Измерение температуры. Единицы измерения. Основные методы и средства измерений, их классификация и виды
Температура - один из параметров состояния вещества: газа, жидкости, твёрдого тела. Температура определяет тепловое состояние тела и направление теплопередачи.
За единицу измерений температуры в «СИ» принят Кельвин (К). Допускается применять также шкалу Цельсия, температура по которой определяется выражением:
t= Т-То (10.1),
где То =273,15 К;
t- температура в градусах Цельсия;
Т - температура в Кельвинах.
Температуру, выраженную в градусах Цельсия обозначают «°С».
По размеру единицы физической величины градус Цельсия равен Кельвину.
Температуру измеряют с помощью средств измерений (систем измерительных), использующих различные термометрические свойства жидкостей, газов и твердых тел. К таким средствам измерений относятся:
- термометры расширения;
- термометры манометрические;
- термометры сопротивления с логометрами или мостами;
- термопары с милливольтметрами или потенциометрами;
- пирометры излучения.
Температуру измеряют контактным (с помощью термометров сопротивления, манометрических термометров и термометров термоэлектрических) и бесконтактным (с помощью пирометров) методами.
Следует помнить:
- наиболее высокая точность измерений температуры достигается при контактных методах измерений;
- бесконтактный метод служит для измерений высоких температур, где невозможно измерять контактными методами и не требуется высокой точности.
|
|
|
Измерительная система температур представляет собой совокупность термометрического преобразователя (датчика) и вторичного измерительного прибора.
Термометрический преобразователь - измерительный преобразователь температуры, предназначенный для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи дальнейшего преобразования, обработки или (и) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдением.
К термометрическим преобразователям относят:
- термометры сопротивления;
- термоэлектрические термометры (термопары);
- телескоп радиационного пирометра.
Вторичный измерительный прибор - средство измерений преобразующее выходной сигнал термометрического преобразователя в численную величину.
В качестве вторичных измерительных приборов используют логометры, мосты, милливольтметры, автоматические потенциометры, цифровые приборы.
Приборы контроля имеют четыре разновидности:
- показывающие - предусматривающие только визуальный отсчет показаний (результатов контроля);
- регистрирующие - имеющие устройства для регистрации (записи, печатания) результатов контроля;
- самопишущие - регистрирующие приборы с автоматической записью результатов контроля в виде функции времени (непрерывной или прерывистой);
|
|
|
- индикаторные - предназначенные для сигнализации о достижении заданной температуры.
Наиболее широко распространенными средствами измерений температуры являются термометры расширения:
- термометры жидкостные стеклянные;
- термометры контактные ртутные и терморегуляторы;
Термометры контактные ртутные и терморегуляторы - приборы, предназначенные для замыкания и размыкания цепи электрического тока с целью поддержания заданной температуры илисигнализации о её достижении.
Принцип действия данных приборов основан на способности ртути служить проводником электрического тока.
Термометры изготавливают с подвижным рабочим контактом (ТПК), терморегуляторы с заданным постоянным рабочим контактом (ТЗК).
Жидкостные стеклянные термометры используют термометрическое свойство теплового расширения тел. Действие термометров основано на различии коэффициентов теплового расширения термометрического вещества и оболочки, в которой оно находится (термометрического стекла, реже - кварца).
Температуру следует определять по величине видимого изменения объёма термометрического вещества и отсчитывать по высоте уровня в капиллярной трубке.
|
|
|
Жидкостные стеклянные термометры градуируют в градусах Цельсия термодинамической температурной шкалы. Достоинства жидкостных стеклянных термометров:
- простота употребления,
- достаточно высокая точность измерений,
- широкий интервал измерения.
Недостатки жидкостных стеклянных термометров:
- плохая видимость шкалы,
- невозможность автоматической записи показаний,
- передачи показаний на расстояние.
Манометрические термометры - простые механические приборы прямого измерения, предназначенные для дистанционного измерения температуры газов, паров и жидкостей в стационарных условиях.
Принцип действия приборов основан на свойстве газов и жидкостей изменять давление при изменении измеряемой температуры.
Манометрические термометры отличаются сравнительной простотой конструкции и применения, возможностью дистанционного измерения температуры (передачи показаний на расстояние), возможностью автоматической записи показаний.
Недостатки манометрических термометров:
- относительно невысокая точность измерений,
- небольшое расстояние дистанционной передачи показаний (не более 60 м),
|
|
|
- трудность ремонта при разгерметизации измерительной системы.
Термопреобразователь сопротивления (ТС) - термоприёмник, в котором в качестве термометрического свойства использовано изменение электрического сопротивления чувствительного элемента в зависимости от понижения или повышения его температуры, то есть посредством термометра сопротивления колебания температуры преобразуются в эквивалентное изменение электрического сопротивления проводника.
Чувствительный элемент термопреобразователей Сопротивления изготавливают чаще всего из медной или платиновой проволоки, вследствие чего термометры делят на медные (ТСМ) и платиновые (ТСП), предназначенные для длительного измерения температуры в пределах от минус 50 до плюс 200 °С для медных; от минус 200 до плюс 1100 °С для платиновых.
Термопреобразователь сопротивления в отличие от жидкостных стеклянных и манометрических термометров не является прибором показывающим температуру, а служит лишь датчиком.
Термопреобразователи сопротивления работают с вторичными приборами - логометрами и мостами, измеряющими сопротивление термометра и показывающими соответствующую этому сопротивлению температуру среды.
Основополагающие требования, обеспечивающие правильность выбора и эксплуатации термопреобразователей сопротивления:
- соответствие измеряемой температуры пределам измерений термопреобразователя сопротивления;
- допустимая погрешность измерений;
- правильный выбор места установки термопреобразователя сопротивления;
- соответствие прочности и материала арматуры условиям эксплуатации;
- правильный выбор длины монтажной части термопреобразователя сопротивления.
Длина монтажной части для термопреобразователей сопротивления:
- с неподвижным штуцером (фланцем) должна определяться как расстояние от рабочего конца до опорной плоскости штуцера или фланца,
- для термометров с подвижным штуцером (фланцем), а также для термометров без штуцера и фланца - как расстояние от рабочего конца до головки, а при отсутствии головки - как расстояние до места заделки выводных концов.
Логометры - приборы, предназначенные для измерений температуры с помощью термометров сопротивления.
Логометры построены по принципу сравнения сил токов в цепях термометра и постоянного сопротивления.
Логометры наиболее целесообразно применять при измерении низких минусовых (от минус 100 °С) и невысоких плюсовых (до плюс 500 °С) температур. В данном случае они обладают большей надёжностью в сравнении с милливольтметрами.
Логометры, выпускаемые серийно, имеют градусные шкалы, рассчитанные на подключение термометров сопротивления определённых типов.
Также измерение температуры с помощью термометров сопротивления возможно цифровыми измерителями температуры.
Термоэлектрические преобразователи (ТП) - термоприёмники, принцип действия которых основан на возникновении электродвижущей силы (э.д.с.) вцепи, составленной из разнородных проводников, при нарушении теплового равновесия.
Величина термоэ.д.с. зависит от материала электродов и разности температур горячего и холодного спаев, называемых, соответственно, рабочим и свободным концом термопары.
Рабочий конец термопары должен быть помещён в измеряемую среду, свободные концы присоединяют к вторичному прибору.
Термопары работают в комплекте с пирометрическими милливольтметрами, потенциометрами и цифровыми приборами.
Термопары, уступают термометрам сопротивления в точности, но имеют ряд преимуществ: они дёшевы, просты по устройству, надёжны в эксплуатации и значительно менее инерционны.
Пирометрический милливольтметр - вторичный прибор, служащий для измерений величин т.э.д.с., создаваемой термоэлектрическим термометром.
Пирометрический милливольтметром - это магнитоэлектрический милливольтметр, отградуированный при определённых условиях в градусах температуры.
Пирометрические милливольтметры могут иметь разнообразные шкалы для всех стандартных градуировок термопар в пределах их применения вплоть до температур, допускаемых для кратковременных измерений. Шкалы могут начинаться как от 0°С, так и от других значений.
Автоматические потенциометры - приборы служащие для измерений термоэ.д.с. компенсационным методом, без ручных манипуляций.
Автоматические потенциометры предназначены для измерений, записи и регулирования температуры с повышенной точностью.
Потенциометры работают в комплекте с термопарами и радиационными пирометрами стандартных градуировок. Могут работать и с другими датчиками, являющимися источниками э.д.с. или напряжения.
В отличие от милливольтметров, потенциометры могут производить автоматическое измерение и запись показаний температуры в нескольких точках (1, 3, 6, 12 и 24) и имеют автоматическую компенсацию температуры холодных спаев термопар.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 944; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!