Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Производство железобетонных изделий

Измерение температуры


Измерение температуры

Для того чтобы технологический процесс протекал оптимально и экономически более выгодно, в большинстве случаев необходим постоянный контроль теплового режима процесса. К таким процессам относят термообработку железобетонных изделий, твердение асбоцементных изделий и др.

Термометры расширения. Принцип работы термометров расширения основан на использовании свойства тел при изменении температуры изменять свой объем, а следовательно, и линейные размеры. К числу этих термометров относятся:
— жидкостные стеклянные термометры, действие которых основано на использовании различных коэффициентов объемного расширения жидкости (ртуть, спирт) и стекла при изменении температуры;
— биметаллические термометры, действие которых основано на Учете различных коэффициентов линейного удлинения пластины, состоящей из двух металлов или сплавов, имеющих различный коэффициент температурного расширения;
— дилатометрические (стержневые) термометры, действие которых основано на различии при изменении температуры коэффициентов линейного удлинения двух стержней, когда они расположены рядом или один в другом.

Рис. 1. Термометры расширения:
а — схема жидкостного термометра и его условные изображения в схемах; б — схема биметаллического термометра и его условное изображение; в — схема дилатометрического термометра и его условное изображение

Жидкостные термометры широко применяют для измерения температур в производстве железобетонных изделий, что объясняется простотой их устройства и легкостью измерения. К группе жидкостных стеклянных термометров относятся ртутные и спиртовые термометры. Для измерения температур ниже —30 °С применяют термометры расширения с органическими жидкостями. В качестве жидкостей используют толуол, этиловый спирт и пентан.

Ртутными термометрами можно не только измерять температуру, но и сигнализировать о заданных значениях температур. Ртутный термометр состоит из капиллярной трубки с баллончиком для ртути, шкалы, защитной оболочки и контактов. Такие параметры имеют- впаянные контакты или подвижные контакты.

У термометра с подвижным контактом в баллоне находится шпилька, которая опускается или поднимается винтом при вращении постоянного магнита. Шпилька представляет собой токо-проводящую систему, по которой проходит ток. Контактную шпильку устанавливают на определенной высоте, на которой столбик ртути соприкасается с ней. Контактные термометры применяют для контроля и регулирования температуры.

Жидкостные термометры очень просты по устройству и в эксплуатации. Они дают сравнительно точные показания при замерах температур, но имеют вместе с тем ряд недостатков: эти термометры хрупки, обладают определенной инерцией в показаниях, при замерах из-за плохой видимости мениска ртути или спирта в капилляре для них требуется хорошее освещение.

Биметаллический термометр представляет собой пластину, изготовленную из двух слоев металлов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения. Два металла скрепляют между собой, что позволяет получить при увеличении температуры изгиб (перемещение) пластинки в сторону материала, имеющего меньший коэффициент линейного расширения. В дилатометрических термометрах также используют принцип расширения твердых тел.

Дилатометрический термометр состоит из трубки, внутри которой находится стержень. Трубка и стержень изготовлены из металлов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения. В большинстве случаев трубки выполняют из латуни, а стержни — из инвара, у которого коэффициент линейного расширения в 18 раз меньше.

Инварный стержень приваривается в конце трубки, что позволяет при изменении температуры перемещаться свободному концу стержня. Таким путем изменение температуры преобразуется в перемещение конца стержня. Для увеличения этого перемещения применяют рычажную систему, которая повышает чувствительность прибора.

Манометрические термометры. Для дистанционного измерения температуры применяют манометрические термометры. Они позволяют измерять температуру на расстоянии до 50 м от места установки измерительного прибора.

Принцип действия манометрических термометров основан на использовании свойства жидкости, газа или пара изменять давление в замкнутом объеме в зависимости от изменения температуры.

Рис. 2. Манометрический термометр:
а — схема термометра; б — условное изображение в схемах

Рис. 3. Термометр сопротивления:
а — схема; б — условное изображение в схемах

Манометрический термометр состоит из термобаллона, заполненного рабочим веществом, капиллярной трубки, трубчатой пружины и шкалы, на которой нанесены соответствующие значения температуры. Все три элемента герметически соединены между собой. Рабочим веществом может быть газ, жидкость или система из жидкости, насыщенной паром. Соответственно с этим различают три вида манометрических термометров: газовые, паровые и жидкостные.

Термометры сопротивления. В термометрах сопротивления используется свойство металлов и полупроводниковых материалов изменять сопротивление в зависимости от температуры.

Термометры сопротивления выпускают проволочные и полупроводниковые (термисторы). Для проволочных термометров сопротивления используют платину или медь.

Электрическое сопротивление платиновой проволоки при нагревании от 0 до 500° С увеличивается почти в 3 раза, медной проволоки при нагревании от 0 до 100° С — в 1,5 раза.

Термометр сопротивления состоит из сердечника, выполненного из электроизоляционного материала. На сердечник намотана платиновая проволока диаметром 0,05 мм или медная диаметром 0,1 мм. Для предохранения от механических повреждений чувствительный элемент термометров сопротивления помещают в защитную арматуру.

Рис. 4. Вторичный прибор для термометра сопротивления — логометр:
а — схема прибора; б — общий вид

В комплекте с термометрами сопротивления в качестве вторичных приборов могут работать приборы, измеряющие сопротивление: логометры или автоматические электронные мосты (компенсаторы).

Логометры — это приборы магнитоэлектрической системы. В магнитном поле постоянного магнита находится подвижная система со стрелкой.

Принцип их действия основан на учете взаимодействия магнитных полей двух скрещенных рамок с полем постоянного магнита. Рамки, на которых намотаны катушки, расположены таким образом, что их вращающие моменты и М2 направлены-навстречу друг другу. Подвижная система при этом поворачивается в сторону большего момента. Для питания логометра служит батарея Е.

В качестве вторичных приборов для работы с термометрами сопротивления применяют упомянутые ниже электронные автоматические компенсаторы. Эти приборы имеют повышенную точность – измерения — класса 0,25 и 0,5. Изготовляют их как одноточечными, так и многоточечными: для 3, 6, 12 и 24 точек контроля одним прибором.

Электронные компенсаторы не только указывают измерение величины (приборы типа КПМ), но и фиксируют результаты измерений. Регистрация производится на ленточной диаграмме прибора КСМ-1, КСМ-2 и КСМ-4 и на дисковой диаграмме прибора КСМ-3. Электронный компенсатор состоит из трех основных узлов: измерительной схемы, электронного усилителя и отсчетного устройства.

Измерительная схема электронного компенсатора КМ (компенсатор с мостовой схемой) представляет собой электрический уравновешенный мост. Преимущество измерительных схем, использующих уравновешенный мост, состоит в том, что на их показания не влияет изменение величины напряжения источника питания в достаточно широких пределах.

Два плеча моста состоит из резисторов с постоянной величиной сопротивления. Третье плечо моста выполнено из переменного сопротивлёния (реохорда). Термометр сопротивления ТС, сопротивление которого должно быть определено, включается в четвертое плечо моста. К одной диагонали моста (точки А и Б) подводится ток от источника питания, а в другую диагональ (точки В и Г) включается электронный усилитель, который в данной схеме выполняет роль нуль-индикатора. Назначение нуль-индикатора — посредством электрического двигателя, включенного на его выход, воздействовать на движок реохорда и поддерживать измерительную схему компенсатора в равновесии.

Если разность потенциалов точек В и Г будет равна нулю, ток не станет протекать через нуль-индикатор, двигатель не будет перемещать передвижной контакт (движок) реохорда.

При изменении измеряемой температуры сопротивление термометра изменится и мост разбалансируется. В точках В и Г появится напряжение, которое попадет в нуль-индикатор. Для восстановления равновесия соотношения сопротивлений плеч моста при постоянных резисторах необходимо изменить величину сопротивления реохорда. Двигатель будет перемещать контакт реохорда до тех пор, пока на вход нуль-индикатора будет поступать сигнал разбаланса моста (с точек Г и В).

Полярность входного сигнала, поступающего в усилитель, зависит от величины сопротивления термометра по отношению к сопротивлению реохорда в момент равновесия схемы. Входной сигнал усилителя заставляет двигатель вращаться в направлении, зависящем от полярности сигнала. Двигатель связан с подвижным контактом реохорда и указателем, являющимся отсчетным устройством прибора.

Рис. 5. Вторичный прибор для термометра сопротивления — электронный мост:
а — схема прибора; б — общий вид прибора КСМ-2

Двигатель перемещает подвижный контакт реохорда до тех пор, пока измерительная схема моста не придет в новое равновесие и входной сигнал не станет равным нулю. Тогда двигатель остановится, а подвижный контакт реохорда и указатель займут положение, соответствующее температуре термометра сопротивления.

Таким образом в автоматических электронных компенсаторах с мостовой схемой измерительное устройство следит за изменением температуры термометра сопротивления.

Многоточечный прибор имеет переключатель, автоматически подключающий к измерительной схеме поочередно все присоединенные к прибору термометры сопротивления.

В измерительную схему автоматического компенсатора может подаваться переменный или постоянный ток. Переменный ток напряжением 6 и 3В и частотой 50 Гц получают с обмотки трансформатора электронного усилителя. В этом случае напряжение разбаланса моста подается непосредственно на вход электронного усилителя и усиливается.

Термометры сопротивления, питаемые переменным током, являются взрывоопасными, так как из-за сравнительно большой мощности их источника питания при разрыве цепи термометра может образоваться искра.

Для подачи в измерительную схему автоматического компенсатора постоянного тока используют батарею напряжением 1,5 В. При использовании батареи возникает необходимость перед подачей напряжения разбаланса на вход усилителя применить устройство — вибропреобразователь. Назначение его — преобразовывать постоянный ток, поступающий с измерительной схемой, в переменный ток частотой 50 Гц, который можно подавать на вход электронного усилителя.

Термоэлектрические термометры. Термоэлектрическим термометром называют термопару. Принцип работы термопары состоит в следующем. Если составить замкнутую цепь из двух разнородных проводников и нагреть один ее спай, то в цепи возникнет электрический ток.

Спай, погружаемый в измеряемую среду, называют рабочим или горячим спаем термопары; второй спай носит название свободного или холодного. Ток появляется за счет того, что в межмолекулярном пространстве любого проводника имеются свободные электроны, количество которых в единице объема материала зависит от рода проводника и от его температуры. С увеличением температуры числс свободных электронов увеличивается, однако у различных проводников увеличение количества электронов с повышением температуры будет различным.

Если соединить два разнородных металла, между ними начнется взаимное проникновение свободных электронов. Из проводника, имеющего большее количество свободных электронов, последние будут переходить в большем количестве, чем из проводника с меньшим их числом. Между свободными концами этих проводников появится разность потенциалов, возникнет э. д. с. С увеличением температуры количество взаимно проникающих электронов увеличится, а следовательно, возрастет э. д. с.

Таким образом, если для термопары экспериментально, т. е. путем ее градуировки, найдена зависимость между температурой и термо-э. д. е., то измерение неизвестной температуры сводится к определению э. д. с. термопары. Эта величина невелика (она составляет 0,01—0,06 мВ на 1 °С), но достаточна для измерения посредством измерительного прибора.

Конструктивно термопара представляет собой две проволоки из разнородных металлов, нагреваемые концы которых скручивают, а затем сваривают.

Термоэлектроды изолируют фарфоровыми трубками и помещают в защитный чехол.

Для изготовления термопар используют проволоку диаметром от 0,5 до 3,2 мм. Защитные чехлы для температур до 1000° С изготовляют из стали, а для более высоких температур — из фарфора. Для определения температуры в месте установки термопары необходимо измерить величину развиваемой этой термопарой э. д. с. Измерение этой величины производится вторичными приборами.

В качестве вторичных приборов для работы с термоэлектрическими термометрами (термопарами) применяют милливольтметры или автоматические электронные компенсаторы.

Принцип действия милливольтметра основан на учете взаимодействия тока, протекающего, по рамке под действием э. д. с. термопары, с магнитным полем постоянного магнита, в котором эта рамка помещена. Рамка прибора, состоящая из изолированной проволоки, находится между полюсами постоянного магнита. Когда по рамке протекает постоянный ток, в ней создается магнитное поле, которое в результате взаимодействия с магнитным полем постоянного магнита поворачивает рамку.

Рамка соединена со стрелкой и может поворачиваться вокруг сердечника. У рамки расположены две противодействующие пружины. Один конец пружины прикреплен к рамке и соединен с ее обмоткой; второй конец пружины прикреплен к оси рычага корректора нуля. Через эти пружины поступает ток в рамку милливольтметра от термопары.

Рис. 6. Термопара:
а — схема; б — условное изображение термопары в схемах в комплекте со вторичными приборами

Рис. 7. Вторичный прибор для термопары — милливольтметр:
а — схема прибора; б — общий вид милливольтметра показывающего

Наиболее совершенным методом для измерения малых э. д. с. является компенсационный метод измерения. Принцип компенсационного метода измерения заключается в уравновешивании неизвестной измеряемой э. д. с. заранее известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником тока. Для измерения малых э. д. с. компенсационным методом применяют приборы, называемые потенциометрами или компенсаторами.

Принципиальная схема измерения э. д. с. термопары компенсационным методом заключается в следующем. Источник тока подключен к реохорду. Встречно через миллиамперметр, называемый нуль-прибором НП, к реохорду подключена термопара. При некотором положении ползунка, когда напряжение между точками АБ реохорда равно э. д. с. термопары; ток в цепи нуль-прибора будет равен нулю. По положению ползунка можно определять величину измеряемой э. д. с. Таким образом, если с ползунком связать стрелку, то она по шкале может определить э. д. с. термопары. Если шкала будет проградуирована в градусах, то измеряемую температуру отсчитывают в градусах.

При таком методе измерения сопротивление соединительных проводов, переходных контактов и самого нуль-прибора не оказывает влияния на результат измерения, так как отсчет производится при полной компенсации, когда ток в измерительной цепи равен нулю. Однако для того, чтобы одно и то же положение ползунка 5 в момент полной компенсации всегда точно соответствовало одной и той же величине измеряемой э. д. е., необходимо, чтобы напряжение на сопротивлении было постоянным.

Рис. 8. Схема измерения э. д. с. компенсационным методом

Для работы в измерительных схемах компенсаторов применяются источники питания со стабилизированным выходным напряжением (ИПС), которое подается на измерительный реохорд. Такой источник с‘помощью полупроводникового элемента — стабилитрона — поддерживает постоянное напряжение в измерительной схеме.

В качестве вторичных приборов для работы с термопарами широко используют электронные автоматические компенсаторы. Эти приборы основаны на разобранном выше компенсационном методе измерения э. д. е., имеют повышенную точность измерения: их класс 0,25; 0,5 и 1,0. Кроме того, они могут показывать и регистрировать результаты измерения. Количество точек контроля одним прибором может быть 1; 3; 6; 12 и 24.

Электронный компенсатор, использующий метод компенсации э. д. с. (иногда его называют также потенциометрическим методом), состоит из трех основных узлов: измерительной схемы, электронного усилителя и отсчетного устройства.

Измерительная схема прибора представляет собой мост, где э. д. с. термопары подводится к точкам А измерительного моста и компенсируется встречной разностью потенциалов. Мост питается током от стабилизированного источника питания ИПС. Такой источник питания подключен к точкам В и Г моста. В схему моста включен реохорд. В цепь же термопары включены первичная обмотка входного трансформатора вибропреобразователя, назначение которого состоит в преобразовании постоянного тока измерительной схемы в переменный. Полученный с помощью вибропреобразователя переменный ток усиливается электронным усилителем.

Рис. 9. Вторичный прибор для работы с термопарами
1 — электронный компенсатор: 2 — измерительная схема; б — общий вид регистрирующего компенсатора КСП-4

Усиленное напряжение подается на двигатель. Направление тока в измерительной схеме определяет направление вращения двигателя. Электродвигатель перемещает движок реохорда и одновременно измерительную стрелку.

Промышленность выпускает компенсаторы для работы с термопарами, показывающие КПП с дисковой шкалой и с вращающейся КВП. Кроме того, имеются регистрирующие компенсаторы, записывающие результаты измерения на ленточной диаграмме КСП-1, КСП-2, КСП-4, а также на дисковой диаграмме КСП-3. Измерительные схемы указанных приборов принципиально не отличаются друг от друга.





Похожие статьи:
Поверка регулирующего клапана с мембранным исполнительным механизмом

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Производство железобетонных изделий

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум