Общие теоретические положения

Лабораторная работа № 1

Тема работы: Исследование статических характеристик датчиков температуры.

Цель работы. Закрепить учебный материал по изученной теме.

Оборудование, инструменты и материалы.

1.Термосопротивление

2.Автоматический мост

3 Измерительный. прибор

4.Источник тепла (печь)

5. Соединительные провода

Литература, используемая для подготовки к лабораторной работе

Дорофеев К.П. «Основы автоматизации производства и вычислительная техника в литейных цехах», с. 52-56

Общие теоретические положения.

В литейных и термических цехах для измерения тем­пературы до 650 °С широко распространен способ, основанный на зависимости электрического сопротивления проводников и полу­проводников от их температуры. Зная зависимость между сопро­тивлением чувствительного элемента и его температурой, можно, замеряя сопротивление, определить значение температуры с весьма высокой точностью (до 0,02 °С).

Чувствительные элементы, выполненные из металлических проводников, называют термометрами сопротивления.

Термометр сопротивления (термочувствительный элемент) пред­ставляет собой металлическую проволоку, намотанную на каркас. К материалу проволоки предъявляется ряд требований. Он должен иметь высокий температурный коэффициент для получения хорошей чувствительности, большое удельное сопротивление, оп­ределяющее его размеры, устойчивость физических свойств при значительных изменениях температуры, хорошую воспроизводи­мость состава, стойкость к воздействиям окружающей среды, линейность и стабильность характеристик во времени.

Лучше других указанным требованиям отвечают платина (ин­тервал температуры +200 ... +1100 °С) и медь (интервал темпе­ратуры —50 ... +200 °С).

Платиновые термометры сопротивления (ТСП) изготовляют из проволоки диаметром 0,03 ... 0,1 мм. Намотка выполняется безындукционной (бифилярной), что обеспечивает возможность включения термометра в схему, питаемую как постоянным, так и переменным током. Для каркаса платиновых термометров ис­пользуют плавиковый кварц или керамику на основе окиси алюминия

 

Рис.1. Конструкция термометра сопротив­ления

1-корпус, 2-клеммная колодка, 3- фарфоровые бусы, 4-штуцер с резьбой, 5- защитный стальной чехол (кожух), 6- чувствительный элемент

 

Основными недостатками платины являются высокая стоимость, возможность загрязнения и охрупчивания в восстановительной среде.

К достоинствам меди в первую очередь следует отнести низкую стоимость и возможность получения очень тонкой проволоки высокой степени чистоты.Медные термометры сопроти­вления изготавливаются из мед­ной эмалированной проволоки, намотанной на пластмассовый стержень в несколько слоев, так как медь имеет значительно мень­ший температурный коэффициент сопротивления, чем платина и, следовательно, для обеспечения достаточной точности измерения требуется большая длина прово­локи.

Для предохранения чувст­вительного элемента от механи­ческих повреждений он поме­щается в кожух (рис. 36, б). Материалом кожуха в зависи­мости от среды и температуры, ко­торую необходимо измерить, могут быть стали 20, Х18Н10Т или латунь Л63.

Термометры сопротивления из­готавливаются с рабочей длиной от 160 до 2000 мм и диаметром кожуха от 8 до 16 мм. В верхней части термометра сопротивления имеется головка, на которой указывается харак­теристика данного термометра сопротивления: температура, гра­дуировка, рабочая длина.

Промышленность выпускает термометры сопротивления унифицированной конструкции для измерения температуры газообразных и жидких сред (рис. 1). Термометр состоит из чувстви­тельного элемента 6, помещенного в защитный латунный чехол 5, на который приварен штуцер с резьбой 4, служащий для крепле­ния термометра. С помощью проводов, армированных фарфоровыми бусами 3, чувствительный элемент соединяется с клеммной колодкой 2, расположенной в корпусе 1.

Выходной сигнал термометров является стандартным, и каждому значению температуры соответствует строго нормированное значение сопротивления (ГОСТ 6651—84).

К числу достоинств термометров сопротивления относится: высокая точность измерения, возможность установки измерительного прибора на значительном расстоянии, возможность автоматической записи.

Недостатки термометров сопротивления: низкий предел измерения, это объясняется низкими механическими свойствами меди и быстрой окисляемостью поверхности проволоки.

В качестве вторичных приборов, работающих с термометрами сопротивления, в промышленности нашли применение логометры и уравновешивающие мосты (ручные и автоматические).

 

Порядок выполнения работы

Схема прибора

Принципиальная схема уравновешенного моста представлена на рис. 2. Уравновешенный мост предназначен для измере­ния температуры компен­сационными методами. Он состоит из трех резисто­ров Rl, R2 и R3 с по­стоянным сопротивлением, сопротивления реохорда Rp сопротивления термо­метра сопротивления Rt источника питания Е, нуль-прибора НП, под­ключенного в диагональ моста АБУ и подгоночных катушек Rл. С движком Д реохорда Rp механически связана стрелка прибора.

Прибор работает следующим образом.

Если между сопротивлениями плечей моста достигается соотно­шение

 

то в диагонали моста между точками А и Б ток будет отсутствовать. Тогда

При изменении температуры сопротивление Rt изменяется, и равновесие моста нарушается. Между точками А и Б появится напряжение разбаланса, а в диагонали моста появится ток, ве­личина и направление которого зависят от изменения температуры.

Для определения нулевого положения стрелки прибора помещаем термосопротивление в емкость с водой со льдом. Для измерения температуры помещаем термосопротивление в печь. Стрелка нуль-прибора отклоняется от нулевого положения.

Чтобы измерить температуру в печи, мост необходимо привести в равновесие. Для этого перемещают движок реохорда Д, изменяя соотношение сопротивлений реохорда r1 и r2 до тех пор, пока стрелка нуль-прибора не установится на нулевую отметку. По положению стрелки, связанной с движком реохорда Д, определяется измеряемая температура

Результаты измерений заносим в таблицу 1

Таблица 1 – Результаты измерения температуры

 

Температура, оС
t1 t2 t3
     

 

Вопросы для самопроверки

  1. Устройство термометра сопротивления
  2. Достоинства и недостатки термометров сопротивления
  3. Настройка моста
  4. Измерение температуры

Содержание отчета

1. Теоретическое обоснование работы термометра сопротивления

2. Возможности измерения температуры с помощью различных термометров сопротивления

3. Устройство медного термометра сопротивления

4. Схема прибора с описанием порядка работы

5. Выводы