1.2 Измерение температуры с помощью термопар.

Для измерения температуры с помощью термопар широко исполь-зуются милливольтметры и компенсаторы постоянного тока, шкалы

которых градуируются непосредственно в единицах температуры.

Свободные концы термопары конструктивно выведены на зажимы в ее головке, а следовательно, расположены в непосредственной бли-зости от объектов, т.е. в зоне с контролируемой температурой. Чтобы отнести эти концы в зону с постоянной температурой применяются удлиняющие провода, состоящие из двух жил, изготовленных из ме- таллов и сплавов, имеющих одинаковые термоэлектрические свой- ства с термоэлектродами термометра.

Для термопар из неблагородных металлов удлиняющие провода из-

готавливаются чаще всего из тех же материалов, что и основные термоэлектропары, тогда как для термометров из благородных метал-лов, в целях удешевления удлиняющего провода, выполняются из материалов, развивающих в паре между собой в диапазоне температур

0-150⁰С ту же термо-ЭДС, что электроды термопары.

Так для термопары хромель-алюмель удлинительные термоэлект-

роды изготавливаются из меди и константана, а для термопары хромель-копель удлинительными являются основные термоэлек-троды, но выполненные в виде гибких проводов.

При неправильном подключении удлинительных термоэлектродов возникает существенная погрешность.

В лабораторных условиях температура свободных концов термо-

пары поддерживается равной 0⁰С путем помещения их в сосуд Дьюара, наполненный истолченным льдом с водой.

В производственных условиях температура свободных концов термопары обычно отличается от 0⁰С. Т.к. градуировка термопар

осуществляется при температуре свободных концов 0⁰С, то это отли-

чие может вызвать существенную погрешность. Для уменьшения указанной погрешности необходимо ввести поправку в показания термометра.

Широкое применение на практике получило автоматическое

введение поправки на температуру свободных концов термопары,

п оказанное на рис.2.

В цепь термопары и милливольтметра включен мост, одним из

плеч которого является терморезистор R₁ (медный, помещенный

возле свободных концов термопары). Остальные плечи моста обра-

зованы манганиновыми резисторами R₂ ,R₃ ,R₄ .

При температуре свободных концов термопары, равной 0⁰С, мост

находится в равновесии (разность потенциалов между точками а и б

равна нулю).

При отклонении температуры свободных концов термопары от

00С напряжение на выходе моста не равно нулю и суммируется с

термо-ЭДС термопары, внося поправку в показание прибора. Зна-

чение поправки регулируется резистором R₅.

Вследствие нелинейной функции преобразования термопары пол-ной компенсации погрешности не происходит, но указанная погреш-ность существенно уменьшается.

При измерениях температуры широкое применение находят мил-

ливольтметры и автоматические электронные показывающие и

самопишущие приборы КСП и КСМ.

1.3.Измерение температуры с помощью

терморезисторов.

Для измерения температуры используются терморезисторы, выполненные из материалов с линейной зависимостью сопротивления от температуры. Применяются платиновые, медные и полупроводни- ковые терморезисторы.

При расчете сопротивлений медных проводников в диапазоне тем-

ператур от –50 до +180⁰С можно пользоваться формулой:

R = R₀(1 + )

где  - температура проводника; К- температура по шкале Кельвина;

R₀- сопротивление при 0⁰С.

=4.26*10^-3[K^-1]

Измерительные цепи терморезисторов строят обычно на основе уравновешенных мостов или, используя преобразование сопротивле- ния в напряжение.

На рис. 3 показана упрощенная схема измерительной цепи само-пищущего термометра типа КСМ.

