Тема12. Вимірювання температури

Методи вимірювання температури можна поділити на контактні та безконтактні. При контактному методі чутливий елемент вимірювача температури знаходиться безпосередньо в середовищі, температура якого вимірюється. Безконтактний метод ґрунтується на властивості тіл, що мають температуру більше абсолютного нуля, випромінювати теплове випромінювання, за енергією якого визначається температура досліджуваного тіла.

12.1. Вимірювання температури контактним методом.

Вимірювання температури контактними методами засновано на використанні термометрів розширення і вимірювальних установок, які складаються з первинних вимірювальних перетворювачів та вторинних електровимірювальних приладів. Залежно від конструкції і системи відчиту термометри розширення поділяються на: термометри скляні, рідинні і манометричні термометри. Принцип дії термометрів розширення ґрунтується на залежності об’єму заповнювача чутливого елемента термометра від температури. Покази скляних рідинних термометрів відчитуються по шкалі за величиною стовпчика робочої рідини в капілярній трубці термометра.

Дія манометричних термометрів міститься у перетворенні, зміні об’єму заповнювача як функції температури у зміну паралельного тиску, що врівноважується силою пружної деформації, пружного елемента покажчика вимірюваної температури.

Як первині вимірювальні перетворювачі температури використовуються термоелектричні перетворювачі (ТП) – термопари і термоперетворювачі електричного опору (ТО) – дротяні терморезистори на та напівпровідникові темоперетворювачі опору (термістори).

Принцип дії термопари ґрунтується на використанні термоелектричного ефекту, сутність якого міститься у виникненні термоелектрорушійної сили (термо ЕРС) в колі, що складається з двох різнорідних провідників або напівпровідників – термоелектродів, якщо температура місця з’єднання електродів (так званого гарячого або робочого спаю) і температура вільних (холодних) кінців неоднакова.

Найбільш поширеними термопарами є хромель-алюмелієві (испр. !!!)(-50...+1000 С), хромель-копелеві (-50...+600 С).

Принцип дії термоперетворювачів опору ґрунтується на використанні властивості провідників чи напівпровідників змінювати свій електричний опір при змінюванні температури. Відповідно до Держстандарту дротяні терморезистори випускаються 2 типів: платинові (ТОП) і мідні (ТОМ).

Температурні інтервали для ТОП (-100...+1300 С), ТОМ (-100...+180 С).

Кількість типів термісторів досягає ста. Температурний діапазон для термісторів (-200...+300 С).

Вихідними інформативними параметрами термоелектричних і терморезісторних перетворювачів є напруга і опір відповідно. Тому в парі з ТП і ТО як вторинні вимірювальні прилади використовуються прилади для вимірювання цих електричних величин. При цьому як правило вторинні прилади проградуйовані з врахуванням функції перетворювання вимірювального перетворювача в одиницях температури.

В парі з термопарами використовуються мілівольтметри або автоматичні показуючі чи реєструючі потенціометри постійного струму.

В парі з терморезисторними перетворювачами використовуються автоматичні вимірювані мости і потенціометри (компенсатори).

Схема автоматичного потенціометра постійного струму для вимірювання термо ЕРС має такий вигляд

E

C

П

Rш

Rр

R₂

R₄

R₁

ПС

Б

A

R₃

E_Т

РД

В цій схемі різниця потенціалів між вершинами моста А і Б дорівнює нулю при виконанні умови

.

Очевидно, що в такому разі реверсивний двигун РД буде переміщувати повзун реохорда RP до тих пір, поки ця умова не буде виконана. При цьому положення повзуна реохорда при U_ВИХ=0, тобто при зупинці РД двигуна буде вказувати по значенню вимірюваного опору R(t), а отже і на значення вимірюваної температури.

Шунт RШ призначений для забезпечення узгодження опору терморезистора з параметрами моста.

Певною специфікою використання терморезисторного ефекту має вимірювання температури ряду енергетичних об’єктів (обмоток трансформаторів, електричних машин, кабелів і т.п.). Застосування окремих термоперетворювачів тут може бути неефективним у зв’язку з тим, що через інертність цих об’єктів може мати місце відставання температури терморезисторів від температури об’єкта. Ефективним в цьому випадків є вимірювання температури за опором безпосередньо самої мідної обмотки електричної машини, трансформатора або іншого електричного апарату.

Працює схема таким чином: по обмотці досліджуваного об’єкта додатково до робочого змінного струму пропускають незначний постійний струм від джерела постійного струму ДПС. Вимірювання опору обмотки за постійним струмом здійснюється через вимірювання постійного струму і падіння напруги від цього струму на відповідних обмотках (метод амперметра-вольтметра). Фільтри Ф призначені для розв’язки кіл постійного (вимірювального) і перемінного (робочого) струмів.

Схема вимірювання має такий вигляд

Rш

ДПС