МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ.. 4

ВВЕДЕНИЕ.. 5

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОМАТИКИ.. 7

2 МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ.. 8

3 ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ.. 11

4 КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ.. 13

5 ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ.. 15

6 ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ... 18

Лабораторная работа №1 (стенд № 1) ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ГАЗА 18

Лабораторная работа № 2 (стенд № 9) ПОВЕРКА ТЕРМОПАР 25

Лабораторная работа №3 (стенд № 10) ПОВЕРКА ВТОРИЧНОГО ПРИБОРА ДИСК-250, МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЛОГОМЕТРА Ш – 4540/1 И ПРИБОРА А – 566 37

Лабораторная работа №4 (стенд № 12) ИСПЫТАНИЕ И ПОВЕРКА КОМПЕНСАЦИОННОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИОМЕТРА КСП – 3, МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МИЛЛИВОЛЬТМЕТРА Ш – 4540 И ВТОРИЧНОГО ПРИБОРА ДИСК-250. 42

Лабораторная работа № 5 (стенд № 13) ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И РАБОТЫ ПИРОМЕТРА КОМПЛЕКСА АПИР-С.. 52

Лабораторная работа № 6 (стенд № 14) ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ 59

Лабораторная работа № 7 (стенд № 15) ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ 68

Лабораторная работа № 8 (стенд № 18) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДАВЛЕНИЯ СЕРИИ МЕТРАН 79

Лабораторная работа № 9 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ.. 88

Лабораторная работа № 10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ.. 103

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 109

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 110

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Содержание предлагаемого учебного пособия основано на программе дисциплины «Автоматизированные системы управления технологическими процессами», изучаемой студентами специальности 261201 «Технология и дизайн упаковочного производства» и направления 261200 «Технология и дизайн упаковочного производства».

Данное пособие может быть использовано также студентами других специальностей при выполнении лабораторных работ, связанных с изучением методов и средств измерения технологических параметров производственных процессов, статических и динамических характеристик объекта управления, переходных процессов в системах управления и оценок качества их работы.

В пособии предложен цикл лабораторного практикума, состоящий из десяти лабораторных работ. В каждой лабораторной работе содержится: цель работы; теоретическое введение; порядок выполнения работы; содержание отчета; контрольные вопросы. Для более углубленного изучения излагаемого материала приведен библиографический список.

ВВЕДЕНИЕ

С давних времен люди мечтали о создании таких систем, которые способны самостоятельно без вмешательства человека решать задачи по управлению технологическими параметрами производственных процессов.

Главной целью этого пособия является изучение теоретических основ и приобретение практического опыта в рассмотрении методов и средств измерения технологических параметров производственных процессов, статических и динамических характеристик объекта управления, переходных процессов в системах управления и оценки качества их работы.

Лабораторный практикум по дисциплине «Автоматизированные системы управления технологическими процессами» включает в себя десять лабораторных работ:

1. Измерение расхода газа

2. Поверка термопар.

3. Поверка вторичного прибора Диск-250, магнитоэлектрического логометра Ш – 4540 и прибора А – 566.

4. Испытание и поверка компенсационного автоматического
потенциометра КСП – 3, магнитоэлектрического
милливольтметра Ш – 4540/1 и вторичного прибора Диск – 250.

5. Изучение принципа действия и работы пирометра комплекса АПИР-С.

6. Измерение уровня жидкости.

7. Измерение уровня сыпучих материалов.

8. Преобразователи давления серии Метран.

9. Экспериментальное определение статической и динамической характеристики объекта управления.

10. Определение качественных показателей работы системы автоматического регулирования.

В процессе выполнения работ студент изучит методы и средства измерения неэлектрических параметров технологического процесса, а также метрологические характеристики средств измерений, цель и порядок поведения поверки контрольно-измерительных приборов; характеристики объектов управления и качественные показатели работы систем автоматического регулирования.

В процессе выполнения лабораторного практикума студенту необходимо:

- подготовить конспект лабораторной работы;

- выполнить экспериментальную часть работы;

- выполнить расчетную часть работы;

- оформить отчет о проделанной работе;

- защитить работу.

