Преобразователи для измерения температуры

Преобразователи термоэлектрические (термопары)

Преобразователи термоэлектрические (термопары) ТХА-1199 и ТХА-1199Exd, ТЖК-1199 и ТЖК-1199Exd, ТХК-1199 и ТХК-1199Exd, ТНН-1199 и ТНН-1199Exd предназначены для измерения температур в различных областях промышленности.

НП ООО «Энергоприбор» выпускает различные исполнения термоэлектрических преобразователей (термопар), позволяющих решать множество технологических задач производственных процессов.

Класс точности: 1, 2.

Максимальные диапазоны измерения температуры преобразователями ТХА (K): -40…+1100 °С, преобразователями ТХК (L): -40…+800 °С, преобразователями ТЖК (J): -40…+750 °С, преобразователями ТHH (N): -40…+1100 °С.

Длина рабочей части термопары: от 25 мм

Диаметр монтажной части: от 1.5 до 20мм

Корпус термопары изготавливается из нержавеющей стали, керамики.

Возможно изготовление преобразователей термоэлектрических (термопар) в общепромышленном исполнении с металлической головкой, а также во взрывозащищенном исполнении Exd (взрывонепроницаемая оболочка).

Для кабельных ТП минимальная длина кабеля (Lк) – 0,5 м.

Датчики температуры ТП исп. 11, 11М, 13, 13М, 14, 14М, 21, 21М, 23, 31, 32, 41, 42 и 71 могут быть укомплектованы гильзами на Ру = 6,3; 25; 50 МПа.

Датчики температуры ТП исп. 11М, 12М, 13М, 14М, 21М, 22М изготавливаются с металлической клеммной головкой.

Степень защиты оболочки по ГОСТ 14254 - IP54.

Гарантийный срок эксплуатации - 18 мес.

Межповерочный интервал - 24 мес.

Электрические измерения неэлектрических величин

Измерение различных неэлектрических величин (перемещений, усилий, температур и т. п.) электрическими методами выполняют с помощью устройств и приборов, преобразующих неэлектрические величины в зависимые от них электрические, которые измеряют электроизмерительными приборами со шкалами, градуированными в единицах измеряемых неэлектрических величин.

Преобразователи для измерения температуры преобразователь

Преобразователи неэлектрических величин в электрические, или датчики. разделяют на параметрические. основанные на изменении какого-либо электрического или магнитного параметра (сопротивления, индуктивности, емкости, магнитной проницаемости и т. п.) под действием измеряемой величины, и генераторные. в которых измеряемая неэлектрическая величина преобразуется в зависимую от нее э. д. с. (индукционные, термоэлектрические, фотоэлектрические, пьезоэлектрические и другие). Параметрическим преобразователям необходим посторонний источник электрической энергии, а генераторные сами являются источниками энергии.

Один и тот же преобразователь можно использовать для измерения различных неэлектрических величин и, наоборот, измерение какой-либо неэлектрической величины можно выполнить с помощью преобразователей различных типов.

Кроме преобразователей и электроизмерительных приборов, установки для измерения неэлектрических величин имеют промежуточные звенья - стабилизаторы, выпрямители, усилители, измерительные мосты и т. п.

Для измерения линейных перемещений применяют индуктивные преобразователи - электромагнитные устройства, у которых параметры электрических и магнитных цепей изменяются при перемещении ферромагнитного магнитопровода или якоря, соединенного с перемещающейся деталью.

Для преобразования значительных перемещений в электрическую величину используют преобразователь с подвижным ферромагнитным поступательно движущимся магиитопроводом (рис. 1, а). Поскольку положение магнитопровода определяет индуктивность преобразователя (рис. 1, б), а следовательно, и его полное сопротивление, то при стабилизированном напряжении источника электрической энергии переменного напряжения неизменной частоты, питающего цепь преобразователя, можно по току судить о перемещении детали, механически связанной с магнитопроводом. Шкалу прибора градуируют в соответствующих единицах измерения, например в миллиметрах (мм).

