Провести поверку комплекта приборов для измерения температуры.

Оборудование:

Электропечь, термопара, автоматический потенциометр типа КСП-4 или измеритель температуры 2ТРМ1, ртутный термометр, ЛАТР.

Термоэлектрическими термометрами называют устройства для измерения температуры, в комплект которых вхо­дит электроизмерительный прибор (милливольтметр, потенцио­метр) и термопара (ТЭП), сое­диненные электрическими проводами. Принцип действия этих термометров основан на явлении термо­электрического эффекта, сущность которого заклю­чается в следующем. Ес­ли рассматривать замкну­тый контур, образован­ный двумя проводниками (термоэлектродами) А и В из разных металлов или сплавов, концы которых 1 и 2 соединены, а температуры мест соединения различны , то в таком контуре возникает электродвижу­щая сила E_AB(ti, to) называемая термоэлектродвижущей силой (т. э. д. с.). Величина и направление этой т. э. д. с. зависит от материалов термоэлектродов А и В (термопары) и от разности температур t₁ и t₀ (чем эта разность больше, тем больше т.э.д.'С .).

Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металлах термоэлектродов свободных электронов, количество которых в единице объёма для различных металлов различно при одной и той же температуре. В спаях происходит диффузия электронов из одного металла в другой, а так как металлы содержат разное количе ство свободных электронов, то один электрод заряжается положительно, а другой отрицательно. Возникающее при этом электрическое поле препятствует диффузии электронов и через какой то промежуток времени наступает состояние подвижного равновесия, то есть возникает т.э.д.с.

В замкнутом контуре, состоящем из двух разнородных про водников, возникает четыре тэдс, две в спаях и две в каждом из проводников за счёт перехода электронов от горячего спая к холодному, которые в сумме и образуют тэдс ТЭП.

E_AB(tt)=E_AB(t) - E_AB(t)

ТЭП может быть образован любой парой разнородных проводников, но далеко не всякий ТЭП пригоден для практических целей. Материалы для изготовления ТЭП должны отвечать следующим требованиям:

-постоянство физических и химических свойств в диапазоне измеряемых температур;

-возможно большая тэдс, развиваемая ТЭП;

-зависимость между температурой горячего спая и развиваемой тэдс должна быть как можно ближе к линейной;

-должна обеспечиваться взаимозаменяемость ТЭП.

В соответствии с этими требованиями в качестве стандартных ТЭП изготавливаются следующие термопары:

Тип ТЭП	градуировка	Материалы термоэлектродов	Пределы измерения оС
Длительного	кратковременного
ТПП	ПП68	Платинородий (10% родия)-платина	-20 +1300
ТПР	ПР30/6	Платинородий(30% родия)-платинородий(6% родия)	300 +1600
ТХА	ХА68	Хромель-алюмель	-50 +1000	1300
ТХК	ХК68	Хромель-копель	-50 +600
ТВР	ВР-5/20	Вольфрам-рений(5%Re)—вольфрам-рений(20%Re)	+800+1800
ТВР	ВР-10/20	Вольфрам-рений (10% Re)-вольфрам-рений (20%Re)	+100+1800

Схема установки.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Поверка производится при температурах 50, 100, 150, 200, 250 и 300⁰С, устанавливаемых поочерёдно в электропечи поворотом ручки автотрансформатора подачей соответствующего напряжения. Показатели ртутного термометра принимаются за действительные значения температуры в электропечи.

Момент снятия показания определяется визуально по ртутному термометру.

Показания снимаются через 5 минут после прекращения изменения показаний ртутного термометра.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАНЕСТИ В ТАБЛИЦУ:

Абсолютная погрешность определяется как разность показаний измерительного прибора (КСП)» А_и и действительного значения измеряемой величины А_д(показаний термометра).

γ =Аи-Ад

Относительная погрешность:

β= γ/Aд *100

ВЫВОД:

Контрольные вопросы.

