Измерение температуры окружающей среды

ТЕМА 3.. ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Для мониторинга используют стандартные системы контроля, которые есть на каждом предприятии.

СМ обязательно измеряют следующие геофизические параметры: температуру, давление (барометрическое), уровень воды природной или сточной, расход воды в открытых протоках, скорость движения воздушных потоков, направление движения воздушных потоков.

§1.Термометр сопротивления (датчики температуры)

Принцип действия основан на зависимости активного сопротивления резистора (металлического или полупроводникового) от температуры.

1. Медные термометры сопротивления

Сопротивление растет линейно (см. рис.)

R_t = R₀× (1+a× t),

где a = 4,26×10^-3[1/ ^оС] – температурный коэффициент расширения

R_t = R₀ при 0 ^оС;

R₀ определяет градуировку датчика (50 М ® R₀ = 50 Ом, М - медь)

S_Rt = R₀×a [Ом/ ^оС]

Диапазон температур, в котором используются медные термометры сопротивления – 200^оС ÷ +200^оС (при более высоких температурах происходит окисление меди)

2. Платиновые термометры сопротивления

Имеют нелинейную характеристику, описываются полиномом 2 или 3 степени.

Диапазон использования от 0 до 1000 ^оС.

Обозначение 100 Pt (R₀ = 100 Ом)

Схема устройства:

1 – термометр (Cu или Pt проволока, имеющая несколько витков)

2 – защитный металлический чехол, устойчивый к воздействию среды, снижает время реакции датчика

3 – клеммная колодка

Схема преобразования сигнала в датчике температуры:

НП (нормирующий преобразова-тель) – устройство, которое преобразует нестандартный сиг-нал датчика в унифицированный сигнал.

Д – датчик, ВП – вторичный прибор.

3. ВП, работающие с термометрами сопротивления:

1) Четырехплечие мосты.

I – индикатор; U_пит – напряжение питания

Термометр сопротивления может быть включен в одно из плеч моста Z.B. R₃ = R_t; R₁, R₂, R₄ – const

а) уравновешенные мосты: ток в диагонали в момент отсчета показаний равен нулю R₁ × R₃ = R₂× R₄ – условие равновесия;

б) неуравновешенные мосты: ток не равен нулю, показание тока связано с показаниями термометра сопротивления I = ¦×(R_t); I ≠ 0

2) Логометры – это измеритель отношений.

Это магнитоэлектрический прибор, у которого есть 2 рамки (1 и 2), которые механически жестко связаны между собой. Они установлены между полюсными наконечниками 3. На рамках крепится стрелка 5; 4 – шкала прибора. М₁, М₂ – вращающие моменты.

Равновесие М₁ = М₂;

Угол поворота стрелки

I₁ = E/R₁; I₂ = E/(R₁ + R_t)

Недостаток: приборы имеют нелинейную (неравномерную) шкалу.

3) Компенсаторы.

Основной источник погрешности при использовании термометров сопротивления как датчика температуры заключается в значительном влиянии на результат сопротивления соединительных проводов (линий). Для исключения этой погрешности используют компенсационные схемы.

R₀ – образцовый резистор с известным сопротивлением; П – потенциометр – это прибор, который позволяет компенсировать падение напряжения в цепи путем подачи противонапряжения с обратным знаком.

Измерение проводится в 2 этапа.

I: U_Rt = I×R_t; ; II: U₀ = I×R₀

В момент измерения падения напряжения с помощью потенциометра ток через соединительные провода термометра сопротивления не идет.

У нормирующих преобразователей, работающих с термометрами сопротивления входная цепь – это либо мост, либо компенсатор.

§2. Термоэлектрические преобразователи (термопары)

Принцип действия основан на возникновении термо-ЭДС в месте спая двух разнородных металлов.

А, В – проводники

(1) – горячий спай

(2) – холодный спай

E = ¦(t) = E_tr - E_tx

Обратный эффект – эффект Плетье.

Конструктивно горячий спай защищен защитным чехлом.

Основной источник погрешности при измерении температуры с помощью термопары – это непостоянство температуры холодного спая. В лабораторных условиях холодный спай помещается в сосуд Дюара.

Для компенсации изменения температуры холодных спаев используются мостовые схемы.

– схема компенсации изменения температуры холодного спая, активный элемент R_t расположен вблизи холодных спаев. Компенсатор вводит соответствующую поправку в ЭДС.

Вторичные приборы, работающие с термопарой

1) Любой милливольтметр

2) Потенциометр

3) Нормирующий преобразователь – входная цепь построена по принципу милливольт-метра

§3. Бесконтактные методы

1. Тепловизоры

Это приборы и системы, которые позволяют определить не только величину температуры, но и распределение температуры по объекту с высокой точностью.

Основаны на регистрации теплового излучения объекта и ИК области объекта.

FLIR systems

Применение в ЭМ:

1) Контроль утечек тепла из магистральных и городских теплотрасс

2) Контроль утечек из магистральных трубопроводов с широкой фракцией углеводородов (ШФЛУ)

Дата добавления: 2014-01-20