- •Содержание
- •Введение
- •1 Термометры расширения. Лабораторная работа №1
- •1.1 Общие сведения о термометрах расширения
- •1.2 Механические термометры
- •1.3 Жидкостные стеклянные термометры
- •1.4 Манометрические термометры и терморегуляторы
- •1.5 Описание лабораторной установки
- •1.6 Методика выполнения лабораторной работы №1
- •1.7 Обработка и анализ экспериментальных данных
- •2 Датчики температуры с естественными выходными
- •2.1 Термоэлектрические преобразователи
- •А) измерительная схема с термоэлектрическим преобразователем; б) конструкция преобразователя.
- •* Электроды различаются содержанием компонентов в сплавах.
- •2.2 Термопреобразователи сопротивления
- •2.3 Описание лабораторной установки
- •2.4 Методика выполнения лабораторной работы №2
- •В процессе нагрева
- •2.5 Обработка и анализ экспериментальных данных
- •3 Приборы для контроля давления. Лабораторная работа №3
- •3.1 Манометры и реле давления на основе деформационных
- •3.2 Датчики давления с унифицированными выходными сигналами
- •3.3 Описание лабораторной установки
- •3.4 Методика выполнения лабораторной работы №3
- •3.5 Обработка и анализ экспериментальных данных
- •4 Датчики и регуляторы уровня.
- •4.1 Общие сведения о средствах контроля уровня
- •4.2 Описание лабораторной установки
- •4.3 Методика выполнения лабораторной работы №4
- •4.4 Обработка и анализ экспериментальных данных
- •5 Аналоговые и цифровые контрольно-измерительные приборы. Лабораторная работа №5
- •5.1 Общие сведения о измерениях
- •5.2 Аналоговые вторичные измерительные приборы
- •5.3 Цифровые измерительные приборы
- •6 66 6
- •5.4 Описание лабораторной установки
- •5.5 Методика выполнения лабораторной работы
- •5.6 Обработка и анализ экспериментальных данных
- •6 Автоматические системы регулирования. Лабораторная работа №6
- •6.1 Общие сведения об автоматических системах регулирования
- •6.2 Описание лабораторной установки
- •6.3 Методика выполнения лабораторной работы №6
- •6.4 Обработка и анализ экспериментальных данных
2.2 Термопреобразователи сопротивления
Термопреобразователи сопротивления являются широко распространенными датчиками температуры, используемыми в диапазоне от -260 до 1100°С.
Принцип действия их основан на способности материалов (металлов и полупроводников) изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Для изготовления термопреобразователи сопротивления используются в соответствии с ГОСТ 6651-94 чистые медь, платина и никель. Эти металлы имеют стабильные и воспроизводимые характеристики преобразования (градуировочные характеристики).
Номинальные статические характеристики преобразования датчиков рассчитываются по формуле
(2.3)
где Rt – сопротивление термопреобразователя при температуре t, Ом;
Rо – сопротивление при температуре 0 0С, Ом;
Wt – отношение сопротивлений при температурах t и 0 0С.
Значения Wt приведены в таблицах ГОСТ 6651-94. Кроме того их можно рассчитать по приведенным в ГОСТе интерполяционным уравнениям.
Термопреобразователи сопротивления выпускаются с классами допуска А,В и С. Под классом допуска понимается обобщенная характеристика термопреобразователя, определяющая допускаемые отклонения сопротивления Rо, значения W100 (отношения сопротивлений при температурах 100 0С и 0 0С) и погрешности измерения температуры Δt. Класс допуска определяется чистотой материала (платины, меди, никеля) качеством изготовления термопреобразователя.
В таблице 2.3 приведены предусмотренные ГОСТом номинальные значения сопротивлений датчиков R0, отношений сопротивлений W100 и условные обозначения номинальных статических характеристик, а также пределы измерения и классы допуска.
