- •Лабораторная работа Измерение температуры термоэлектрическими преобразователями
- •Теоретическая часть
- •Требования к материалу для изготовления термоэлектрических преобразователей (термопар)
- •Конструктивное оформление термопар
- •Виды стандартных термопар и диапазоны измеряемых температур
- •Виды термопар
- •Рекомендуемые рабочие атмосферы
- •Удлиняющие провода
- •Способы компенсации изменения температуры холодных спаев термопары
- •Преобразователи термоэлектрические с унифицированным токовым выходным сигналом (типа тхау (хромель-алюмель))
- •Измерительные (вторичные) приборы, применяемые в комплекте с термопарами для измерения температуры
- •Принцип действия магнитоэлектрического милливольтметра
- •Достоинства термоэлектрических термометров
- •Содержание работы
- •Описание экспериментальной установки и методика проведения экспериментов
- •Порядок выполнения работы
- •Экспериментальные данные поверки термоэлектрических преобразователей
- •Обработка и оформление результатов эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
Министерство науки и образования Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ТЕРМОМЕТРАМИ
Методические указания
к лабораторной работе
2011
Министерство науки и образования Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ТЕРМОМЕТРАМИ
Методические указания
к лабораторной работе
Казань
КГТУ
2011
Составители: доц. Перухин М.Ю.
доц. Ившин В.П.
Измерение температуры термоэлектрическими термометрами: методические указания к лабораторной работе / М.Ю.Перухин, В.П.Ившин, М-во образ. и науки РФ, Казан. гос. технол. ун-т. – Казань : КГТУ, 2011 – 20 с.
Изложен материал по подготовке и проведению лабораторной работы, в ходе которой студенты знакомятся с типами и конструкцией термоэлектрических преобразователей и их основными характеристиками.
Даны все необходимые теоретические сведения по изучаемой теме, приведено описание экспериментальной установки, изложен порядок проведения работы.
Предназначено для студентов очной, заочной и очно-заочной форм обучения механических и технологических специальностей при изучении ими курса автоматизации технологических процессов.
Подготовлено на кафедре автоматизированных систем сбора и обработки информации.
Табл. 3. Ил. 8. Библиогр.: 4 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского государственного технологического университета
Рецензенты : зав. каф. АТПП КГЭУ д-р. техн. наук,
проф. К.Х. Гильфанов
канд. техн. наук, доц. каф. АиУ КГТУ
(им. А.Н. Туполева) С.А. Терентьев
М.Ю. Перухин, В.П. Ившин, 2011
Казанский государственный
технологический университет, 2011
Лабораторная работа Измерение температуры термоэлектрическими преобразователями
Цель работы: изучить принцип измерения температуры термоэлектрическим способом; особенности построения измерительных цепей; провести поверку хромель-копелевого (ХК) и хромель-алюмелевого (ХА) термоэлектрических преобразователей и сделать вывод об их пригодности.
Теоретическая часть
Первичным преобразователем термоэлектрического термометра служит термопара, состоящая из двух разнородных проводников. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в возникновении электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников имеющих разную температуру в местах спаев [1].
Спай с температурой t называется горячим или рабочим, спай с температурой t0 – холодным, или свободным, а проводники А и Б - термоэлектродами (рис. 1).
t0
A Б
t
Рис 1. Термоэлектрическая цепь из двух
разнородных проводников
Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов. В спае с температурой t электроны из металла А диффундируют в металл Б в большем количестве, чем обратно. Поэтому металл А заряжается положительно, а металл Б – отрицательно. Когда скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводниками А и Б возникает разность потенциалов. Таким образом, термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) является функцией двух переменных величин, то есть ЕАВ(t,t0).
Поддерживая температуру спаев t0 постоянной, получим:
EAB (t, t0) = f (t)
Это означает, что измерение температуры сводится к определению ТЭДС температуры. ТЭДС не меняется от введения в цепь термопары третьего проводника, если температуры концов этого проводника одинаковы. Следовательно, в цепь термопары можно включать соединительные провода и измерительные приборы.
Требования к материалу для изготовления термоэлектрических преобразователей (термопар)
Требования к материалу для изготовления термопары:
постоянство ТЭДС во времени;
устойчивость к воздействию высоких температур;
возможно большая величина ТЭДС и однозначная зависимость ее от температуры;
небольшой температурный коэффициент электрического сопротивления и большая электропроводность;
воспроизводимость термоэлектрических свойств, обеспечивающих взаимозаменяемость термопар [2].
Конструктивное оформление термопар
Конструктивное оформление термопар разнообразно и зависит главным образом от условий их применения. На рис. 2 показана термопара типичной конструкции. Как правило, горячий спай промышленных термопар изготовляется сваркой в пламени вольтовой дуги. Термопары платиновой группы свариваются без флюса, а остальные – под слоем флюса. Пайка применяется только при изготовлении нестандартных лабораторных термопар из очень тонких проволок.
Независимо от конструкции термопара должна удовлетворять ряду требований. Изоляция термоэлектродов должна исключать возможность короткого замыкания и электрических утечек. Термоэлектроды должны быть защищены от механических повреждений и химического воздействия измеряемой среды. Удлиняющие провода должны быть надежно подключены к термопаре.
Для электрической изоляции термоэлектродов обычно применяют фарфор в виде коротких одно- или двухканальных трубок, либо бус. Спай термопары остается голым и изолируется обычно фарфоровым наконечником, помещенным на дне защитной металлической трубки. Изолированные электроды промышленных термопар помещаются в защитную трубку для предохранения от механических повреждений и химического воздействия среды при высоких температурах. Защитная трубка ввинчивается в головку термопары, внутри которой укреплены две клеммы, соединенные с электродами термопары. Клеммы служат для присоединения концов термоэлектродных проводов, для выхода которых головка термопары снабжена сбоку отверстием с коротким патрубком. Для агрессивных сред применяются защитные трубки из металлокерамики или стальные трубки, покрытые слоем тугоплавкой эмали. Холодные спаи каждой термопары укреплены под винтами фарфоровой контактной колодки. Соединительные провода выведены из арматуры термопары через специальные сальниковые уплотнения [1].
Рис. 2. Термопара в защитной арматуре с передвижным фланцем:
1 – горячий спай термопары; 2 – фарфоровый наконечник; 3 – защитная трубка; 4 – фарфоровые бусы; 5 – передвижной фланец для крепления термопары; 6 – корпус головки; 7 – фарфоровая колодка; 8 – винты для крепления колодки; 9 – зажимы; 10 – винты для крепления термоэлектродов в зажимах; 11 – винты для крепления проводов; 12 – крышка; 13 – прокладка; 14 – штуцер для вывода; 15 – асбестовый шнур; 16 – винт для цепочки.