1. какова конструкция термопары

2. каково назначение термопары

3. какие марки термопар наиболее широко применяются в химической промышленности

4. какие требования предъявляются к материалам для изготовления термопар

5. какие приборы работают в комплекте с термопарами

6. влияет ли на величину тэдс ТЭП изменение температуры холодных концов термопары

Лабораторная работа

«Переградуировка электронного автоматического моста».

Цель работы:определение области измерения температур при замене одного типа датчика на другой .

Оборудование:магазин сопротивлений, автоматический мост КСМ – 2-096, градуированные таблицы.

В автоматических электронных уравновешенных мостах, которые являются производственными стационарными вторичными приборами, движок реохорда переме­щается автоматически.

Нашей промышленностью выпускаются несколько модификаций электронных автоматических уравновешенных мостов. Они отлича­ются друг от друга наличием или отсутствием различных дополни­тельных устройств (сигнальных, самопишущих, регулирующих и др.), встраиваемых в корпус прибора, но их измерительная схема принципиально одинакова.

На рис. Приведена принципиальная (упрощенная) схема электронного автоматического уравновешенного моста, питающего­ся от сети переменного тока; прибор осуществляет измерение и за­пись (регистрацию) температуры на дисковой диаграммной бумаге.

В схеме приняты следующие обозначения:

		c

Воспользовавшись правилом о равенстве произведений сопро­тивлений противолежащих плеч, запишем условие равновесия это­го моста

(R_t+R_вн+R₁+r₁)R₃=(R₄+R_вн)(R₂+r₂)

Это равенство показывает, что если сопротивление термометра R_t изменилось вследствие изменения температуры контролируе­мой среды, равновесие моста может быть восстановлено варьиро­ванием сопротивлений плеч r₁ и r₂ реохорда, т. Е. нахождением но­вого положения движка реохорда.

Работа протекает следующим образом.

Когда температура контролируемой среды изменяется, это ска­зывается на сопротивлении термометра и мост выходит из равно-» веского состояния; в его диагонали а—bпоявляется ток небалан­са, который через трансформатор Тр поступает на вход электронного усилителя ЭУ. Усиленный по напряжению и мощности ток поступает на реверсивный двигатель РД. В зависимости от знака тока небаланса реверсивный двигатель, ротор которого через систе­му передач связан с движком реохорда (подвижный контакт), пе­ремещает его в сторону, уменьшающую разбаланс моста. Двига­тель РД прекратит работу, когда в диагонали моста а—b исчезнет ток, т. Е. когда восстановится равновесное состояние [равенство (4)].

Во время работы реверсивный двигатель приводит в движение показывающую стрелку ПС, которая перемещается относительно шкалы Ш_к, градуированной в °С, и записывающую стрелку (перо) ЗС, вычерчивающую на диаграммной бумаге ДБ кривую, пред­ставляющую собой зависимость температуры от времени. Диаграм­мная бумага приводится в движение специальным синхронным дви­гателем (на схеме не показан). Все кинематические связи: реверсивного двигателя с движком реохорда, показывающей и записывающей стрелками условно показаны пунктирными ли­ниями.

Все узлы и детали моста смонтированы в специальном метал­лическом корпусе, размеры и форма которого зависят от типа при­бора.

Мосты с источником питания измерительной схемы постоянным током (мосты постоянного тока) применяются в тех случаях, когда термометр сопротивления устанавливается на объектах или в по­мещениях, являющихся взрыво- или пожароопасными. При этом нужно иметь в виду что сам мост в таких помещениях устанавли­вать нельзя. Он должен устанавливаться в обычных помещениях. Схема моста постоянного тока несколько отлична от приведенной, на рис.. III-13 и здесь не будет рассматриваться.

Электронные автоматические уравновешенные мосты работают в комплекте с техническими термометрами сопротивления стандарт­ных градуировок, причем каждый мост работает с термометрами лишь определенной градуировки. Для этого на шкале прибора и на диаграммной бумаге указывается градуировка термометра сопро­тивления, работающего в комплекте с данным мостом (например, Гр 21 или Гр 23).

