![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
Из всех существующих промышленных методов измерения температуры наибольшее распространение в металлургии и в прокатном производстве в частности наибольшее распространение получили следующие контактные методы
1. Дилатометрический метод. Принцип действия дилатометрических и биметаллических термометров основан на изменении линейных размеров твердых тел в зависимости от изменения их температуры.
Так, если при 0° С длина тела , то с повышением температуры до t°C длина тела изменится и станет равной
, где β— коэффициент линейного расширения для данного материала.
Схема устройства дилатометрич. термометра показана на рис 1, а. Основные части термометра: стальная или медная трубка, находящаяся в среде, температура которой измеряется, и стержень, один конец которого приварен ко дну трубки, а другой шарнирно соединен с показывающей стрелкой термометра. Трубку дилатометрич. термометра обычно изготовляют из материала, коэффициент линейного расширения которого значительно превышает коэффициент линейного расширения материала стержня. При изготовлении дилатометрических и биметаллических термометров используется следующие материалы: алюминий, латунь, сталь никелевая, красная медь.
Рис. 1. Схема устройства дилатометрического (а) и биметаллического контактного термометра (б):
1 — трубка; 2 — стержень; 3 — биметаллическая пластина; 4— контакт; 5-—сигнальная лампа; 6 —источник питания
Принцип действия контактного биметаллического термометра ясен из схемы, приведенной на рис. 1 ,б. По мере увеличения температуры биметаллическая пластина термометра, которая может быть изготовлена из меди или из стали и инвара, изгибается. При определенной температуре происходит размыкание контакта. Сигнальная лампа гаснет, сигнализируя о достижении заданной температуры.
Дилатометрические и биметаллические термометры обычно исп-ют в виде температурных реле, их применяют для сигнализации предельных температур, а также в схемах автоматических регуляторов температуры (напр., растворов в травильных ваннах и технологич. смазки). Биметаллические термометры часто используют как регуляторы температуры в различных измерительных приборах.
2. Термометры сопротивления
Принцип действия термометров сопротивления основан на св-ве металлов изменять свое электросопротивление при изменении температуры. Зная зависимость сопротивления проводника от температуры и измеряя это сопротивление каким-либо прибором, можно измерять температуру среды, в которую помещен этот проводник. Термометры сопротивления исп-ют для измер-я т-ры воды, пара и газа в нагревательных и термических печах прокатных цехов, а также т-ры масла в циркуляционных системах прокатных станов. Для изготовления термометров сопротивления в кач-ве чувствит. элементов обычно применяется медь и платина и в меньшей степени железо и никель. Это обусловлено тем, что к материалу проводника предъявляются след. треб-я: 1) химическая инертность; 2) значительный температурный коэфф-т электросопротивления; 3) зависимость коэфф-та электросопротивления должна быть по возмож-ти линейной; 4) возмож-ть воспроизводить материал с эталонными свойствами в больших количествах, чтобы обеспечить взаимозаменяемость чувствит. элемента термометра. Сопротивление материала Rt при температуре t выражается формулой Rt = R0 (1 + αt), где α — температ. коэфф-т электросопротивления; R0 — электросопротивление при t=0°С. У металлов α = 0,004-0,006 1/град.
В наст. время для измерения т-тур в разл. областях промышленности все большее распространение получают полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы). Преим-во термисторов перед термометрами сопротивления, изготовленными из металлических проволок, заключается в очень высокой их чувствит-ти к температурным изменениям. В отличие от металлов температурный коэффициент у термисторов отрицательный, таким образом, значение Rt с повышением температуры уменьшается. Др. достоинство термисторов состоит в высок. абсолютном значении сопротивления чувствительного элемента, что дает возмож-ть пренебрегать сопротивлением подводящих проводов. Материалы, используемые для изготовления термисторов, различны: смеси окислов или сульфидов различных металлов или редкоземельных элементов. Однако термисторы обладают сравнительно невысокой стабильностью их градуировочных характеристик, что часто ограничивает точность измерения температуры и является их недостатком.
3. Термоэлектрические пирометры
Термоэлектрический пирометр - термопара с подключенным к ней измерительным прибором. С помощью термоэлектрических пирометров измеряют температуры οт 100 до 1300° С. Большие достоинства термоэлектрических пирометров: высокая степень точности, возможность централизации контроля температур с автоматической записью, а также возможность градуировки шкалы измерительного прибора на любой температурный интервал в пределах допустимых температур. Термоэлектрические пир-ры находят широкое примен-е при измерении т-ры разл. зон нагревательных и термических печей прокатных цехов, а также при определении температуры металла и технологического инструмента как в промышленных условиях, так и при лабораторных исследованиях.
Данный метод явл-ся наилучшим и наиболее удобным из существующих методов измерения температуры, т.к. позволяет с достаточной точностью определять и регулировать измеряемую температуру.
Под термопарой принято понимать два разнородных проводника (термоэлектрода), контактирующих между собой, по крайней мере, в двух точках с температурами t1 и t2, причем t1≠t2. Термопара является несложным преобразователей температуры в электрическую величину — разность потенциалов. Место контактирования термоэлектродов, помещаемое в среду с измеряемой т-рой t2, получило название рабочего конца или «горячего спая» термопары. Др. спай термопары, т-ра которого поддерживается постоянной tι, называют ее свободным концом или «холодным спаем» термопары. Если в термопаре из термоэлектродов а и b одно из мест их контактирования постоянно поддерживать при температуре t1, то т. э. д. с. термопары будет однозначной функцией только температуры t. Следовательно, проградуировав данную термопару, т. е. определив зависимость ее т. э. д. с. от температуры t одного из мест контактирования термоэлектродов при сохранении постоянства температуры t1 второго места контактирования, можно по измеренной затем величине т. э. д. с. найти значение температуры t.
Для измерения т. э.д. с., развиваемой термопарой, в ее цепь включают измерительный прибор между свободными концами термопары (рис. 1, а) или в разрыв между частями одного из термоэлектродов (рис. 1, б). В обоих случаях в цепь термопары вводят третий проводник, по своим физическим свойствам (в общем случае) отличающийся от каждого из термоэлектродов.
Рис. 1. Схемы подключения измерительного прибора:
а — к свободным концам термопары; б — в разрыв одного из термоэлектродов
Свойства обычных термоэлектродных материалов исследуют, рассматривая термоэлектрические свойства термоэлектродов по отношению к нормальному термоэлектроду. Т. э. д. с., развиваемая между двумя разнородными термоэлектродами а и b, может быть найдена простым вычитанием двух т. э. д. с., возникающих между каждым из термоэлектродов и нормальным термоэлектродом. В качестве нормального установлен термоэлектрод из чистой платины.
К термоэлектродным материалам в пределах измеряемых температур предъявляют ряд требований: 1) они не должны изменять своих физических свойств; 2) не должны окисляться и поддаваться иным вредным воздействиям; 3) температурный коэффициент электросопротивления должен быть по возможности минимальным, а электропроводность высокой; 4) величина т. э. д. с. должна быть достаточно высокой и изменяться однозначно в зависимости от температуры; 5) термоэлектродные материалы должны воспроизводиться с неизменными свойствами в больших количествах.
Величина термоэлектродвижущей силы зависит от: свойств пары электродов, образующих термопару; разности температур (чем она больше, тем больше т. э. д. с.).
Термопары изготовляют из: 1) благородных металлов; 2) неблагородных металлов; 3) металлических термоэлектродов в паре с неметаллами и химическими соединениями.
Для измерения сопротивлении термометров в лабораторных условиях обычно применяют уравновешенные мосты, я при точных измерениях—потенциометры. В промышленных условиях термометр сопротивления работает в комплекте с неуравновешенными мостами, логометрами и автоматическими уравновешенными моим.
Погрешность измерения температуры термометрами сопротивления зависит от предельных погрешностей при градуировке чувствительного элемента и от допустимой погрешности измерительного прибора и обычно находится в пределах 0,5—3%. Суммарная инструментальная погрешность определяется классом термометра сопротивления и классом измерительного прибора.
4. Метод реперных точек
Метод реперных точек можно использовать для поверки приборов, т.е. сравнением показаний в одной или в нескольких основных или вторичных реперных точках.
Наиболее простой реализацией реперной точки является применение ее для воды -2 точки (1-при замерзании-00С, 2-при закипании-1000С).
TкипО2=-182,970С
Tкип S=444,60С
Tкип Ag=960,80С
Tкип Au=1063,000С
5. Жидкостно-стеклянный термометр
В этих термометрах измеряется расширение жидкости по сравнению с объемом резервуара. Основная часть термометрической жидкости располагается в шарообразном резервуаре, который и явл. чувствительным элементом. Резервуар сообщается с длинным и узким стеклянным капилляром.
Для заполнения термометров используют любые жидкости. Они бывают смачивающие(органические) и несмачивающие(ртуть).
Данные термометры не обладают высокой точностью, но явл. самыми распространенными для измерения тем-р, их используют и в бытовых условиях, и в лабораторной практике.
6.Манометрический и газовый
В этих термометрах, как и в стеклянных, в качестве измеряемой величины, определяющей тем-ру, использовано изменение объема термометрической жидкости, однако к чувствительному прибору д. б. подключен прибор, механически показывающий изменение объема. Они просты по контрукции, прочны, надежны и не нуждаются практически ни в каком обслуживании. Они позволяют передавать показания на ограниченное расстояние, а развиваемое ими усилие настолько велико, что к ним м.б. подключены не только показывающие приборы, но и передающие преобразователи или механические регуляторы прямого действия.
Газовые термометры. Теоретической основой термометрии явл. термодинамическая температурная шкала. Поскольку ее очень трудно воспроизвести, для технических измерений регламентированы несколько реперных точек, к-ые м.б. получены значительно проще. Термодинамическая температурная шкала реализуется газовым термометром, как важнейшим прибором в весьма широкой области тем-р, практически вплоть до абсолютного нуля.
При этом методе измеряют изменение давления р или объема газа V в функции тем-ры Т (абс) в соответствии с законом состояния идеального газа:
рV = mRT,
причем масса m и величина R(универсальная газовая постоянная) здесь считаются константами. В термометре м.б. использованы любые газы, близкие к идеальному. На измерение оказывают искажающее влияние многие факторы, для исключения которых необходим ряд корректировочных мероприятий. Для технических целей газовый термометр слишком сложен.
Дата публикования: 2014-11-19; Прочитано: 3312 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!