Теоретического материала, изложенного в данном сборнике достаточно для подготовки экспериментальной части работы и обработки результатов. Однако для углубленного изучения материала следует пользоваться дополнительной литературой, поскольку эффективное усвоение материала возможно только тогда, когда ясна цель эксперимента и имеется представление об ожидаемых результатах.

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОМАТИКИ

 

Под управлением понимают такую организацию процесса, которая обеспечивает заданный характер протекания процесса.

При этом сам процесс является объектом управления, а переменные, характеризующие состояние процесса, называются управляемыми переменными или управляемыми величинами.

Если управление объектом осуществляется без участия человека, то такое управление является автоматическим. Автоматическое управление в общем случае должно обеспечить любые законы протекания управляемого процесса, т.е. любые режимы работы объекта управления.

Если автоматическое управление призвано обеспечить изменение (поддержание) управляемой величины по заданному закону, то его называют автоматическим регулированием. Следовательно, автоматическое регулирование можно рассматривать как частный вид автоматического управления.

Совокупность технических устройств, обеспечивающих автоматическое регулирование, является системой автоматического регулирования (САР). Любая САР может быть представлена как совокупность технологического объекта управления (ОУ) и регулятора (или нескольких регуляторов). Воздействия, прикладываемые к регулятору для обеспечения требуемых значений управляемых величин, являются управляющими воздействиями. Управляющие воздействия называют также входными величинами, а управляемые – выходными величинами. Физические элементы, к которым прикладываются входные величины, служат входами, а физические элементы, в которых наблюдается изменение управляемых переменных – выходами.

Воздействия, выводящие объект управления из заданного режима, называются возмущающими воздействиями (возмущениями).

Автоматизация производства – это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполняемые человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. По степени автоматизации различают частичную, комплексную и полную автоматизацию производства (АП).

Степень автоматизации определяется прежде всего ее экономической эффективностью и целесообразностью.

Система управления, выбранная для достижения поставленной цели, в сочетании с комплексом технических средств для измерения, регулирования, сбора информации и человеком-оператором образует автоматизированную систему управления.

 

ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ

 

Поверка контрольно-измерительных приборов (КИП) проводится на основе Госстандарта России: государственной системы обеспечения единства измерений «Порядок проведения поверки средств измерений».

Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными органами, организациями) с целью, определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям.

Средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, подвергаются поверке органами Государственной метрологической службы при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и эксплуатации.

Эталоны органов Государственной метрологической службы, а также средства измерений, ими не поверяемые, подвергаются поверке государственными научными метрологическими центрами.

Поверочная деятельность, осуществляемая аккредитованными метрологическими службами юридических лиц, контролируется органами Государственной метрологической службы по месту расположения этих юридических лиц.

Поверка средств измерений осуществляется физическим лицом, аттестованным в качестве поверителя в порядке, устанавливаемом Госстандартом России.

Поверка производится в соответствии с нормативными документами, утверждаемыми по результатам испытаний по утверждению типа средства измерений.

Результатом поверки является подтверждение пригодности средства измерений к применению или признание средства измерений непригодным к применению.

Различают следующие виды поверки:

- первичная;

- периодическая;

- внеочередная;

- инспекционная;

- экспертная.

Первичная поверка проводится при выпуске средства измерений из производства и ремонта.

Периодическая поверка проводится при эксплуатации и хранении средства измерений через определённые межповерочные интервалы, установленные с расчётом обеспечения метрологической исправности (надёжности) на период между поверками, т.е. его пригодности к применению.

Внеочередная поверка производится при эксплуатации (хранении) средства измерений вне зависимости от сроков периодической поверки при повреждении поверительного клейма, пломбы или утрате документов о предыдущей поверке и т.д.

Инспекционная поверка проводится для выявления исправности (пригодности к применению) средства измерений при осуществлении госнадзора и ведомственного контроля на предприятиях, складах и в местах его эксплуатации.

Экспертная поверка проводится при возникновении спорных вопросов по метрологическим характеристикам, исправности средства измерений и пригодности его к применению.

При проведении поверки должны быть соблюдены следующие условия:

- температура окружающего воздуха (20±2) °С;

- относительная влажность 30 … 80 %;

- атмосферное давление (100±6) кПа.

 

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Процедура измерения состоит из следующих этапов: принятие модели объекта измерения, выбор метода измерения, выбор СИ, проведение эксперимента для получения результата. Это приводит к тому, что результат измерения отличается от истинного значения измеряемой величины на некоторую величину, называемую погрешностью измерения.

Измерение можно считать законченным, если определена измеряемая величина и указана возможная степень её отклонения от истинного значения.

Причины возникновения погрешностей многочисленны, поэтому классификация погрешностей, как и всякая другая классификация, носит достаточно условный характер.

По способу выражения погрешности СИ делятся на абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютной погрешностью называют разность между показаниями прибора и действительным значением измеряемой величины. Ее выражают в единицах измеряемой величины:

, (3)

где – показания прибора; – действительное значение измеряемой величины.

При сравнении показаний нескольких приборов необходимо знать относительную погрешность прибора, т.е. отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, которую выражают в процентах:

. (4)

Приведенная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к диапазону измерений, выраженное в процентах:

. (5)

Класс точности прибора численно равен приведенной погрешности. Например, термометр класса точности 1 может иметь допустимую погрешность ±1% верхнего предела шкалы. Таким образом, для термометра со шкалой 0-200˚ С величина допустимой погрешности в этом классе будет составлять ±2˚ С.

Вариация – это разность показаний при измерении одной и той же величины при неизменных внешних условиях.

Приведенная вариация – это отношение вариации к диапазону измерений, выраженное в процентах:

, (6)

где и – верхнее и нижнее предельные значения шкалы прибора.

В зависимости от влияния характера изменения измеряемой величины погрешности СИ подразделяются на статические и динамические.

Статическая погрешность – погрешность СИ, применяемого при измерении физической величины, принимаемой за неизменную.

Динамическая погрешность – погрешность СИ, возникающая при измерении изменяющейся (в процессе измерений) физической величины, являющаяся следствием инерционных свойств СИ.

По причине и условиям возникновения погрешности СИ подразделяются на основную и дополнительную.

Основная погрешность – это погрешность СИ, находящаяся в нормальных условиях эксплуатации, которые обычно определяются по паспорту прибора (напряжение питания, температура эксплуатации, влажность, давление и т.д.)

Дополнительная погрешность – составляющая погрешности СИ, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие нарушения какого-либо условия эксплуатации.

По характеру изменения погрешности СИ подразделяются на систематические, случайные и промахи.

Систематические погрешности – составляющая погрешности СИ, принимаемая за постоянную или закономерную изменяющуюся. Систематическая погрешность, как правило, имеет один и тот же знак и одна и та же величина, или известна закономерность её проявления.

К систематическим погрешностям относятся методические (из-за неточности формулы, взятой в основу создания приборов, трудность реализации взятой формулы из-за наличия неполноты знаний об объекте), инструментальные (неточность изготовления деталей и узлов прибора, неточность сборки, а также следствием старения. Для устранения необходим комплекс операций обеспечивающий поверки), субъективные (зависят от персонала, который проводит измерение).

Случайная погрешность – составляющая погрешности СИ, изменяющаяся случайным образом. Она приводит к неоднозначности показаний и обусловлена причинами, которые нельзя предсказать и учесть. Однако при проведении некоторого числа повторных опытов теория вероятности и математическая статистика позволяет уточнить результат измерения.

Промахи – грубые погрешности, связанные с ошибками оператора или неучтёнными внешними воздействиями. Их обычно исключают из результатов измерений.

По зависимости от значения измеряемой величины погрешности СИ подразделяются на аддитивные и мультипликативные.

Аддитивная погрешность не зависит от нечувствительности прибора и является постоянной по величине для всех значений входной величины Х в пределах диапазона измерений (рис. 1, а).

Источники данной погрешности: трение в опорах, наводки, вибрации. Примерами аддитивной погрешности приборов являются погрешности нуля, погрешность дискретности (квантования) в цифровых приборах. Если прибору присуща только аддитивная погрешность, то его нормируют по приведённой погрешности.

Мультипликативная погрешность зависит от чувствительности прибора и изменяется пропорционально текущему значению входной величины (рис. 1, б).

Источниками этой погрешности являются: погрешности регулировки отдельных элементов СИ, (например, шунта, добавочного резистора), старение элементов, изменение их характеристик, влияние внешних факторов.

 

Рис. 1. – Форма границ полосы погрешности для аддитивной (а) и мультипликативной (б) погрешностей

 

 

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Цель работы

 

1) Ознакомиться с методами измерения расхода газа.

2) Изучить сущность метода переменного перепада давления на сужающем устройстве.

3) Изучить методику измерения расхода газа методом постоянного перепада давления с помощью ротаметров (расходомеров обтекания).

4) Изучить методику измерения расхода по динамическому давлению (напорной трубкой).

 

Общие положения

 

В технологических процессах многих отраслей промышленности одним из важнейших параметров является расход протекающего по трубопроводу вещества (жидкость, газ). Точный контроль, регулирование или учет этого параметра дает возможность воздействовать на ход процесса, а следовательно, и на качество конечного продукта.

В соответствии с ГОСТ 8.563.1-97 под расходом понимается физическая величина, равная переделу отношения приращения массы или объема, или количества жидкости (газа), протекающих в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока, к интервалу времени, за которое это приращение произошло, при неограниченном уменьшении интервала времени.

Различают объемный и массовый расходы, которые связаны между собой через плотность вещества.

В системе СИ основной единицей объемного расхода является м³/с, а массового – кг/с. При технических измерениях часто применяют единицы измерения м³/ч и кг/ч.

Измерительный прибор, служащий для измерения расхода вещества, называется расходомером, а прибор для измерения объема (массы) – счетчиком. В каждом конкретном случае к этим терминам следует добавить наименование контролируемой среды (примеры: расходомер жидкости, счетчик жидкости).

Наибольшее распространение получили следующие разновидности расходомеров:

1. Метод переменного перепада давления, основанный на зависимости величины перепада статического давления на сужающем устройстве от расхода;
2. Метод переменного уровня, принцип работы которого основан на зависимости уровня в расходомере при свободном истечении среды через отверстие от расхода;
3. Расходомеры обтекания, основанные на зависимости положения чувствительного элемента, воспринимающего динамическое давление потока от расхода;
4. Тахометрические расходомеры, реализующие зависимость скорости движения чувствительного элемента расходомера, установленного в потоке, от расхода;
5. Электромагнитные расходомеры, основанные на зависимости взаимодействия электропроводной среды с магнитным полем от расхода;
6. Ультразвуковые расходомеры, основанные на зависимости частоты колебаний от расхода;
7. Вихревые расходомеры, принцип работы которых связан с зависимостью частоты колебаний при вихреобразовании в потоке от расхода: тепловые, преобразующие с помощью теплового преобразователя скорость потока в температуру и использующие зависимость этой температуры от расхода;
8. Оптические расходомеры с лазерным преобразователем, принцип действия которых реализует зависимость скорости прохождения светового пучка от расхода среды;
9. Ионизационные расходомеры, которые используют искусственную ионизацию потока среды и измеряют ионизационный ток, величина которого зависит от расхода среды; меточные, реализуют зависимость времени прохода искусственно созданной внутри потока метки участка трубопровода от расхода.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Изучить принцип действия расходомеров переменного перепада давления, постоянного перепада давления, методом напорной трубки.

2. Изучить схему установки.

3. Подать напряжение на установку и включить вентилятор.

4. С помощью запорной задвижки 3 установить наименьший расход воздуха (смотреть по показаниям прибора Диск-250). Записать в таблицу показания датчиков Метран-22ДД, вторичного прибора Диск-250, стеклянного ротаметра.

5. Повторить работу по п.5 для 4-5 точек, расположенных равномерно по шкале прибора Диск-250.

