Бижанов Е.Н

Ребров И.В.

Лабораторная работа № 4

Поверка технических термопреобразователей сопротивления

Выполнил

ст. группы 6221

Руководитель Григорьева М.М.

Томск 2005

Термопреобразователь сопротивления

Измерение температуры термопреобразователями сопротивления основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое активное электриче­ское сопротивление при изменении их температуры, т.е. .

Согласно ГОСТ Р 6651-94 для изroтовления чувствительных элементов ТПС используются чистые металлы, такие как платина (тип ТПС), медь (тип ТСМ) и никель (тип ТСН). К числу достоинств металлических ТПСследует отнести: вы­сокую точность измерения температypы, стабильность, малую инерционность, большой технический ресурс.

Чувствительный элемент для платиновых ТПС(рис. 1) представляет собой платиновую спираль 1, расположенную в капиллярах керамического каркаса 3, заполненных керамическим порошком 2, который служит изолятором.

Рис.1. Чувствительный элемент платиновых ТПС

К выходным концам спиралей припаяны короткие платиновые выводы 4.

Крепление платиновых спиралей и выводов в каркасе осуществляется глазурью или термоцементом. Чувствительный элемент платиновых ТПС имеет небольшие габариты и высокую механическую прочность.

Чувствительный элемент 1 медных ТПС (рис. 2) представляет собой много­слойную безиндукционную обмотку 2 из медной изолированной проводки, расположенную на цилиндрическом каркасе из пластмассы, герметизированную слоем лака 3. К концам обмотки припаяны выводы 4 из медной проволоки. Собранный чувствительный элемент помещается в металлический чехол 5, засыпается керамическим порошком и герметизируется.

Рис.2. Чувствительный элемент медных ТПС

Взаимозаменяемость технических ТПС обеспечивается тем, что они имеют практически одинаковое сопротивление при и изготавливаются из чистых металлов. Качество металла характеризуется отношением сопротивления чув­ствительного элемента при к сопротивлению при , Т.е. величиной или величиной температурного коэффициента электрического сопротивления .

Условные обозначения и технические характеристики ТПС согласно ГОСТ 6651-94 приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Условные обозначения НСХ и технические характеристики ТПС

Тип ТПС	Номинальное сопротив-ление R0 при 0ºС, Ом	Условные обозначения НСХ ТПС	Диапазон измеряемых температур, ºС
ТСП		1П 10П 50П 100П 500П
ТСМ		10М 50М 100М
ТСН		100Н

Допускаемые отклонения (погрешности) технических ТПС для сопротивления чувствительного элемента при (Ro) и отношения , соответствует значениям, указанным в таблице 2.

Таблица 2 - Допускаемые отклонения (погрешности) технических ТПС

Тип ТПС	Допускаемые отклонения для классов допуска, %	(R100 I Ro)н	Допускаемые отклонения (R100 I Ro)д, для классов допуска
А	В	С		А	В	С
ТСП	0,005	0,1	0,2	1,385	-0,0005	-0,001	-0,0015
1,391	-0,0004	-0,001	-0,0015
ТСМ	0,05	0,1	0,2	1,426	-0,0005	-0,001	-0,002
1,428	-0,0005	-0,001	-0,002
ТСН	-	-	0,24	1,617	-	-	-0,004

УСТРОЙСТВО ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Одна из конструкций ТПС представлена на рис. 3. Основным узлом ТПС является чувствительный элемент (1), который для защиты от агрессивного воздействия измеряемой среды, обеспечения механической прочности и удобства монтажа помещен в металлический чехол (3). Свободное пространство между чувствительным элементом и защитным чехлом заполнено порошком окиси алюминия (2) для улучшения теплопередачи. Головка ТПС состоит из корпуса, в котором находятся контактные клеммы (4), и штуцера под кабель (6), крышки (5) и прокладки (7).

Рис.3. Конструкция термопреобразователя сопротивления

УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРКИ ТПС

Поверочная установка представлена на рис.4. Для поверки технических ТПС(Rтc) используются следующие эталонные средства измерения: потенциометр типа ПП-63 с классом точности 0,05; ртyтныe термометры типа ТЛ-4 с ценой деления 0,1 и с пределами измерения -30 - +20 ºС и 50 - 100 ºС; катушка сопротивления R_э=100 ОМ. В качестве источника регулируемого напряжения (ИРН) МОЖНО использовать потенциометр типа ПП-63, установив соответствующий режим работ.

Рис. 4. Схема установки для поверки технических ТПС

Для охлаждения и нагрева поверяемого ТПС применяются соответственно нулевой (2) и паровой (3) термостаты. Двухполюсный переключатель (1) предназначен для поочередного подключения Rэ и Rтc, а миллиамперметр - для измерения тока в цепи ТПС.

Поверка технических ТПСсводится к оценке сопротивления его чувствительного элемента в 2-х точках температурной шкалы при 0ºС И 100ºС.

Измерение сопротивления термопреобразователя производится косвенным методом. С помощью потенциометра измеряется падение напряжения на эталонной катушке сопротивления и падение напряжения на ТПС, а затем по формуле (1) рассчитывается значение сопротивления ТПС.

Для определения сопротивления ТПС при 0ºС применяют нулевой термостат. Термостат засыпают мелкодробленым льдом или чистым снегом, заливают водой так, чтобы уровень ее был ниже уровня льда. Температура смеси контролируется эталонным ртутным термометром.

