Засоби та методи виміру температури

Існують два основних способи для вимірювання температур - контактні і безконтактні. Контактні способи засновані на безпосередньому контакті вимірювального перетворювача температури з досліджуваним об'єктом, в результаті чого домагаються стану теплового рівноваги перетворювача і об'єкта. Цьому способу притаманні свої недоліки. Температурне поле об'єкта спотворюється при введенні в нього термопріемніка. Температура перетворювача завжди відрізняється від істинної температури об'єкта. Верхня межа вимірювання температури обмежений властивостями матеріалів, з яких виготовлені температурні датчики. Крім того, ряд завдань вимірювання температури в недоступних обертаються з великою швидкістю об'єктах не може бути вирішене контактним способом.

Безконтактний спосіб заснований на сприйнятті теплової енергії, переданої через радіаційний і сприймають на деякій відстані від досліджуваного об'єму. Цей спосіб менш чутливий, ніж контактний. Вимірювання температури у великій мірі залежать від відтворення умов градуювання при експлуатації, а в іншому випадку з'являються значні похибки. Пристрій, що служить для вимірювання температури шляхом перетворення її значень в сигнал чи показання, називається термометром (ГОСТ 13417-76),

За принципом дії всі термометри поділяються на такі групи, які використовуються для різних інтервалів температур:

Термометри розширення від - 260 до +700 ° С, засновані на зміні обсягів рідин або твердих тіл при зміні температури.

манометричні термометри від - 200 до +600 ° С, що вимірюють температуру по залежності тиску рідини, пари або газу в замкнутому об'ємі від зміни температури.

. Термометри електричного опору стандартні від - 270 до +750 ° С, що перетворюють зміну температури в зміну електричного опору провідників або напівпровідників.

. Термоелектричні термометри (або пірометри), стандартні від - 50 до +1800 ° С, в основі перетворення яких лежить залежність значення електрорушійної сили від температури спаю різнорідних провідників.

Пірометри випромінювання від 500 до 100 000 ° С, засновані на вимірюванні температури за значенням інтенсивності промени...

11. Термометри розширення. Принцип їхньої дії, будова і використання в промисловості.

Термометри розширення бувають двох типів: скляні рідинні і манометричні. Принцип дії заснований на розширено середовища, укладеної в цих приладах.

Скляні рідинні термометри діляться на дві групи.

Скляний термометр з вкладеною шкалою (Рис.7. А) складається з скляного резервуара 1 і припаяного до нього скляного капіляра 2. Уздовж капіляра розташована шкала 3, яка, як правило, наноситься на пластині молочного скла. Резервуар, капіляр і шкала поміщаються в скляну оболонку 4, яка припаюється до резПаличні скляні термометри (Рис. 7. Б) виготовляються з товстостінних капілярів 1, до яких припаюється резервуар 2. Шкала термометра 3 наноситься на зовнішній поверхні капіляра.

Капіляр заповнений термометрической рідиною: ртуть, толуол, етиловий спирт, гас, петролейний ефір, пентан ін.

ервуару.

недоліки - Погана видимість шкали, неможливість автоматичного запису показань і дистанційної передачі, крихкість і неможливість ремонту.

Принцип дії манометрических термометрів заснований на залежності тиску термометрического речовини в герметично замкнутому просторі від температури. Манометрический термометр зображений на малюнку .

Термобаллон  занурюється в вимірювану середу і робоча речовина, що знаходиться в термобалоні, приймає температуру середовища. При підвищенні температури тиск зростає, при зниженні падає. Тиск через гнучкий капіляр передається манометру , який є частиною всього приладу. Манометр проградуирован в градусах (в одиницях температури, а не тиску).