6. Выключить вентилятор установки. Рассчитать расход воздуха по напорной трубке, формула (8), по перепаду давления на сужающем устройстве, формула (9).

7. Построить градуировочную зависимость для диафрагмы, отложив по оси абсцисс значения , а по оси ординат значения , рассчитанные по формуле , расход - по формуле (8).

8. Построить градуировочную зависимость для стеклянного ротаметра, отложив по оси абсцисс значения по шкале прибора, а по оси ординат – значения расхода, рассчитанные по формуле (8).

9. Результаты наблюдений и расчетов должны быть сведены в таблицу.

Таблица 1

Экспериментальные данные и результаты работы

 

Экспериментальные данные	Расчетные данные
Давление динами-ческое, по скоростной трубке , Па	Перепад давления на сужа-ющем устрой-стве , Па	Показа-ния Диск- 250, %	Оцифрован-ные деления ротаметра, %	Расход воздуха по формуле (8), м3/ч	Расход воздуха по формуле (9), м3/ч	Значения тариро-вочного коэф. А

 

8 Контрольные вопросы

 

1. Какие сужающие устройства называются стандартными и при каких условиях возможно их применение для измерения расхода?
2. Как измерить расход воздуха по методу переменного перепада давления на сужающем устройстве?
3. Как измерить расход воздуха по методу постоянного перепада давления?
4. Как измерить расход воздуха по динамическому давлению?
5. Какие единицы измерения приняты для расхода в системе СИ?

 

Цель работы

 

1) Ознакомиться с принципом действия и устройством термоэлектрических преобразователей.

2) Установить влияние температуры холодного спая на результат измерения.

3) Изучить способы устранения влияния температуры холодных спаев.

 

Общие положения

 

Температура является одним из важнейших параметров технологических процессов. Для измерения температуры существует большое количество методов и технических средств.

Температурой называется статическая величина, характеризующая тепловое состояние тела и пропорциональная средней кинетической энергии молекул газа.

Температура – физическая величина, характеризующая степень нагретости тела (т.е. тепловое состояние тела).

Температурные шкалы - системы сопоставимых числовых значений температуры.

Все предлагаемые температурные шкалы строились (за редким исключением) одинаковым путем: двум (по меньшей мере ) постоянным точкам присваивались определенные числовые значения и предполагалось, что видимое термометрическое свойство используемого в термометре вещества линейно связанно с температурой.

Пересчёт температуры между основными шкалами приведен в табл.1.

Таблица 1

Пересчёт температуры между основными шкалами

 

в\из	Кельвин	Цельсий	Фаренгейт
Кельвин (K)	= K	= С + 273, 15	= (F + 459, 67) / 1, 8
Цельсий (°C)	= K − 273, 15	= C	= (F − 32) / 1, 8
Фаренгейт (°F)	= K · 1, 8 − 459, 67	= C · 1, 8 + 32	= F

 

Пересчеты с одной шкалы на другую создавали большие трудности и приводили к ряду недоразумений. Поэтому в 1933 г. было принято решение о введении Международной температурной шкалы (МТШ).

Реперные точки шкалы МТШ-90 подразделяются на определяющие и вторичные. Определяющие реперные точки – это наиболее точно измеренные относительно тройной точки воды температуры, для которых результаты измерений в различных странах хорошо совпадают между собой. Список определяющих реперных точек шкалы МТШ-90 дан в табл. 2.

Таблица 2

Определяющие реперные точки шкалы МТШ-90

 

Реперная точка	Т, К	t°, C	Погрешность, К
Тройная точка равновесного водорода	13, 81	- 259, 34	0, 01
Точка кипения равновесного водорода при давлении 3330, 6 Па	17, 042	-256, 108	0, 01
Точка кипения равновесного водорода	20, 28	- 252, 87	0, 01
Точка кипения неона	27, 102	- 246, 048	0, 01
Тройная точка кислорода	54, 361	-218, 789	0, 01
Точка кипения кислорода	90, 188	- 182, 962	0, 01
Тройная точка воды	273, 16	0, 01	Точно по определению
Точка кипения воды	373, 15		0, 005
Точка затвердевания цинка	692, 73	419, 58	0, 003
Точка затвердевания серебра	1235, 08	961, 93	0, 2
Точка затвердевания золота	1337, 58	1064, 43	0, 2

 

Термоэлектрический метод измерения температур основан на строгой зависимости термоэлектродвижущей силы (термо-э.д.с.) термоэлектрического термометра (термопары) от температуры.

