КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Тепловые преобразователи
Тепловым называется преобразователь, принцип действия которого основан на тепловых процессах, а естественная входная величина которого — температура. По изменению температуры тела можно судить о тепле, полученном или отданном телом, о переходе из одного агрегатного состояния в другое и т.д. Приборы для измерения температур по принципу действия можно разделить на группы. Термометры расширения применяются для измерения температур в диапазоне -190... +500 "С. Принцип их действия основан на свойстве тел изменять свой объем и линейные размеры при изменении температуры. Манометрические термометры используются для измерения температур в диапазоне от -160... +600 "С. Они построены на контроле за изменением давления жидкости, газа или пара, находящихся в замкнутом пространстве, при изменении их температуры. Термоэлектрические пирометры применяются в температурном диапазоне —50...+2000 °С. Их работа основана на использовании термоЭДС, возникающей между двумя спаями разнородных металлов (или сплавов), когда температуры спаев различны. Электрические термометры сопротивления обычно применяют в температурном диапазоне -200... + 650 "С. Их работа основана на свойстве проводников и полупроводников изменять свое сопротивление при нагреве. Пирометры излучения (температурный диапазон -100...+6000°С) работают по принципу измерения излучаемой нагретыми телами энергии, изменяющейся в зависимости от температуры этих тел. На практике в системах управления наибольшее распространение получили термоэлектрические пирометры и электрические термометры сопротивления из-за своих малых габаритов, низкой стоимости, высокой точности и простоты включения в электрические измерительные цепи.
Термоэлектрические преобразователи, или термоэлектрические пирометры, или термопары используют явление термоэлектричества, состоящее в возникновении ЭДС и тока в цепи из двух различных проводников или полупроводников и (рис. 3.24, а), если температура одного их соединения отличается от температуры другого соединения. Экспериментально доказано, что термоЭДС зависит только от материалов проводников и температуры мест их соединения и не зависит от температуры других участков цепи. ТермоЭДС не зависит также от способа, которым произведено соединение (спайкой, сваркой, скруткой и т.д). Проводники в термопаре называются термоэлектродами, а места их соединения — горячим и холодным спаями. Величина ЭДС зависит сложным образом от температур спаев и от материалов термоэлектродов При небольшом перепаде температур между спаями термоЭДС примерно пропорциональна разности температур: На рис. 19, б приведена цепь термопары с подключенным к ней милливольтметром для измерения температуры . Если рабочий спай поместить в среду с температурой , температуру остальных спаев поддерживать постоянной, то . При этом получается сравнительно простая зависимость термоЭДС термопары (естественной выходной величины) от температуры рабочего спая (естественной входной величины)
Рисунок 17.19 - Термоэлектрический пирометр Ниже приведены термоЭДС, которые развиваются различными термоэлектродами в паре с платиной при температуре рабочего спая и температуре нерабочих спаев Для увеличения уровня полезного сигнала стремятся при изготовлении термопары так выбрать материалы термоэлектродов, чтобы один из них развивал с платиной положительную термоЭДС, а другой — отрицательную. Тогда в паре они дадут большую термоЭДС и большую разрешающую способность измерительного прибора.
На рис. 20 приведены термоЭДС различных сплавов в паре с платиной. Видно, что наибольшую термоЭДС развивают хромель-копелевые термопары (при ). Для повышения выходной термоЭДС несколько термопар соединяют последовательно в батарею (см. рис. 20), так что результирующая ЭДС будет равна сумме термоЭДС отдельных термопар. Выходной величиной термоэлектрического пирометра является непрерывно меняющееся напряжение, поэтому эти датчики являются аналоговыми генераторными. Холодный спай термопары должен иметь постоянную температуру, лучше всего О °С, так как тарировочные данные термопар приводятся именно для этой температуры. Это требует выноса холодного спая из рабочей зоны, что не всегда возможно: термоэлектроды реальной термопары имеют ограниченную длину, гибкость и прочность (толщина проводов стандартных термопар составляет 0,05...0,5 мм). Горячий спай термопары работает в условиях более жестких, чем линия связи горячего и холодного спаев и сам холодный спай (высокие температуры, коррозия и т.д). Использование длинных прочных термоэлектродов из благородных металлов, которые часто применяются для изготавливания термопар, экономически невыгодно. Поэтому термоэлектроды горячего спая термопары и (рис. 21) удлиняются соединительными термоэлектродами , из дешевых металлов, которые и соединяются холодным спаем, помещенным в сосуд со льдом. Чтобы термоЭДС термопары не изменилась, к материалу удлинительных термоэлектродов предъявляются два требования. Во первых, удлинительные тер-
Рисунок 17.20 - ТермоЭДС различных металлов в паре с платиной при температуре холодного спая О °С
Если термопара используется при другой температуре нерабочих спаев, необходимо вводить поправку, вычисляемую по формуле где — поправка при вычислении температуры горячего спая; — коэффициент, зависящий от температуры горячего спая (зависимость приводится в паспорте термопары); — отклонение температуры холодного спая от Мощность сигнала от термопары очень мала, поэтому для измерения термоЭДС применяют милливольтметры с большим входным сопротивлением или специальные приборы — низкоомные компенсаторы, настроенные на точное измерение напряжения от термопар в диапазоне до 100 мВ и использующие принцип уравновешивания, когда напряжение от термопары полностью компенсируется напряжением прибора, а ток в измерительной цепи и потери в ней равны нулю.
Рисунок 17.21 - Схема включения термопары Термоэлектрический метод измерения температур обладает относительно высокой точностью. Погрешность термоЭДС за счет неоднородности материала термоэлектродов составляет 10... 100 мкВ (несколько процентов). Основные стандартизованные типы термопар приведены в табл. 3.
Таблица 3 Платинородий-платиновые термопары имеют наивысший температурный предел (до 1800 °С) и небольшую величину развиваемой термоЭДС, поэтому применяются преимущественно для измерения температур более 1000 °С. Для измерения температур в диапазоне 600... 1000 °С наиболее широко применяются хромель-алюмелевые термопары. Для измерения температур до 600 "С широко применяются термопары с хромель-копелевыми электродами, развивающие самую высокую термоЭДС. Однако эти термопары имеют существенно нелинейную характеристику по сравнению с хромель-алюмелевой термопарой. При использовании термопары из сплава НК-СА не требуется учета температуры холодного спая, так как термоЭДС этих сплавов при температурах меньше 200 °С практически постоянна и равна нулю.
Термопары незаменимы в случаях, когда требуется измерить температуру в локальной зоне (горячий спай термопары имеет диаметр доли миллиметра). Кроме того, для измерения температур в диапазоне 700...2000 °С им практически нет альтернативы. Основным вопросом при конструировании термопар промышленного типа является выбор материала защитного корпуса в котором монтируется чувствительный элемент — горячий спай термопары, и материала изоляции термоэлектродов. Защитный корпус должен оградить термопару от действия горячих химически активных газов и жидкостей. Поэтому он должен быть герметичен, хорошо проводить тепло, быть механически прочным и устойчивым к воздействию температуры и активной среды. Кроме того, он не должен выделять при нагреве газов, разрушающих термопару. Чаще всего корпус изготавливают из обычной (для температур до 600 °С) или легированной (для температур до 1100 °С) стали Для температур до 1400 °С корпус изготавливают из кварца и фарфора, однако эти материалы дороги и механически непрочны Ниже перечислены материалы, которые применяют в качестве изоляции термоэлектродов.
Дата добавления: 2015-04-29; Просмотров: 4502; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |