Пиши Дома Нужные Работы


ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Действие электрических термометров сопротивления основано на свойстве материалов изменять свою электропроводность в зависимости от температуры. Большинство металлов при нагреве на 1° С увеличивает свое сопротивление в среднем на 0,4—0,6%, а окислы металлов (полупроводники) уменьшают свое сопротивление в 8—15 раз по сравнению с металлами.

В комплект электрического термометра сопротивления входят чувствительный элемент, измерительный прибор и соединительные провода. В качестве чувствительного элемента в термометре сопротивления применяется металлическая проволока (или лента), намотанная на изоляционный каркас и заключенная в защитный кожух. Чувствительными элементами полупроводниковых термометров сопротивления являются термосопротивления, или так называемые термисторы. Измерительной частью служат электроизмерительные приборы, уравновешенные и неуравновешенные мосты, потенциометры и магнитоэлектрические логометры.

Электрические термометры применяются для измерения температур в диапазоне от 200 до +700° С. Электрические термометры обладают следующими преимуществами, обеспечивающими широкое применение их в промышленности:

а) возможность градуировки термометра в значительном диапазоне (от —200 до +700° С) на любой температурный интервал;

б) высокая степень точности измерения температуры;

в) возможность расположения вторичного измерительного прибора на значительном расстоянии от места измерения температуры (термоприемника);

г) возможность автоматической записи температуры и автоматического регулирования ее;

д) централизация контроля температуры путем присоединения нескольких термометров к одному измерительному прибору.

К недостаткам термометров сопротивления следует отнести: необходимость постороннего источника питания, ограничение по применению его во взрывоопасной среде, значительная длина чувствительного элемента (у металлических), не позволяющая измерить температуру в заданной точке, и разрушаемость при вибрациях (платиновых термометров).

В термометрах сопротивления применяются различные материалы: платина, медь и полупроводниковые элементы.

К материалам предъявляются следующие требования:

1. Большой температурный коэффициент электрического сопротивления, что обеспечивает высокую чувствительность прибора. Температурный коэффициент (изменение электрического сопротивления материала при изменении его температуры) принято характеризовать уравнением

(8.14)

где и — соответственно сопротивление материала при 0 и 100° С.

2. Большое удельное сопротивление, обеспечивающее при выбранном сечении проволоки небольшую длину, а также снижение влияния на результаты измерения соединительных и коммутационных проводов.

3. Линейная или близкая к ней зависимость изменения сопротивления от изменения температуры.

4. Химическая инертность — металл не должен Окисляться пли вступать в какое либо иное взаимодействие с окружающей средой.

5. Отсутствие старения, обусловливающее неизменность физических свойств материала.

6. Воспроизводимость материала, обеспечивающая возможность изготовлять термометры в больших количествах с однотипными характеристиками.

В окислительной среде платина инертна даже при высокой температуре. В восстановительной среде при высоких температурах возможно загрязнение платины окисью углеводорода и парами металлов, что вызывает хрупкость и непостоянство ее характеристики. Температурный коэффициент сопротивления платины . Удельное сопротивление платины .

Чистоту платины принято характеризовать отношением . Для изготовления термометров сопротивления по ГОСТ 6651-78 применяется чистая платина марки «экстра» с отношением R100/R0 = 1,391. Платина применяется в виде проволоки диаметром от 0,05 до 0,07 мм или ленты сечением от 0,002 до 0,005 мм2. Промышленные платиновые термометры сопротивления изготовляются на интервалы температур от —200 до +650° С.

Медь сравнительно дешевый металл, легко получаемый в чистом виде, обладает высоким температурным коэффициентом сопротивления, равным . Одним из достоинств меди является линейный характер зависимости сопротивления от температуры в интервале от —50 до 200° С.

Характерной особенностью полупроводников является резкий рост проводимости с повышением температуры. Полупроводниковые элементы, электрическое сопротивление которых резко уменьшается при увеличении температуры, называются термосопротивлениями (ТС).

На рис. 8.5 показана относительная зависимость сопротивления от температуры для металлов и полупроводников. Возможно изготовление таких полупроводников, сопротивление которых в интервале температур от 0 до 300° С изменяются в 1000 раз. Сопротивление платины в этом же температурном интервале увеличивается приблизительно в 2 раза.


Для изготовления термосопротивлений используют смеси двуокиси титана и окиси магния, окиси никеля в соединении с окислами марганца, смеси окислов марганца, никеля и кобальта, окись железа в соединении с такими веществами, как MgAl204, MgCr204, ZnTi04 и др. Различным сочетанием компонентов и их пропорций можно изменять электропроводность и температурный коэффициент сопротивления. Термосопротивления имеют цилиндрическую форму или форму дисков. Диаметр стержня ТС от 20 мкм до 5—10 мм, длина 1—50 мм. Диаметр диска от 1 мм до нескольких сантиметров и толщина 0,02—1 см. Изготовляют термосопротивления путем спекания мелкодисперсных порошковых материалов, замешанных с соответствующей органической связкой и растворителем. К числу основных параметров ТС относятся габаритные размеры, сопротивление при определенной температуре окружающей среды. Чаще всего указывают величину сопротивления R20при 20° С и называют его холодным сопротивлением. Величина температурного коэффициента сопротивления а20 выражается в процентах на 1 "С (обычно указывается при температуре холодного сопротивления). Термосопротивления благодаря малым габаритным размерам имеют малую тепловую инерцию и позволяют измерять температуру в труднодоступных местах. Кроме того, их высокое омическое сопротивление (30 000—40 000 Ом) позволяет пренебрегать сопротивлением подводящих проводников и переходными контактными сопротивлениями. К недостаткам полупроводниковых термосопротивлений следует отнести нестабильность их характеристики во времени.

Платиновые термометры сопротивления выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,07 мм, бифилярно намотанной на солюдяную пластинку 1 (рис. 8.6) длиной 120 мм, шириной 11 мм. зубчатыми краями.

В прорезях слюдяной пластинки укреплены концы серебряных выводов 2 диаметром 1 мм, к которым припаяны концы проволоки ».момента сопротивления. Платиновая проволока, намотанная на солюдяную пластинку, изолирована с двух сторон слюдяными накладками 3, скрепленными обмоткой из серебряной ленточки 4, Элемент сопротивления помещен в защитную трубку 5 из нержавеющей стали. Свободное сечение трубки с обеих сторон изолированного элемента сопротивления заполнено по всей длине алюминиевыми вкладышами 6. Провода выводов изолированы фарфоровыми трубчатыми изоляторами 7. Эти выводы прикреплены к латунным зажимам на головке из пластмассы. Сопротивление подводящих проводов при температуре О0 С не должно превышать 0,1% номинальной величины .

Пакет термометра сопротивления помещается в арматуру, состоящую из трубы с заваренным дном, штуцерной гайки и головки.

В настоящее время выпускают платиновые термометры сопротивления с лепестковым креплением элемента (рис. 8.7). В них вместо алюминиевых вкладышей использованы тепловые мостики-лепестки из тонкой фольги, создающие хороший тепловой контакт между слюдой, на которую намотана платиновая проволока, и внешней защитной трубой — арматурой, через которую происходит теплообмен с окружающей средой.

Для повышения теплового контакта и снижения тепловой инерции применяют также обжим чувствительного элемента. Пакет из слюдяных пластинок, на одной из которых намотана платиновая проволока, а другие являются изоляционными, помещают в тонкостенный плоский металлический чехол и осторожно опрессовывают под давлением до 1,2 МПа. В результате слюда с намоткой оказывается плотно упакованной в металлической оболочке.

Термометры сопротивления выпускают также с остеклованным чувствительным элементом, в котором платиновая проволока герметизированно вплавлена в стекло.

Чувствительный элемент медного термометра сопротивления типа ТСМ состоит из медной эмалированной проволоки диаметром 0,1 мм, намотанной на пластмассовый цилиндрический стержень и покрытой сверху слоем лака. К концам медной проволоки припаяны медные выводы диаметром 1,0—1,5 мм. Собранный термометр сопротивления помещают в защитную стальную трубку.

Все технические термометры сопротивления выпускаются взаимозаменяемыми. Типы, основные параметры и размеры термометров сопротивления, выпускаемых в СССР, регламентированы ГОСТ 6651-78. Условные обозначения градуировки (гр.) термометров 'ГСП установлены следующие: гр. 20, гр. 21 и гр. 22.

Для термометров с градуировкой гр. 20, гр. 21 и гр. 22 сопротивление составляет соответственно 10,46 и 100 Ом.

Термометры сопротивления ТСМ выпускают с сопротивлением 0 = 50 Ом (гр. 23) и 0 — 100 Ом (гр. 24).

Температуру измеряемой среды определяют термометром сопротивления путем измерения электрического сопротивления чувствительного элемента, погруженного в измеряемую среду, применением мостовых схем и магнитоэлектрическими логомет- рами.

 

§ 5. ТЕРМОМЕТРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
ЖИДКОСТИ В РЕЗЕРВУАРАХ

Измерять температуру в резервуарах с нефтью и нефтепродуктами необходимо с целью количественного учета объема и массы нефти и нефтепродуктов. При количественном учете требуется измерение средней температуры всей массы нефти или нефтепродуктов, находящихся в резервуаре. Установлено, что температура, измеренная в одной точке резервуара, даже в середине взлива не характеризует среднюю температуру продукта.

Для вертикальных резервуаров с достаточной степенью точности принято, что средняя температура продукта храктеризуется средним арифметическим значением температур, измеренных I! нескольких, равно отстоящих друг от друга по высоте точках.

11рибор для измерения по такому методу был бы сложным по техническому исполнению и неудобным в эксплуатации. В Советском Союзе и за рубежом применяют термометры, дающие сразу среднее значение температуры продукта в резервуаре. По конструктивному оформлению термометры могут быть разделены на три типа: одноэлементные, многоэлементные, пружинные.

Одноэлементный термометр (рис. 8.8, а) представляет собой жесткую трубу 1 с поплавком 2, шарнирно закрепленную у основания стенки резервуара. Вдоль трубы располагается термометр сопротивления 3, равный по длине шарнирно закрепленной трубе н заключенный в гибкий защитный кожух. Труба поворачивается относительно оси 4 таким образом, что термометр сопротивления все время погружен в жидкость, пересекая ее толщину по диагонали.

На рис. 8.8, б изображена схема многоэлементного термометра, который представляет собой набор термоэлементов различной длины, заключенных в общий герметичный кожух. Включение термометров производится ступенчато коммутирующим устройством, сопряженным с указателем уровня. При каждом определяемом уровне жидкости в резервуаре включается тот элемент, длина которого соответствует этому уровню. Таким образом, средняя температура измеряется элементом, полностью погруженным в жидкость. Термоэлементы различной длины имеют одну и ту же величину сопротивления.

Схема пружинного термометра показана на рис. 8.8, в. Чувствительный элемент 2 представляет собой спираль из никелевой проволоки длиной 40 м, обладающей большим температурным коэффициентом сопротивления. Спираль одним концом прикреплена к поплавку 1, а вторым — к грузу 4, опущенному на дно резервуара. Поплавок, перемещаясь вдоль направляющих струн 3, растягивает или сжимает спираль. Таким образом, термоэлемент полностью находится в жидкости, а его высота соответствует уровню жидкости в резервуаре.



Никелевая проволока располагается внутри эластичной нейлоновой трубки. Для измерения средней температуры необходимо равномерное распределение витков спирали по высоте. Это возможно в случае, если приведенная плотность термоэлемента на всей его длине будет равна плотности измеряемой жидкости. Подгонка плотности спирали производится медной изолированной проволокой, помещенной внутрь нейлоновой трубки.

С эксплуатационной точки зрения наибольшим преимуществом из рассматриваемых типов термометров обладает многоэлементный, так как он не имеет подвижных частей внутри резервуара и позволяет осуществлять его монтаж и демонтаж без опорожнения резервуара. Каждый элемент термометра имеет одно и то же сопротивление в соответствии с ГОСТом, поэтому среднюю температуру можно измерять любым стандартным вторичным прибором. Недостатком многоэлементного термометра является чрезмерно большое число термоэлементов, необходимых для высокой точности измерения температуры, и необходимость в коммутирующем устройстве с малыми переходными сопротивлениями между контактами.

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.