Измерительные преобразователи температуры

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

 профессионального образования

 

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

 

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЕЙ И СООРУЖЕНИЙ

 

 

 

 

 

 

ОТЧЕТ

по лабораторно-практическим занятиям

 дисциплины  Основы автоматизации энергетических процессов

на тему Измерительные преобразователи температуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверил: ассистент кафедры Промышленная

 теплоэнергетика Валиюллина А.А.

Выполнил: студентка группы ПТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень, 2012

 

Содержание

Введение 3

1.1 Термометры расширения 4

1.2 Типы ртутных  стеклянных термометров. Принцип  действия. 5

1.4  Манометрические  термометры. Пределы измерения и  классы точности. 6

1.5 Схема манометрического  термометра. 7

1.6 Работа термометров  сопротивления. 8

1.7 Достоинства термометров  сопротивления. Диапазон измерения  температуры. 9

1.8 Действие термоэлектрических  пирометров. 10

1.9 Схема термоэлектрического  пирометра. 11

1.10 Требования к  материалам для термопар. 12

1.11 Общий вид термопар. 13

1.12 Область применение  измерительных приборов. 14

Заключение 15

Приложение_______________________________________________________________________ 16

 

Введение

Вовсе времена огромное внимание уделяется расходу электроэнергии, расходу воды, газа и т.д. Самое важное, что это действительно помогает сэкономить средства семейного бюджета. Именно такое значение имеют все измерительные приборы на любом предприятии, особенно когда от этого зависит весь процесс производства. Главное, чтобы выбранное оборудование соответствовало всех стандартам качества и смогло прослужить длительное время. Ведь стоит вспомнить, как важно для обычного человека выбрать системы увлажнения воздуха, такие вещи приобретаются из расчета не на один год.

 Современное оборудование  и различные измерительные приборы  производятся с учетом всех современных разработок и технологий и только из самых высококачественных материалов. Для любого технологического процесса высокое значение имеет температура воздуха, температура, до которой нагревается оборудование и др. Сегодня известны и широко применяются контактные и бесконтактные термометры. Кроме термометров на любом производстве важно наличие таких приборов как гигрометр, датчики давления, различного рода измерители. 

1.1 Термометры расширения

Термометры, приборы для измерения температуры посредством контакта с исследуемой средой. Действие термометров основано на изменениях однозначно зависящих от температуры и легко поддающихся определению разных физических свойств тел. Соответственно различают следующие наиболее распространенные типы термометров: расширения, манометрические, сопротивления, термоэлектрические, магнитные.

Термометры расширения подразделяются на жидкостные термометры, дилатометрические термометры, биметаллические термометры. Принцип действия жидкостных термометров основан на свойствах теплового расширения термоэлектрического вещества при изменениях температуры. Определение температуры в данном случае происходит по величине видимого изменения объёма жидкости в капиллярной трубке. В качестве термометрической жидкости применяется ртуть, этиловый спирт, керосин, толуол, пентан. Диапазон измерения температур составляет от -100 до +600°С. К недостаткам жидкостных термометров относится их хрупкость, возможность загрязнения окружающей среды, непригодность для ремонта. Для защиты от механических повреждений для термометров разработаны защитные арматуры. К наиболее распространенным термометрам расширения относятся ТТЖ-М, ТТ, ТБ, ТБЛ, ТБН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Типы ртутных стеклянных термометров. Принцип действия.

Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан  на тепловом расширении жидкостей. При изменении температуры изменяется объем термометрической жидкости, при этом изменяется положение уровня жидкости в капилляре, по которому отсчитывается значение температуры. Жидкостные термометры изготавливаются из различных марок стекла резервуаров и наполняются различными термометрическими жидкостями или ртутью. Большим преимуществом последней является то, что она не смачивает стекло и легко может быть получена химически чистой. Цена деления стеклянных термометров находится в пределах (0,01... 10) °С и определяется назначением термометра и видом применяемой термометрической жидкости (приложение №1).

Из жидкостных термометров  наибольшее распространение получили ртутные. Они обладают рядом преимуществ благодаря существенным достоинствам ртути, которая не смачивает стекла, сравнительно легко получается в химически чистом виде и при нормальном атмосферном давлении остается жидкой в широком интервале температур

(от - 38,87 до + 356,58° С). Следует также отметить, что давление насыщенных паров ртути при температуре, превышающей 356,58° С, невелико по сравнению с давлением насыщенных паров других жидкостей. Это дает возможность относительно небольшим увеличением давления над ртутью в капилляре заметно повысить ее температуру кипения, а вместе с тем и расширить температурный интервал применения ртутных термометров.

 

К числу недостатков ртути  с точки зрения термометрии следует  отнести сравнительно малый коэффициент  расширения. При измерении температуры  термометрами, заполненными органическими жидкостями, необходимо иметь в виду, что они смачивают стекло, а вследствие этого понижается точность отсчета показаний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Манометрические термометры. Пределы измерения и классы точности.

Термометр манометрический - прибор для измерения температуры, действие которого основано на одном  из трёх принципов: тепловом расширении жидкости, температурной зависимости  давления газа и температурной зависимости  давления насыщенных паров жидкости.

Различают манометрические  термометры:

• газовые (азот);
• жидкостные (ртуть);
• конденсационные, или парожидкостные (хлористый этил и др.).

Термосистема термометра заполнена рабочим веществом, например газом (или жидкостью), под некоторым начальным давлением. Термобаллон манометрического термометра помещают в измеряемую среду. При нагреве термобаллона внутри замкнутого объема увеличивается давление, которое измеряется манометром. Шкала манометра градуируется в единицах температуры. Капилляр обычно представляет собой латунную трубку с внутренним диаметром в доли миллиметра. Это позволяет удалить манометр от места установки термобаллона на расстояние до 40 м. Капилляр по всей длине защищен оболочкой из стальной ленты.

Манометрические термометры могут применяться во взрывоопасных  помещениях. При необходимости передачи результатов измерений на расстояние более 40 м манометрические термометры снабжают промежуточными преобразователями с унифицированными выходными пневматическими или электрическими сигналами, речь идет о так называемых дистанционных термометрах. Наиболее уязвимы в конструкции манометрических термометров являются места присоёдинения капилляра к термобаллону и манометру. Поэтому устанавливать и обслуживать такие приборы должны специально обученные специалисты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Схема манометрического термометра.

Прибор состоит из термобаллона, соединенного капилляром с вторичным прибором — манометром. В манометре капилляр соединяется с трубчатой пружиной, которая скручиваемся или раскручивается в зависимости от давления жидкости или газа в системе манометра, зависящего от температуры измеряемой среды, куда помещен термобаллон. Пружина действует на механизм манометра, воздействующий на показывающие и регулирующие устройства (стрелки, самописцы, контакты). Манометрические термометры могут быть газовые, жидкостные и конденсационные, самопишущие, сигнализирующие и показывающие. К последним относятся газовые типа ТГП—100, конденсационные типа ТКП—100. Пределы измерения различных типов приборов от —50 до 600 °С, длина капилляра от 1,6 до 40 м. (приложение №2).

Манометрические термометры бывают указывающими и самопишущими на специальной диаграммной ленте или на диаграммном диске, причем самопишущий прибор может приводиться в движение или часовым механизмом, или электромотором.

При измерении температуры  манометрическим термометром термометрический баллон вводят в испытуемую среду, прибор или аппарат. Если манометрический  термометр не снабжен диаграммной  лентой или диском, т. е. если он указывающий, его показания отсчитывают на шкале по положению стрелки.

Нельзя нагревать манометрический термометр выше предельной температуры, до которой он рассчитан.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Работа термометров сопротивления.

Действие термометров  сопротивления основано на свойстве тел изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. В металлических термометрах сопротивление с возрастанием температуры увеличивается практически линейно. В полупроводниковых термометрах сопротивления оно наоборот, уменьшается.