Металлический терморезистор R включается здесь в мост, образо- ванный резисторами R₁, R₂, R₃ и реохордом R_p. Мост питается от источника переменного напряжения 6,3 В через добавочный резистор R_д . Выходное напряжение моста подается на усилитель неравновесия УН , управляющий работой двигателя Д , связанного с движком реохорда до тех пор , пока мост не придет в состояние равновесия . Перемещение движка пропорционально изменению сопротивления R и шкала прибора градуируется в значениях температуры. Как видно из рис.3, терморезистор присоединен к мостовой цепи с помощью трехпроводной линии связи V_1, V_2, V_3. Благодаря этому уменьшается погрешность, вызванная изменением сопротивления проводов линии,

при изменении температуры окружающей среды.

2. Задание на выполнение работы.

2.1. Ознакомиться с приборами КСП (приборы автоматические

следящего уравновешивания типа КСП4) и КСМ4.

2.2. Ознакомиться с термопреобразователями (термопары, термо-

сопротивления).

2.3. Ознакомиться с лабораторной установкой.

2.4. Определить абсолютную и относительную погрешность измере-ний с помощью КСП и КСМ и ртутным термометром.

2.5. Построить зависимость измеряемой температуры с помощью

КСП или КСМ от температуры по ртутному термометру.

2.6. Оценить нелинейность преобразователя температуры.

2.7. Оценить постоянную времени охлаждения термопары или термо-

сопротивления.

3.Методические указания к выполнению

работы.

3.1. Перед выполнением работы изучить принципы и устройства из-

мерения температуры по п.1 настоящего описания.

3.2. Налить воды в колбу, установить в нее термопару (термосопро-

тивление) и ртутный термометр. Провести замеры температуры прибором и ртутным термометром. Для этого открыть переднюю крышку прибора и включить тумблер “прибор” в положение “вкл.”.

3.3. Включить плитку и довести температуру воды до кипения и

зафиксировать температуру точки кипения по прибору и ртутному термометру.

В процессе нагрева проводить аналогичные замеры температуры через каждые 10⁰С.

Результаты занести в табл.1.

3.4. Провести расчет абсолютной и относительной погрешности

по выражениям 7 и 8 лабораторной работы №1.

Д опустимая приведенная погрешность приборов КСП4 и КСМ4

Построить зависимость относительной погрешности от измеренной

температуры.

Определить в какой части шкалы следует проводить измере-

ние, чтобы погрешность измерений не превышала ₊^-1%.

3.5. Оценить линейность преобразователя по п.2.6 можно следую-

щим образом:

Построить зависимость показания температуры по термометру

от показаний самопишущего прибора. Из точки 100⁰С провести

прямую до пересечения с началом координат. Найти из графика наибольшее отклонение от линейности измеряемой величины в %.

3.6. При определении постоянной охлаждения преобразователя сле-

дует:

1). Довести температуру воды до кипения.

2). Включить на приборе тумблер “Диаграмма”.

3). Дождаться пока отметчик сделает на координатной ленте

3 – 4 отметки, соответствующие температуре кипения. Это

необходимо для определения масштаба по оси температуры.

4). Отключить плитку и вынуть термопреобразователь из колбы.

5). При снижении температуры термопары (термосопротив-

ления) до 30-40⁰С отключить тумблеры ”Диаграмма” и

“ Прибор”.

6). Перенести полученную кривую на бумагу в протокол испы-

таний и определить из нее постоянную времени охлаждения

термопреобразователя.

4. Содержание отчета:

4.1. Цель работы.

4.2. Основные технические данные используемых приборов.

4.3. Схемы проведения опытов.

4.4. Результаты измерений, расчеты измеряемых величин и их

погрешность.

4.5. Основные выводы по работе.

5. Контрольные вопросы:

5.1. Какие типы преобразователей физических величин в электричес-

кие вы знаете?

5.2. Принципы измерения температуры с помощью термопар.

5.3. Принципы измерения температуры с помощью термосопротив-

лений .

5.4. Чем обусловлены погрешности измерений с помощью термопар

и термосопротивлений?

5.5. Принцип компенсации отличия температуры свободных концов

термопары от 0 градусов?

5.6. Как осуществляется компенсация погрешностей за счет сопротив-

ления соединительных проводов от терморезистора до прибора?

