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
- Устройство термометра сопротивления
- Достоинства и недостатки термометров сопротивления
- Настройка моста
- 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