Встановлення та повірка термоперетворювачів і вторинних приладів

На точність вимірів термоперетворювачів великий вплив робить спосіб встановлення і правильність проведення повірки термопари і вторинного приладу.

Одною з основних вимог, що пред'являються при встановленні термоперетворювачів, є досягнення мінімального витоку тепла по його арматурі. Для цього термопара можливо глибше погружається в вимірювану область, що приводить до зростання теплосприймаючої поверхні, і розташовується в місцях з великою швидкістю потоку, що поліпшує умови теплообміну.

При установці в трубопроводах робочий кінець термопари повинен розташовуватися в середині потоку, тобто в центрі перетину трубопроводу, а в разі невеликих діаметрів трубопроводу – під нахилом, назустріч потоку вимірюваного середовища. При вимірюванні температури понад 700⁰С найбільш правильне є вертикальне розташування термопари. Тобто встановлення термопари так , як і ртутних термометрів.

При вимірюванні температури газу в топці парогенераторів можуть з'явитися помилки через променевий теплообмін між термопарою і менш нагрітими поверхнями, розташованими в просторі, де вона розташована. Такими менш нагрітими поверхнями можуть бути стінки топки, газоходів. Теплові втрати термопари, що викликаються променевим спуском, залежать від різниці температур між його захисним чохлом і навколишніми поверхнями нагріву. Чим більше ця різниця, тим більш інтенсивний променистий обмін.

Для зменшення похибки термоперетворювача від променевого спуску посилюють теплоізоляцію стінок топки з метою максимального зниження різниці температур між ними і газом, а також розташовують термопари в місцях зі значною швидкістю газового потоку, що поліпшує умови теплообміну між термопарою і які йшли потоком газів в топці парогене -ратора. При прокладанні з'єднувальних ліній дроти захищаються від механічних ушкоджень, електричних перешкод, впливу високої температури і вологості навколишнього середовища. З цією метою вони поміщаються в сталеві заземлені труби окремо від силових проводів, що живлять вторинні прилади. Приєднання термопари до вторинного приладу виробляється подовжуючими дротами, які також захищаються від впливу навколишнього середовища і механічних пошкоджень.

Щитові мілівольтметри та автоматичні потенціометри повинні встановлюватися у доступних і добре освітлених місцях, не підданих дії вібрації, високих температур, вологи, пилу, агресивних газів, а також далеко від потужних джерел змінних магнітних полів, тобто далеко від електродвигунів, трансформаторів тощо. Корпуси автоматичних потенціометрів повинні бути заземлені мідним ізольованим дротом діаметром 2 ÷ 3 мм.

Термоперетворювачі і вторинні до них прилади (мілівольтметри та автоматичні потенціометри) піддаються повірці окремо. Повірка технічних термоперетворювачів може здійснюватися двома способами: шляхом порівняння з показаннями зразкового термометра і по реперним точкам рівноваги фаз хімічно чистих речовин.

Повірку шляхом порівняння з показаннями зразкового термометра виробляють до 300⁰С у водяному і масляному термостатах по зразковому ртутному термометру. Від 300 до 1200⁰С і від 900 і вище термоперетворювачі провіряються в трубчастій електропечі відповідно по зразковій плати-нородій-платиновій термопарі.

В процесі повірки температура вільних кінців термопари підтримується постійною і рівною 0⁰С в термостаті плавлення льоду.

Повірка магнітоелектричних мілівольтметрів проводиться шляхом порівняння їх показань з показаннями зразкового потенціометра. Автоматичні потенціометри повіряются за показаннями зразкового потенціометра.

При повірці мілівольтметрів і автоматичних потенціометрів переносним потенціометром типу ПП-63 використовується вбудований в нього джерело регульованої напруги.

Термоперетворювачі опору

Термоперетворювачі опору засновані на властивості електричного опору змінюються зі зміною температури. Метали збільшують свій опір при нагріванні. Отже, знаючи залежність опору провідника від температури і визначаючи цей опір за допомогою електровимірювального прибору, можна судити про температуру провідника. У більшості чистих металів при температурі близько 20⁰С опір збільшується приблизно на 0,4% на градус температури.

Чутливі елементи стандартних термоперетворювачів виготовляються або з тонкого мідного дроту з лакової ізоляцією, або з платинового дроту. Мідні термоперетворювачі застосовуються для виміру температур від -200 до + 200⁰С. Платинові термоперетворювачі застосовуються в більш широкому діапазоні температур: від -260 до + 1100⁰С.

Номінальний опір термоперетворювачів з мідного дроту при температурі 0⁰С можуть мати значення 10, 50 або 100 Ом, а з платинової дроту 1, 5, 10, 50, 100 і 500 Ом. Найкращим матеріалом для термоперетворювачів опору є платина, що володіє великою хімічною інертністю і може бути отримана в чистому вигляді. Вона має досить великий температурний коефіцієнт електричного опору і високий питомий опір. Мідь також володіє рядом позитивних властивостей, що дозволяють використовувати її для виготовлення термоперетворювачів опору. її переваги - це дешевизна, легкість отримання в чистому вигляді і порівняно високий температурний коефіцієнт електричного опору. До недоліків міді відноситься невеликий питомий опір і легка окислюваність при високих температурах.

