 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Измерение температуры
Одним из параметров, подлежащих контролю при проведении большинства лабораторных работ, является температура.
В зависимости от физических свойств, положенных в основу их построения приборы для измерения температуры разделяются на следующие группы:
- термометры расширения;
- манометрические термометры;
- электрические термометры сопротивления;
- термоэлектрические преобразователи (термопары);
- пирометры.
Термометры расширения предназначены для изменения температур в диапазоне от -190 до +600 градусов Цельсия. Принцип действия термометров расширения основан на свойстве тел под действием температуры изменять объем, а следовательно, и линейные размеры. Термометры расширения разделяются на жидкостные стеклянные и механические (дилатометрические и биметаллические).
Ртутные термометры относятся к жидкостным термометрам расширения, которые работают по принципу изменения объема жидкости в зависимости от температуры. Все жидкостные стеклянные термометры состоят из сосуда (шарика), переходящего в капиллярную трубку, запаянную сверху. Сосуд и капилляр изготовляются из одного и того же материала. Шкалу выполняют в виде вложенной шкальной пластинки либо наносят на массивную капиллярную трубку. Промышленностью выпускаются ртутные термометры для измерения температуры от -35 до 600 оС. Для измерения температур в диапазоне от –80 до 80 0С в качестве рабочей жидкости используется этиловый спирт.
Манометрические термометры предназначены для измерения температуры в диапазоне от -160 до +600 градусов Цельсия. Принцип действия манометрических термометров основан на изменении давления жидкости, газа или пара, помещенных в замкнутом объеме, при нагревании или охлаждении этих веществ;
Электрические термометры сопротивления применяются для измерения температур в диапазоне от -200 до +650 градусов Цельсия. Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве металлов, сплавов и некоторых полупроводников изменять величину сопротивления с изменением температуры.
Одно из возможных конструктивных исполнений термометра сопротивления показано на рис.1.5. Каркас 1 изготовляется из электроизоляционного материала (фарфор, кварц, слюда и др.). В качестве чувствительного элемента применяется обычно медная проволока 2 толщиной 0,05 - 2 мм, хотя в качестве материала проволоки в зависимости от назначения термометра сопротивления может быть платина, золото, железо, никель, константан и др.
Термометр сопротивления применяется с защитным кожухом 3 или без него.
Для измерения сопротивления такого термометра используется мостовой метод, схема которого аналогична приведенной на рис.1.4.
Медные термометры сопротивления применяются для измерения температур в пределах от – 50 до +180, платиновые от
– 200 до +65 градусов Цельсия.
Наряду с термометрами сопротивления из металлических проводников для измерения температуры находят также применение полупроводниковые термометры сопротивления - терморезисторы. Терморезисторы, представляющие непроволочные объемные нелинейные резисторы различной формы (цилиндрические, шайбовые и др.), в отличие от металлических резисторов имеют отрицательный температурный коэффициент, т. е. при нагревании уменьшают свое сопротивление.
Достоинством термометров сопротивления является возможность передачи показа-
Рис. 1.5 ний на расстояние и их автоматической регистрации.
Термоэлектрические преобразователи используются при измерения температуры от 0 до +1800 градусов Цельсия.
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.
Существующее представление о механизме образования термо - э. д. с. основывается на том, что концентрация свободных электронов в единице объема межмолекулярного пространства проводника, 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: появится некоторая разность потенциалов (термо - э.д.с). С увеличением температуры проводников значение этой термо - э. д. с. также увеличивается. Располагая законом изменения термо - э. д. с. термопары от температуры и определяя значение термо - э. д. с. электроизмерительным прибором, можно найти искомое значение температуры в месте измерения.
Принципиальное устройство термоэлектрического термометра представлено рис. 1.6. Он состоит из спая 1 двух разнородных термоэлектродов 2, защитного чехла 3 и головки с зажимами 4 для подключения измерительного прибора, в качестве которого, применяются магнитоэлектрические милливольтметры либо потенциометры.
В качестве термоэлектродных материалов для изготовления термометров применяются главным образом чистые металлы и их сплавы. 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.
Материалы наиболее используемых термопар Рис. 1.6
и их характеристики приведены в таблице 1.1.
| Рис. 1.4 |
Рис.1.7 Рис. 1.8
Термоэлектроды А и Б имеют спаянные концы. Спай, который закреплен на объекте с температурой t 1 , называют измерительным, а спай с температурой t2 – спаем сравнения. При измерении температуры термопарами, для удобства отсчета, спай сравнения помещают в теплоизолированный сосуд, например с тающим льдом (см. рис.1.7), тогда t2 = 00C. Если в эксперименте требуется замерять температуру t, которая незначительно отличается от t0, то для увеличения сигнала используют многоспайную дифференциальную термопару, схема которой представлена на рис. 1.8.
Т а б л и ц а 1.1
Термопары и их маркировка
| Рис. 1. 6 |
| Материал электродов | Состав материала | Маркировка | Teрмо-эдс на 100 0С, мв | Диапазон применения, 0С |
| Железо – Константан | 100% Fe 55%Gu+45%Ni | ТЖК | 5,0 – 6,4 | От -200 до +750 |
| Медь – Константан | 100% Cu 55% Cu+45%Ni | ТМК | 4,0 – 6,0 | От –200 до +500 |
| Хромель – Копель | 90%Ni+10%Cr 56%Cu+44%Ni | ТХК | 6,8 – 8,8 | От –200 до +600 |
| Хромель – Алюмель | 90%Cu+10%Cr 95%Ni+5%Al | ТХА | 3,5 – 4.2 | От -200 до +1300 |
| Платина-платинородий | 100%Pt 87%Pt+13%Rh | ТПП | 1,0 – 1,4 | От +630 до +1600 |
| Вольфрам – Рений | 95%W+5%Re 80%W+20%Re | А-3 | 1,4 – 0, 7 | От 0 до +2200 |
Термоэлектрические термометры широко применяются в энергетических установках для измерения температуры перегретого пара, дымовых газов, металла труб котлоагрегатов и т. п. Положительными свойствами их являются: большой диапазон измерения, высокая чувствительность, незначительная инерционность, отсутствие постороннего источника тока и легкость осуществления дистанционной передачи показаний.
Приборы для бесконтактного контроля температуры называются пирометрами. В настоящее время реализуется большое количество пирометров различающихся по принципу действия, по диапазону измеряемой температуры, по области применения, по исполнению.
По принципу действия пирометры можно разделить на оптические, радиационные и цветовые.
Оптические позволяют визуально определять температуру нагретого тела, путем сравнения его цвета с цветом эталонной нити.
Радиационные оценивают температуру посредством пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой полосе спектрального излучения, то такой пирометр называют пирометром полного излучения.
Цветовые (другие названия: мультиспектральные, спектрального отношения) – позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.
В температурном диапазоне: низкотемпературные обладают способностью показывать отрицательные температуры объектов по шкале Цельсия; высокотемпературные оценивают температуру сильно нагретых тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным.
Исполнение пирометров имеется переносное и стационарное.
Переносные удобны в эксплуатации в условиях, когда необходима высокая точность измерений, в совокупности с хорошими подвижными свойствами, например, для оценки температуры труднодоступных объектов. Обычно они снабжены небольшим дисплеем, отображающим графическую или текстово-цифровую информацию.
Стационарные. Предназначены для более точной оценки температуры объектов. Используются в основном в крупной промышленности, для непрерывного контроля технологического процесса производства расплавов металлов и пластиков и др.
Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в научных исследованиях, в быту, в технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль и др.). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.
Поиск по сайту: