Приборы, применяемые в системах автоматизации компрессоров. Приборы для измерения температур.

Термопары (термоэлектрические термометры).

Термоэлектрический метод измерения температур основан на строгой зависимости термоэлектродвижущей силы (термо – Э.Д.С.), термоэлектрического термометра (термопары) от температуры.

Термопары широко применяются для измерения температур до 2500 в различных областях техники и в научных исследованиях Они могут использоваться для измерения температуры от -200, но в области низких температур термопары получили меньшее распространение, чем термометры сопротивления. В области высоких температур (выше ) термопары находят применение главным образом для кратковременных измерений; для длительного же измерения высоких температур они применяются только в отдельных особых случаях. Следует иметь в виду, что с ростом температуры возрастает влияние агрессивных свойств среды и продолжительность работы термопар быстро снижается.

К числу достоинств термопар следует отнести достаточно высокую степень точности, возможность централизации контроля температуры путем присоединения нескольких термопар через переключатель к одному измерительному прибору, возможность автоматической записи измерительной температуры с помощью самопищущего прибора.

Принцип работы термопары основан на существовании определенной зависимости между термо – Э.Д.С., устанавливающейся в цепи, составленной из разнородных проводников, и температурами мест их соединения.

Если взять цепь (рис.1), составленную из 2-х различных термоэлектрически однородных по длине проводников А и В (например, меди и платины), то при подогреве

спая 1 в цепи появляется электрический ток, который в более нагретом спае 1 направлен от платины В к меди А, а в холодном спае 2 – от меди к платине. При подогреве спая 2 ток получает обратное направление. Такие токи называются термоэлектрическими.

Электродвижущая сила, обусловленная неодинаковыми температурами мест соединения 1 и 2, называется термоэлектродвижущей силой, соединяющей ее преобразователь – термоэлектрическим термометром (термопарой).

Для объяснения механизма возникновения термо – Э.Д.С. воспользуемся электронной теорией, которая основывается на представлении о наличии в металлах свободных электронов. В различных металлах плотность свободных электронов (число электронов в единице объема) неодинакова. Вследствие этого в местах соприкосновения двух разнородных металлов, например, в спае 1, электроны будут диффундировать из металла А в металл В с меньшей плотностью свободных электронов в большем количестве,0 чем обратно из металла В в металл А.

Возникающее при этом в месте соединения электрическое поле будет препятствовать этой диффузии, и когда скорость диффузионного перехода электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося определенного поля, наступит состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между металлами А и В возникает некоторая контактная разность потенциалов. Так как плотность свободных электронов зависит также и от температуры места соединения металлов А и В, то в месте соприкосновения этих проводников при любых температурах возникает Э.Д.С.:

называемая контактный термо – Э.Д.С., значение и знак которой зависят от природы металлов А и В и температуры места их соприкосновения.

Для измерения термо – Э.Д.С. термоэлектрического термометра в его цепь необходимо включить измерительный прибор. Для этого необходимо либо разорвать термоэлектрическую цепь в спае 2 (рис. 2), либо разорвать один из термоэлектродов, например, В, и с помощью проводов С включить измерительный прибор (ИП) (рис.3).

Схемы включения измерительного приборы (ИП) в цепь термопары.

Рис.2 – в свободные концы. Рис.3 – в термоэлектрод.

В первом случае (рис.2) у термопары будет три конца: рабочий 1, погружаемый в среду, температура которой измеряется, и свободные 2 и з, которые должны находиться при постоянной температули е ().

Во втором случае (рис.3) у термопары окажется 4 конца: рабочий 1, свободный 2 и нейтральные 3 и 4. Концы 3 и 4 должны иметь одну и ту же температуру , абсолютное значение которой роли не играет.

Несмотря на отличие схем рис. 2 и рис.3 термо – Э.Д.С., развиваемая термопарами, в обоих случаях будет одинакова, если будут одинаковы термоэлектроды А и В, а также температуры рабочих и свободных концов, т.к. термо – Э.Д.С. термометра не изменяется от введения в его цепь нового проводника, если температуры концов проводника одинаковы.

Рассмотрим данные некоторых типов термопар.

Примечание:

1. Под длительным применением термопары понимается работа ее в течение нескольких сотен часов.

2. Под кратковременным применением термопары понимается работа ее в течение нескольких десятков часов.

Медь – константановые термопары применяют для измерения температур от до .

Приборостроительной промышленностью эти термопары не изготавливаются.

Для измерения температур в паре с термопарами применяют милливольтметры, потенциометры (переносные и автоматические).

Автоматические потенциометры одновременно могут быть использованы для измерения, записи и сигнализации или регулирования температуры.

Термометры манометрические.

Действие манометрических термометров основано на использовании зависимости между температурой и давлением рабочего (термометрического) вещества в замкнутой герметичной термосистеме. Манометрические термометры в зависимости от рабочего вещества термосистемы подразделяются на газовые, жидкостные и конденсационные (парожидкостные). В зависимости от рабочего вещества термосистемы их применяют для измерения температуры жидких и газообразных сред от до . Термометры со специальным заполнителем предназначены для измерения температуры от до .

Манометрические термометры изготавливают показывающими и самопищущими.

Схема устройства показыващего манометрического термометра представлена на данном рисунке. Термосистемы термометра состоит из термобаллона 1, погружаемого в среду, температура которой измеряется, капилляра 2 и манометрической пружины 3. Один конец пружины впаян в держатель 4, канал которого соединяет внутреннюю полость манометрической пружины через капилляр с термобаллоном. Второй свободный конец пружины герметизирован и шарнирно с помощью поводка 5 связан с сектором 6.

Этот сектор в свою очередь соединен зубчатым зацеплением с трибкой 7, на оси которой насажена указательная стрелка 8. Для выбора зазора в передаточном механизме установлен спиральный волосок 9, конец внутреннего витка которого закреплен на оси трибки.

Термосистема термометра заполнена рабочим веществом, например газом (или жидкостью) под некоторым начальным давление. При нагревании термобаллона герметизированной термосистеме, в результате чего пружина деформируется (раскручивается) и ее свободный конец перемещается. Движение свободного конца пружины передаточным механизмом (поводком, сектором и трибкой) преобразуется в перемещение указателя относительно шкалы прибора. По положения указателя на шкале термометра проводят отсчет температуры.

В отличие от газовых и жидкостных термометров у конденсационных (парожидкостных) термометров термобаллон частично заполнен конденсатом (примерно на объема), а в верхней части термобаллона над конденсатом находится насыщенный пар этой жидкости. При нагревании термобаллона термометра часть конденсата в его паровом объеме с зеркала испаряется, изменяя давление насыщения до значения, соответствующего температур конденсата в термобаллоне. Это в свою очередь вызывает повышение давления в термосистеме термометра, под действием которого пружина раскручивается и ее свободный конец с помощью передаточного механизма перемещает стрелку.

Капилляр термометров изготавливают из латуни или стали наружным диаметром и внутренним . Длина капилляра термометра бывает ; ; ; ; ; ; ; ; и .

В качестве рабочего вещества в газовых термометрах используется азот и они позволяют измерять температуру от до .

Манометрические конденсационные термопары выпускаются с пределами измерения от до . В качестве конденсата используется фреон-22 (от до ), пропилен (от до ), хлористый метил (от до ), ацетон (от до ), этилбензол (от до ) и т.п.

Для заполнения термосистемы жидкостных термометров применяют пропиловый алкоголь, метансилол, силиконовые жидкости и т.п. Термометры жидкостные позволяют измерить температуру от до .

Выпускаются электроконтактные показывающие манометрические термометры, а также самопищущие.