Методы и средства контактных электроизмерений температуры
дят через штуцер 9 с асбестовым уплотнением.
Основным вопросом при конструировании термопар промышленного типа
является выбор материала защитной трубы (арматуры) и изоляции. Защитная
арматура термопары должна оградить ее от воздействия горячих, химически
агрессивных газов, быстро разрушающих термопару. Поэтому арматура должна
быть газонепроницаемой, хорошо проводящей тепло, механически стойкой и
жароупорной. Кроме того, при нагревании она не должна выделять газов или
паров, вредных для термоэлектродов.
При температурах, не превышающих 600° С, обычно применяют стальные
трубы без шва, при . Рис. 11 более
высоких температурах . (до
1100° С)— защитные трубы из легированных сталей. Для уменьшения стоимости
защитных труб их часто выполняют составными (сварными) из двух частей:
рабочего участка трубы из нержавеющей стали и нерабочего из обычной стали.
Для термопар из благородных металлов часто применяют неметаллические
трубы (кварцевые, фарфоровые и т. д.), однако такие трубы механически
непрочны и дороги. Фарфоровые трубы надлежащего состава можно использовать
при температурах до 1300— 1400°С.
Применяя защитные трубы из карбида кремния и графита, необходимо
учитывать, что при нагревании они выделяют восстанавливающие газы; поэтому
помещаемые в них термопары (особенно термопары на платиновой основе) должны
быть защищены дополнительно газонепроницаемым чехлом.
В качестве изоляции термоэлектродов друг от друга применяют асбест до
300° С, кварцевые трубки или бусы до 1000° С, фарфоровые трубки или бусы до
1300—1400° С. Для лабораторных термопар, используемых при измерении низких
температур, применяют также теплостойкую резину до 150° С, шелк до 100—120°
С, эмаль до 150—200 °С.
Промышленные проволочные терморезисторы (термометры сопротивления)
выпускаются в России двух типов — платиновые (ТСП) и медные (ТСМ).
Характеристики их точности приведены в табл. 8.
Таблица 8
|Тип |Диапазон температур. °С |Класс |Формула для подсчета |
| | |ТОЧПОС1|погрешности (в Кельвинах) |
| | |И | |
|ТСП |От —200 до 0 От 0 до +650 |I |+ (0,15+3,0?103 |?|) |
| | | |± (0,15+4,5?103 ?) |
| |От —200 до 0 От 0 до +650 |II |± (0,30 + 4,5?10-3 |?|) |
| | | |± (0,30+6?10-3 ?) |
|ТСМ |От —50 до +180 |II |± (0,30+3,5?10-3|?|) |
| | |III |± (0,30 + 6,0?10-3 |?|) |
Конструктивно промышленные термометры сопротивления выполняются в виде
чувствительных элементов, помещаемых в защитные корпуса. Чувствительный
элемент для термометров ТСП представляет собой бифилярную платиновую
спираль, укрепленную на слюдяном каркасе или в капиллярных керамических
трубках, заполненных дополнительно керамическим порошком. Выводы для такого
элемента обычно выполняются из серебряной проволоки или ленты. Для
термометров ТСМ чувствительный элемент изготавливается в виде бифилярной
или однопроводной катушки, намотанной бескаркасно или на пластмассовом
каркасе.
Чувствительные элементы термометров, как правило, помещаются в
тонкостенные металлические гильзы и герметизируются. Защитные корпуса
термометров сопротивления обычно выполняются такими же, как и для термопар
(см. рис. 14-17), — в виде защитной трубы с резьбовым штуцером и головкой,
к зажимам которой терморезистор может быть присоединен двумя, тремя или че
тырьмя выводами для того, чтобы можно было осуществить его включение в цепь
двух-, трех- или четырехпроводной линией. Платиновые термометры могут в
одном корпусе содержать два терморезистора, выходные величины которых
используются в различных целях. Для специальных применений выпускаются
также малогабаритные термометры сопротивления.
По величине сопротивления при О°С (R0) промышленные платиновые
термометры изготавливаются трех типов: с R0 = 10 Ом (обозначение
градуировки — гр. 20), с R0 = 46 Ом (гр. 21) и с R0 = 100 Ом (гр. 22).
Первые предназначены для измерения температур от 0 до + 650 °С, термометры
же градуировок гр. 21 и гр. 22 применяются для измерения температур от —
200 до + 500 °С. Медные термометры выпускаются с R0 = 53 Ом (гр. 23) и с
R0 = 100 Ом (гр. 24) и применяются для измерения температур от — 50 до +
180 °С. Градуировочные характеристики термометров приведены в табл. 9. В
этой таблице указаны значения температуры ? в градусах Цельсия и
сопротивления термометров различных градуировок в омах. Для термометров
градуировки гр. 20 сопротивления при всех температурах в 10 раз меньше, чем
для термометров градуировки гр. 22.
Таблица 9
|Обозн|Температура ?, °С |
|ачени| |
|еград| |
|уирор| |
|ки | |
|гр. |— |— |— |41,71|48,48|53,00|57,52|62,03|66,55|71,06|
|23 | | | | | | | | | | |
|гр. |— |— |— |78.70|91,48|100.0|100,0|117,0|125,5|134,0|
|24 | | | | | |0 |0 |4 |6 |8 |
|Обозн|Температура ?, oС |
|ачени| |
|еград| |
|уиров| |
|ки | |
| | |
|гр. |139,10|116.7|153,2|169.54 |177 |213,7|249,3|283,8|317,0|333.2|
|22 | |8 |1 | | |9 |8 |0 |6 |5 |
|гр. |75,68 |80,09|86,87|93,64 |— |— |— |— |— |— |
|23 | | | | | | | | | | |
|гр.24|142.60|151,1|163,9|176,68 |— |— |— |— |— |— |
| | |2 |0 | | | | | | | |
Инерционность термопар и термометров характеризуется их постоянной
времени Т, определяемой как время, необходимое Для того, чтобы изменение
выходной величины преобразователя, перенесенного из среды с температурой
30—35 °С в сосуд с интенсивно перемешиваемой водой с температурой 15—20 °С,
достигло 63% от установившегося значения перепада. Различают термопары и
термометры сопротивления малоинерционные (Ттп < 40 с для термопары и Ттс <
9 с для термометра), средней инерционности Ттп < 60 с, Ттc < 80 с), большой
инерционности (Ттп < 3,5 мин, Ттc < 4 мин) и ненормированной инерционности.
2. Методы контактных электроизмерений различных диапазонов температур.
2.1. МЕТОДЫ КОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРОИЗМЕРЕНИЙ
СВЕРХНИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
К сверхнизким, или «гелиевым», температурам относятся температуры,
получаемые с помощью жидкого гелия (температура кипения около 4 К).
Специфика методов измерения температур ограничивает этот диапазон
значениями от 0 до 10 К.
Существующие методы контактного измерения сверхнизких температур
распространяются лишь на отдельные участки этого диапазона. Так, для
измерения температур от 1 до 4 К используются терморезисторы из фосфористой
бронзы с мелкими включениями свинца. Свинец при температуре около 4 К
переходит в состояние сверхпроводимости, и сопротивление терморезистора
изменяется. Такие терморезисторы имеют максимальную чувствительность при
температурах от 1,5 до 4 К, но их показания зависят от величины рабочего
тока, протекающего через терморезистор, и внешних магнитных полей.
Для измерения температур ниже 1 К используются методы магнитной
термометрии, основанные на зависимости объемной магнитной восприимчивости (
ряда парамагнитных солей от абсолютной температуры (, описываемой законом
Кюри—Вейсса: ( = С/(( - (), где С и ( — постоянные, характерные для
используемой соли.
Термометр, осуществленный по этому принципу, представляет собой
катушку индуктивности, внутри которой в достаточно однородном поле размещен
образец из меднокалиевых или железоалю-миниевых квасцов. Катушка включается
в мостовую цепь, и изменение температуры, вызывающее изменение (. образца,
приводит к изменению индуктивности катушки, пропорциональному измеряемой
температуре.
Для измерения температуры выше 4 К используются термошумовые
термометры. Область их применения простирается до 1300 К, и поэтому они
описаны в следующем параграфе.
Основной трудностью при измерениях в области сверхнизких температур,
кроме осуществления теплового контакта термометра и объекта измерения,
являются методы градуировки используемой аппаратуры.
В диапазоне температур от 1 до 4 К базовым прибором для
воспроизведения температурной шкалы является гелиевый газовый термометр.
| |  скачать работу |
Методы и средства контактных электроизмерений температуры |