Термоэлектрические явления – совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках.

Если составить цепь из двух разнородных проводников (или полупроводников) А и В и соединить их между собой концами, причем температуру T₁ одного места соединения сделать отличной от температуры Т₂ другого, в цепи появится ЭДС, называемая термоэлектродвижущей силой (термо-э.д.с.).

Принцип действия термопары основан на возникновении тока в цепи, составленной из двух разнородных проводников при нарушении теплового равновесия места их контактирования.

Рис. 1. Термопара

 

Термоэлектрические явления:

- явление Томсона;

- явление Зеебека;

- эффект Пельтье.

Явление Томсона относится к термоэлектрическим явлениям и заключается в следующем: при пропускании электрического тока через полупроводник (или проводник), вдоль которого существует градиент температуры, в нем, помимо джоулева тепла, в зависимости от направления тока будет выделяться или поглощаться дополнительное количество тепла (теплота Томсона).

Явление Зеебека объясняется тем, что средняя энергия электронов проводимости зависит от природы проводника и по-разному растет с температурой. Если вдоль проводника существует градиент температур, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках в дополнение к этому концентрация электронов проводимости растет с температурой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остаётся нескомпенсированный положительный заряд. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие. Алгебраическая сумма таких разностей потенциалов в цепи создаёт одну из составляющих термоэдс, которую называют объёмной.

Эффект Пельтье́ — процесс выделения или поглощения тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников. Величина выделяемого тепла и его знак зависят от вида контактирующих веществ, силы тока и времени прохождения тока, то есть количество выделяемого тепла пропорционально количеству прошедшего через контакт заряда:

Причина возникновения явления Пельтье заключается в следующем. На контакте двух веществ имеется контактная разность потенциалов, которая создаёт внутреннее контактное поле. Если через контакт идет ток, то это поле будет либо способствовать прохождению тока, либо препятствовать. Если ток идет против контактного поля, то внешний источник должен затратить дополнительную энергию, которая выделяется в контакте, что приведет к его нагреву. Если же ток идет по направлению контактного поля, то он может поддерживаться этим полем, которое и совершает работу по перемещению зарядов. Необходимая для этого энергия отбирается у вещества, что приводит к охлаждению его в месте контакта.

Термопары широко применяются для измерения температур до 2500°С. Для измерения в области низких температур термопары получили меньшее распространение, чем термометры сопротивления.

К числу достоинств термопар можно отнести достаточно высокую точность измерения.

Способы введения поправки на температуру холодных концовтермопары

 

При измерении температуры термоэлектрическим термометром его свободные концы должны иметь постоянную температуру, так как колебания последней отражаются на показаниях вторичного прибора. В случае отклонения температуры свободных концов от градуировочного значения, равного 0°С, к показаниям вторичного прибора вводится соответствующая поправка. Поддержание постоянства температуры свободных концов термометра может производиться с помощью специальных термостатов, что значительно облегчает введение этой поправки, величина которой в этом случае остается постоянной.

В настоящее время широко применяется автоматическое введение поправки на температуру свободных концов термометров при помощи специальных компенсирующих устройств, что не требует обеспечения постоянства этой температуры. Эти устройства располагаются отдельно или встраиваются во вторичный прибор.

Способы введения поправки:

1. Применение удлиняющих термоэлектродных проводов.

При прокладке соединительной линии между термоэлектрическим термометром и вторичным прибором свободные концы термометра, находящиеся на зажимах в его головке, будут расположены около нагретых поверхностей, т.е. в зоне переменной температуры. Чтобы отнести эти концы в зону с постоянной и более низкой температурой, применяются так называемые термоэлектродные удлиняющие провода.

