Средства измерения температуры

Они подразделяются на контактные и бесконтактные. Контактные – это термометры расширения, термометры сопротивления, термоэлектрические термометры, кварцевые термометры и т. д. К бесконтактным термометрам относятся оптические пирометры, которые измеряют яркостную температуру светящихся нагретых тел, которую необходимо пересчитать в температуру абсолютно черного тела.

Посмотрим термометры, измеряющие температуру процесса на основе изменения различных параметров и имеющие различные конструктивные особенности и назначения.

Наибольшее распространение получили жидкостные стеклянные термометры, среди которых имеется группа термометров с вложенной шкалой, то есть шкала жестко скреплена с капилляром, в котором находится термометрическая жидкость или ртуть, а также термометры палочного типа, имеющие шкалу, нанесенную на внешнюю поверхность капилляра с жидкостью. Данные термометры рассчитаны на частичное или полное погружение в исследуемую среду. При частичном погружении необходимо учитывать поправку на величину, зависящую от выступающего столбика жидкости из исследуемой среды:

, (5.8)

где t – измеряемая температура; Θ – температура окружающей среды; l – длина выступающего столбика; k – коэффициент, зависящий от сорта термометра. Технические характеристики стеклянных термометров приведены в табл. 5.1 из [7].

Таблица 5.1

Технические характеристики стеклянных термометров

№	Тип	Наименование	Пределы измерения, °С	Цена деления, °С	Предельная погрешность, °С
	Тл-4	Лабораторный	Нижний из –30÷240 Верхний из –20÷310	0,1   0,2	±(0,2÷1) в зависимости от пределов
	ТР-1	Рабочий эталон (образцовый)	Нижний из 0÷56 Верхний из –4÷60	0,01	±0,05
	СП-40	Специальный виброустойчивый	0÷100 0÷200 0÷300 0÷400	0,5	±1
	ТПК-М	Электроконтактный с регулируемым положением контакта	–35÷70 0÷100 0÷200 0÷300		±1 ±1 ±2 ±5
	ТТ, ТТМ	Технический прямой или угловой	–35÷50 0÷100 0÷160 0÷200 0÷350 0÷450		±1 ±1 ±2 ±2 ±5 ±10

На взрывоопасных производствах применяются газовые манометрические термометры, состоящие из термобаллона, капилляра и манометра, служащие для измерения температуры от –200 до +600 °С. При низких температурах применяется гелий, при средних – азот, при высоких – аргон.

Уравнение шкалы газового манометрического термометра записывается в виде

, (5.9)

где – давление при температуре t и начальной t ₀ соответственно.

Из уравнения (5.9) следует, что температура в точке измерения определяется выражением

. (5.10)

Следовательно, шкала манометрического газового термометра линейная. Для уменьшения влияния температуры окружающей среды на изменение давления в системе капилляр – термобаллон увеличивают длину и диаметр термобаллона.

Кроме газовых существуют конденсационные манометрические термометры, которые служат для измерения температуры в диапазоне от –25 до 300 °С.

Как известно, коэффициент изотермической сжимаемости жидкостей очень мал, поэтому изменение температуры термобаллона сопровождается изменением внутреннего объема манометрической пружины. Технические характеристики манометрических термометров приведены в табл. 5.2 из [7].

Существуют биметаллические термометры, в которых две полоски из металлов с различными коэффициентами расширения механически соединены между собой. Они искривляются при изменении температуры. Конструктивно существуют биметаллические термометры с винтовой и спиральной пружиной. Данные термометры могут измерять температуру в диапазоне от –70 до 600 °С с классом точности 1 или 2,5. Биметаллический термометр с винтовой пружиной изображается на схемах как на рис. 5.2.

Таблица 5.2

Технические характеристики манометрических термометров

№	Тип	Наименование	Интервал применения, °С	Класс	Диаметр термобаллона, мм	Длина термобаллона, мм	Глубина погружения термобаллона, мм	Длина капилляра, м
	ТГП-100М1	Газовый	–50÷600	1,5			От 160 до 500	От 1,6 до 60
	ТКП-100М1	Конденсационный	–25÷300	1,5			От 125 до 400	От 1,6 до 25
	ТЖП-100	Жидкостный	–50÷300	1,5			От 80 до 400	От 1,6 до 10

Наибольшее распространение для измерения температуры получили термопреобразователи сопротивления, в которых электрическое сопротивление изменяется в соответствии с изменением температуры. Комплекс термометра сопротивления включает термопреобразователь сопротивления (ТС), прибор для измерения сопротивления (ВП), в качестве которого используются аналоговые или цифровые приборы, а также соединительные провода. В качестве ТС применяются чистые металлы и полупроводники. Для чистых металлов сопротивление с ростом температуры увеличивается, температурный коэффициент для них составляет 0,0065 К^–1. У полупроводниковых ТС сопротивление с ростом температуры уменьшается, то есть температурный коэффициент для полупроводников отрицательный и составляет порядка 0,15 К^–1. Полупроводниковые ТС не применяются в системах контроля температуры технологических процессов. Они играют вспомогательную роль индикаторов температуры. ТС из чистых металлов получили большое распространение.