12.Манометричні термометри: принцип їхньої дії, будова і використання в промисловості

Принцип дії манометрических термометрів заснований на залежності тиску термометрического речовини в герметично замкнутому просторі від температури. Манометрический термометр зображений на

Термобаллон занурюється в вимірювану середу і робоча речовина, що знаходиться в термобалоні, приймає температуру середовища. При підвищенні температури тиск зростає, при зниженні падає. Тиск через гнучкий капіляр передається манометру , який є частиною всього приладу. Манометр проградуирован в градусах (в одиницях температури, а не тиску).

Манометричні термометри підрозділяють на три основних різновиди:

1. рідинні, у яких вся вимірювальна система (термобаллон, манометр і сполучний капіляр) заповнені рідиною;

2. конденсаційні, у яких термобаллон заповнений частково рідиною з низькою температурою кипіння і частково – її насиченими парами, а сполучний капіляр і манометр – насиченими парами чи рідинами, частіше, спеціальною передатною рідиною;

3. газові, у яких уся вимірювальна система заповнена інертним газом.

13.Термоелектричні термометри, принцип дії, типи, характеристики, їх використання в промисловості.

Для вимірювання температури в промисловості найбільш широке поширення одержали термоелектричні термометри, що працюють в інтервалі температур від -200 до +2500 ⁰C і вище. Даний тип пристроїв характеризує висока точність і надійність, можливість використання в системах автоматичного контролю і регулювання параметра, значною мірою визначального хід технологічного процесу в термічних агрегатах.

Сутність термоелектричного методу полягає у виникненні ЕРС у провіднику, кінці якого мають різну температуру. Для того, щоб вимірити виниклу ЕРС, її порівнюють з ЕРС іншого провідника, що утворить з першим термоелектричну пару AB (рис. 3.4), у ланцюзі якої потече струм.

Чутливість термопари до температури ґрунтується на ефекті Зеебека (частіше відомому в літературі за назвою термоелектричний ефект), при якому використовується з’єднання двох різнорідних матеріалів. Коли два з’єднання знаходяться при різних температурах, то в з’єднуючому їх ланцюзі тече електричний струм. Значення струму чи ЕРС, що генерується струмом, визначається різницею температур між двома з’єднаннями (спаями) і матеріалами, з яких виготовлені термопари. Спай, температуру якого необхідно виміряти, називається чутливим спаєм. Інший спай (опорний) звичайно знаходиться при заздалегідь відомій температурі, наприклад температурі замерзання води (0оС). Опорна температура повинна витримуватись з визначеною точністю. Для досягнення високої точності в лабораторних умовах у цих цілях використовується, наприклад, потрійна точка води. При менш жорстких вимогах для одержання опорної температури може бути використана піч з регульованою температурою. При проектуванні систем для вимірювання температури варто враховувати її вартість. Потрібно також спеціальне устаткування для відображення обмірюваного значення температури і автоматичної компенсації внутрішньої опорної температури. Подібні термометричні системи характеризують температуру, обумовлену чутливими елементами, з необхідною точністю і виключають необхідність обчислювати температуру чутливого елемента за значенням генерованої їм ЕРС.

             14.Термометри опору, основні типи, принцип дії та будова.

Термо́метр опору — прилад для вимірювання температури, на основі чутливого елемента, електричний опір (первинного вимірювального перетворювача) якого залежить від температури. Як чутливий елемент використовуються терморезистори з металевого чи напівпровідникового матеріалу. В останньому випадку їх називають термісторами.

Принципдіїтермометрівопорубазуєтьсянавластивості провідників і напівпровідників змінюватисвій електричнийопір призміні температури.

Залежність опору провідника від його температури у найпростішому випадку виражається лінійною залежністю:

{\displaystyle R_{T}=R_{0}(1+\alpha \cdot \Delta T)\,}

де:

R_T — електричний опір при температурі T [Ом];

R₀ — електричний опір при початковій температурі T₀ [Ом];

α — температурний коефіцієнт електричного опору [K⁻¹];

ΔT — зміна температури, що становить T-T₀ [K].

Матеріали, які використовуються для виготовлення термометрів опору, повинні мати максимальний і постійний температурний коефіцієнт електричного опору, лінійну залежність опору від температури, мати відтворюваність властивостей і інертність до впливів навколишнього середовища.