Прокладывать термоэлектродные провода на такие большие расстояния не всегда рационально, особенно если термопара выполнена из благородных металлов. Кроме того, термоэлектродные провода обычно имеют значительное удельное электрическое сопротивление, что приводит к увеличению сопротивления цепи термопары. Поэтому для подключения термопар к измерительным приборам применяют удлинительные (так называемые компенсационные) провода, более дешевые, чем термоэлектродные, и имеющие меньшее сопротивление.

Основное требование к компенсационным проводам: они должны развивать в диапазоне температур (0…100)^°С такую же термоЭДС, как и термоэлектродные.

Компенсационные провода состоят из двух жил, изготовленных из металлов или сплавов, имеющих одинаковые термоэлектрические свойства с термоэлектродами термопары. Посредством удлиняющих проводов производится как бы наращивание термоэлектродов термометра, позволяющее отнести свободные концы от места его установки в более благоприятные условия.

Для термометров из неблагородных металлов удлиняющие провода изготавливаются чаще всего из тех же материалов, что и термоэлектроды, тогда как для термометров из благородных металлов в целях удешевления удлиняющие провода выполняются из материалов, развивающих в паре между собой примерно ту же термоЭДс, что и термометр, для которого они предназначены.

2. Применение специального медного сопротивления в автоматических потенциометрах.

3. Термостатирование холодных концов, т.е. Т₂=const, при этом обычно используются термостаты или ванна с тающим льдом.

4. Применение компенсирующего моста для автоматического введения поправки. Схема представляет собой неуравновешенный мост с постоянными манганиновыми резисторами R₁, R₂, R₃ и медным резистором R₄, находящийся в равновесии при 0°С. При отклонении температуры свободных концов от нуля возникающий разбаланс моста U_ab компенсирует возможное снижение измеряемой ЭДС.

5. Введение поправки вручную.

Требования, предъявляемые к термопарам

1. Однозначная и линейная зависимость между эдс и температурой.
2. Высокое значение развиваемой термоЭДС.
3. Жаростойкость и механическая прочность.
4. Химическая инертность (материал термопар не должен вступать в контакт с окружающей средой).
5. Термоэлектрическая однородность материала проводника по всей длине, позволяет восстанавливать рабочий спай без переградуировки.
6. Стабильность градуировочной характеристики (т.е. с течением времени должна оставаться постоянной)
7. Технологичность (воспроизводимость) материала.

 

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют стандартные термопары, основные из которых приведены в табл.3.

Таблица 3

Стандартные термопары

 

Тип термопары	Обозначе-ние	Химический состав термоэлектродов	Пределы измеряемых t, °С
положи-тельный	отрицатель-ный	нижний	верхний	кратко-вре-менно
Медь – константановая	ТМК (Т)	медь	константант	-200
Хромель – копелевая	ТХК (L)	хромель	копель	-200
Хромель - алюмелевая	ТХА (К)	хромель	алюмель	-200
Платинородий - платиновая	ТПП(S)	платиноро-дий	платина
Платинородий - платнородиевая	ТПР(В)	платино-родий	платиноро-дий			-
Вольфрамрений – вольфрамрение-вая	ТВР(А)	вольфрам-рений	вольфрам-рений

 

При введении в цепь термопары третьего проводника, если концы последнего имеют одинаковые температуры, термоЭДС термопары не изменяется (то же относится и к нескольким проводникам). Поэтому включение в цепь термопары соединительных проводов, измерительных приборов и подгоночных сопротивлений не отражается на точности измерения.

 

Описание установки

 

Установка для поверки термопар (рис.1) имеет следующие приборы:

а) образцовая платинородий - платиновая термопара типа ПП(S), ТП1, показания которой регистрируются вторичным прибором Диск-250;

б) поверяемая хромель - алюмелевая термопара типа ХА(К), ТП2, показания которой регистрируются вторичным прибором Диск-250;

в) хромель-копелевая термопара ХК(Е) для измерения температуры свободных концов поверяемой термопары ТПЗ, показания которой ХК регистрируются вторичным прибором - милливольтметром типа Ш-4540/1;

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: