Измерительные преобразователи температуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.9 Схема термоэлектрического  пирометра.

Термоэлектрический перометр представляет собой термопару с гальванометром. Термопара — это две проволочки из разнородных металлов или сплавов, сваренные между собой (приложение № 3).

Если место спая проволочек поместить в расплавленный металл, температуру которого мы хотим определить, то на свободных концах проволочек возникнет термоэлектродвижущая сила, тем большая, чем больше разность температур «горячего спая» — спая, погруженного в металл, и свободных концов — «холодного спая».

Отклонение стрелки гальванометра, подключенного к свободным концам термопары, при постоянной температуре  окружающей среды будет пропорционально  температуре исследуемого металла.

Для удобства пользования  гальванометром на нем имеется температурная  шкала. Для термопар используют различные металлы и сплавы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.10 Требования к материалам для термопар.

При включении в цепь термопары  измерительного прибора или другого  преобразователя в местах подсоединения  образуются другие спаи, и в общем  случае такую цепь можно рассматривать  как состоящую из трех проводников. Можно показать, что если точки  подключения прибора имеют одинаковую температуру, то подключение прибора не влияет на термоЭДС измерительной термопары.

В качестве материалов для  термопар используют различные драгоценные  металлы (платину, золото, иридий, родий) и их сплавы, а также неблагородные металлы и сплавы (сталь, никель, хром, сплавы нихром, копель, алюмель и др.). Сравнительно редко применяют термопары из полупроводниковых материалов: кремния, селена и др.

Полупроводниковые термопары  имеют малую механическую прочность, обладают большим внутренним сопротивлением, хотя и обеспечивают большую термоЭДС по сравнению с металлами.

ТермоЭДС возникает только в спаях разнородных материалов. При сравнении различных материалов в качестве базовой применяют термоЭДС платины, по отношению к которой определяются термоЭДС других материалов.Для термопары стремятся использовать материалы, имеющие разный потенциал по отношению к платине.

Так, например, для измерения  температур 1000–1300° термопару изготовляют  из платины и сплава платины с родием.

Для термопар устанавливаются  общие требования, которым должны удовлетворять изоляция электродов, конструкция термометров и защитная арматура, что вызвано необходимостью их надежной работы. Эти требования сводятся к следующему:

1.    Должно быть  обеспечено изготовление надежного  спая рабочего конца термоэлектрического термометра.

2.    Необходимо обеспечить  надежную электрическую изоляцию  термоэлектродов термопары. При этом изоляция не должна взаимодействовать с термоэлектродами в диапазоне измеряемых температур.

3.    Головка термоэлектрического  термометра должна быть снабжена  надежными уплотняющими устройствами, исключающими возможность попадания во внутреннюю ее полость и в гильзу влаги и пыли.

4.    Конструкция термоэлектрических термометров для измерения средних и высоких температур различных сред должна обеспечивать возможность в условиях эксплуатации свободно извлекать электрически изолированные термоэлектроды из защитной гильзы для их периодической поверки, а в случае необходимости осуществлять и их замену.

9.    Необходимо, чтобы  материал защитной гильзы обладал  хорошей теплопроводностью. Конструкция  термоэлектрического термометра  была компактной. Спай рабочего конца должен иметь хороший тепловой контакт с нижней частью защитной гильзы

1.11 Общий вид термопар.

В электронике термопары  являются широко используемым видом  датчика температуры и могут, также использоваться в качестве средства, чтобы превратить тепловую разность потенциалов в электрическую  разность потенциалов. Они дешевы и  взаимозаменяемы, имеют стандартные  соединители, и могут измерять широкий  диапазон температур. Главное ограничение - это точность; тяжело получить системные ошибки менее чем в 1 °С (приложение № 4).

Важно, чтобы отметить, что  термопары измеряют разницу температур между двумя точками, а не абсолютную температуру.

 Обычное применение: когда  один из концов — холодный  конец — поддерживается в известной  (рекомендуемой) температуре, пока  другой конец применяется как  зонд.

Термопары могут соединяться  в серии с другом друг, чтобы  сформировать термоэлемент, где все горячие соединения подвергнуты  более высокой температуре, а все холодные контакты - более низкой температуре. Поэтому, напряжения индивидуальных термопар  складываются, что даёт большее напряжение.

Обычно термопара присоединяется к регистрирующему приспособлению специальной проволокой, известной  как компенсационный или удлиняющий провод. Условия специфические. Удлинительный провод использует проволоку то же номинала, что и проводники, из которых изготовлена термопара. Эти кабели стоят дешевле, чем проволока термопары, хотя всё равно недешево, и их обычно производят в виде, пригодном для передачи информации на длинные расстояния междугородние - обычно многожильный кабель покрыт гибкой изоляцией. Они обычно специализируются на точности, но более ограничены по температурному диапазону, чем проволока термопары. Они рекомендуются для лучшей точности.

Термопары разнообразны, доступны, и подходят для различных отраслей измерения (индустриальная, научная, температура пищевых продуктов, медицинские исследования, и т.п.).

 

 

 

 

 

 

 

 

1.12 Область применение измерительных приборов.

Диапазон сфер применения термометров очень широк. Для  каждого вида деятельности, где должно производится измерение температуры, предназначен специализированный термометр, то есть прибор по всем параметром наиболее подходящий для того или иного вида условий эксплуатации.

Медицинский. Чаще всего  в медицине используется стандартный  ртутный термометр. За многие годы использования  в этой сфере он зарекомендовал себя как точный и простой прибор для  измерения температуры тела. К  очевидным преимуществам ртутного термометра относится и его недорогая цена. Однако все известно, что если ртутный термометр разобьется, и ртуть вытечет из стеклянного корпуса, то это может быть опасно. Поэтому в последнее время для домашнего использования широко применяется электрические медицинские термометры. Они гораздо более удобны в применении по сравнению с ртутными, их легко использовать и для измерения температуры у детей. Из нюансов стоит помнить, что работают они от батареек. Соответственно, необходимо контролировать состояние батарейки.

Лабораторный. Термометры, применяемые  для различных нужд в лабораториях, могут быть ртутными или спиртовыми. Основное требование к лабораторным термометрам – это предельная точность в измерении температуры  и отображении показателей измерений. Шкала имеет градуировку с  диапазоном 0.01 градус, как правило, она вложена в термометр. Еще одно требование, которому должен отвечать термометр, используемый в лаборатории это способность выдерживать высокие температуры, поэтому они изготовлены из устойчивых к очень высокой или очень низкой температуре материалов. Так же лабораторные термометры имеют широкий измерительный диапазон.

В производстве и водоснабжении  используются механические термометры. В прочный корпус из стали или  другого прочного металла заключена  пружина, состоящая из сплавов двух металлов, эта пружина соединена  со стрелкой, которая и указывает  результат измерений на шкале. Такие приборы часто эксплуатируется в экстремальных условиях, поэтому они должны изготавливаться из прочных материалов и должны быть приспособлены к таким явлением как вибрация или сильные удары.

Перед тем как приобрести термометр, ознакомьтесь с его описанием  и техническими характеристиками.

 

 

 

 

 

 

Заключение

На сегодняшний день существует много видов термометров: цифровые, электронные, инфракрасные, биметаллические, дистанционные, термометры сопротивления, электроконтактные, жидкостные, термоэлектрические, газовые, пирометры и т.д. Из всего этого многообразия наиболее популярными являются ртутные и спиртовые.

Исходя из потребностей, на сегодняшний день можно купить любой необходимый бытовой термометр. На товарном рынке представлено большое разнообразие термометров различного назначения: медицинские, уличные, оконные для любого вида окон (пластиковых или деревянных), комнатные термометры для офиса и дома, для саун и бань, для чая и воды, для аквариумов, для почвы, для автомобилей и т.д. И даже термометры для инкубаторов, морозильных камер, винных погребов. Термометры на любой вкус! Цена во многом зависит от вида термометра. Наибольшей популярностью пользуются самые простые измерительные приборы, поскольку их стоимость отличается особенной демократичностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

Приложение № 1

 

 

 

Лабораторные ртутные  термометры

:

а — с вложенной шкалой: 1 — стеклянный резервуар,  2 —  капилляр, 3 — шкальная пластина,  4 — стеклянная оболочка;

 б — палочный:  1 — резервуар,  2 — толстостенный капилляр,  3 — шкала на наружной поверхности капилляра.

 

 

 

 

 

 

 

Приложение № 2

Схема манометрического термометра

:

 

1 — пружина манометрическая, 2 — стрелка показывающая, 3 —  ось, 4 — механизм передаточный, 5 — капилляр, 6 — термобаллон.

 

 

Приложение № 3

 

Схема термоэлектрического  пирометра

 

 

Приложение № 4

 

Схема термопары