Для виготовлення сенсорів термометрів опору використовують мідь, нікель, платину, вольфрам, що мають позитивний температурний коефіцієнт.

Термометри опору відносяться до одних із найточніших перетворювачів температури. Похибка вимірювання температури за допомогою термометра опору може складати 0,001°С.

Для виготовлення напівпровідникових термоопорів (термісторів) застосовують окисли металів (Mn₂O₃, Cu₂O₃, Fe₂O₃ і ін.), що пресуються і спікаються при високій температурі. Вони мають малі розміри і великі значення температурного коефіцієнту опор

15.Пірометри вимірювання. Призначення, принцип дії.
Види тиску.

Піро́метр (англ. pyrometer, нім. Pyrometer n, Wärmemesser m, Hochtemperaturmesser m) — прилад длябезконтактноговимірюваннятемпературинепрозорихтілзаїхнімвипроміненнямв оптичному діапазоні спектра. Принципдіїполягаєувимірюваннізначенняамплітудиелектромагнітноговипромінюваннятіла. Тепловий промінь, попадає на поверхню вимірювання, відбивається та попадає на первинний перетворювач, на виході котрого формується електричний сигнал прямопропорційний температурі.

             16.Рідинні прилади для вимірювання тиску.

Ріди́нниймано́метр (вакуумметр) — манометр (вакуумметр), уякому вимірюваний тиск чирізницютисківзрівноважуютьгідростатично (тискомстовпчика рідини)^[1].

В рідинних манометрах з гідростатичним зрівноваженням мірою тиску, що вимірюється є висота стовпа робочої рідини.

Рідинні манометри поділяються на трубні, поплавцеві, дзвонові, кільцеві та компресійні. Трубні манометри (дифманометри) бувають двотрубними (U-подібними) і однотрубними (з ємкістю чи посудиною і вертикальною трубкою та з ємкістю і похилою трубкою, що дає збільшення точності відліку при вимірюванні малих тисків).

Рідинні засоби вимірювання тиску (перепаду тисків, вакууму) характеризуються високою точністю, проте є складними за конструкцією і в обслуговуванні, тому використовуються відносно рідко.

Двотрубний манометр[ред. • ред. код]

Класичним прикладом рідинного двотрубного манометра може бути засіб вимірювання тиску у формі U-подібної трубки (англ. U-tubemanometer), покази якого отримують за різницею рівнів рідини у двох гілках труби (див. рис.). Такий прилад був вперше використанийХ.Гюйгенсом у 1661 році. Як робоча рідина, яку ще називають затворною або манометричною, застосовуються дистильована вода, ртуть,етиловий спирт, трансформаторна олива. Вибір робочої рідини визначається діапазоном вимірюваного тиску, умовами експлуатації та необхідною точністю.

Однотрубний манометр[ред. • ред. код]

Рівняння для однотрубного манометра (дифманометра) з ємкістю (посудиною) і вертикальною трубкою є аналогічним до рівняння для двотрубного приладу. Величина переміщення поверхні стовпа рідини в трубці однотрубного манометра прямо пропорційна до перепаду тисків, що вимірюється, і залежить від співвідношення квадратів діаметрів або площ перерізу трубки і посудини: (f/F = d²/D²). Щоб спростити вимірювання, зазвичай беруть співвідношення, при якому h₁ буде становити 1% від h₂, тому величиною h₁ нехтують і відлік роблять лише за рівнем рідини у трубці. Для виключення похибки шкала виготовляється з поділками, що відповідають не 1 мм, а меншими (0,9 мм).

