нулю. С изменением температуры свободных концов сопротивления R также изменяет свою величину, мост выходит из равновесия, и возникшее напряжение в измерительной диагонали компенсирует изменение термо-э.д.с. термопары.

Термопары в зависимости от материала электродов подразделяются на две основные группы: термопары из благородных металлов и термопары из неблагородных металлов. К первой группе относится платинородий-платиновая термопара типа ТПП. Ко второй группе относятся термопары хромель-алюмель типа ТХА, хромель-копель типа ТХК и термопары типа ТНК градуировки НК — СА, не требующие поправки на температуру свободных концов.

Для измерения температур в пределах 1100 — 1600°С применяются термопары платинородий - платина, один электрод которой представляет собой чистую платину, а второй — сплав 90% Pt + 10% Rh. Т. э. д. с., развиваемая этой термопарой при 1600°С, равна 16,76 мв (при температуре свободных концов, равной нулю).

Для измерения температур ниже 1100' С применяются термопары из неблагородных металлов, основные характеристики которых приведены в табл. 4.

Таблица 4

Наименование термопары	Т.э.д.с. при t₁=100°С t₀=0°С	Верхний предел измеряемой температуры, °С
При длительном применении	При кратковременном применении
Медь-копель Железо-копель Хромель-копель Хромель-алюмель	4,75 5,75 6,90 4,10

Термопара хромель-алюмель хорошо работает в окислительной среде благодаря возникновению при нагреве тонкой защитной пленки окислов, препятствующей дальнейшему окислению металла.

Термопары хромель-копель устойчиво работают в окислительной среде и менее устойчиво в восстановительной среде до температур 600°С.

Термопары железо-копель и медь-копель не получили распространения, ввиду отсутствия у них каких-либо существенных преимуществ по сравнению с термопарой хромель-копель.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