Металлические термометры сопротивления  изготовляют из тонкой медной или  платиновой проволоки, помещенной в электроизоляционный корпус . Зависимость электрического со противления от температуры (для медных термометров диапазон от -50 до +180 С, для платиновых диапазон от -200 до +750 С) весьма стабильна и воспроизводима. Это обеспечивает взаимозаменяемость термометров сопротивления. Для защиты термометров сопротивления от воздействия измеряемой среды применяют защитные чехлы.

Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы) для измерений  в промышленности применяют редко, хотя их чувствительность гораздо выше, чем проволочных термометров сопротивления.

Термометры сопротивления  представляют собой первичные преобразователи  с удобным для дистанционной  передачи сигналом - электрическим  сопротивлением, для измерения такого сигнала обычно применяют автоматические уравновешенные мосты. При необходимости выходной сигнал термометра сопротивления может быть преобразован в унифицированный сигнал. Для этого в измерительную цепь включают промежуточный преобразователь. В этом случае измерительным будет прибор для измерения постоянного тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.7 Достоинства термометров сопротивления. Диапазон измерения температуры.

К числу достоинств металлических  термометров сопротивления следует  отнести: высокую степень точности измерения температуры; возможность выпуска измерительных приборов к ним со стандартной градуировкой шкалы практически на любой температурный интервал в пределах допустимых температур применения термометра сопротивления; возможность централизации контроля температуры путем присоединения нескольких взаимозаменяемых термометров сопротивления через переключатель к одному измерительному прибору; возможность использования их с информационно-вычислительными машинами.

При измерении температуры  в промышленных условиях термометры сопротивления применяют в комплекте  с логометрами, автоматическими  уравновешенными мостами и автоматическими  компенсационными приборами. При этом необходимо иметь в виду, что эти  приборы снабжают шкалой, отградуированной в градусах Цельсия, которая действительна только для определенной градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления проводов, соединяющих термометр с измерительным прибором.

Термометры сопротивления  широко применяют для измерения температуры в интервале от - 260 до 750°С. В отдельных случаях они могут быть использованы для измерения температур до 1000°С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.8 Действие термоэлектрических пирометров.

Если два проводника (электрода) А и Б из разных металлов или  сплавов спаять или сварить между собой по концам, то при нагревании одного из спаев в нем возникает разность электрических потенциалов, называемая термоэлектродвижущей силой, сокращенно т.э.д.с, и по образовавшейся замкнутой цепи потечет электрический ток.

Опытами установлено, что  величина термоэлектродвижущей силы зависит  от материала данной пары электродов, называемых термопарой, и от температуры  спаев. Тот электрод термопары, по которому электрический ток идет от спая, называется положительным, а другой, по которому ток идет в сторону  спая, - отрицательным.

Если холодный спай разорвать и соединить его концы любым проводником, то направление электрического тока в цепи термопары не изменится при условии, что места присоединения третьего проводника будут равными по температуре. Если в этот разрыв включить при помощи соединительных проводов электроизмерительный прибор, то получим схему термоэлектрического пирометра.

В термоэлектрической паре (термопаре) горячий спай называют рабочим  спаем термопары, а другой конец (холодный спай) термопары - свободным концом. При постоянной температуре свободных концов величина т.э.д.с. будет зависеть только от температуры рабочего спая термопары, следовательно, термоэлектрический пирометр можно отградуировать в градусах температуры.

Температура свободных концов термопары должна быть постоянной для  обеспечения правильных показаний  измерительного прибора. При установке  термопары на различных агрегатах, нагретых до высокой температуры, трудно обеспечить постоянство температуры свободных концов, поэтому их отводят от нагретого агрегата в такое место, где может быть обеспечена постоянная температура окружающей среды. Для этого термоэлектроды термопары удлиняют, наращивая их проводами из того же материала, заключенными в изоляцию.