Номенклатура таких засобів вимірювання тиску з гідростатичним зрівноважуванням істотно обмежена. У більшості випадків вони замінені досконалішими деформаційними засобами вимірювання тиску. До числа рідинних засобів вимірювання тиску (різниці тисків і розрідження) з гідростатичним зрівноваженням, які ще застосовуються на технологічних потоках, відносяться також поплавцеві і дзвонові манометри (дифманометри)

Поплавцеві дифманометри[ред. • ред. код]

Принцип зрівноваження вимірюваного тиску силою ваги стовпа робочої рідини використовується в рідинних поплавцевих дифманометрах(англ. enlargedlegmanometer), які є різновидом однотрубних манометрів, але не мають видимого рівня робочої рідини. Поплавцеві дифманометри розраховані на номінальні перепади тиску, верхні межі яких обмежені значеннями від 0,0063 до 0,10 МПа, використовуються при статичних тисках вимірюваного середовища не вище за 25 МПа. Клас точності поплавцевих дифманометрів 1,0 і 1,5. Для передавання на відстань інформації про значення перепаду тиску, що вимірюються, вони оснащуються перетворювачами переміщення покажчика в уніфікований сигнал вимірюваної інформації.

Передавальні механізми поплавцевих дифманометрів, що застосовуються при вимірюванні витрат речовин, оснащуються шкалами, градуювання яких роблять за кореневою квадратичною залежністю. Покази таких поплавцевих дифманометрів пропорційні витраті, яка вимірюється.

Дзвонові манометри (дифманометри)[ред. • ред. код]

Дзвоновий манометр (дифманометр) (англ. bellguage) — рідинний манометр, тиск у якому визначають за переміщенням дзвона, зануреного в рідину, або за розвинутою ним силою від вимірюваного тиску^[1].

Дифманометри цього типу використовують дзвін, частково занурений в робочу рідину (наприклад, трансформаторну оливу) і який переміщається під впливом різниці тисків. Дзвін сполучений через систему важелів зі стрілкою або з перетворювачем переміщення в електричний сигнал. Деякі модифікації дзвонових дифманометрів з гідростатичним зрівноважуванням оснащуються перетворювачами, за допомогою яких переміщення дзвона перетвориться в уніфікований сигнал вимірювальної інформації, що передається по каналу зв'язку. Всередину дзвону уведена трубка, сполучена з точкою вимірювання тиску. Зі зміною тиску у піддзвоновому просторі, дзвін піднімається або занурюється, приводячи в рух стрілку приладу або чутливий елемент перетворювача.

При використанні приладу як дифманометра до дзвону підводиться різниця тисків, більший тиск створюється у просторі над дзвоном, а менший у просторі під дзвоном. Дифманометри випускаються на перепади тиску 1…4 МПа. Основна похибка вимірювання ±(1,6…4%) Дзвонові дифманометри з гідростатичним зрівноваженням мають високу чутливість і можуть бути використовуватись для вимірювання малих тисків, перепадів тисків чи розріджень.

Кільцеві дифманометри[ред. • ред. код]

Кільцевий манометр — диференційний манометр, у якому вимірювану різницю тисків визначають за кутом повороту кільцевого корпусу чи за моментом сили, створюваним вантажем, підчепленим до корпусу^[1].

Кільцевий дифманометр, (інша назва «кільцева вага», містить чутливий елемент у вигляді порожнистого кільця з перетинкою. В нижній частині кільця, заповненого рідиною (вода, олива, ртуть), закріплений компенсаційний вантаж G. При p₁ = p₂ рівень рідини в обох частинах кільця однаковий, а центр ваги вантажу перебуває на вертикальній осі, що проходить через центр кільця. При p₁ > p₂ рідина у лівій частині опуститься, а в правій підніметься. Зусилля, що створене дією різниці тисків на перетинку, викличе момент, що намагатиметься повернути кільце за годинниковою стрілкою. Діапазон вимірювання перепадів тисків: для низького тиску (з водяним заповненням) до 1,6 кПа при тиску середовища до 150 кПа; для середнього (з ртутним заповненням) — до 33 кПа при тиску середовища 3,2 МПа. Основна приведена похибка вимірювання ± (0,5…1,5)%.