Для определения сопротивления ТПСпри температуре паров кипящей воды применяют паровой термостат. Наличие необходимого количества воды в термостате проверяется по водомерному стеклу. Вода доводится до кипения с помощью электрического нагревателя. Температура паров кипящей воды определяется по эталонному ртутному термометру.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ПОВЕРКИ

Поверка ТПС производится по ГОСТ 8.461 - 82. Для поверки ТПС необходимо определить сопротивление его чувствительного элемента при температуре 0ºС и 100ºС, (Ro и R₁₀₀), вычислить отношение R₁₀₀/R_o и сравнить полученные значения Ro и R₁₀₀/R_o с допускаемыми значениями этих величин (табл.1, 2).

При измерении сопротивления в нулевой точке ТПС помещается в нулевой термостат. Термостат заполняется льдом (снегом) с водой так, чтобы глубина погружения ТПС превышала длину чувствительного элемента не менее· чем на 10 см, а толщина льда вокруг ТПС была не менее 3 см. Смесь вокруг ТПС тщательно утрамбовывается, чтобы в ней не было пузырьков воздуха. ТПС выдерживается в термостате не менее 30 минут. Значение температуры в термостате контролируется эталонным термометром.

Собирается электрическая схема, представленная на рисунке 4, для чего подсоединяются к соответствующим клеммам на установке два потенциометра типа ПП-63 и поверяемый ТПС. Потенциометры настраиваются соответственно на режим измерения напряжения и режим источника регулируемого напряжения (ИРН). Проверяется уровень воды в паровом термостате. Если уровень воды выше нулевой отметки, то вилка термостата включается в розетку, а тумблер «Сеть» в положение включено.

Переключатель 1 ставится в положение, соответствующее измерению падения напряжения на эталонном сопротивлении (RoT). Подается от источника питания ИРН такое напряжение, чтобы ток в цепи при поверке ТПС был менее 5 мА, для исключения погрешности от самонагрева ТПС, и измеряется потенциометром значение падения напряжения на эталонной катушке U_э. Результат измерения заносится в протокол (приложение 2).

Переключатель 1 переводится в положение, соответствующее измерению падения напряжений на ТПС (Rx). Не изменяя значения напряжения питания, измеряется значение падения напряжения U_T на ТПС. Измерение должно проводиться 4 раза при поочередном подключении RoT и Rx.

Вычисляется значение сопротивление термопреобразователя R_Tc по формуле:

(1)

где U_TCр и Uэср - среднее арифметическое значение падения напряжения на ТПС и эталонной катушке сопротивления.

Результаты измерений и расчетов заносятся в протокол (приложение 2).

При измерении сопротивления ТПС при температуре 100ºС, т.е. R₁₀₀, поверяемый ТПС помещается в паровой термостат и выдерживается в парах кипящей воды до установления стационарного режима в течении 30 минут. Изменение температуры в термостате за период замеров не должно превышать ±0,5ºС в минуту.

Проводится поочередно по 4 замера падения напряжения на эталонной катушке сопротивления и ТПС. Результаты замеров заносятся в протокол. Рассчитывается значение сопротивления ТПС (R_TK) при температуре паров кипящей воды по формуле 1. Если значение температуры паров кипящей воды менее 100ºС, то сопротивление ТПС R₁₀₀ при температуре 100ºС, вычисляют по формуле:

(2)

где - поправка, рассчитанная по приложению 1. Значение этой поправки

соответствует разности температур

(3)

где tк - температура паров кипящей воды в термостате, определяемая по показанию эталонного ртутного термометра.

Если значение температуре паров кипящей воды более 100ºС, то поправка на сопротивление ТПС не вводится. Подсчитывается среднее значение R₁₀₀, вычисляется отношение R₁₀₀/R_o и результаты заносятся в протокол.

Полученные абсолютные погрешности и сравниваются с номинальными значениями этих величин для класса допуска указанного в паспорте на ТПС или более низкого. Термопреобразователь сопротивления считается годным к практическому применению, если полученные значения и меньше допускаемых значений, указанных в таблице 2.

Ответы на контрольные вопросы

1. Для измерения температуры, термопреобразователи сопротивления основаны на свойстве проводников и полупроводников изменять свое активное электриче­ское сопротивление при изменении их температуры, т.е. .

2. Согласно ГОСТ Р 6651-94 для изroтовления чувствительных элементов ТПС используются чистые металлы, такие как платина (тип ТПС), медь (тип ТСМ) и никель (тип ТСН).

3. ТСП

ТСМ

ТСН

4.Качество металла характеризуется отношением сопротивления чув­ствительного элемента при к сопротивлению при , т.е. величиной или величиной температурного коэффициента электрического сопротивления .

6. Ток в цепи при поверке ТПС был менее 5 мА, для исключения погрешности от самонагрева ТПС.

7. Для поверки ТПС необходимо определить сопротивление его чувствительного элемента при температуре 0ºС и 100ºС, (Ro и R₁₀₀), вычислить отношение R₁₀₀/R_o и сравнить полученные значения Ro и R₁₀₀/R_o с допускаемыми значениями этих величин.

8. Так как допускаемые отклонения (погрешности) технических ТПС для сопротивления чувствительного элемента при (Ro) и отношения ,

Дата добавления: 2015-06-28