Реферат - темпаратура

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Восточно - Сибирский государственный университет технологий и управления

(ФГБОУ ВПО ВСГУТУ)

Кафедра «АЭПП»

Реферат

«Приборы, методы и способы измерения температуры»

Выполнил: ст-т 278гр

Гармаева А.Р.

Проверил: Зубрицкий Э.В.

Улан - Удэ

2012г

Измерение температуры

Существуют два основных способа для измерения температур — контактные и бесконтактные. Контактные способы основаны на непосредственном контакте измерительного преобразователя температуры с исследуемым объектом, в результате чего добиваются состояния теплового равновесия преобразователя и объекта. Температурное поле объекта искажается при введении в него термоприемника. Температура преобразователя всегда отличается от истинной температуры объекта. Верхний предел измерения температуры ограничен свойствами материалов, из которых изготовлены температурные датчики. Кроме того, ряд задач измерения температуры в недоступных вращающихся с большой скоростью объектах не может быть решен контактным способом.

Бесконтактный способ основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой через лучеиспускание и воспринимаемой на некотором расстоянии от исследуемого объема. Этот способ менее чувствителен, чем контактный. Измерения температуры в большой степени зависят от воспроизведения условий градуировки при эксплуатации, а в противном случае появляются значительные погрешности. Устройство, служащее для измерения температуры путем преобразования ее значений в сигнал или показание, называется термометром (ГОСТ 13417-76).

По принципу действия все термометры делятся на следующие группы, которые используются для различных интервалов температур:

1. Термометры расширения от —260 до +700 °С, основанные на изменении объемов жидкостей или твердых тел при изменении температуры.

2. Манометрические термометры от —200 до +600 °С, измеряющие температуру по зависимости давления жидкости, пара или газа в замкнутом объеме от изменения температуры.

3. Термометры электрического сопротивления стандартные от —270 до +750 °С, преобразующие изменение температуры в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников.

4. Термоэлектрические термометры (или пирометры), стандартные от —50 до +1800 °С, в основе преобразования которых лежит зависимость значения электродвижущей силы от температуры спая разнородных проводников.

Пирометры излучения от 500 до 100000 °С, основанные на измерении температуры по значению интенсивности лучистой энергии, испускаемой нагретым телом, Термометры, основанные на электрофизических явлениях от -272 до +1000 °С (термошумовые термоэлектрические преобразователи, объемные резонансные термопреобразователи, ядерные резонансные термопреобразователи).

Манометрические термометры основаны на известной зависимости давления Р термометрического вещества в замкнутой системе с объемом V=const от температуры Т

PV=RT,

где R—универсальная газовая постоянная.

В качестве термометрического вещества могут использоваться разнообразные вещества, находящиеся в различном фазовом состоянии. В зависимости от этого выделяют основные три типа манометрических термометров: газовые, в которых система заполнена, как правило, инертным газом (азотом, реже водородом); жидкостные, в которых в качестве наполнителя используется жидкость (органические жидкости, редко ртуть); конденсационные, заполненные отчасти низкокипящей жидкостью, отчасти ее насыщенными парами.

Структурно (рис. 3-1, а) все манометрические термометры состоят из замкнутой системы, в которую входят: первичный измерительный преобразователь ПИП—термобаллон ТЕ; линия связи ЛС—капиллярная трубка КГ; измерительный преобразователь или прибор ИП— манометрический преобразователь МП. Вся система прибора заполнена термоманометрическим веществом.

Рис. 3.1.а

Конструктивно (рис. 3-1,б) термобаллон 1 в виде продолговатого стального или латунного цилиндра заключают в защитный кожух 5, соединяемый с объектом, в котором измеряют температуру. Кожух предохраняет ТБ от механического и химического разрушения и позволяет осматривать и заменять ТБ без нарушения герметичности объекта, ТБ соединяется с манометрическим преобразователем 3 с помощью медной соединительной капиллярной трубки 2. КТ защищена от механического повреждения гибкой стальной пружинящей трубкой 4, ее длина может доходить до 40 м. При нагревании ТБ давление температуре t приблизительно имеет вид

вещества внутри замкнутой системы увеличивается. Его увеличение воспринимается МП, который воздействует на отсчетное устройство показывающего или самопишущего прибора или на унифицированный стандартный преобразователь ГСП с выходным пневматическим или электрическим сигналом.

ТЕРМОМЕТРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Измерение температуры термометрами электрического сопротивления (ТС) основано на свойствах проводников и полупроводников изменять свое активное электрическое сопротивление при изменении их температуры.

Для большинства проводниковых ТС зависимость активного электрического сопротивления Rt при {Rt=Ro(l+at)} , где Ro — начальное сопротивление проводника при t=to; а — температурный коэффициент электрического сопротивления.

Исходя из этой зависимости, можно сформулировать требования к материалам для ТС: 1 .

В материалах предпочтителен большой температурный коэффициент электрического сопротивления а, так как относительная чувствительность ТС определяется из (3-1) его значением;

Температурный коэффициент а принято характеризовать, измеряя сопротивление проводника при t=0 °C, т.е. Ro , и при t=100°C, т. е. R100, вычисляя его среднее значение

или величину R100/Ro, отн. ед., и разброс ±Dа.

Изменение сопротивления под действием температуры желательно иметь линейное или близкое к нему и однозначное (без гистерезисных явлений). Выбирают материалы химически стойкие, неизменные во времени, легко воспроизводимые в химически

и физически чистом виде.

В соответствии с этими требованиями для стандартных ТС (ГОСТ 6651—78) используется медь и платина. При температуре i полное сопротивление Rt платинового ТС определяется зависимостями-

• для t>00С Rt=R0(1+At±Bt2), (3.3)

• для t<00C Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)] (3.4)

Конструктивное устройство современных медных ТС приведено на рис, 3-2. Он представляет собой бескаркасную безындукционную катушку из медной проволоки диаметром 0,08 мм, покрытую фторопластовой пленкой 2. К обмотке припаяны два вывода 3. Для обеспечения виброустойчивости и герметичности чувствительный элемент ТС помещается в тонкостенную металлическую гильзу с керамическим порошком и герметизируется.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ

Первичным измерительным преобразователем термоэлектрического термометра (ТТ) служит термопара, которая состоит из двух разнородных проводников (рис. 3-3). Принцип действия термопары основан на образовании термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) в спае двух разнородных проводников, если их температура изменяется вдоль проводников.

Если составить цепь из двух разнородных проводников, термоэлектродов А и В (рис. 3-3). то возникает ТЭДС К, равная

Е = eaв (t,t0)=eAB (t)+eBA(to)), где еAB (t) - ТЭДС при температуре t; -ТЭДС при температуре to.

Рис. 3.3.

Значение Е определяется, во-первых, разностью температур, при которой находятся спай 1, рабочий конец цепи и свободные концы цепи 2,2', и, во-вторых, контактной разностью потенциалов из-за разной работы выхода электронов у разнородных металлов, зависящей от температуры.

Поддерживая температуру одного из концов, например 2, постоянной, г е. to=const получаем E=f(t). Если эту зависимость определить экспериментально, то такое устройство можно использовать для измерения температуры t, измеряя ТЭДС Е. При включении прибора ИП для измерения Е обязательным условием является одинаковая температура в точках подключения прибора к термоэлектродам 2,2'или 3,3'(после удлинительных проводов) (рис. 3—3).

Термоэлектродные материалы, предназначенные для изготовления термопар, должны отвечать следующим условиям: не изменять с течением времени своих физических свойств, значение ТЭДС этих материалов выбирают достаточным для точных измерений, которое должно изменяться однозначно в зависимости от температуры; температурный коэффициент электросопротивления их должен быть, по возможности, минимальным, а электропроводность и теплопроводность — высокой. Термопары в электрических термометрах конструктивно представляют собой два термоэлектрических проводника диаметрами от 0,5 до 3 мм , механически и с помощью сварки или пайки соединенных в месте рабочего спая. Остальную длину проводников изолируют асбестом, керамическими или кварцевыми бусами или трубками в зависимости от измеряемой температуры.