Порядок проведения работы.

i. Автоматический мост, включить в сеть для прогрева на 15-20 минут.

ii. На входные клеммы моста подключить магазин сопротивлений.

iii. На магазине сопротивлений устанавливать сопротивления, соответствующие градуировочным таблицам и по показаниям показывающей стрелки моста построить шкалу прибора.

iv. К отчёту приложить полученную шкалу.

:Вывод:

Контрольные вопросы.

1. Почему на приборе обязательно указывается тип датчика?
2. Какие приборы работают в комплекте с термопарами?
3. Можно ли подключать к потенциометру датчики других градуировок?

Градуировочная таблица платиновых термометров сопротивления

Градуировка Гр 21

Градуировочная таблица платиновых термометров сопротивления

Градуировка Гр. 22

Градуировочная таблица медных термометров сопротивления

Градуировка Гр 23.

Градуировочная таблица медных термометров сопротивления

Градуировка Гр 24

Лабораторная работа

«Переградуировка электронного автоматического моста».

Цель работы:определение области измерения температур при замене одного типа датчика на другой

Оборудование:магазин сопротивлений, автоматический мост КСМ – 2-096, градуированные таблицы.

В автоматических электронных уравновешенных мостах, которые являются производственными стационарными вторичными приборами, движок реохорда переме­щается автоматически.

Нашей промышленностью выпускаются несколько модификаций электронных автоматических уравновешенных мостов. Они отлича­ются друг от друга наличием или отсутствием различных дополни­тельных устройств (сигнальных, самопишущих, регулирующих и др.), встраиваемых в корпус прибора, но их измерительная схема принципиально одинакова.

На рис. Приведена принципиальная (упрощенная) схема электронного автоматического уравновешенного моста, питающего­ся от сети переменного тока; прибор осуществляет измерение и за­пись (регистрацию) температуры на дисковой диаграммной бумаге.

В схеме приняты следующие обозначения:

220В

Воспользовавшись правилом о равенстве произведений сопро­тивлений противолежащих плеч, запишем условие равновесия это­го моста

(R_t+R_вн+R₁+r₁)R₃=(R₄+R_вн)(R₂+r₂)

Это равенство показывает, что если сопротивление термометра R_t изменилось вследствие изменения температуры контролируе­мой среды, равновесие моста может быть восстановлено варьиро­ванием сопротивлений плеч r₁ и r₂ реохорда, т. Е. нахождением но­вого положения движка реохорда.

Работа протекает следующим образом.

Когда температура контролируемой среды изменяется, это ска­зывается на сопротивлении термометра и мост выходит из равно-» веского состояния; в его диагонали а—bпоявляется ток небалан­са, который через трансформатор Тр поступает на вход электронного усилителя ЭУ. Усиленный по напряжению и мощности ток поступает на реверсивный двигатель РД. В зависимости от знака тока небаланса реверсивный двигатель, ротор которого через систе­му передач связан с движком реохорда (подвижный контакт), пе­ремещает его в сторону, уменьшающую разбаланс моста. Двига­тель РД прекратит работу, когда в диагонали моста а—b исчезнет ток, т. Е. когда восстановится равновесное состояние [равенство (4)].

Во время работы реверсивный двигатель приводит в движение показывающую стрелку ПС, которая перемещается относительно шкалы Ш_к, градуированной в °С, и записывающую стрелку (перо) ЗС, вычерчивающую на диаграммной бумаге ДБ кривую, пред­ставляющую собой зависимость температуры от времени. Диаграм­мная бумага приводится в движение специальным синхронным дви­гателем (на схеме не показан). Все кинематические связи: реверсивного двигателя с движком реохорда, показывающей и записывающей стрелками условно показаны пунктирными ли­ниями.

Все узлы и детали моста смонтированы в специальном метал­лическом корпусе, размеры и форма которого зависят от типа при­бора.

Мосты с источником питания измерительной схемы постоянным током (мосты постоянного тока) применяются в тех случаях, когда термометр сопротивления устанавливается на объектах или в по­мещениях, являющихся взрыво- или пожароопасными. При этом нужно иметь в виду что сам мост в таких помещениях устанавли­вать нельзя. Он должен устанавливаться в обычных помещениях. Схема моста постоянного тока несколько отлична от приведенной, на рис.. III-13 и здесь не будет рассматриваться.

Электронные автоматические уравновешенные мосты работают в комплекте с техническими термометрами сопротивления стандарт­ных градуировок, причем каждый мост работает с термометрами лишь определенной градуировки. Для этого на шкале прибора и на диаграммной бумаге указывается градуировка термометра сопро­тивления, работающего в комплекте с данным мостом (например, Гр 21 или Гр 23).

Порядок проведения работы.

v. Автоматический мост, включить в сеть для прогрева на 15-20 минут.

vi. На входные клеммы моста подключить магазин сопротивлений.

vii. На магазине сопротивлений устанавливать сопротивления, соответствующие градуировочным таблицам и по показаниям показывающей стрелки моста построить шкалу прибора.

viii. К отчёту приложить полученную шкалу.

:

Вывод

Контрольные вопросы.

1. Почему на приборе обязательно указывается тип датчика?
2. Какие приборы работают в комплекте с термопарами?
3. Можно ли подключать к потенциометру датчики других градуировок?

Градуировочная таблица платиновых термометров сопротивления

Градуировка Гр 21

Градуировочная таблица платиновых термометров сопротивления

Градуировка Гр. 22

Градуировочная таблица медных термометров сопротивления

Градуировка Гр 23.

Градуировочная таблица медных термометров сопротивления

Градуировка Гр 24

Лабораторная работа

Переградуировка электронного автоматического потенциометра.

Цель работы:определение области измерения температур потенциометром при замене датчика одной градуировки на другой

Оборудование: потенциометр постоянного тока ПП-63; автоматический потенциометр.КСП -4

Прибор КСП - 4 предназна­чен для автоматического контроля (имеются модификации, обеспе­ чивающие запись, сигнализацию и регулирование) температуры в производственных условиях. Это стационарный прибор, который обычно устанавливается на специальном щите.

В отличие от рассмотренных выше принципиальных схем потенциометрического метода измерения, в схемах автоматических элек­тронных потенциометров такие операции, как компенсация т. э. д. с. термопары и введение поправки в случае изменения температуры холодного спая термопары, осуществляются автоматически.

Различные модификации электронных потенциометров, серийно выпускаемые нашей приборостроительной промышленностью, отличаются друг от друга наличием или отсутствием дополнительных устройств (записывающих, сигнализирующих, регулирующих), встраиваемых в корпус прибора. Принцип их действия одинаков. На рис. Ш-23 приведена принципиальная схема электронного автоматического потенциометра.

В схеме приняты следующие обозначения:

R₁, R₂ — постоянные сопротивления плеч измерительного моста из манганина, определяющие нижний и верхний пределы измерения;

R_p — реохорд, обмотка которого выполнена из манганиновой проволоки;

R_b — реостат с обмоткой из манганиновой проволоки для установки рабочего тока в цепях измерительного моста;

R_э —постоянное сопротивление из манганина, с помощью кото­рого производится установка рабочего тока;

R_к — медное или никелевое сопротивление для автоматической коррекции температуры холодного спая термопары, под­ключаемой к прибору;

Е₁ —источник питания мостовой измерительной схемы (сухая батарея или стабилизатор напряжения), встраиваемый в корпус прибора.

