Методы и приборы для измерения температуры

Методы и приборы для измерения температуры. Измерение температуры практически возможно только методом сравнения степени нагретости двух тел. Для сравнения нагретости этих тел используют изменения какихлибо физических свойств зависящих от температуры и легко поддающихся измерению. Приборы для измерения температуры основаны на изменении следующих свойств вещества при изменении температуры: На изменении объёма тела термометры расширения: изменение линейного размерадилатометры; изменение давления рабочего вещества в замкнутой камере ...

2015-01-27

389.83 KB

82 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


3. Методы и приборы для измерения температуры.

3.1 Классификация термометров.

 Температура вещества - величина, характеризующая степень нагретости, которая определяется внутренней кинетической энергией теплового движения молекул. Измерение температуры практически возможно только методом сравнения степени нагретости двух тел.

Для сравнения нагретости этих тел используют изменения каких-либо физических свойств, зависящих от температуры и легко поддающихся измерению.

Приборы для измерения температуры основаны на изменении

следующих свойств вещества при изменении температуры:

На изменении объёма тела - термометры расширения:

• изменение линейного размера-дилатометры;

• изменение давления рабочего вещества в замкнутой камере

- манометрические термометры.

На изменении сопротивления - термометры сопротивления:

• термометры из благородных металлов - платины;

• термометры из неблагородных металлов;

• полупроводниковые термометры (термисторы).

Основанные на явлении термоэффекта - термопары.

Использующие оптические свойства вещества – оптические термометры или пирометры:

• радиационные пирометры;

• яркостные пирометры;

• цветовые пирометры.

Использующие прочие свойства вещества:

• шумовые термометры, использующие зависимость уровня

шума от температуры (для измерения низких температур);

• резонансные термометры, использующие зависимость резонансной

частоты от температуры;

• термометры, использующие свойства р-п переходов.

 

3.2 Термометры расширения. Жидкостные стеклянные.

Измерение температуры жидкостными стеклянными термометрами основано на различии коэффициентов объемного расширения жидкости и материала оболочки термометра.

Чувствительность термометра зависит от разности коэффициентов объемного расширения термометрической жидкости и стекла, от объема резервуара и диаметра капилляра. Чувствительность термометра обычно лежит в пределах 0,4…5 мм/С (для некоторых специальных термометров 100…200 мм/С).

Для защиты от повреждений технические термометры монтируются в металлической оправе, а нижняя погружная часть закрывается металлической гильзой.

Наиболее распространены ртутные стеклянные термометры. Ртуть не смачивает стекло, почти не окисляется, легко получается в химически чистом виде и имеет значительный интервал между точкой плавления (-38,86° С) и точкой кипения (+356,6°С). Недостаток ртути – сравнительно небольшой температурный коэффициент расширения. Основные недостатки жидкостных стеклянных термометров - невозможность регистрации и передачи показаний на расстояние, значительная тепловая инерция.

3.3 Термометры, основанные на расширении твердых тел.

К этой группе приборов  относятся дилатометрические и биметаллические термометры, основанные на изменении линейных размеров твердых тел с изменением температуры.

1) Конструктивное исполнение дилатометрических термометров основано на преобразовании измеряемой температуры в разность абсолютных значений удлинений двух стержней, изготовленных из материалов с существенно различными термическими коэффициентами линейного расширения:

, 1/град,

где l0, lt1, lt2 - линейные размеры тела при 0 С, температурах t1 и t2 соответственно.

В силу того, что  мала, дилатометрические термометры применяются в качестве различного рода тепловых реле в устройствах сигнализации и регулирования температуры.

2) Он состоит из дугообразной изогнутой пластинки, изготовленной из двух пластин 1 и 2 из различных металлов (например, меди и инвара) с различными коэффициентами линейного расширения, приваренных одна к другой по всей длине. Обычно внутренняя пластина 2 изготавливается из металла с большим коэффициентом линейного расширения. При повышении температуры пластинка разгибается. Деформация пластинки с помощью тяги 3, зубчатого сектора 4 и зубчатого колеса 5 передается стрелке 6. Верхний предел измерения при использовании биметаллической пластинки ограничивается пределом упругости материала. В качестве чувствительного элемента применяют также плоские и винтовые спирали. Пределы измерения биметаллическими термометрами от –150 до +700С, погрешность 1-1,5%.

1 – трубка из материала с большим коэффициентом температурного расширения; 2 – стержень из металла с малым коэффициентом температурного расширения; 3, 4 – полоски металлов с разными коэффициентами температурного расширения; 5 – держатель подвижного контакта. 

 

3.4 Манометрические термометры.

Действие манометрических термометров основано на свойстве изменения давления вещества в замкнутом объёме под действием температуры. Замкнутая измерительная система манометрического термометра (рис. 3.1) состоит из чувствительного элемента, воспринимающего температуру измеряемой среды – металлического термобаллона 1, рабочего манометра 2 для измерения давления в системе, длинного соединительного металлического капилляра 3. При изменении температуры измеряемой среды давление в системе изменяется, в результате чего изменяющееся давление заставляет перемещаться стрелку по шкале манометра, отградуированного в градусах Цельсия.

Манометрические термометры подразделяются на 3 основные разновидности:

  •  Жидкостные, в которых вся измерительная система (термобаллон, манометр и соединительный капилляр) заполнены жидкостью;
  •  Конденсационные, в которых термобаллон заполнен частично жидкостью с низкой температурой кипения и частично – её насыщенными парами, а соединительный капилляр и манометр – насыщенными парами жидкости или, чаще, специальной передаточной жидкостью;
  •  Газовые, в которых вся измерительная система заполнена инертным газом.

Для замкнутой системы

(p1 V1 )/T1 =(p2 V2 )/T2 

Так как

V1 =V2 =V=const

Получим

(p1 V )/T1 =(p2 V )/T2

Откуда

 T2 = T1(p2/ p1)

Или

T2 = (T1/ p1) p2

Система заправляется жидкостью или газом при температуре T1 до давления p1 тогда T1/ p1=α=const 

Давление в системе пропорционально температуре термобаллона Т2 и это давление р2 измеряют с помощью манометра.

Объем термобаллона должен составлять не мене 90% объема системы.

Манометрические термометры газонаполненные (ТПГ) в качестве рабочей среды используют жидкий азот, а наполненные жидкостью (ТПЖ) – ксилол.

 Достоинства: шкала прибора практически равномерна.

 Недостатки: сравнительно большая инерционность и большие размеры термобаллона.

3.7 Электрические термометры.

Принцип действия этого типа термометров основан на зависимости  термо-ЭДС (ТЭДС) цепи от изменения температуры.

Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов. В спае с температурой t электроны из металла А диффундируют в металл Б в большем количестве, чем обратно. Поэтому металл А заряжается положительно, а металл Б отрицательно. Когда скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводниками А и Б возникает разность потенциалов. Таким образом, термо ЭДС (ТЭДС) является функцией двух переменных величин, т.е. ЕАВ(t,t0).

ТЭДС EAB(t t0) является функцией от температуры горячего спая t при условии постоянства температуры холодного спая t0.

Термопары градуируются при определенной постоянной температуре t0 (обычно t0 = 0 C или 20 C). При измерениях температура t0 может отличаться от градуировочного значения. В этом случае вводится соответствующая поправка в результат измерения:

EAB(t t0) = EAB(t t0) + EAB(t0t0).

 Поправка EAB(t0t0) равна ТЭДС, которую развивает данная термопара при температуре горячего спая t0 и градуировочном значении температуры холодных спаев. Поправка берется положительной, если t0 > t0 и отрицательной, если t0 < t0.

Для исключения влияния отклонений температуры свободного спая термопары на показания вторичного прибора (милливольтметра) в замкнутый контур вводится неуравновешенный (компенсационный) мост. СРС

Величина поправки может быть взята из градуировочной таблицы.

Градуировки термопар: ХА - хромель-алюмелевые;  ХК - хромель-копелевые; ПП - платинородий-платиновые и т.д.

Требования к термопарам:

1) воспроизводимость,

2) высокая чувствительность,

3) надежность,

4) стабильность,

5) достаточный температурный диапазон.

Методы и средства для измерения ТЭДС:

1) Метод непосредственной оценки ( с помощью милливольтметра); СРС

2) Компенсационный метод (с помощью потенциометров). СРС

Термоэлектрический термометр представляет собой 2 термоэлектрода  3 (тонкие проволоки диаметром 0,5 или 1,2 мм) из разных сплавов, одни концы 1 которых сварены между собой, а к другим свободным концам 4 подводятся соединительные провода. Для защиты от механических повреждений и воздействия окружающей среды термоэлектроды, армированные изоляцией, помещают в защитный корпус. Термометр погружают в измеряемую среду на глубину L. Контакт 1 называют рабочим (горячим)  спаем термоэлектрического термометра (он в среде), а контакты 4 – свободным (холодным) спаем (он находится в помещении цеха, лаборатории).

3.8 Термометры сопротивления.

Измерение температуры термосопротивлениями основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры.  Свойство это характеризуется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), величина которого определяется уравнением

α = (R100 –R0)/R0*100 , 1/град

Величина α показывает, во сколько раз увеличивается сопротивление проводника при повышении его температуры на один градус.

Для большинства чистых металлов коэффициент положителен и приблизительно равен для железа – 0,004 1/град; для никеля  - 0,0064 1/град; Некоторые сплавы имеют очень маленький ТКС манганин 0, 6*10-5 1/град (сплав медь+никель+марганец)

Вид функции R = f(t) зависит от природы материала. Для изготовления чувствительных элементов серийных термосопротивлений применяются чистые металлы, к которым предъявляются следующие требования:

а) металл не должен окисляться или вступать в химические реакции с измеряемой средой;

б) температурный коэффициент электрического сопротивления металла должен быть достаточно большим и неизменным;

в) функция R = f(t) должна быть однозначна.

Наиболее полно указанным требованиям отвечают: платина, медь, никель, железо и др.

Основной недостаток термосопротивлений: большая инерционность (до 10 мин.).

Для измерения температуры наиболее часто применяются термосопротивления типов ТСП (платиновые) и ТСМ (медные).

Методы измерения сопротивления (СРС):

  1.  Схема логометра
  2.  Схема уравновешенного моста
  3.  Трёхпроводная схема
  4.  Схема автоматического уравновешенного моста
  5.  Схема неуравновешенного моста.

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы), по сравнению с металлическими, обладают более высокой чувствительностью.

Они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Полупроводниковые терморезисторы при весьма малых размерах имеют высокие значения сопротивления (до 1 МОм). Для измерения температуры наиболее распространены полупроводниковые терморезисторы типов КМТ (смесь окислов кобальта и марганца) и ММТ (смесь окислов меди и

марганца).

Термисторы имеют нелинейную градуировочную характеристику, которая описывается следующей формулой

К = A * eB/T

Где T – абсолютная температура; А- коэффициент, имеющий размерность сопротивления; В – коэффициент, имеющий размерность температуры.

Серьёзным недостатком термисторов, не позволяющим с достаточной точностью нормировать их характеристики при серийном производстве, является плохая воспроизводимость характеристик (значительное отличие характеристик одного экземпляра от другого).

Полупроводниковые датчики температуры обладают высокой стабильностью характеристик во времени и применяются для измерения температур в диапазоне от -100 до 200 °С.

Чаще всего в качестве полупроводника используются окислы металлов: железа Fe, хрома Сг, марганца Мп, кобальта Со и никеля Ni.

Пирометр

Пирометр — прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.

Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). 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.

классификация

Пирометры можно разделить по нескольким основным признакам:

  •  Яркостные. Позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретоготела, 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.

Температурный диапазон

  •  Низкотемпературные. Обладают способностью показывать температуры объектов, обладающих даже отрицательными значениями этого параметра.
  •  Высокотемпературные. Оценивают лишь температуру сильно нагретых тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным. Обычно имеют сильное смещение в пользу «верхнего» предела измерения.

Исполнение

  •  Переносные. Удобны в эксплуатации в условиях, когда необходима высокая точность измерений, в совокупности с хорошими подвижными свойствами, например для оценки температуры труднодоступных участков трубопроводов. Обычно 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.


А

t0

t



 

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
5699. Разработка устройства для измерения температуры неподвижного объекта (корпус электрической машины) 206.56 KB
  Предназначено для многоканального измерения температуры, может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Способ многоканального измерения температуры, с последующим вводом полученных данных в IBM совместимый компьютер
6745. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 929.1 KB
  Визуальное обследование строительных конструкций Цель визуального обследования – общая предварительная оценка прочности конструкций при этом: выявляются и фиксируются явные дефекты конструкций; выявляются нарушения в эксплуатации зданий или сооружений; оценивается возможность возникновения перегрузок на различных участках; выявляются явные проблемы с воздействием агрессивных химических и природных сред разрушение защитного слоя бетона снятие краски...
988. Методы измерения результативности и эффективности бизнес-процесса ТОО Центр Лизинг 125.44 KB
  Руководителем по практике был назначен кредитный офицер ТОО «Центр Лизинг» Департамента продаж и развития бизнеса Костюченко Иван Анатольевич. Он проводил общий инструктаж работы, консультировал меня по возникающим вопросам, осуществлял контроль за выполнением данных мне заданий.
15259. Методы, применяемые в анализе синтетических аналогов папаверина и многокомпонентных лекарственных форм на их основе [4.1] 3.1. Хроматографические методы [4.2] 3.2. Электрохимические методы [4.3] 3.3. Фотометрические методы [5] Заключение [6] Список л 233.66 KB
  Дротаверина гидрохлорид. Дротаверина гидрохлорид является синтетическим аналогом папаверина гидрохлорида а с точки зрения химического строения является производным бензилизохинолина. Дротаверина гидрохлорид принадлежит к группе лекарственных средств обладающих спазмолитической активностью спазмолитик миотропного действия и является основным действующим веществом препарата но-шпа. Дротаверина гидрохлорид Фармакопейная статья на дротаверина гидрохлорид представлена в Фармакопее издания.
7973. ХЕМЫ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ САК И САР ТЕМПЕРАТУРЫ 190.52 KB
  Интеллектуальный датчик ТСПУ Метран воспринимает контролируемую температуру ожидаемое значение 2000C и формирует результаты в виде выходных сигналов 420m HRT аналогового и цифрового. Цифровой сигнал с датчика поступает на контроллер РСУ PCS где значения температур высвечиваются а также на вход ПК где они могут быть распечатаны и использованы по назначению например для построения графика изменения измеряемой величины во времени. Выходной сигнал 420m HRT. Цифровой сигнал с датчика поступает на контроллер РСУ PCS где...
12425. Автоматизация контроля и регулирования температуры объекта 717.61 KB
  Массовость МП техники, микроЭВМ и его высокие техника – экономические параметры оказывает революционизирующие влияние на целое поколение приборов, оборудования систем контроля и управления, со встроенными микропроцессорными средствами.
18829. Усовершенствование системы регулировки температуры жесткого диска 203.48 KB
  4 Расчет технологической себестоимости датчика для жесткого диска 3.5 Расчет капитальных затрат на создание датчика для жесткого диска 3. Для достижения поставленных целей и задач необходимо выполнить следующие этапы работы: подбор литературы и изучение материалов по данной тематике; характеристики жестких дисков; классификация жестких дисков; обзор современных жестких дисков; рассмотрение программных и технических характеристик; модернизация жесткого диска; выполнение расчета экономического эффекта на создание...
13566. Численное моделирование и экспериментальное исследование средней контактной температуры при плоском шлифовани 84.27 KB
  Распределение тепловых потоков между заготовкой Ωз стружкой Ωс и ШК Ωк при шлифовании Учитывая что часть теплового потока из зоны обработки переходит в СОЖ можно использовать следующую зависимость для расчета плотности теплового потока в зоне контакта: гдеPz– касательная составляющая силы шлифования Н; Vк – рабочая скорость ШК м с; Нз– высота круга размер обрабатываемой поверхности заготовки м; ФСОЖ – тепловой поток переходящий в СОЖ Вт: гдесж–...
6023. Парообразование и конденсация. Кипение. Зависимость температуры кипения жидкости от давления. Точка росы 37.75 KB
  Для того чтобы построить такие машины и повысить их ККД необходимо знать свойства рабочего вещества – пара. Свойства пара используются в разных приборах. Изучение свойств пара привело к возможности получить сжиженные газы и их широкому применению.
15900. Преобразовательные приборы 1001.61 KB
  Следует отметить что все излучающие полупроводниковые приборы характеризуются энергетическими и световыми параметрами. Излучение имеет определенный спектральный состав который в функции от длины волны излучения определяется плотностью потока излучения [Вт мкм] причем полный лучистый поток при непрерывном спектре. В световых за единицу сила света - кандела принимается сила света испускаемая стандартной площадью абсолютно черного тела при температуре 2042 К.
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.