Таблица 2.3 - Термопреобразователи сопротивления
Тип термопреобразователя сопротивления ТС (классы допуска) |
Номинальное значение сопротивления R0, Ом |
Условные обозначения номинальной статической характеристики преобразования НСХ, отношение W100 |
Пределы измерения, 0С | ||
в СНГ |
международное | ||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 | |
Платиновые,
ТСП (А,В,С) |
1 10 50 100 500 |
W100=1,3850 |
W100=1,3910 Pt´ 1 Pt´ 10 Pt´ 50 Pt´ 100 Pt´ 500 |
-260 …+1100 | |
1П 10П 50П 100П 500П |
Pt 1 Pt 10 Pt 50 Pt 100 Pt 500 | ||||
Медные, ТСМ
(А,В,С) |
10 50 100 |
W100=1,4260 |
W100=1,4280 |
-200… +200 | |
10М 50М 100М |
Cu10 Cu 50 Cu 100 |
Cu´ 10 Cu´ 50 Cu´ 100 | |||
Никелевые, ТСН (С) |
100 |
W100=1,6170 |
-60… +180 | ||
100Н |
Ni100 |
У медных термопреобразователей с W100=1,4260 с ростом температуры сопротивление увеличивается по линейной зависимости. Для других типов преобразователей сопротивление имеет сложную нелинейную зависимость от температуры. Интерполяционные уравнения для вычисления Wt различных типов термопреобразователей приведены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 - Интерполяционные уравнения для вычисления Wt
Тип ТС, W100 |
Интервал температур, 0С |
Интерполяционное уравнение |
Значение коэффициентов |
1 |
2 |
3 |
4 |
1. ТСП, W100=1,3910 |
-200…0
0…600 600…1100 |
Wt=1+At+Bt2 Wt=1+At+Bt2 |
0С-1 0С-2 0С-4 0С-2 |
2. ТСП, W100=1,3850 |
-200…0 0…850 |
Wt=1+At+Bt2+C(t-100)t3 Wt=1+At+Bt2 |
0С-1 0С-2 0С-4 |
3. ТСМ, W100=1,4280 |
-200…-185 -185…-100 -100…-10 -10…+200 |
Wt=1+A(t-13,7) Wt=1+αt+Bt(t-10)+Ct3 Wt=1+αt+Bt(t-10) Wt=1+αt |
0С-1 0С-1 0С-2 0С-3 |
Продолжение таблицы 2.4 | |||
1 |
2 |
3 |
4 |
4. ТСМ, W100=1,4260 |
-50…+200 |
Wt=1+αt |
0С-1 |
5. ТСН, W100=1,6170 |
-60…+100 100…180 |
Wt=1+At+Bt2 Wt=1+At+Bt2+C(t-100)t2 |
0С-1 0С-2 0С-3 |
Устройство проволочных термопреобразователей сопротивления представлено на рисунке 2.2. Чувствительный элемент датчика представляет проволоку 1 диаметром 0,07 или 0,1 мм, намотанную на каркас 2 из стекла, кварца, керамики, слюды или пластмассы. От чувствительного элемента идут выводы 3 к зажимам 4 головки 5. К этим зажимам присоединяются провода, идущие к измерительному прибору. Чувствительный элемент помещен в защитную оболочку 6.
Рисунок 2.2 – Конструкция проволочного преобразователя
Выводы изолированы керамическими бусами 7. Вся конструкция помещена в защитный чехол 8. Для установки на объекте контроля датчик снабжен штуцером 9. В некоторых датчиках чувствительные элементы выполняются бескаркасными, в виде компактно уложенного мотка проволоки.
Относительно новой технологией изготовления датчиков является пленочная технология, при которой чувствительный элемент выполняется в виде тончайшей пленки металла (платины). Датчик имеет игольчатую конструкцию с диаметром чехла до 2 мм, удобную для измерения температуры внутри продукта.
Кроме металлов для изготовления термопреобразователей сопротивления применяются также полупроводниковые материалы: германий, окислы меди, марганца, кобальта, магния, титана и их смеси. Большинство полупроводниковых материалов обладает большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (сопротивление резко уменьшается с ростом температуры) и очень большим удельным сопротивлением. Это дозволяет изготовлять очень малые по размерам датчики, обладающие высокой чувствительностью. Зависимость сопротивления полупроводникового термопреобразователя (терморезистора) от температуры может быть описана выражением:
(2.2)
где Т - измеряемая температура, К;
Т0 - начальная температура, К ( Т0 = 293 К);
В - коэффициент, зависящий от материала полупроводника, К;
RT и R0 – сопротивления датчика при температурах Т и Т0, 0м.
Значительным недостатком терморезисторов является то, что они не отвечают требованию воспроизводимости. Технология получения полупроводниковых материалов не позволяет изготовлять датчики с идентичными параметрами, поэтому все они имеют индивидуальные характеристики преобразования, а разброс этих характеристик выражается различием сопротивления R0 отдельных датчиков более чем в 1000 раз. Необходимость индивидуальной градуировки существенно ограничивает возможности широкого использования терморезисторов для измерения температуры. Основной областью применения терморезисторов являются системы температурной сигнализации, а для измерения температуры используются в основном проволочные термопреобразователи сопротивления (медные и платиновые).
Измерительный комплект с техническим термометром сопротивления состоит из самого термометра, соединительных проводов, источника питания и электроизмерительного прибора (вторичного прибора), фиксирующего изменение сопротивления. В качестве вторичного прибора применяют цифровые измерительные приборы, например, серии ТРМ, а также аналоговые электромеханические приборы: мосты, логометры, приборы серии «Диск».