Читайте также:
|
Для измерения температуры широкое применение получили термометры сопротивления, действие которых основано на изменении электрического сопротивления металлических проводников в зависимости от температуры. Металлы, как известно, увеличивают при нагреве свое сопротивление. Следовательно, зная зависимость сопротивления проводника от температуры и определяя это сопротивление при помощи электроизмерительного прибора, можно судить о температуре проводника.
Термометр сопротивления, чувствительный элемент которого состоит из тонкой спиральной проволоки (обмотки), изолированной и помещенной в металлический защитный чехол с головкой для подключения соединительных проводов, является первичным измерительным преобразователем, питаемым от постороннего источника тока.
В качестве вторичных приборов, работающих с термометрами сопротивления, применяются уравновешенные и неуравновешенные измерительные мосты и магнитоэлектрические логометры.
Конечный предел измерений проволочных термометров сопротивления, обусловленный стойкостью их при нагреве, равен 650° С.
Достоинствами термометров сопротивления являются: высокая точность измерения, возможность получения приборов с безнулевой шкалой на узкий диапазон температур, легкость осуществления автоматической записи и дистанционной передачи показаний и возможность присоединения к одному вторичному прибору при помощи переключателя нескольких однотипных термометров. К недостаткам этих приборов относится потребность в постороннем источнике тока.
Из числа чистых металлов наиболее пригодными для изготовления термометров сопротивления являются платина (Pl) и медь (Си).
Изменение в зависимости от температуры сопротивления указанных металлов, представленное в виде отношения Rt/R0, где Rt – сопротивление при температуре t, а R0 – при 0° С, принятое за единицу.
Наилучшим материалом для термометров сопротивления считается платина, которая обладает большой химической инертностью и может быть легко получена в чистом виде. Она имеет достаточно большой температурный коэффициент электрического сопротивления (3,91·10-3 К-1) и высокое удельное сопротивление (0,099 Ом·мм2/м). Конечный температурный предел применения платиновых термометров сопротивления из соображений механической прочности обмотки, изготовляемой из тонкой проволоки, ограничивается + 650 °С.
Применяются технические (промышленные), образцовые и эталонные платиновые термометры сопротивления. Эталонные термометры служат для воспроизведения МПТШ-68 в интервале температур от – 259,34 до 630,74 °С.
Степень чистоты платины характеризуется отношением R100/R0, где R0 и R100 – сопротивления термометра при 0 и 100° С. Для спектрально чистой платины это отношение равно 1,3925, а для платины, применяемой при изготовлении образцовых термометров 2-го разряда и технических термометров, 1,391.
Сопротивление Rt (Ом) платины в зависимости от температуры t в интервале 0 – 650° С находится по формуле
Rt = R0(1 + At + Bt2),
где А и В – постоянные, определяемые при градуировке термометра.
Медь также обладает рядом положительных свойств, позволяющих использовать ее для изготовления технических термометров сопротивления. К достоинствам меди относятся ее дешевизна, легкость получения в чистом виде и сравнительно высокий температурный коэффициент электрического сопротивления (4,26·10-3 К-1). Недостатками ее являются небольшое удельное сопротивление (0,017 Ом·мм2/м) и легкая окисляемость при высоких температурах, вследствие чего конечный предел применения медных термометров сопротивления ограничивается температурой 180° С.
Сопротивление меди в зависимости от температуры t в интервале – 50 – +180° С выражается уравнением
Rt = R0(1 + αt),
где α – температурный коэффициент электрического сопротивления меди, К-1.
Для меди, применяемой при изготовлении термометров сопротивления, отношение R100/R0 равно 1,426.
Термометры сопротивления бывают одинарные и двойные, т, е. с одним н двумя чувствительными элементами. В последнем случае в общем защитном чехле расположены два одинаковых чувствительных элемента, подключаемых к двум отдельным вторичным приборам, установленным в разных местах. Для закрепления термометров в месте установки они имеют подвижный или неподвижный штуцер с резьбой. Длина чувствительного элемента у платиновых термометров сопротивления составляет 30 – 120 и у 
медных 60 мм.
Чувствительный элемент термометра представляет собой платиновую спираль 1 из тонкой проволоки, помещенную в многоканальную фарфоровую трубку 2 с капиллярными отверстиями. С торцов трубка плотно закрыта пробками 3 и 4. Каналы трубки со спиралями дополнительно заполнены керамическим порошком 5, который одновременно изолирует и поддерживает спираль. К концам спирали припаяны выводные провода 6.
Чувствительный элемент термометра вставлен в защитный чехол 7 наружным диаметром 10 мм, изготовленный из стали 0X13 или X18Н10Т. Выводные провода изолированы фарфоровыми бусами 8 и 9. Свободное пространство защитного чехла заполнено окисью алюминия 10. С помощью стальной втулки 11 защитный чехол присоединен к водозащищенной бакелитовой головке 12. В головке выводные провода припаяны к двум винтовым зажимам для подключения внешних проводов и уплотнены герметизирующей мастикой 13. Термометр имеет штуцер 14 для крепления.
Наряду с термометрами сопротивления из металлических проводников для измерения температуры находят также применение полупроводниковые термометры сопротивления – терморезисторы, изготовляемые из порошкообразной смеси окислов некоторых металлов: меди (Cu2О3), марганца (Mn2O3), кобальта (СоО), никеля (NiO) и др., спрессованпой и спеченной при высокой температуре.
Терморезисторы, представляющие непроволочные объемные нелинейные резисторы различной формы (цилиндрические, шайбовые и др.), в отличие от металлических резисторов имеют отрицательный температурный коэффициент, т. е. при нагревании уменьшают свое сопротивление. При температуре 50 °С и ниже значение их температурного коэффициента в 5 – 10 раз больше, чем у металлов, что дает сравнительно большое изменение сопротивления в зависимости от температуры.
Вторичные приборы
При измерении температуры термометрами сопротивления, а также при определении других неэлектрических величин находят широкое применение уравновешенные и неуравновешенные измерительные мосты.
Два плеча моста R1 и R2 имеют постоянные и точно известные сопротивления. Третье плечо R3 состоит из градуированного переменного резистора (реохорда) и четвертое – из термометра сопротивления Rт и сопротивления двух проводов соединительной линии Rл. В диагональ моста ab включен источник питания Б постоянного тока, а в диагональ cd — нулевой гальванометр Г и кнопка К.
При измерении температуры, перемещая движок е по реохорду R3, приводят мост в состояние равновесия, при котором ток I0 в диагонали cd будет равен нулю, на что укажет стрелка гальванометра. В этом случае потенциалы в вершинах моста с и d равны и ток I от источника питания разветвляется в вершине а моста на две части I1 и I2, вызывающие одинаковое падение напряжения в плечах.
Неуравновешенный мост из-за невысокой точности применяется только для промышленных измерений. В три плеча включены постоянные резисторы R1 – R3, а в четвертое – в зависимости от положения переключателя П – термометр сопротивления Rт с соединительной линией Rл (положение Л) или контрольный резистор Rк (положение К). К диагонали моста аb подключаются источник постоянного тока Б и реостат R для установки рабочего тока, а к диагонали cd – милливольтметр mV с внутренним сопротивлением Rм.
При измерении переключатель П ставится в положение И (измерение); тогда в зависимости от величины Rт + Rл, определяющей собой разность потенциалов на вершинах моста c и d, через рамку милливольтметра потечет ток Iм указательная стрелка прибора отклонится па соответствующий угол.
Магнитоэлектрический логометр является одним из вторичных промышленных приборов, работающих в комплекте с термометрами сопротивления.
Логометр имеет подвижную часть, состоящую из двух жестко скрепленных под небольшим углом рамок (обмоток), поворачивающихся на опорах (кернах) около вертикальной оси в неравномерном магнитном поле постоянного магнита. Действие прибора основано на измерении отношения сил токов, протекающих в двух параллельных электрических цепях, питаемых от постороннего источника постоянного тока, в каждую из которых включено по одной рамке.
Подвижная часть логометра не имеет пружинок для ее уравновешивания, которое достигается здесь посредством взаимодействия противоположно направленных вращающих моментов рамок.
Показания логометра практически не зависят от колебаний напряжения источника питания, что является достоинством этого прибора.
Схема логометра с термометром сопротивления Rт и источником питания Б. Между полюсными наконечниками постоянного магнита, имеющими овальную выточку, расположен стальной цилиндрический сердечник, образующий с ними переменный по ширине воздушный зазор, постепенно уменьшающий магнитную индукцию от середины наконечников к их краям. В зазорах перемещаются одинаковые скрещенные под небольшим углом рамки Rр1 и Rр2, из тонкого изолированного провода, жестко скрепленные между собой и с указательной стрелкой прибора.
Измерительная схема логометра состоит из параллельных цепей I и II, питаемых от источника тока Б. В цепь I включены рамка Rр1 и резистор R, а в цепь II — рамка Rр2 термометр сопротивления Rт и соединительная линия Rл. Через рамки логометра Rр1 и Rр2 протекают токи I1 и I2, обратно пропорциональные сопротивлениям цепей I и II, образующие магнитные поля. Взаимодействие последних с полем основного магнита создаст вращающие моменты М1 и М2, действующие на рамки в противоположных направлениях.
Лекция 6. Анализ финансовых результатов деятельности предприятия
Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 140 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |