Тема. Термоелектричний метод

Температура.Температурна шкала.

Температура-це степінь нагрітості речовини.Поняття температури основана на теплообміні між двома тілами,що знаходяться в тепловому контакті.

Температурна шкала-це інтервал температур між двома реперними точками.

Градус-це поділки температурної шкали

Види температурних шкал:

1)термоденімічна температурна шкала.(шкала кельвіна)T, в К

2)міжнародна практична температурна шкала(шкала Цельсія)t,°C

3)шкала Фаренгейта,n,°f.

2.Методи вимірювання температури.Класифікація приладів.

Внаслідок зміни при нагріванні внутрішньої енергії речовини всі фізичні властивості залежать від температури,тому для вимірювання температури вибирають такі властивості речовини

1.не піддаються впливу інших факторів.

2.порівняно легко віддаються вимірювання

Цим вимогам відповідають такі властивості робочої речовини:

1.обємне розширення

2.зміна тиску в замкнутому об’ємі.

3.виникнення термоелектрорушійні сили

4.зміна електричного опору.

5.зміна інтенсивності випромінювання.

На основі цих властивостей розрізняють такі методи вимірювання температур:

1.метод об’ємного розширення

2.метод зміни тиску в замкнутому об’ємі.

3.метод виникнення термоелектрорушійної сили.

4.метод зміни електричного опору.

5.метод зміни інтенсивності випромінювання.

Класифікація приладів.

1)термометри розширення-основані на властивостях речовин змінювати свій об’єм під дією температури(-190° до +150°)

2)манометричні термометри-працюють по принципу зміни тиску рідини,газу або пари в замкнутому об’ємі при нагріванні або охолодженні цих рідин(-160°С до +600°С)

3)термоелектричні термометри освоєнні на принципі властивості різнорідних металів і сплавів створювати в парі термо ЕРС залежно від температури спаю(-50°С до +1800°С)

4)термометри опору-основані на властивостях металевих провідників змінювати свій електричний опір при нагріванні(-200°С до +650°С)

5)пірометри випромінювання працюють по принципу вимірювання енергії,що виділяється нагрітим тілом залежно від температури тіла(+300°С до +6000°С)3.Термометри розширення.

1)рідинні термометри

2)дилатометричні термометри

3)поправки до показів рідини термометрів

Тема №2

Тема. Термоелектричний метод

1.основи теорії термоелектричного методу.

Термоелектричне явище відкрите у 18 ст. і використовуєтьсядля вимірювання температури та інших неелектричних величин.Цей метод полягає в тому, що в замкнутому контурі, який скл.з 2 різнорідних провідників безперервно протікає електричний струм,якщо місця спаю провідників мають різну температуру.

Термоелектро рушійна сила,яка виникає при цьому залежить.від матеріалу провідника і його температури.

Схема контура термоелектричного термоперетворювача А і В-це 2 провідники виготовлені із різних матеріалів.

В замкнутому контурі термоелектричного перетворювача в спаях 1 і 2 в залежності від їх температури t і tо, а також в залежності від матеріалу термоелектронів зявляються 2 сумарних термо е.р.с. еАВ(t), еВА(tо) при проходженні контура проти годинникової стрілки.

Сумарна е.р.с Еав(t,tо)=алгебраїчній сумі термо е.р.с обох спаїв. Еав(t,tо)=еАВ(t)+еВА(tо) врахувавши що Еав(tо)=це –еАВ(tо) Еав(t,tо)=еАВ(t)-еАВ(tоОтже, термо е.р.с,яка виникає в термоперетворювачі дорівнює різниці 2 сумарних термо е.р.с, що зявляється на кінцях термоелектронів, в спаях 1 і 2 і діють на зустріч одна одній.Спай1,який занурюється у вимірювальне середовище і наз.робочим(гарячим)кінцем термоперетворювача(термопара (2).Спай2 знаходиться при температурі навколишнього повітря і називається вільним(холодним) кінцем термоперетворювача.2.Призначення.принцип дії і будоватермоел.термопер.

Термоперетворювачі працюють на основі властивостей металів і сплавів металів створювати термо е.р.с,яка залежить від темпер.місця зєднання кінців 2 різнорідних провідників,що утворюють чутливий елемент перетворювача.Знаючи закон зміни термо е.р.с термоперетворювача і визначивши значення термо е.р..за допомогою електровимірювального приладу можна знайти вимірювальне значення температури середовища.

Термоперетворювачі працюють в комплекті з такими вторинними приладами:1)магнітоелектричними вольтметрами, 2) потенціометрами.