Технические данные термопреобразователей сопротивления приведены в табл. 5.3 из [3]. Их достоинством является высокая точность. По допустимым погрешностям ТС из металлов подразделяются на три класса: А, В и С. В классах А и В используется платина (п), а в классах В и С – медь (м) или никель (н). ТС из чистых металлов имеют достаточно большие размеры и обладают сравнительно большой инерцией. Но тонкопленочные ТС лишены этих недостатков и работают в температурном интервале от
–50 до 300 °С.

Таблица 5.3

Технические данные термопреобразователей сопротивления

№	Тип ТС	Класс допуска	Интервал использования, °С	Пределы допускаемых отклонений ± t, °С
	ТСМ	А В С	–50÷120 –200÷200 –200÷200	0,15+0,0015×ï t ï 0,25+0,0035×ï t ï 0,50+0,0065×ï t ï
	ТСП	А В С	–200÷650 –200÷850 –100÷300	0,15+0,002×ï t ï 0,30+0,005×ï t ï 0,60+0,008×ï t ï
	ТСПУ	-	0÷600	0,25
	ТСМУ	-	–50÷180	0,25
	КТПТР		0÷180	0,05+0,001D t 0,10+0,002D t
	Метран 286 выход 4÷20 мА	-	0÷500	0,25

Существует термоэлектрический метод измерения температуры, который основан на возникновении термоЭДС у термопары при изменении температуры одного из ее концов. Термопара представляет собой спай двух разнородных проводников. Рабочий конец ее помещается в контролируемую точку, а температура другого конца поддерживается постоянной. При практическом использовании концы термопары помещают в защитную арматуру. Эта конструкция называется термоэлектрическим преобразователем (ТЭП). Параметры стандартных термопреобразователей приведены в
табл. 5.4.

Для непрерывного измерения температуры поверхности применяются поверхностные термопреобразователи. Их обозначают, например, ТХАП. При измерениях температуры внутри энергетических реакторов применяются средства измерения высокой надежности, имеющие стабильные характеристики.

Таблица 5.4

Технические данные термоэлектрических преобразователей

№	Подгруппа ТЭП	Условное обозначение НСХ	Диапазон длительного (кратковременного) применения, °С	Коэффициент преобразования, мВ/°С×10^3
	ТВР	ВР(А)-1 (А-1) ВР(А)-2 (А-2) ВР(А)-3 (А-3)	0÷2200 (2500) 0÷1800 (2500) 0÷1800 (2500)	12,1÷9,2 11,8÷11,4 11,9÷11,3
	ТПР	ПР(В)	300÷1600 (1800)	3,1÷5,9
	ТПП	ПП(S) ПП(R)	0÷1300 (1600) 0÷1300 (1600)	5,5÷12,1 5,4÷14,1
	ТХА	ХА(К)	–200÷1000 (1300)	16,1÷39,0
	ТХК	ХК(L) ХК(E)	–200÷600 (800) –200÷700 (900)	28,5÷87,8 26,3÷79,8
	ТНН	НН(N)	–270÷1300 (1300)	0,9÷36,2
	ТМК	МК(T)	–200÷700 (900)	16,4÷61,7
	ТЖК	ЖК(J)	–200÷700 (900)	23,1÷62,0

ТПП(S, R) – платинородий-платиновые;

ТХА(K) – хромель-алюмелевые;

ТХК(L) – хромель-копелевые;

ТХК(Е) – хромель-константановые;

ТНН (N) – никросил-нисиловые;

ТМК (Т) – медь-константановые;

ТЖК (J) – железо-константановые.

Для измерения низких температур, которые называют криогенными, то есть порядка нескольких кельвин, применяют термопреобразователи сопротивления, термоэлектрические преобразователи. Для температур порядка 10 К применяются платиновые ТС. Для измерения температур от 0,1 до 30 К применяют ТС, которые изготавливают из кристаллического германия с многокомпонентным легированием.

Для измерения величины термосопротивления применяются потенциометрический и мостовые методы, а также логометры.

Дата добавления: 2015-05-26