Чутливі елементи термоперетворювачів поміщають спочатку в тонкостінну захисну трубку, а потім у зовнішній захисний чохол, такий же, як і захисний чохол термопар. Чутливі елементи термоперетворювачів опору в захисних чохлах мають досить велику робочу довжину - близько 100 метрів. В якості вторинних приладів, що працюють з термоперетворювачами опорів, застосовуються врівноважені і неврівноважені вимірювальні мости, магнітоелектричні логометри.

Достоїнствами термоперетворювачів опору є: висока точність вимірювання, можливість отримання приладів з без нульової шкали на вузький діапазон температур, легкість здійснення автоматичного запису і дистанційної передачею показань, можливість приєднання до одного вторинного приладу за допомогою перемикача декількох однотипних термоперетворювачів. До недоліків цих приладів можна віднести потребу в сторонньому джерелі струму.

Застосовуються технічні, зразкові і еталонні платинові термоперетворювачі опору. Термоперетворювачі опору мають спеціальну арматуру, як і термоелектричні перетворювачі: електроізоляцію, захисний чохол і головку для приєднання зовнішніх проводів. Арматура ізолює чутливий елемент від зовнішнього середовища, забезпечує необхідну міцність термопреобразователя і можливість закріплення його в місці установки.

Термоперетворювачі опору можуть бути одинарними і подвійними, тобто з одним або двома чутливими елементами, що підключаються до одного або двох вторинним приладам. Ці прилади можуть бути встановлені в різних місцях.

Крім металів для виготовлення термоперетворювачів застосовуються також напівпровідникові матеріали: германій, окиси міді, марганцю, кобальту, магнію, титану та їх суміші. Такі термоперетворювачі опору називаються терморезисторами. Терморезистори характеризують-ся невеликими розмірами чутливих елементів. При підвищенні температури електричний опір терморезисторів різко зменшується, а не зростає, як у мідних або платинових терморезисторів опору.

Терморезистори не взаємно замінимі. Для кожного з них встановлюється своя залежність опору від температури. Напівпровідникові терморезистори найчастіше застосовуються для технологічної сигналізації і захисту в інтервалі температур від -60 до + 180⁰С, а також для компенсації температурної похибки в різних технологічних пристроях. Найбільш поширеними для вимірювання та регулювання температури є терморезистори типів КМТ (суміш оксидів кобальту і марганцю) і ММТ (суміш оксидів міді та марганцю).

Терморезистори типу КМТ володіють вищою температурною чутливістю, характеризуючим температурним коефіцієнтом опору.

Вимірювальні мости

Опір термоперетворювачів, а, отже, і температуру можна виміряти звичайними в електротехніці мостовими вимірювальними схемами: врівноваженими і неврівноваженими.

Найпростіша двохпровідна схема врівноваженого моста складається з чотирьох плечей: двох постійних R1 і R2, змінного R3 і термоперетворювача Rt, послідовно включеного з двома відомими опорами ліній Rл. Живлення моста подається до діагоналей D і В від батареї Б. В діагональ СА включений чутливий магнітоелектричний гальванометр G. Для вимірювання значення опору термоперетворювача Rt, змінюючи опір резистора (реостата) R3, рівності падіння напруги на плечах DA і DC, на плечах СВ і АВ моста. Тоді сила струму в діагоналі СА дорівнюватиме нулю, а відношення

Звідси, знаючи R3 і постійні значення R1, R2 і Rл, легко визначити

Rt = .

Відношення опорів R2 / R1 (плечей співідношення), а також опір сполучної лінії Rл для даного моста - величини постійні, тому кожному значенню Rt відповідає певний опір резистора R3 (плеча порівняння), шкала якого може бути градуйована в Омах опору Rt або в градусах Цельсія .

Вимірювання не залежить практично від напруги батареї Б і може бути здійснено з високою точністю. Положення двигуна резистора R3 можна відградуювати в градусах температури для певної номінальної статичної характеристики перетворювачів.

Зміна опору зєднюючої лінії в залежності від температури повітря впливає на точність виміреною температури термоперетворювачів опору з врівноваженими мостами.

Для зменшення можливого впливу температури навколишнього середовища на опір зєднуючих ліній місце приєднання ланцюга живлення переноситься безпосередньо до термоперетворювача. Така схема включення термоперетворювача називається трьохпровідною.

Недоліком врівноважених мостових схем являється необхідність, перш ніж провести відлік, виконати певні ручні маніпуляції.

У схемі неврівноваженого моста в діагональ включається замість гальванометра міліамперметр. Відхилення стрілки приладу буде залежати від опору термоперетворювача. Шкалу приладу можна відградуювати в градусах температури для певного опору лінії зв'язку.

До недоліків неврівноваженого моста слід віднести залежність показань міліамперметра від зміни напруги живлення, тому вони для виміру температури промисловістю не випускаються, а знаходять застосування лише в схемах інших приладів.

Автоматичні врівноважені мости усувають основний недолік звичайних врівноважених мостових схем: обов'язкову необхідність ручних маніпуляцій перед відліком свідчень.

Список літератури

1. Саченко А.А., Мильченко В.Ю.. «Измерение температуры

датчиками со встроенными калибраторами»

2. Григорьев И.С., Мейлихов Е.З. «Физические величины»

3. Орнатский П. П. «Автоматические измерительные приборы

аналоговые и цифровые»,

4. Шрамкова Е. Г. «Электрические измерения. Средства и методы

измерений»,.

5. Туз Ю. М. «Структурные методы повышения точности

измерительных устройств».