Термоперетворювачі використовують в енергетичних установках для вимірювання температури перегрітої пари димових газів,метало труб,котлоагрегатів.

Переваги термоперетворювачів:1)великий діапазон вимірювання,2)висока чутливість,3)незначна інерційність,4)відсутність стороннього джерела живлення,5)можливість дистанційної передачі показів.

3.Термоелектродні матеріали.

В якості термоелектронних матеріалів для виготовлення перетворювачів використовують чисті метали та сплави. Вибір матеріалу має велике значення тому перед ним ставлять такі вимоги:

1)незмінні термоелектричні властивості 2)стійкість протидії високих температур,окиснення та інших шкідливих факторів. 3)добра електропровідність і невеликий температурний коефіцієнт електричного опору. 4)однозначна та по можливості лінійна залежність термо е.р.с.від температури 5)однорідність і постійність складу для забезпечення взаємо замінності термоперетворювачів.

Цим вимогам відповідають такі матеріали:платина,платинородій,хром ель,алюмей, копель. Для вимірювання в лабораторних установках також можна використовувати мідь, залізо, константан

4.Типи і характеристики термоперетворювачів Термоперетворювачі в залежності від матеріалу поділяють на 2 групи:-благородні метали і їх сплави- неблагородні метали і їх сплави

Характеристики термоперетворювачів:Платинородій платиновий(10%),ТПП,ПП-1.Платинородневий30 і 60% радія,ТПР,ПР-30/вХром-алюмінієвий,ТХА,ХАХром-коплевий,ТХК,ХК.Термоперетворювачі типу ТПП(платинородійп латиновий) і ТПР(платиною.радій) використовують для вимірювання температури>100 гр.цельсіяДопустимі відхилення термо ЕРС від градуювального значення(похибка)

ТПП-якщо t≤300,то ⌂Е=±0,001 мВ.Якщо t›300,то ⌂Е=±(0,001+2,5 * 10 в -5(t – 300))мВТПР- якщоt≤300,то ⌂Е=±0,2 мВ.Якщо t›300,то È=±(0,2+6 * 4 в -4( t-300)) ТХА-якщо t≤300,то ⌂È=± 0,16мВ,якщоt‹300,то ⌂È=± (0,6+2*10 в -4(t -300)) ТХК-якщо,t≤300,то⌂È±0,01мВ,якщо t ‹300,то ⌂È=±(0,01+2,5*10в-5(t-300)) 5.Схеми включення

При вимірювання температури вільні кінці термоперетворювача повинні мати постійну постійну температуру,тому що зміна температури впливає на покази вторинного приладу ,тому щоб зменшити похибку використовують спеціальні автокомпенсуючі пристрої автоматичного введення поправки.Ці пристрої можуть вмонтовуватися у вторинний прилад або знаходитись окремо.

При прокладанні з’єднувальної лінії між термоперетворювачем і вторинним приладом використовують термоелектродні подовжувальні провідники виготовлені із металів та сплавів однакових із термоперетворювачем.Окремі жили подовжувальних провідників мають різне забарвлення електроізоляції. Подовжувальні провідники

Тип терм.	позначення	Позит(мат)	колір	Негат(матер) матеріал	забарвлення	Термо..⌂
ТПП	П	мідь	червона	Сплав ТП	зелена	0,64
ТХА	М	))	))	констнтан	коричнева	4,1
ТХК	ХК	хромель	фіолетова	копель	жовта	6,9

6.Встановлення та повіркаНа точність вимірювання термоел.термопер.впливає спосіб встановлення і правильність підключення термоперетв. До вторинного приладу.основною вимогою є досягнення мінімальних втрат тепла по арматурі термоперетворювача,тому робочий кінець термоперетворювача повинен знаходитись в сердині потоку,а при малих діаметрах трубопроводу термопер. встановлюється під кутом на зустріч потоку.При вимірювання температури більше,ніж на750 термрперетворювач встановлюють вертикально.Повірка термоперетворювачіввиконується окремо від вторинних приладів.Може виконуватися одним із двох способів:1)порівняння із показами зразкового термометра (термопер.)2)по реперних точках рівноваги фаз хімічно чистих речовин(для платинородійплатинових перетворювачів)При першому способі,якщо температура менша 300 повірку виконують у водяному і масляному термостатах по зразковому ртутному термометру(аналогічно як повірка термометрів розширення)При температурі від 300 до 1200 у трубчастій електропечі.По зразковому платинородій платиновому перетворювачу

В процесі повірки температура вільних кінців підтримується постійною і вільною нулю за допомогою термостата плавлення льоду.Термо ЕРС зразкового і повір очного термоперетворювачів вимірюється за допомогою лабораторного потенціометра

ТЕМА №3

Тема:магнітоелектричні мілівольтметри. 1.призначення і принцип будови мілівольтметра Мілівольтметр-це вторинні прилади для вимірювання температури за допомогою термоперетворювача. Шкала мілівольтметра проградуйована в градус С і вони працюють тільки з певним типом перетворювачів,тому на шкалі мілівольтметра обов’язково вказується градуювання термоперетворювача.Тому на шкалы вказуэться термоперетворювач. Принцип дії мілівольтметраосновний на взаємодії магнітного поля провідника по якому проходить електричний струм їз магнітним полем постійного магніта.що знаходиться в приладі.провідником в даному випадку є прямокутна рамка яка скл.з 100-300витківтонкого мідного або алюмінієвого дроту. Рамка може повертатись навколо вертикальної осі.Схема рамки магнітоелектричного мілівольтметра.
Проходження струму через рамку виникаємагнітне поле перпендикулярне до її площини. це поле взаємодіє з полем магніта і утворюється дві однакових сили F.які дістають згідно правила лівої руки на бокові сторони рамки в протилежних напрямках. Це сила визнач. F=nLBI n-к-ть витків L-висота рамки B-магнітна індукція I-струм що проходить по рамці. В результаті на рамку дії обертальні моменти : Моб=2r*F Кут повороту рамки на якій закріплена стрілка мілівольтметра пропорційна силі струму в колі: І=EAB(t,t0)/F 2.типи промислових мілівольтметрів Допускають такі типи мілівольтметрів : М-64-показувальний із профільною шкалою. М-64-02- показу вальний із сигналізуючим пристроєм М-1730-показувальний вузькопрофільний з уніфікованим вихідним сигналом по струму і можуть мати сигналізуючи пристрої. Ш4500- показу вальний з профільною шкалою. 3.опір зєднювального мілівольтметра Загальний опір вимірювального кола мілівольтметра (Rм)і опору зовнішньої з’єднувальної лінії(Rл) Rзаг=Rм+Rл Опір мілівольтметра скл.з рамки Rр і опору додаткового резистора ,який включений в коло рамки Rд .Rм=Rр+Rд .Опір додаткового резистора призначений для підготовки заданого діапазону показів і зменшення впливу на прилад зміни температури навколишнього повітря. Опір зовнішньої лінії встановлюється в залежності від типу термоперетворювача і може =Rл=0.6,5,15 ом. Значення опору лінії мілівольтметра вказується на шкалі приладу. 4.поправки до показів мілівольтметра. При вимірюванні в комплекті мілівольтметра і термоперетворювача до показів мілівольтметра вводяться такі поправки: 1.основна – враховує похибку показів мілівольтметра ,яка зростає внаслідок виникнення залишкових деформацій і спрацювання окремих елементів приладів внаслідок тертя 2.на зміну темпер.вільних кінців термоперетворювачів-визнач.за допомогою градуювальних характеристик 3.на зміну вимірювального кола мілівольтметра – опір зростає при підвищення темпер.навколишнього повітря. 5.вимоги до встановлення та повірка мілівольтметра Мілівольтметри ,як і інші вторинні прилади встановлюють в місціх для спостереження де немає впливу шкідливих факторів . повірка виконується шляхом порівняння їх показів їз показами зразкового потенціометра . повірка здійснюється спочатку при зменшенні ЕРС а потім при збільшені . в кожній повірочній відмітці шкали виконують1-2відмітки.

Тема №4

Тема Компенсаційний метод вимірювання термо ЕРС.
1. Вимірюання температури за допомогою мілівольтметра не забезпечує достатньої точності внаслідок впливу зміни температури навколишнього повітря на опір мілівольтметра і опір зовнішньої з’єднувальної ленії.
Для того щоб ввести автоматичну поправку на зміну температури вільних кінців термоперетворювача використовують компенсаційний метод вимірювання термо ЕРС.Суть цього методу полягає втому що термо ЕРС – термоперетворювача зрівноважується,компенсується рівною їй по величині але оберненою за знаком напругою від джерела струму вмонтованого в прилад і ця напруга виміряна з високою точністю.Принцепова схема потенціометра……
Прилад складається із трьох контурів- 1-утворює вимірювальне коло в яке включено джерело постійного струму –Б,змінений резистор для зміни величини струму-Rрт ,порівняльний резистор-Rc,і зрівноважувальний резистор-Rр атакож кнопка К.
2-це коло нормального елемента НЕ нормальний елемент створює при температурі 20 градусів постійну ЕРС що дорівнює 1,0186В.
3-це коло термоперетворювача Т контур 2 і 3 почергово підключаються гальванометром Г за допомогою перемикача П.
Гальванометр- це чутливий прилад з двохстороньою шкалою і в залежності від напрямку струму його стрілка відхиляється в ліво або в право від нульової відмітки шкали. Порівняльний резистор Rc- виготовляється із манганіну і має постійний і точно визначений опір. Принцип дії потенціометра-Вимірювання температури середовища за допомогою потенціометра здійснюється таким чином перемикач П встановлюється в положення -1,замикається коло контура 2,натиснувши кнопку К замикають коло вимірювального контура 1, реостат-Rрт регулюють робочий струм так щоб стрілка гальванометра встановилася на нуль. Після цього відпускають кнопку К і перемикач П встановлюють в положення -2 в результаті контур термоперетворювача 3. Знову замикають кнопку К і якщо при зміні температури вимірювального середовища стрілка гальванометра відхилилася від нуля то за допомогою повзунка реохорда зрівноважуємо схему і ЕРСтп=ЕРСне тобто стрілка гальванометра встановлюється на нуль по шкалі реохорда визнач значення термо ЕРС яку створив термоперетворювач в мілівольтах а маючи значення термо ЕРС по градуювальник таблицях визнач температуру вимірювального середовища для кожного типу термоперетворювача окремо.
2.Автоматичні потенціометри працюють також на основі компенсаційного методу тільки в них компенсація термоЕРС яка створюється термоперетворювачем здійснюється зрівноважу вальним пристроєм зв’язаним з реверсивним мікро двигуном. Автоматичні потенціометри можуть працювати з кількома термоперетворювачами одночасно тому вони є: одно канальні(одно точкові),багатоканальні(багатоканальні від 3,6або12).структурна схема автоматичного потенціометра. Т-термоперетворювач. АП- автоматичний потенціометр. ИС-вимірювальна схема.ЕУ- електроний підсилювач. РД-асенхроний реверсивний мікродвигун. ОУ-відліковий пристрій. СУ-сигналізуючий пристрій. УУ-зрівноважувальний пристрій. СД-синхроний мікродвигун.
Реверсивний двигун РД діє на зрівноважу вальний відліковий і сигналізуючий пристрій. Синхронний двигун приводить в дію механізм переміщення діаграмного паперу атакож перемикач точок вимірювання і друкуючий механізм для запису показів в багатоканальних приладах. Принцип дії автоматичних потенціометрів.При зміні температурисередовища термоЕРС.яка подається на вимірювальну схему.Тут вона компенсується напругою Ек=Ет,але з протилежним знаком.Напруга Ек поступає від зрівноважувального пристрою.Якщо Ет не=Ек,то виникає розбалансвимірювальної схеми,Ет=Ек=дельта Е.Значеннярозбалансу дельта Е постіпає черезпідсилювач реверсивний мікродвигун який діє на зрівноважу вальний пристрій дотих пір поки не зникне напруга розбалансу,тобто Ет=Ек.Одночасно реверсивний мікродвигунперевищує каретку із стрілкою по шкалі приладу,яка проградуйована в градусах С .Типи промислових автоматичних потенціометрів:КСП 4-повногабаритнийз діаграмною стрічкою;КСП 3-малогабаритний,э однокрапковим показуючим і самопишучим приладом з круговою шкалою і діаграмним диском ;КСП 2- малогабаритний показуючий і самопишущий прилад з довжиною лінійної шкали і шириною діаграмної стрічки 160мм. КПП1 мініатюрний,є 3)Використовуєтьсядля точних вимірювань термо ЕРС і невеликих напруг в лабораторіях.Виготовляються таких типів:1.ПП-63-потенціометрпереносний-діапазон вимірювання від 0 до 25;від 0до 50;від 0 до 100мВ,класточності 0,05; 2.ПП-70; 3.Р 330,Р371-зразкові потенціометри високого класуточності від 0,002 до 0,02. 4).Автоматичні потенціометриповіряютьна показах зразкового потенціометра.повірочний і зразковийпотенціометри підключають паралельно до джерела регульованоїнапруги.Температура вільних кінців термоперетворювача вимірюється зразковим аболабораторним термометром.Перед повіркою потенціометр для попередньогопрогрівання повинен бути включений в мережу протягом 30хв(до 2год).Повірка виконується аналогічно,як і длямілівольтметрів.СХЕМА ПОВІРКИАВТОМАТИЧНОГО ПОТЕНЦІОМЕТРА…..ТАБЛИЦЯ…1-повірочний потенціометр;2-зразковийпотенціометр;3-джерело регульованої напруги;4-компенсаційна коробка.