Термопреобразователи сопротивления

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 8Следующая ⇒

Измерение температуры с помощью термопреобразователей сопротивления (ТС) основано на использовании зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от температуры:

R = f(t).Вид этой функции зависит от природы материала термопреобразователя сопротивления. Для изготовления металлических ТС применяются только чистые металлы, отвечающие следующим основным требованиям:

1. Нейтральность к измеряемой среде.

2. Высокий и неизменный температурный коэффициент электрического сопротивления для металлов, используемых в ТС, температурные коэффициенты принято определять в интервале. 0—100°С (в 1/°С):

3. Изменение сопротивления с изменением температуры по прямой или плавной кривой без резких отклонений и гистерезиса, т. е. монотонная зависимость сопротивления от температуры.

4. Большое удельное электрическое сопротивление.

Указанным требованиям в определенных температурных интервалах отвечают платина, медь, никель, вольфрам и железо. ТС могут изготовляться из полупроводниковых материалов. Преимуществом полупроводниковых термопреобразователей сопротивления — терморезисторов — является большой температурный коэффициент сопротивления [(Зч-4) 10~2 1/°С], вследствие чего из них можно изготовлять ТС малых размеров, а следовательно, с малой тепловой инерцией. Их недостатками является плохая воспроизводимость параметров, что затрудняет взаимозаменяемость, а также возможность измерять температуру только до 250—300° С. Промышленностью выпускается несколько типов терморезисторов, постоянная времени которых от 10 до 100 с. В настоящее время выпускаются две большие группы металлических стандартных термопреобразователей сопротивления: платиновые и медные. Платиновые предназначены для измерения температуры от —260 до +650° С, медные — от —50 до +100° С. Платиновые ТС выпускаются двух модификаций: одинарные и двойные. В двойных в одну арматуру вмонтированы два элемента, не связанные электрически друг с другом. Медные ТС выпускаются только одинарными. Чувствительные элементы широко распространенных платиновых ТС представляют собой двух - или четырехканальный керамический каркас, в каналы которого укладываются платиновые спирали из проволоки (0, 1 мм), закрепляемые в них глазурью. Для увеличения механической прочности и уменьшения тепловой инерции ТС пространство между стенками каналов и спиралями засыпается специальным порошком из алюминия. Существуют также конструкции с многослойной намоткой платиновой проволоки, изолированной винифлексовым лаком, с намоткой проволоки на керамический каркас в виде «звездочки» и др. Для защиты от повреждений элементы ТС помещают в защитные чехлы (трубки). Элементы медных ТС изготовляются из эмалированной проволоки диаметром 0, 08—0, 1 мм, многослойно безындукционно намотанной на цилиндрический пластмассовый стержень. Выводы делаются из медной проволоки диаметром 1, 0—1, 5 мм. Элемент помещается в защитную стальную трубку. Наружная арматура ТС, так же как и арматура термоэлектрических преобразователей, состоит из защитной трубы, подвижного или неподвижного штуцера для крепления и головки, в которой помещается контактная колодка с зажимами для проводов, соединяющих ТС с измерительным устройством термометра сопротивления. Защитная труба в зависимости от назначения изготовляется из углеродисто1 или нержавеющей стали. Имеется ряд конструкций защитной арматуры ТС. В пищевой промышленности применяются общепромышленные термопреобразователи сопротивления в соответствующей защитной арматуре, однако ряд типов ТС изготовляется специально для использования в пищевой промышленности: для шприц-машин и шприц-прессов, холодильных установок, рефрижераторов и т. п.

Логометры. Логометры являются магнитоэлектрическими измерительными приборами, измеряющими отношение двух токов. Подвижная систему логометра (pnc.--VLI8) состоит из двух жестко скрепленных между собой рамок, имеющих сопротивления R{ и R2, расположенных под некоторым углом друг к другу и помещенных в зазор между полюсными наконечниками постоянного магнита и сердечником..

Рамки закрепляются с помощью кернов и подпятников, на растяжках или на подвесах, что обеспечивает возможность их поворота на некоторый угол. Ток к рамкам подводится по спиральным безмо-ментным пружинкам, а также через подвесы или растяжки.

Магнитная система логометра выполнена так, что магнитная индукция в зазоре между магнитными наконечниками и сердечником неравномерна и имеет наибольшую величину в середине,, а наименьшую у краев. Неравномерность достигается применением полюсных ~ магнитных наконечников или сердечников специальной формы. *К рамкам подводится ток от общего источника питания £. Направление токов через рамки R1 и R2 таково, что они создают в рамках встречно направленные моменты сил. Вращающие'моменты сил рамок (в Н-м. Если сопротивления рамок одинаковы, т. е. R1=R 2 и R = Rt, то /1 = /2 и М1 = М2 и подвижная система находятся в среднем положении. При изменении сопротивления Rt вследствие изменения температуры через одну из рамок потечет ток большей силы, равенство моментов нарушается, и подвижная система поворачивается на угол. Рамка; по которой течет ток большей силы, попадает в зазор с меньшей магнитной индукцией, а другая рамка заходит в зазор с большей магнитной индукцией. При определенном положении Моменты рамок сравняются, т.е. будет справедливо следующее равенство.

ЖИДКОСТНЫЕ МАНОМЕТРЫ

Принцип действия этих манометров основан на уравновешиваний измеряемого давления или разности давлений давлением столба жидкости. Они имеют простое устройство и высокую точность измерения, широко применяются как лабораторные и поверочные приборы. В качестве з.апорных жидкостей применяются вода, спирт, маслй, ^ ртуть. Компрессионные манометры, в которых для измерения абсолютного давления разреженного газа его подвергают предварительному сжатию ртутью, - применяются лишь в специальных случаШ. Жидкостные манометры разделяются на U-образные, колокольные и кольцевые.

U-образные манометры

Приборы U-образные — двухтрубные (рис. VII.1) и чашечные однотрубные -г- представляют собой стеклянную трубку 1, укрепленную на плате 3 со шкалой и залитую запорной жидкостью 2. Принцип и» действия основан на законе сообщающихся сосудов. Одно из колен трубки соединяется с объемом, в котором измеряется избыточное давление. Равновесие системы наступает в момент, когда гидростатическое давление столба жидкости уравновесит давление

Разность уровней определяется как сумма отсчётов по шкалам правого и левого коленПри измерении разности (перепада) давлений жидкостным дифференциальным двухтрубным манометром большее (плюсовое) давление подается в одно из колен трубки, а меньшее (минусовое)—во второе. Разность уровней жидкости в плюсовом и минусовом коленах пропорциональна измеряемому перепаду давлений: Двухтрубным приборам присущ ряд погрешностей вследствие неточности отсчета положения мениска жидкости, изменения температуры окружающей среды, явлений капиллярности и т. д. Большинство погрешностей может быть снижено введением соответствующих поправок. Недостатком двухтрубных жидкостных приборов является необходимость двух отсчетов, что приводит к увеличению погрешности измерения.Однотрубные (чашечные) манометры представляют собой модификацию двухтрубных, одно из колен которых заменяется широким сосудом (чашечкой) (рис.VII.2). Под действием избыточного давления уровень жидкости в сосуде понижается, а в трубке повышается.Недостатком однотрубных приборов является погрешность, возникающая в результате понижения уровня жидкости в сосуде на величину Н. Очевидно, что для таких приборов справедливо отношение

Колокольные манометры Колокольные манометры (рис. VII.5) чаще всего используются для измерения перепадов давлений и разрежений. В этом приборе: колокол 1, подвешенный на постоянно растянутой винтовой пружине 2, частично, погружен в разделительную жидкость 3 (трансформаторное масло), налитую в сосуд 4. При р\=рч колокол прибора будет находитьсяв равновесии. При возникновении разности давлений (рх—р2) > 'О равновесие сил нарушается и появляется подъемная сила, которая будет перемещать колокол. При перемещении, колокола Пружина сжимается. Когда подъемная сила сделается-равной противодействующему усилию пружины, колокол займет Новое положение равновесия, переместившись на высоту И.

Измеряемая разность давлений {p1-p2) и значение Н связаны зависимостью

Из формулы (VI 1.22) видно, что изменением жесткости пружины и внутренней площади колокола можно изменять пределы, измерения прибора и его чувствительность.Перемещение Н колокола может быть преобразовано в сигнал измерительной информации с помощью одного из преобразователей, описанных в главе IV. Выпускаемые колокольные дифманометры снабжены дифференциально-трансформаторными или ферродинамическими преобразователями и предназначены для измерения перепадов давлений в пределах от 0 до 1000 Па при максимальном рабочем давлении до 0, 25 МПа, классы точности 1—2, 5.

ДЕФОРМАЦИОННЫЕ МАНОМЕТРЫ

Принцип действия деформационных манометров основан на использовании деформации чувствительных элементов или развиваемой ими силы под действием измеряемого давления среды, преобразующих давление в пропорциональное перемещение или усилие. Таким образом, в деформационных приборах измеряемое усилие F (в Н) уравновешивается механическими напряжениями в материале чувствительного элемента, В качестве чувствительных элементов широко применяются мембраны (жесткие или вялые), сильфоны и трубчатые манометрические пружины.Отечественным приборостроением выпускается большая группа измерительных преобразователей давления, в которых используются унифицированные сигналы ГСП: преобразователи с силовой и магнитной компенсацией, с дифференциальными трансформаторами, ферродинамические и др.

Мембранные манометры

В качестве чувствительных элементов в этих манометрах используются жесткие или вялые (мягкие) мембраны. Жесткие мембраны представляют собой упругие чувствительные элементы в виде эластичных пластин, изготовляемых из специальных сортов стали или бронзы, воспринимающих измеряемое давление и преобразующих его в пропорциональное перемещение или усилие. Вялые мембраны изготовляются из мягких материалов— прорезиненной ткани, специальной резины и т. п., при этом сила, возникающая на мембране, уравновешивается дополнительным упругим элементом (чаще всего пружиной) или устройством обратной связи. Жесткие мембраны применяются в виде плоских или гофрированных дисков, а также в виде мембранных коробок, образованных двумя соединенными между собой гофрированными мембранами (рис. VII.7). Мембранный показывающий манометр (рис. VII.8) состоит из мембранного измерительного блока 3, состоящего из двух мембранных коробок^ соединенных между собой, и передающего механизма /, с помощью которого перемещение центра верхней мембранной коробки передается стрелке показывающего устройства (на рис. VII.8 не показана). Пружина 2 служит для выбора люфтов в механизме.

В мембранном дифманометре с дистанционной передачей показаний на расстояние (рис. VII.9) давление измеряемой среды подводится к прибору по импульсным трубкам. В плюсовой и минусовой камерах дифманометра помещены две одинаковые мембранные коробки 1 я 2, образованные из сваренных между собой гофрированных мембран. Коробки укреплены в разделительной диафрагме, которая зажата между крышками корпуса 5. Внутренние полости мембранных коробок заполнены дистиллированной водой и сообщаются через отверстие в диафрагме. С центром верхней мембраны связан сердечник 3 индукционного преобразователя 4\ преобразующего перемещение в электрический сигнал, подаваемый на вторичный прибор. При изменении перепада давления мембранные коробки деформируются, подвижные центры их перемещаются и вода перетекает из одной коробки в другую. Величина перемещения подвижного центра верхней коробки и соединенного с ним сердечника зависит от параметров коробки и разности давлений снаружи и внутри коробки. Деформация мембран продолжается до тех пор, пока силы, вызванные перепадом давления, не уравновесятся упругими силами мембранных коробок. В случае превышения расчетной разности давлений коробка, находящаяся в зоне более высокого давления, сжимается до соприкосновения мембран и вся жидкость перетекает из нее во вторую коробку. Объемы коробок рассчитываются так, что каждая из них может вместить весь объем жидкости без перенапряжений и без, возникновения остаточных деформаций.

