Теплотехнические средства измерений

Находят применение также  никелевые термометры сопротивления. Никель имеет относительно высокое  удельное сопротивление, но зависимость  его сопротивления от температуры  линейна только до температур не выше 100 C.

Медные и никелевые  терморезисторы выпускают также  из литого микропровода в стеклянной изоляции. Микропроволочные терморезисторы герметизированы, высокостабильны, малоинерционны и при малых габаритных размерах могут иметь сопротивления до десятков килоом.

Принцип действия термопар основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в  замкнутом контуре, состоящем из двух разнородных проводников (или  полупроводников), течет ток, если места  спаев проводников имеют различные  температуры. Если взять замкнутый  контур, состоящий из разнородных  проводников (термоэлектродов), то на их спаях возникнут термоЭДС E(t) и E(t0), зависящие от температур этих спаев t и t0. Так как эти термоЭДС оказываются включенными встречно, то результирующая термоЭДС, действующая в контуре, равна E(t) – E(t0).

  При равенстве температур  обоих спаев результирующая термоЭДС равна нулю. Спай, погружаемый в контролируемую среду, называется рабочим концом термопары, а второй спай – свободным.

  У любой пары  однородных проводников значение  результирующей термоЭДС зависит только от природы проводников и от температуры спаев и не зависит от распределения температуры вдоль проводников. Термоэлектрический контур можно разомкнуть в любом месте и включить в него один или несколько разнородных проводников. Если все появившиеся при этом места соединений находятся при одинаковой температуре, то результирующая термоЭДС, действующая в контуре, не изменяется. Это используется для измерения термоЭДС термопары. Создаваемая термопарами ЭДС сравнительно невелика: она не превышает 8 мВ на каждые 100 0С и обычно не превышает по абсолютной величине 70 мВ.

          Термопары позволяют измерять температуру в диапазоне от –200 до 2200 С. Для измерения температур до 1100 С используют в основном термопары из неблагородных металлов, для измерения температур от 1100 до 1600 С – тер-мопары из благородных металлов и сплавов платиновой группы, а для измерения более высоких температур – термопары из жаростойких сплавов (на основе вольфрама).

          Наибольшее распространение для  изготовления термоэлектрических  преобразователей получили платина,  платинородий, хромель, алюмель.

          При измерениях температуры в  широком диапазоне учитывается  нелинейность функции преобразования  термоэлектрическогго преобразователя. Так, например, функция преобразования медь-константановых термопар в диапазоне температур от –200 до 300 С с погрешностью ± 2 мкВ описывается эмпирической формулой

E = At2 + Bt + C,

где A, B и C – постоянные, определяемые путем измерения термоЭДС при трех известных температурах, t – температура рабочего спая при 0С.

          Постоянная времени термоэлектрических преобразователей зависит от их конструкции и качества теплового контакта рабочего спая термопары со средой и для промышленных термопар исчисляется в минутах. Однако известны конструкции малоинерционных термопар, у которых постоянная времени лежит в пределах 5 – 20 секунд и ниже.

          Электроизмерительный прибор (милливольтметр) или измерительный усилитель  термоЭДС могут подключаться к контуру термопары двумя способами: в свободный конец термопары или в один из термоэлектродов; выходная термоЭДС от способа подключения измерительных устройств не зависит.

          Как указано выше, при измерении  температуры свободные концы  термопары должны находиться  при постоянной температуре, но как правило, свободные концы термопары конструктивно выведены на зажимы на ее головке, а следовательно, расположены в непосредственной близости от объектов, температура которых измеряется. Чтобы отнести эти концы в зону с постоянной температурой, применяются удлиняющие провода, состоящие из двух жил, изготовленных из металлов или сплавов, имеющих одинаковые термоэлектрические свойства с термоэлектродами термометра.

          Для термопар из неблагородных  металлов удлиняющие провода  изготавливаются чаще всего из  тех же материалов, что и основные  термоэлектроды, тогда как для датчиков из благородных металов в целях экономии удлиняющие провода выполняются из материалов, развивающих в паре между собой в диапазоне температур 0 – 150 С ту же термоЭДС, что и электроды термопары. Так, для термопары платина – платинородий применяются удлинительные термоэлектроды из меди и специального сплава, образующие термопару, идентичную по термоЭДС термопаре платина-платинородий в диапазоне 0 – 150 С. Для термопары хромель – алюмель удлинительные термоэлектроды изготавливаются из меди и константана, а для термопары хромель – копель удлинительными являются основные термоэлектроды, но выполненные в виде гибких проводов. При неправильном подключении удлинительных термоэлектродов возникает существенная погрешность.

В лабораторных условиях температура свободных концов термопары поддерживается равной 0 С путем помещения их в сосуд Дьюара, наполненный истолченным льдом с водой. В производственных условиях температура свободных концов термопары обычно отличается от 0 С. Так как градуировка термопар осуществляется при температуре свободных концов 0 0С, то это отличие может явиться источником существенной погрешности; для уменьшения указанной погрешности, как правило, вводят поправку в показания термометра. При выборе поправки учитываются как температура свободных концов термопары, так и значение измеряемой температуры (это связано с тем, что функция преобразования термопары нелинейна); это затрудняет точную коррекцию погрешности.

На практике для устранения погрешности широкое применение находит автоматическое введение поправки на температуру свободных концов термопары. Для этого в цепь термопары  и милливольтметра включается мост, одним из плеч которого является медный терморезистор, а остальные бразованы манганиновыми терморезисторами. При температуре свободных концов термопары, равной 0 С, мост находится в равновесии; при отклонении температуры свободных концов термопары от 0 С напряжение на выходе моста не равно нулю и суммируется с термоЭДС термопары, внося поправку в показания прибора (значение поправки регулируется специальным резистором). Вследствие нелинейности функции преобразования термопары полной компенсации погрешности не происходит, но указанная погрешность существенно уменьшается.

3.3Вторичные приборы измерения температуры.

На нашем предприятии используются следующие основные приборы:

1) милливольтметры Ш4501-Ш4541

2) потенциометры- КСП1, КСП2, КСП3-КСП4

3)приборы компании «Овен»-ТРМ100, 2ТРМ100

4)термодат 1461, 1462

5) ПТ 200-02

6) регистраторы Ф1773-АД

7) Термолюкс

8) Мосты КСМ1, КСМ2, КСМ3, КСМ4.

9) Логометр-датчик ТС.

3.4 СИ давления

Давлением называется сила, равномерно действующая на площадь и перпендикулярно  к ней направленная.

В международной системе единиц СИ давление выражают в Паскалях (Па) 1 Па = 1 н/м^2. Внесистемные единицы давления, которые используются для технических измерений: техническая атмосфера (кгс/см^2), миллиметры водяного столба, миллиметры ртутного столба.

Паскаль (Па) - малая величина, пригодна для измерения очень малых  давлений. Для измерения средних  и высоких давлений целесообразно  применять кратные единицы: килопаскаль (кПа), мегапаскаль (МПа) и др.

1 Па=1,02.10-5 кгс/см^2 =7,5.10-3 мм рт ст= 0,102 мм вод ст = 10-5 Бар

1 кгс/см^2 = 9,8.104 Па = 735,6 мм рт ст=10000 мм вод ст= 0,98 Бар

1 мм. рт ст=133,6 Па =1,36.10-3кгс/см^2= 13,6 мм вод ст= 1,33.10-3Бар

1 мм вод ст =9,807 Па =1.10-4кгс/см^2 =7,36.10-2мм рт ст= 9,8.10-5Бар

Различают атмосферное (Ратм), избыточное (Ри), абсолютное (Ра) давления и давление разрежения (Рр), которые связаны между собой следующей зависимостью:

Ра = Ри + Ратм

Атмосферное давление измеряется обычно барометром. Оно называется барометрическим  Рб и зависит от погоды, географического положения. Высоты над уровнем моря и т.д.

Давление выше атмосферного является дополнительным к атмосферному давлением, т.е. избыточным.

Избыточное давление измеряют манометром.

Если из замкнутого сосуда вакуум-насосом  удалить воздух, то давление в сосуде станет меньше атмосферного. При этом, абсолютное давление определяют как  разность между атмосферным давлением  и разрежением (вакуумом):

Ра = Ратм – Рр или Рр = Ратм – Ра

где Рр – разрежение, измеряемое вакуумметром.

Таким образом, максимальный вакуум (Рр) может быть, когда мы из замкнутого сосуда удалим весь воздух (Ра=0), тогда Рр = Ратм.

При изменении давления в движущихся средах под давлением понимают статическое  и динамическое давление.

Статическое давление – это давление, зависящее от запаса потенциальной  энергии газовой (жидкостной) среды, и определяется оно статическим  напором. Оно может быть избыточным или вакуумметрическим, в частном  случае может быть равно атмосферному.

Динамическое давление это давление, обусловленное скоростью движения потока газа (жидкости).

Полное давление движущейся среды  слагается из статического Рст и динамического Рд давлений:

Р = Рст + Рд

Давление является важнейшим параметром, характеризующим протекание процессов  при эксплуатации ВВТ. Использование  давления в широком диапазоне  вызывает необходимость применения разнообразных средств измерения.

Для измерения давления и разрежения используются приборы:

1.  барометры – приборы, измеряющие  атмосферное давление;

2.  манометры – приборы, измеряющие  избыточное давление;

3.  вакуумметры – приборы,  измеряющие разрежение;

4.  напоромеры – приборы, измеряющие малые избыточные давления;

5.  тягомеры – приборы, измеряющие  малые разрежения (до 40кПа);

6.  тягонапоромеры – приборы, измеряющие малые давления и разрежения (+20 ¸ - 20 кПа);

7.  дифференциальные манометры  – приборы, измеряющие разность  давлений в двух точках.

По принципу действия приборы для  измерения давления подразделяются на:

1)жидкостные – измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости;

2)деформационные – измеряемое давление определяется значением деформации различных упругих элементов или значением развиваемой ими силы. Деформационные приборы широко применяются для измерения давления и его перепадов благодаря своей портативности, простоте и большому диапазону измерения – от нескольких Па до ГПа. В качестве упругих элементов используют трубчатые пружины, мембраны, сильфоны и др. устройства.

3)грузопоршневые – измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым массой поршня или дополнительного груза;

4)электрические – измеряемое давление определяется по изменению электрических свойств некоторых материалов при воздействии на них давления.

5)компрессионные;

6)термокондуктометрические.

3.5. Поверка термопар.

При изготовлении термопар необходимо определить её погрешность, вызванную неточностями изготовления, недостаточной чистотой металлов и прочее.

Приведём таблицу поверки термопар.

Наименование операции	Проведение операции при поверке
	Первичной	периодической
Внешний осмотр	+	+
Проверка электрической прочности  изоляции	+	-
Проверка электрического сопротивления  изоляции	+	+
Проверка нестабильности	+	-
Определение ТЭДС при заданных значениях  температур	+	+

 

При поверке используют следующие  основные средства:

1. эталонные 2 разряда ртутные стеклянные термометры.

2. Эталонные 2 и 3 разрядов платинородий-платинородиевые термопары типа ПРО.

3. Эталонные 1,2,3 разрядов платинородий-платиновые термопары типа ТПО.

4. Двухрядный или однорядный потенциометры.

5. Современные микропроцессорные средства измерений ТЭДС.

Возможно применение дополнительных средств поверки:

1. Водяной термостат

2. Паровой термостат

3. Масляный термостат

4. Лупа кратностью от 3 до 5

5. Горизонтальные печи трубчатые

6. Никелевый толстостенный стакан.

7. Вертикальная трубчатая печь.

8. Средство измерений сопротивления изоляции.

9. Установка для испытаний электрической прочности изоляции.

10. Амперметр класса 1.0 с верхним пределом 15А

11. Регулятор напряжения мощностью до 10 кВт с пределами регулирования напряжения от 0 до 250 В.

12. Пробирка

13. Удлиняющие провода.

14. Теплоизоляционные сосуды.