НЭ — нормальный элемент;

ТП — термопара стандартной градуировки, погруженная в кон­тролируемую среду; П — переключатель;

ВП — вибрационный преобразователь, который служит для пре­образования постоянного тока, поступающего из мостовой измерительной схемы, в переменный; состоит из следую­щих основных узлов: NS — постоянный магнит; Як — якорь с обмоткой №, которая питается переменным током про­мышленной частоты (50 Гц) напряжением 6,3 В; m и п — контакты; Тр — трансформатор;

ЭУ — электронный усилитель;

РД — реверсивный двигатель, ротор которого кинематически свя­зан (условно показано пунктиром) с движком реохорда R_р, с движком регулировочного реостата R_b и с показываю­щей стрелкой ПС шкалы Шк.

	Rк
		Тр

Цепь источника тока измерительной мостовой схемы (бата­рея е₁ состоит из двух ветвей: рабочей, в которую включен рео­хорд R_р с постоянными сопротивлениями R₁ и R₂, и вспомогатель­ной, состоящей из сопротивлений R_э и R_к. Регулировочный рео­стат R_b, последовательно соединенный с источником тока и вклю­ченный в диагональ моста ас, является составной частью как рабо­чей, так и вспомогательной цепи. Ток от источника е₁ разветвляется в вершине моста С: через рабочую ветвь протекает ток силой I₂, а через вспомогательную — ток силой I₁.

Термопара ТП подключается к автоматическому потенциометру в диагональ моста bd с помощью термоэлектродных (компенсаци­онных) проводов КП; концы этих проводов подводятся к специ­альным клеммам внутри корпуса прибора, рядом с которыми рас­положена катушка R_к с обмоткой из медной проволоки. Таким об­разом, холодный спай термопары t¹₀ как бы перенесен внутрь корпуса потенциометра и находится в одинаковых температурных условиях с медной катушкой R_к.

Перед началом работы прибора, а затем два раза в смену уста­навливается рабочий ток, для чего переключатель П переводится в положение 1 (выпускаются потенциометры с ручным и автома­тическим переключением, у последних примерно через 3 ч специ­альный моторчик производит кратковременное переключение из положения 2 в положение 1). В этом случае нормальный элемент НЭ оказывается замкнутым на сопротивление R_э. Если падение напряжения (от источника тока Е₁) на этом сопротивлении равно э. д. с. нормального элемента, т. е. если I₁R_э = Е_нэ то ток отсутству­ет в контуре НЭ и на вход вибрационного преобразователя не по­ступает. Это значит, что I₁ а следовательно, и I₂ в рабочей цепи равны номинальным значениям (у серийных приборов I₁ = 2 мА; I₂ = 4 мА). Если же э. д. с. источника Е₁ изменилась, изменятся и величины I₁ и I₂, а следовательно, I₁R_э E_нэ. В этом случае в кон­туре нормального элемента появится ток небаланса, который по­ступит на вход ВП и далее на электронный усилитель ЭУ.

Вибрационный преобразователь и электронный усилитель в схе­ме электронного потенциометра выполняют функции нуль-гальва­нометра, т. е. являются индикатором рассогласования.

Якорь Як, к которому подключен через переключатель П один конец контура НЭ, имеет обмотку W , питающуюся переменным током напряжением 6,3 В и намагничивающую якорь, изменяя 50 раз в секунду (с частотой переменного тока) его полярность. Левый конец якоря находится в поле постоянного магнита NS, и его переменное поле, взаимодействуя с полем постоянного магни­та, заставляет якорь колебаться с частотой 50 раз в секунду, при этом якорь замыкается то в точке т, то в точке п и ток небаланса из контура НЭ через контакт 1 переключателя П протекает то че­рез верхнюю, то через нижнюю часть первичной обмотки трансфор­матора Тр, индуктируя во вторичной обмотке ток, который посту­пает на электронный, усилитель.

Усиленный по напряжению и мощности ток приводит в действие реверсивный двигатель РД, который через систему передач пере­мещает движок реостата R_b до тех пор, пока силы тока I₁ и I₂ не станут опять равны номинальному значению. Как только произ­ведение I₁R₃ станет равным Е_нэ, ток в контуре НЭ упа