Материал: 36-70

2. Термометры на основе преобразователей с электрическими выходными сигналами

К термометрам с электрическими выходными сигналами относятся термометры сопротивления и термоэлектрические термометры.

Термометр сопротивления состоит из первичного преобразователя температуры и электроизмерительного прибора. Действие термометра сопротивления основано на зависимости электрического сопротивления металлических проводников от температуры. С увеличением температуры сопротивление металлических проводников возрастает. Выбор материала проволоки обусловлен пределами измеряемых температур: -50... 180 °С — медь; -200...500 °С — платина. В термометрах сопротивления также применяют полупроводниковые преобразователи сопротивления (термисторы). Термисторы представляют собой твердые полупроводники (германий, оксиды меди, марганца, титана). Их сопротивление при нагреве резко снижается. Термисторы применяются при температурах до 600 °С.

В качестве измерительных приборов в термометрах сопротивления применяют логометры и компенсаторы мостовые.

Логометр — прибор магнитоэлектрической системы с небалансной измерительной мостовой схемой.

Компенсаторы мостовые — автоматические уравновешенные мосты показывающие и самопишущие.

Упрощенная схема термоэлектрического термометра показана на рис. 3.11. Термоэлектрический термометр включает термопару — два разнородных изолированных друг от друга проводника 1 и 3, имеющих спай 2, и измери­тельный прибор 5 (например, пирометрический милливольтметр), подключенный к проводникам в точках 4. Спай 2 называют горячим спаем, а точки 4 — холодным спаем термопары. Электроды изолируют друг от друга бусами из

фарфора и помещают в защитный кожух из стали или керамики. Работа термопары основана на зависимости контактной разности потенциалов (между двумя разнородными металлами) от температуры. Характеристики некоторых типов термопар в таблице 3.1.

Таблица 3.1 — Характеристики нескольких типов термопар

Тнп термопары	Обозначение	Рабочий диапазон длительного режима работы, °С	Максимальная температура кр атковр ем енного режима работы, СС
Медь-копе л евая	МК(М)	-200... 100	-
Хр ом ель-копе л евая	ХК(Ь)	-50...600	800
Хр ом е ль-алюм ел евая	ХА(К)	-200... 1000	1300
Пл атннор один (10 % родия)- платнновая	ПП^)	0...1300	1600
Пл атннор одни (30 % родня)- пл атннор о дневая (б % родня)	пр з о/б св)	-300...1600	1800
Вольфрамреннн (5 % рення)- вольфрамренневая (20 % рення)	ВР5/20-1<А)	0...2200	2500

В качестве измерительных приборов в термоэлектрических термометрах применяют пирометрические милливольтметры и автоматические мостовые компенсаторы.

Пирометрические милливольтметры — дистанционные измерительные приборы. Милливольтметры бывают показывающие и самопишущие. Магнито­электрическая система прибора по конструкции узлов идентична с устройствами вольтметров^ амперметров постоянного тока. Класс точности пирометрического милливольтметра 1,5; шкалы имеют диапазоны: 0...300 °С, 0...500 °С и т.д.

В автоматических мостовых компенсаторах используют компенсацион­ный метод измерения термоЭДС, основанный на уравновешивании термоЭДС

+

термопары и известного падения напряжения на калиброванном сопротивлении (реохорде). Упрощенная принципиальная схема потенциометра показана на рис. 3.7. Уравно­вешивающее напряжение в этой схеме создается с помощью ЭДС батареи Е. Признаком достижения компенсации будут показания измерительного прибора ИП (стрелка прибора покажет ноль). При этом положение точки Ь относительно шкалы, отградуированной в градусах Цельсия, будет

3. Бесконтактные термометры

Для измерений температур выше 600 °С в технологических процессах литейного производства случаях применяют бесконтактные термометры — пирометры излучения. Действие пирометров основано на зависимости параметров излучения от температуры измеряемого тела или среды.

непрерывного спектра.

чЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ'^

Рисунок 3.8

Пирометры бывают яркостные, радиационные и цветовые. Их изготавливают в виде ручных или стационарно устанавливаемых приборов, которые визируется на поверхность, излучающую тепло в виде

При измерении температуры газов и паров, имеющих линейчатые или полосовые спектры, используют огнеупорные «черные» трубки (рис. 3.8), которые помещают в измеряемую среду. Пирометром 1 измеряют температуру трубки 2 и, следовательно, температуру окружающей ее среды. На точность измерения оказывает влияние состояние

промежуточной срсды, находящейся между объектом измерения и пирометром. Частичное поглощение излучения пылью, дымом и парами, содержащимися в среде между измеряемым телом и пирометром, ослабляет излучение.

Для непрерывного контроля температуры закрытых объектов применяют световодные технологии, основанные на формирования и передаче через футеровку печи или шлак теплового излучения (рис. 3.9). Излучение от расплава 1 по световодному устройству 2 и волоконно-оптическому кабелю 8 после преобразования в детектирующем устройстве 6 подается на вторичный измерительный прибор 7, индикатор которого отображает температуру расплава. ,В состав прибор также входят термостатирующий кожух 3, визирное устройство 4, фокусирующее устройство 5, также трубки 9 для подачи хладагента в кожух 3.

~Чг*

1380

V V V V . V V

ирир

ь

□□ □□в

Современные цветовые пирометры предназначены для измерения темпе­ратуры выше 800 °С с основной погрешностью +1 % . Действие цветовых пирометров основано на использовании зависимости цветового излучения поверхности нагретого тела от его температуры (рис. 3.10). Поток излучения тела 1 направляется оптической системой на кубическую призму 3, где разделяется на два потока. Один поток поступает на визирующее устройство 4, а другой (преломленный) — проходит через фокусирующие линзы и термостатирующее устройство на фотосопротивление 9. Диск 11 с красным и синим узкополосными светофильтрами вращается микроэлектродвигателем 10. Амплитуды импульсов напряжения, полученные с фотоэлемента, пропорциональны потокам излучения, прошедшим через светофильтры от излучаемого тела. Усилителем 7 сигнал

2

9 8 7

Рисунок 3.10

3

4

передается на детекторно- суммирующее устройство 5 и преобразуется в аналоговую ЭДС, измеряемую потенциометрическим прибором 6. Сигнал от термостатического устройства 8 вносит поправку на температуру.

3. Измерение давления и разности давлений

Давлением называется равномерно распределенная сила, действующая перпендикулярно на единицу площади тела. Различают давление: атмосферное (барометрическое), избыточное (манометрическое), меньше атмосферного (вакуум, или разрежение) и абсолютное (полное).

Приборы для измерения давления классифицируют по величине измеряемого давления и по принципу действия.

В зависимости от величины измеряемого давления приборы делятся:

• на манометры — для измерения избыточного давления;

• дифференциальные манометры — для измерения разности давлений;

• вакуумметры — для измерения вакуума;

• мановакуумметры — для измерения избыточного давления и вакуума;

• тягомеры — для измерения небольшого разрежения;

• напаромеры — для измерения небольшого избыточного давления;

• тягонапаромеры — для измерения давления в диапазоне от -2500 до 2500 мм вод. ст.;

• микроманометры — для измерения давления в диапазоне от -250 до 250 мм вод. ст.

1. Жидкостные манометры

Наиболее простым по конструкции является жидкостный 11-образный манометр (рис. 3.11), представляющий собой прозрачную стеклянную трубку, согнутую в форме латинской буквы и, укрепленную на вертикальном основании со шкалой и до половины заполненную жидкостью (ртутью, водой и др.).

Чашечный (однотрубный) манометр (рис. 3.12) состоит из измерительной трубки 1, соединенной с сосудом большего диаметра 2. Газ под давлением подво­дится к сосуду 2_у а конец трубки оставляется открытым. При измерении давления отсчет производится по шкале. У чашечных минроманометров, предназначенных для измерения малых давлений измерительную трубку делают

3.3.3 Приборы для измерения перепада давления

Для измерения разности (перепада) давлений предназначены дифференциаль­ные манометры (дифманометры). По устройству дифманометры разделяют на жидкостные, пружинные, компенсационные и поршневые.

Основными узлами поплавковых жидкостных дифманометров (рис. 3.14) являются две металлические гидравлические камеры 7 и 4, внутренние полости которых соединены трубкой 5.

Камеры до определенного уровня заполняют жидкостью (ртуть, трансформаторное масло). В камере 1 находится поплавок 2, шарнирно связанный со стрелкой 3. В камере 1 нахо­дится поплавок 2, шарнирно связанный со стрелкой 3. В поплавковых дифманометрах сосуд 4 сменный. Для каждого перепада давления устанавливают свой сосуд. К блоку вентилей трубами подводится жидкость или газ. Большее давление обозначено «+», меньшее — «-». Для установки стрелки на нуль предназначен средний вентиль.

1 2 3 4 5

Р і / \ / / / Рг

9

«ЛЬ* Л

10

Трубки 2 и 7 предназначены для подвода жидкости или газа. При подключении дифманометра к объекту при р₁ > р₂ нижняя мембранная коробка 10 сжимается и жидкость из нее перетекает в верхнюю коробку 9, вызывая перемещение жесткого центра мембраны, а вместе с ней и сердечника 5. В результате этого возникает электрический сигнал рассогласования, который от дифференциально- трансформаторного преобразователя по проводам передается измерительному прибору.

В пружинных дифманометрах (рис. 3.15) перепад давления определяется и уравновешивается деформацией упругого пружинного элемента, которым явля­ются мембранные коробки 9 и 10, установленные в корпусе 8. Внутренние поло­сти мембранных коробок заполнены дистиллированной водой и соединены между собой каналом в перегородке корпуса. К жесткому центру верхней мембранной коробки 9 присоединен сердечник 5 дифференциально-трансформаторного пре­образователя с обмоткой возбуждения 2 и двумя вторичными обмотками-6. Снару­жи дифференциально-трансформаторный преобразователь защищен кожухом 3.

3. Измерение расхода и количества жидких, 1«иииир<^п Р1Л П иш I I у 1 гш материалов

Расход — объем или масса вещества, протекающие через поперечное сечение транспортного устройства в единицу времени. Приборы для измерения расхода называются расходомерами.

Количество вещества представляет суммарный объем или массу, прошедшие через поперечное сечение транспортного устройства за любой промежуток времени. Приборы для измерения количества вещества называют счетчиками количества.

Для измерения расхода жидких и газообразных материалов обычно исполь­зуют:

• расходомеры переменного перепада давления, действие которых основано на дросселировании потока вещества, протекающего через трубопровод;

• расходомеры постоянного перепада (ротаметры), в основу действия которых положены измерения динамических сил потока контролируемой среды;

• электромагнитные'расходомеры, в основу действия которых положено измерение ЭДС, наведенной в магнитной системе преобразователя потоком движущейся электропроводной жидкости.