Курсовая работа: Інформаційно-вимірювальна система температури

1.4 Термоелектричні термометри

Для вимірювання температури в металургії найбільш широкого поширення набули термоелектричні термометри, що працюють в діапазоні температур від -200 до +2500 ⁰ C і вище. Даний тип пристроїв характеризує висока точність і надійність, можливість використання в системах автоматичного контролю і регулювання параметра, що значною мірою визначає хід технологічного процесу в металургійних агрегатах.

Суть термоелектричного методу полягає у виникненні ЕРС в провіднику, кінці якого мають різну температуру. Для того, щоб зміряти дану ЕРС, її порівнюють з ЕРС іншого провідника, що створює з першим термоелектричну пару AB (рисунок 3), в ланцюзі якої потече струм.

Рисунок 3 - Термоелектричний термометр

Результуюча термо-ЕРС ланцюга, що складається з двох різних провідників A і B (однорідних по довжині), рівна

(1.1)

або

(1.2)

де і - різниці потенціалів провідників A і B відповідно при температурах t₂ і t₁ , мВ .

Термо-ЕРС даної пари залежить тільки від температури t ₁ и t ₂ і не залежить від розмірів термоелектродов (довжини, діаметру), величин теплопровідності і питомого електроопору.

Для збільшення чутливості термоелектричного методу вимірювання температури у ряді випадків застосовують термобатарею: декілька послідовно включених термопар, робочі кінці яких знаходяться при температурі t₂ , вільні при відомій і постійній температурі t₁ .

Термоелектричний термометр (ТТ) - це вимірювальний перетворювач, чутливий елемент якого (термопара) розташований в спеціальній захисній арматурі, що забезпечує захист термоелектродов від механічних пошкоджень і дії вимірюваного середовища.

Термоелектричні термометри випускаються двох типів: занурювані, поверхневі. В промисловостіь виготовляються пристрої різних модифікацій, що відрізняються за призначенням і умовам експлуатації, за матеріалом захисного чохла, за способом установки термометра в точці вимірювання, по герметичності і захищеності від дії вимірюваного середовища, по стійкості до механічних дій, по ступеню теплової інерційності і т.п.

В умовах тривалої експлуатації при високих температурах і агресивній дії середовищ з'являється нестабільність градуювальної характеристики, яка є наслідком ряду причин: забруднення матеріалів термоелектродів домішками із захисних чохлів, керамічних ізоляторів і атмосфери печі; випаровування одного з компонентів сплаву; взаємної дифузії через спай. Величина відхилення може бути значною і різко збільшується із зростанням температури і тривалістю експлуатації. Вказані обставини необхідно враховувати при оцінці точності вимірювання температури у виробничих умовах.

Перевірка ТТ зводиться до визначення температурної залежності термо-ЕРС і порівнянні одержаного градуювання із стандартними значеннями.

1.5 Електричні термометри опору

У металургійній практиці для вимірювання температур до 650⁰ С застосовуються термометри опору (ТО), принцип дії яких заснований на використанні залежності електричного опору речовини від температури. Знаючи дану залежність, по зміні величини опору термометра судять про температуру середовища, в яке він занурений. Вихідним параметром пристрою є електрична величина, яка може бути виміряна з досить високою точністю (до 0,02⁰ С ), передана на великі відстані і безпосередньо використана в системах автоматичного контролю і регулювання.

Як матеріали для виготовлення чутливих елементів ТО використовуються чисті метали: платина, мідь, нікель, залізо і напівпровідники.

Зміна електроопору даного матеріалу при зміні температури характеризується температурним коефіцієнтом опору , який обчислюється за формулою

, (1.3)

де t - температура матеріалу, ⁰ С ; R₀ і R _t - електроопір відповідно при 0 ⁰ С і температурі t , Ом .

Опір напівпровідників із збільшенням температури різко зменшується, тобто вони мають негативний температурний коефіцієнт опору практично на порядок більше, ніж у металів. Напівпровідникові термометри опору (ТОНП) в основному застосовуються для вимірювання низьких температур (1,5 - 400 К ).

Перевагами ТОНП є невеликі габарити, мала інерційність, високий коефіцієнт . Проте вони мають істотні недоліки:

- нелінійний характер залежності опору від температури;

- відсутність відтворюваності складу і градуювальної характеристики, що виключає взаємозамінюваність окремих ТО даного типу. Це приводить до випуску ТОНП з індивідуальним градуюванням.

Значно рідше в металургійній практиці зустрічаються напівпровідникові термометри опору (ТОНП) для вимірювання температури (-90)…(+180)⁰ С . Їх застосовують в термореле, низькотемпературних регуляторах, що забезпечують високоточну стабілізацію сенсорних елементів газоаналізаторів, хроматографов, корпусів пірометрів, електродів термоелектричних установок для експрес-аналізу складу металу і т.п.

1.6 Безконтактне вимірювання температури

Про температуру нагрітого тіла можна говорити на підставі вимірювання параметрів його теплового випромінювання, що являють собою електромагнітні хвилі різної довжини. Чим вища температура тіла, тим більше енергії воно випромінює.