Рис. 1. Индуктивный преобразователь с подвижным ферромагнитным магнитопроводом: а - схема устройства, б - график зависимости индуктивности преобразователя от положения его магнитопровода.

Для преобразования малых перемещений в удобную для электрического измерения величину применяют преобразователи с изменяющимся воздушным зазором в виде подковы с обмоткой и якорем (рис. 2, а), который жестко связан с перемещаемой деталью. Всякое перемещение якоря приводит к изменению тока / в обмотке (рис. 2, б), что позволяет при неизменном переменном напряжении стабильней частоты градуировать шкалу электроизмерительного прибора в единицах измерения, например в микрометрах (мкм).

Рис. 2. Индуктивный преобразователь с изменяющимся воздушным зазором: а - схема устройства, б - график зависимости тока обмотки преобразователя от воздушного зазора в магнитной системе.

Большей чувствительностью обладают дифференциальные индуктивные преобразователи с двумя одинаковыми магнитными системами и одним общим якорем, расположенным симметрично относительно обоих магнитопроводов с воздушным зазором одинаковой длины (рис. 3), у которых линейное перемещение якоря из его среднего положения одинаково изменяет оба воздушных зазора, но с разными знаками, что нарушает равновесие предварительно уравновешенного моста переменного тока из четырех обмоток. Это дает возможность судить о перемещении якоря по току измерительной диагонали моста, если он получает питание при стабилизированном переменном напряжении неизменной частоты.

Рис. 3. Схема устройства дифференциального индуктивного преобразователя.

Для измерения механических усилий, напряжений и упругих деформаций, возникающих в деталях и узлах различных конструкций, применяют проволочные преобразователи - тензорезисторы. которые деформируясь, вместе с исследуемыми деталями, наменяют свое электрическое сопротивление. Обычно сопротивление тензорезистора составляет несколько сотен ом, а относительное изменение его сопротивления - десятые доли процента и зависит от деформации, которая в пределах упругости прямо пропорциональна приложенным усилиям и возникающим механическим напряжениям.

Тензорезисторы изготовляют в виде зигзагообразно расположенной проволоки большого удельного сопротивления (константан, нихром, манганин) диаметром 0,02 - 0,04 мм либо из медной специально обработанной фольги толщиной 0,1 - 0,15 мм, которые заклеивают бакелитовым лаком между двумя слоями тонкой бумаги и подвергают термической обработке (рис. 4, а).

Рис. 4. Тензорезистор: а - схема устройства: 1 - деформируемая деталь, 2 - тонкая бумага, 3 - проволока, 4 - клей, 5 - выводы, б - схема включения в плечо неуравновешенного моста резисторов.

Изготовленный тензорезистор приклеивают к тщательно очищенной деформируемой детали очень тонким слоем изоляционного клея так, чтобы направление ожидаемой деформации детали совпало с направлением длинных сторон петель проволоки. При деформации тела приклеенный тензорезистор воспринимает эту же деформацию, что изменяет его электрическое сопротивление вследствие изменения размеров проволоки датчика, а также структуры ее материала, которая сказывается на удельном сопротивлении проволоки.

Поскольку относительное изменение сопротивления тензорезистора прямо пропорционально линейной деформации исследуемого тела, а следовательно, и механическим напряжениям внутренних сил упругости, то, пользуясь показаниями гальванометра измерительной диагонали предварительно уравновешенного моста резисторов, одним из плеч которого является тензорезистор, можно судить о значениях измеряемых механических величин (рис. 4, б).

Применение неуравновешенного моста резисторов требует стабилизации напряжения источника питания или применения в качестве электроизмерительного прибора магнитоэлектрического логометра, на показания которого изменение напряжения в пределах ±20 % номинального, указанного на шкале прибора, существенного влияния не оказывает.

Для измерения температуры различных сред применяют термочувствительные и термоэлектрические преобразователи. К термочувствительным преобразователям относятся металлические и полупроводниковые терморезисторы, сопротивление которых в значительной степени зависит от температуры (рис. 5, а).

Наибольшее распространение получили платиновые терморезисторы для измерения температуры в диапазоне от -260 до +1100 °С и медные терморезисторы - для интервала температур от -200 до +200 °С, а также полупроводниковые терморезисторы с отрицательным коэффициентом электрического сопротивления - термисторы, отличающиеся высокой чувствительностью и малыми размерами по сравнению с металлическими терморезисторами, для измерения температур от -60 до +120 °С.

Для защиты термочувствительных преобразователей от повреждений их помещают в тонкостенную стальную трубу с запаянным дном и устройством для присоединения выводов к проводам неуравновешенного моста резисторов (рис. 5, б), что позволяет по току измерительной диагонали судить об измеряемой температуре. Шкалу магнитоэлектрического логометра, используемого в качестве измерителя, градуируют в градусах Цельсия (°С).

Рис. 5. Терморезисторы: а - графики зависимости изменения относительного сопротивления металлов от температуры, б - схема включения терморезисторов в плечо неуравновешенного моста резисторов.

Преобразователи для измерения температуры температура

Термоэлектрические преобразователи температуры - термопары. генерирующие небольшую э. д. с. под влиянием нагрева места соединения двух разнородных металлов, помещают в защитную пластмассовую, металлическую или фарфоровую оболочку в зоне измеряемых температур (рис. 6, а, б).

Рис. 6. Термопары: а - графики зависимости э. д. с. от температуры термопар: ТПП - платинородий-платиновой, ТХА - хромель-алюмелевой, ТХК-хромель-копелевой, б - схема установки для измерения температуры с помощью термопары.

Свободные концы термопары соединяют однородными проводниками с магнитоэлектрическим милливольтметром, шкала которого проградуирована в градусах Цельсия. Наибольшее распространение получили следующие термопары: платинородий - платиновая для измерения температур до 1300 °С и кратковременно до 1600 °С, хромель-алюмелевая для температур соответственно указанным режимам - 1000 °С и 1300 °С и хромель-копелевая, предназначенная для длительного измерения температур до 600 °С и кратковременного - до 800 °С.

Электрические методы измерения различных неэлектрических величин широко применяют в практике, поскольку они обеспечивают высокую точность измерений, отличаются широким диапазоном измеряемых величин, позволяют выполнять измерения и регистрацию их на значительном расстоянии от места расположения контролируемого объекта, а также дают возможность проводить измерения в труднодоступных местах.

Выбор метода измерения температуры зависит от диапазона измеряемых температур, требуемой точности, быстродействия и допустимой величины входного теплового сопротивления измерительного устройства, т.е. его входной теплоемкости.

В диапазоне низких и средних температур используются в основном контактные методы измерения, при этом используются термометры сопротивления и термоэлектрические преобразователи (термопары). В терморезисторных преобразователях используется свойство проводников или полупроводников изменять свое сопротивление при изменении их температуры. В термометрах сопротивления обычно используют в качестве проводников медь или платину. Преимуществом медных термометров сопротивления является линейная зависимость их сопротивления от температуры. R=R0 (1+0,004ΔT). где R0 - сопротивление при 293° К. Чувствительность такого ПИП 0,004R0 K -1. а относительная чувствительность 0,004K -1. Недостатком медных термометров сопротивления является узкий температурный диапазон (220-400К). С целью расширения этого диапазона применяют платиновые термометры сопротивления. Их использование возможно до 1400К. Однако, зависимость их сопротивления от температуры имеет нелинейный характер, что является их недостатком.

Значительно более высокие температуры позволяют измерять термоэлектрические преобразователи – термопары. Верхняя граница их диапазона достигает 2300К. Недостатки – высокая инерционность и очень низкий коэффициент полезного действия.

Бесконтактные методы измерения температуры основаны на использовании энергии излучения нагретых тел. Приборы для измерения температуры, основанные на использовании энергии нагретых тел, называют пирометрами, которые делятся на яркостные, радиационные и цветовые. Яркостные пирометры основаны на измерении спектральной интенсивности излучения. Они измеряют не действительную температуру реальных тел, а яркостную, т.е. такую температуру, которую бы имело абсолютно черное тело при той же спектральной интенсивности излучения. В результате этого возникает погрешность измерения, которая может быть рассчитана по формуле:

Радиационные пирометры измеряют температуру по плотности интегрального излучения. Они измеряют не действительную температуру, а радиационную ТР . Погрешность измерения определяется по формуле:

Цветовые пирометры основаны на измерении так называемой цветовой температуры ТЦ определяемой по отношению интенсивности спектрального излучения абсолютно черного тела на двух каких либо выбранных длинах волн. Погрешность может быть рассчитана по формуле:

В качестве приемников излучения при радиационных методах наибольшее распространение получили оптоэлектрические преобразователи.

При измерении низких температур применяются пироэлектрические преобразователи. Их особенность – реагирование не на излучение, а на его изменение.

Основным преимуществом фотоэлектрических и пироэлектрических преобразователей излучений является их малая инерционность (τ=10 -5 -10 -3 с). Это позволило на их основе построить тепловизоры, дающая возможность на экране увидеть цветовое изображение исследуемой поверхности, цвет которой характеризует ее температуру.

Рассмотренные методы не позволяют проводить измерения температур, близких к абсолютному нулю, а также температур внутри твердых тел, не нарушая их целостности. Такими возможностями располагает термошумовой метод, основанный на том, что во всяком теле вследствие флуктуаций электрических элементарных зарядов возникает разность потенциалов, среднее квадратическое значение которой определяется выражением:

В качестве термопреобразователя используется проволочный резистор, на котором измеряют шумовое напряжение, мощность или ток, создаваемые им во внешней цепи. Расчетные значения этих величин определяются из выражений:

Широкое применение находят в датчиках температуры термодиоды и термотранзисторы, работающие в диапазоне температур от -80 до +150°С. Их преимуществами являются малые габариты, возможность взаимозаменяемости, дешевизна. Связь между током через p-n переход и падением напряжения на нем определяется приближенными формулами:

Для измерения температуры чаще всего используют открытый p-n переход, напряжение на котором определяется по формуле:

Следует отметить, что чувствительность термодиодов и термотранзисторов намного превосходит чувствительность термопар.

В последнее время для измерения температур от –80 до +250°С все более широкое распространение находят кварцевые термопреобразователи, отличающиеся высокой разрешающей способностью и имеющие частотный выход. В кварцевом термопреобразователе используется зависимость собственной частоты кварцевого элемента от температуры. Высокая чувствительность (до 10 3 Гц/К), высокая временная стабильность (0,02К за год) и определяет перспективность их использования в цифровых термометрах.

Для того, чтобы измерять температуру с помощью термопреобразователя сопротивления, необходимо преобразовать сопротивление в электрический ток. С этой целью чаще всего используются логометры, шкала которых непосредственно отградуированная в °С.

Для измерения температуры с помощью термоэлектрического преобразователя используется либо милливольтметр типа Щ 4500, либо автоматические электронные потенциометры типа КСП-4, а также тензоусилители типа “ТОПАЗ”, различных модификаций.

Внимание! Каждый электронный конспект лекций является интеллектуальной собственностью своего автора и опубликован на сайте исключительно в ознакомительных целях.

Рекомендуем также прочитать
Что за устройство? Спасибо Не нравится 3A%2F%2Fi.lada-forum.ru%2Fpublic%2Fstyle_images%2Fmobile%2Fprofile%2Fdefault_large.png" /% lokotcy 17 Дек 2009
Ремонт двигателей УМЗ-4216 и УМЗ-4213 ОАО "Ульяновский моторный завод" специализируется на выпуске автомобильных четырехцилиндровых рядных бензиновых двигателей.
Устройство печки/отопителя Приоры
Датчик температуры охлаждающей жидкости на Ford Fusion (Форд Фьюжн) Подбор по параметрам
Метеорологичный датчик LA CROSSE WSTX25TP-IT+