7.4.4. Прилади для вимірювання температури


Повернутися на початок книги
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 
45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 
60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 
75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 
105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 

Загрузка...

Температура характеризує тепловий стан речовини. Вона впливає на багато процесів, що відбуваються на виробництві, у лабораторіях і в природі. На відміну від інших параметрів, що характеризують стан речовини, температуру не можна виміря-

 «Товарознавство»

ти безпосередньо. Значення температури залежить від умовно прийнятих точок відліку й одиниць, нанесених на температур-ну шкалу. Температурна шкала являє собою систему послідов-них значень температури, зв’язаних лінійно зі значеннями ви-мірюваної фізичної величини. Такою фізичною величиною може бути об’єм речовини, тиск, електричний опір або інший параметр, що залежить від температури.

В даний час температуру визначають за Міжнародною прак-тичною температурною шкалою (скорочено МПТШ-68), вста-новленою в 1968 р. Міжнародним комітетом мір і ваг. Вона містить у собі шкалу Цельсія і шкалу Кельвіна. За шкалою Цель-сія, або стоградусною шкалою, температуру вимірюють у граду-сах (°С). Ця шкала починається з точки танення льоду, прийнятої за 0 °С. За 100 °С прийнята точка кипіння води. Один градус – це сота частина даного інтервалу. За шкалою Кельвіна, або термо-динамічною шкалою, температуру вимірюють у Кельвінах (ТК), починаючи від абсолютного нуля, рівного – 273,15°С.

Одиниці температури за шкалою Цельсія і Кельвіна рівні між собою, тобто 1°С=1 К, тому якщо відома температура в С, то можна визначити температуру в Кельвинах (або навпаки) за співвідношенням: ТК=t+273,15. Шкалою Кельвіна практич-но користуються, наприклад, у техніці низьких температур, коли негативні градуси стають позитивними Кельвінами. Так, температура рідкого кисню складає -183 °С, або 90 К; рідкого азоту -196 °С, або 77 К.

Усі методи вимірювання температури можна розділити на дві великі групи – контактні і безконтактні. Залежно від мето-ду прилади для вимірювання температури підрозділяють також на контактні (термометри) і безконтактні (пірометри).

Контактні термометри

При вимірюванні температури вони безпосередньо контак-тують з об’єктом. Вимірювання засноване на визначеній залеж-ності від температури фізичної властивості об’єкта, а саме: теп-лового розширення рідини, електричного опору. Термометри

Розділ 7. Засоби промислової автоматики

масового виробництва засновані саме на цих фізичних власти-востях і за принципом дії їх класифікують на рідинні, маномет-ричні, термоелектричні і термометри опору. Вибір того або іншо-го термометра залежить від цілей вимірювання, об’єкта, діапазону вимірюваних температур, необхідної точності вимі-рювань й інших чинників.

Рідинні термометри засновані на зміні об’єму спеціальної термометричної рідини залежно від температури. Рідина зна-ходиться в скляному резервуарі, з’єднаному з капіляром, із яким зв’язана температурна шкала. Унаслідок різниці теплового роз-ширення рідини і скла при зміні температури змінюється ви-сота стовпчика рідини, що знаходиться в капілярі. Оскільки скляний резервуар і капіляр безпосередньо впливають на по-казання рідинних термометрів, їх називають за цією конструк-тивною особливістю скляними. Залежно від виду термометрич-ної рідини скляні термометри випускають ртутними і нертутними. Ртутні термометри мають діапазон вимірювань від -35 до 650 °С , нертутні — від -200 до 200 °С. Точність цих тер-мометрів залежить від інтервалу вимірюваних температур і ціни ділення шкали. Наприклад, при ціні ділення шкали 1 °С для температур від -35 до 0 °С допускається максимальна погрішність ±1 °С, а для температур 300 ... 400 °С – ±4 °С. Рідинні термометри завдяки простоті конструкції й обігу, не-високій вартості широко застосовують для технічних і лабора-торних вимірювань. Термометри різного призначення мають окремі конструктивні особливості.

Залежно від розташування шкали термометри бувають па-личні,, у яких шкала нанесена безпосередньо на поверхню кап-іляра у вигляді насічки по склу, і з вкладеною шкалою, нанесе-ною на прямокутну пластинку за капіляром. Паличні прилади більш точні, але менш зручні для спостереження показань. За формою хвостової частини термометри поділяють на прямі і кутові, нижня частина яких вигнута під кутом 90°. Для фіксу-вання досягнутих за визначений час максимальних значень температури служать максимальні термометри, а мінімальних

 «Товарознавство»

значень – мінімальні. При вимірюванні максимальним термо-метром меніск стовпчика рідини показує максимальну темпе-ратуру, не спадаючи навіть після її зниження. Це досягається за допомогою вставленого в капіляр штифта або звуження по-перечного перетину капіляра. Для нового вимірювання необх-ідно легким струшуванням повернути стовпчик у вихідне по-ложення. Таким термометром є, наприклад, медичний. У мінімальних термометрів (вони зазвичай спиртові) у капілярі знаходиться рухомий штифт-покажчик, що переміщається ра-зом із спиртом при зниженні температури. Положення кінця штифта, найближчого до меніска спирту, указує мінімальну температуру. Щоб повернути штифт у вихідне положення, тер-мометр перевертають. Для сигналізації і регулювання темпера-тури в капіляр запаюють тонкий металевий дріт, при контакті з яким стовпчик ртуті замикає електричний ланцюг. Замикан-ня і розмикання електричного ланцюга обумовлюють регулю-вання нагріву і сигналізацію. Такі прилади називаються термо-контакторами, вони можуть мати один, два або більше контактів постійних або змінних. Недолік рідинних термометрів – не-можливість дистанційних вимірювань температури.

Манометричні термометри передають показання темпера-тури на відстань. Принцип їх дії такий же, як і рідинних, тобто зміна об’єму термометричної речовини залежить від темпера-тури. При цьому змінюється тиск, що здійснює ця речовина на чутливий пружний елемент (пружину) 1 (рис. 7.1, а), зв’язаний із вказівною стрілкою або пером самописа. Шкала приладу гра-дуйована безпосередньо в градусах Цельсія. Термометричною речовиною такого термометра може бути не тільки рідина, але і газ (азот) або конденсат. Речовина заповнює термосистему приладу, що складається із сталевого термобаллона 3, що зна-ходиться при вимірі в середині середовища, і капіляра (стале-вого або мідного) 2 (рис. 7.1., б), через який тиск цієї речовини передається на пружний елемент. Від заповнювача термосис-теми залежить область вимірів температури, довжина сполуч-ного капіляра, клас точності приладу.

 

 

Розділ 7. Засоби промислової автоматики

Рис.7.1. Манометричні термометри

Манометричні термометри порівнянно з рідинними мають ряд переваг: можливість одержання показань на визначеній відстані від місця вимірювання температури і їх автоматично-го запису. Крім того, ці прилади більш міцні. Однак точність їх невелика.

Більш точними є термометри, що містять термоперетворювачі, які перетворюють температуру, величину неелектричну, в елек-тричну. Найбільш поширеними є термометри опору з термопе-ретворювачем опору і термоелектричні термометри з термоелек-тричним перетворювачем. Зміна електричних властивостей при зміні температури фіксується вторинними приладами, що про-градуйовані або в одиницях електричної величини, або безпосе-редньо в одиницях температури. Такі термометри, хоча і дорожчі рідинних і манометричних, зате мають вищу точність, ширший діапазон вимірювання, великі можливості автоматизації вимірю-вання і регулювання температури, а також значно більшу відстань, на яку здійснюється передача показань. Вторинними приладами, що уловлюють зміни електричних розмірів, є потен-ціометри, логометри, мости, мілівольтметри й ін.

Термометри опору застосовуються для виміру температури різних середовищ у діапазоні -50...750°С. Принцип їх дії засно-ваний на збільшенні електричного опору металу зі збільшенням температури (і навпаки), причому залежність електричного

 «Товарознавство»

опору від температури для різних металів неоднакова. Промис-ловість випускає термометри опору, у яких термочутливим елементом є спіраль 1 із тонкого платинового або мідного дро-ту (рис. 7.2, а).

 

Рис. 7.2. Термометр опору

Температурний діапазон виміру платиновими. термометра-ми –260...750 °С, мідними – 50...+180 °С. Для вимірювання елек-тричного опору використовують вимірювальні мости і логомет-ри. Термометри опору мають досить значну довжину термочутливого елемента 2 (30 ... 120 мм), тому вони вимірю-ють середню температуру середовища.

Термоелектричні термометри (термопари). Вимірюють температуру в обмеженому (точковому) об’ємі. У них широ-кий діапазон вимірів –200...1600 °С. Принцип дії таких термо-метрів заснований на явищі термоелектрики – електричний струм з’являється в провіднику через різницю температур на його кінцях або окремих ділянках, у результаті чого виникає певна різниця потенціалів, називана термоелектрорушійною силою (термо-е.р.с.). Вона вимірюється мілівольтметрами або потенціометрами. В одиночному провіднику ця сила надзви-чайно мала, тому використовують замкнутий контур із двох різнорідних провідників (термоелектродів А і В), місця спаїв яких знаходяться при різній температурі (мал. 7.2., б). Чим більше різниця температур, тим вище значення термо- е.р.с. Для виміру температури один спай поміщають у середовище , що вимірюється, інший знаходиться при постійній темпера-Розділ 7. Засоби промислової автоматики

турі (0 С або 20° С). Термоелектроди підбирають таким спо-собом, щоб розвивалася досить висока термо-е. р.с., що реагує на зміну температури.

Термоелектричні перетворювачі (термопари), так само як і термоперетворювачі опору, поступають споживачу попередньо проградуйованими, тобто з указаними значеннями термо-е. р. с. або опорів і відповідних їм значень температури. Градуіровка кожного приладу строго індивідуальна і вказується в паспорті.

Бесконтактні пірометри

Принципова відмінність їх від контактних термометрів по-лягає в тому, що первинний перетворювач пірометра знахо-диться поза вимірюваним середовищем. Пірометри поділяють на оптичні (візуальні) і радіаційні.

Вимір температури оптичним пірометром заснований на збільшенні яскравості тіла з підвищенням температури. При цьому яскравість світіння нагрітого тіла порівнюється з яскра-вістю нитки контрольного випромінювача (електричної лампи накалювання), що регулюється реостатом. При вимірюванні температури спостерігач направляє об’єктив на об’єкт; в окулярі він бачить нитку лампи на тлі об’єкта і плавним регулювання реостата збільшує розжарення нитки до її уявного зникнення на фоні об’єкта. Такими приладами визначають температуру тільки об’єктів, що світяться, в інтервалі 800...4000 °С.

Температуру тіл, що не світяться, визначають радіаційни-ми пірометрами, дія яких заснована на залежності теплового випромінювання об’єкта від температури. Теплові промені кон-центруються збиральною лінзою на робочих кінцях термобата-реї, що складається з декількох термопар. За виникаючою тер-мо-е. р. с. судять про температуру об’єкта. Такими пірометрами вимірюють температуру 400...2500 °С.

Кожний із методів виміру температури специфічний і не володіє універсальністю. Вибір оптимального для даних умов методу визначається необхідною точністю і тривалістю вимірів, необхідністю автоматичної реєстрації і регулювання температури.

 «Товарознавство»