Для снижения влияния расширения жидкости в коробках вследствие изменения температуры нижняя коробка имеет несколько меньшую жесткость, чем верхняя. Следовательно, при изменении температуры окружающей среды изменяется в основном объем нижней коробки, что практически не отражается на показаниях прибора/ Подобные мембранные дифманометры изготовляются на перепады давлений от 1, 6 до 630 кПа и на рабочее давление среды до 25 МПа. Класс точности приборов 1; L.5.1

Дифманометр с вялой мембраной (рис. VII. 10.) предназначен для непрерывного преобразования разности, давлений газа или жидкости в электрический сигнал дистанционной передачи электрической аналоговой ветви ГСП. Измеряемая разность давлений подводится к плюсовой и минусовой камерам измерительного блока 2 с мембраной 1, с помощью которой преобразуется в пропорциональное ей усилие. Мембрана представляет собой резинотканевый одногофровый диск сжестким центром. Усилие, развиваемое на мембране, с помощью рычага 3 с одногофровой мембраной вывода 4 передается на рычажный передаточный механизм электросилового преобразователя 5. Подобные дифманометры выпускаются на перелады давлений от 0, 16 до 6, 3 кПа и на предельное рабочее давление 0, 25 и 1 МПа. Класс точности 1 и 1, 5.

Сильфонные манометры

В сильфонных манометрах в качестве чувствительных элементов используются сильфоны, представляющие собой тонкостенную металлическую трубку с поперечной гофрировкой. Некоторые типы сильфонов изготовляются с винтовой пружиной, вставляемой внутрь, что несколько расширяет диапазон их применения вследствие уменьшения влияния гистерезиса и нелинейности.

Сильфоны бывают однослойные (рис. VII.11) и многослойные различных диаметров, длины и с различным числом гофр. Обычно диаметр сильфонов 12—100 мм, длина 13—100 мм, число гофр 4— 24. Рабочий ход сильфонов 2, 8—21 мм.Сильфонный пневматический тягонапоромер (рис. VII.12) предназначен для непрерыв-ного преобразования давления или разреже-нйХ в пропорциональный пневматический сигнал дистанционной передачи. Принцип действия прибора основан на пневматической силовой компенсации.В сильфонном дифманометре с электросиловой системой дистанционной передачи ГСП (рис. VII. 13) измеряемый перепад давления подводится к плюсовой и минусовой камерам измерительного блока 9 с основанием 4, к которому крепятся сильфоны 7 и 8. Сильфоны соединены также с клапанами 2 и 5. Пружина 6 служит для того, чтобы эти клапаны произвольно не сближались при нормальной работе измерительного блока.

Внутренняя полость измерительного блока, образованная силь-фонами и основанием 4, заполняется кремнийорганической жидкостью, которая при изменении температуры измеряемой среды, под-, водимой к блоку 9, изменяет свой объем, что ведет к изменению давления, воспринимаемого компенсационным сильфоном 1.

При нормальных условиях работы измерительного блока клапаны 2 и 5 открыты. При перегрузке со стороны плюсовой или минусовой камеры один из клапанов закрывается, что предохраняет сильфоны от разрушения. При нарушении герметичности мембраны вывода 3 одновременно закрываются оба клапана, предохраняя оба сильфона от разрушения и обеспечивая защиту от выброса наружу измеряемой среды.

Преобразование изменения разности давлений, подводимого к блоку 9, в электрический сигнал осуществляется с помощью системы рычагов и унифицированного электросилового преобразователя ГСП, показанного на рис. VII. 13 вверху. Подобные дифманометры предназначены для использования в широком диапазоне измерений разности давлений от 4 до 25 кПа при рабочем давлении 10— 40 МПа. Класс точности приборов 1; 1, 5.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 Следующая ⇒