Файл: ЛабПр ТДиТМО.doc

(-50…+180С) вследствие того, что при более высоких температурах медь интенсивно окисляется. Для измерения температур в более широком интервале

(-260…+1100С) используется платина, имеющая высокую термическую стабильность. Технические медные и платиновые термометры сопротивления обозначаются соответственно ТСМ и ТСП. К достоинствам металлических термометров сопротивления относится высокая точность измерения в широком интервале температур, а к недостаткам – необходимость использования в измерительной схеме высокостабильного источника тока.

Терморезисторы изготавливают из медно-кобальто-марганцевых оксидных полупроводников. Термисторы представляют собой полупроводниковые элементы с p-nпереходами – диоды, транзисторы, стабилитроны. Терморезисторы и термисторы имеют высокое значение температурного коэффициента сопротивления, что обуславливает их высокую чувствительность и малую инерционность, однако недостатком является нелинейная зависимость сопротивления от температуры и большой разброс сопротивления (до 20%) даже для одного типа терморезистора, что снижает точность измерений. Кроме того, температурный интервал их применения ограничен, вследствие низкой термической стойкости полупроводниковых материалов.

1.5. Пирометры излучения.

Принцип действия пирометров основан на зависимости интенсивности теплового излучения тел от температуры. Тепловое излучение может распространяться в пространстве даже в вакууме, поэтому эти средства применяются в качестве бесконтактных средств измерения, т.е. не требующих непосредственного контакта между объектом и средством измерения. Вследствие этого основная сфера их использования – это измерение сверхвысоких температур (порядка нескольких тысяч градусов), где контактными средствами измерения пользоваться невозможно из-за опасности их физического разрушения или измерение температуры труднодоступных для непосредственного контакта объектов, например температуры больших участков местности при аэрокосмической съёмке, объектов в зоне химического или радиационного заражения. Таким образом, к достоинствам пирометров следует отнести возможность бесконтактного измерения температуры, а значит отсутствие влияния на объект измерения, высокое быстродействие. Недостатком пирометров является относительно большая абсолютная погрешность определения температуры, т.к. согласно закону Стефана-Больцмана излучательная способность тела пропорциональна 4-й степени его абсолютной температуры. Однако при измерении высоких температур соответствующая относительная погрешность может оказаться вполне сравнимой с величиной относительной погрешности других средств измерения температуры.

1.6. Термоэлектрические термометры.

Термоэлектрические термометры основаны на физическом эффекте возникновения термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) в цепи, состоящей из 2-х разнородных проводников, соединенных между собой спаями, если температуры этих спаев различны. Этот эффект был открыт в 1821 году немецким ученым Т. Зеебеком (T.Seebeck). ТермоЭДС зависит только от материала термоэлектродов и разности температур спаев:

,

где - коэффициент Зеебека.

Конструкция из 2-х или более разнородных электродов, соединенных спаями, называется термопарой. Определить разность температур спаев можно, измерив величину термоЭДС. Для этого в цепь термопары должен быть включен прибор для измерения разности потенциалов. Это может быть милливольтметр или потенциометр постоянного тока. Если температура контактов прибора для измерения ТЭДС, к которым подключается термопара, одинакова, то это не искажает значение ТЭДС, развиваемое термопарой.

Таким образом, термоэлектрический термометрпредставляет собой комплект, в состав которого входят термопара в качестве первичного преобразователя, т.е. датчика температуры, и прибор для измерения ТЭДС.

Однако на практике, как правило, интерес представляет не знание разности температур спаев, а температура одного из них, который находится в контакте с объектом измерения. В этом случае температура другого спая должна оставаться неизменной в процессе измерения и быть известна. В связи с этим условно различают горячий(илирабочий) ихолодныйспаи термопары. Для соблюдения этого условия в технике при точных измерениях принято поддерживать эту температуру равной 0С, для чего холодный спай термопары в процессе измерений находится в сосуде с тающим льдом.

Значение температуры, соответствующее измеренному значению термоЭДС , определяется по известной для данного типа термопары зависимости Е = f(T₁-T₂), которая называетсяградуировочной характеристикой термопары. Градуировочная характеристика может быть представлена в форме таблицы, графика или аналитической зависимости.

В случае, если холодный спай термопары находится при температуре, отличной от 0С, при определении температуры рабочего спая необходимо учитывать поправку на температуру холодного спая. Схема термоэлектрического термометра представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема термоэлектрического термометра

К материалам для изготовления термопар предъявляется ряд специальных требований:

- высокая ТЭДС. Наилучшее сочетание материалов термоэлектродов то, при котором величина ТЭДС, развиваемой на 1 градус изменения температуры, максимальна. В этом случае выше точность измерения и чувствительность прибора;

• термическая и химическая стабильность;

• относительная дешевизна;

• достаточная пластичность, чтобы иметь возможность изготавливать электроды в виде проволоки различной толщины.

Несмотря на то, что эффект Зеебека проявляется у достаточно большого числа различных материалов, удачное сочетание качеств, отвечающее комплексу вышеназванных требований, предъявляемых к материалам для термопар современной производственной практикой, встречается достаточно редко. Это обстоятельство приводит к необходимости создания специальных сплавов для изготовления термопар. Наиболее чувствительной среди термопар является хромель-копелеваятермопара (тип ТХК), развивающая ТЭДС 66,42 мВ/град. Термопары, выпускаемые промышленностью серийно, называютсястандартными. Основные типы стандартных термопар и их параметры в соответствии с международной спецификацией представлены в таблице 3. Хромель-копелевая термопара не относится к числу стандартных согласно международной классификации, однако в России выпускается серийно, несмотря на относительно ограниченный диапазон рабочих температур (от –50 до +600С).

Различают следующие основные варианты конструктивного исполнения термопар:

• неизолированная тонкопроволочная с открытым контактом;

• изолированная с открытым контактом;

• изолированная на самоклеющейся основе;

• изолированная в керамической оболочке;

• в металлическом корпусе с встроенными клеммами для установки в гильзу.

Таблица 3.

Основные типы стандартных термопар в соответствии с международной спецификацией.

*В таблице приведены типы, совпадающие с международным стандартом.

Термоэлектрические термометры обладают следующими достоинствами в сравнении с другими средствами измерения температуры:

• высокая точность измерения при широком диапазоне измеряемых температур;

• возможность измерения температуры в труднодоступных местах благодаря малым размерам чувствительного элемента;

• возможность дистанционного измерения температуры и передачи сигнала измерительной информации на большие расстояния, использования его непосредственно без промежуточных преобразований в системах автоматического регулирования и компьютерного управления, т.к. он вырабатывается в форме электрического сигнала;

• возможность измерения температуры в нескольких точках с помощью одного вторичного прибора (многопозиционное измерение);

• отсутствие необходимости включения в измерительную цепь высокостабильного источника питания;

• относительная дешевизна.

Совокупность вышеназванных качеств послужила причиной того, что термоэлектрические термометры нашли самое широкое применение в различных сферах производственной деятельности и относятся к средствам измерения общепромышленного назначения, знание которых включает кругозор технически грамотного специалиста любого профиля.