Термометры , основанные на регистрации теплового расширения твердых тел

Принцип работы этих термометров основан на разнице в коэффициентах расширения двух твердых тел. В трубку, сделанную из материала с высоким коэффициентом теплового расширения, например латунь, вставляется стержень с низким коэффициентом теплового расширения, например фарфор. Они развивают значительные усилия для привода регулирующих органов, а изменение длины стержня составляет не более 0,01 мм на градус. Могут служить регуляторами температур.

Термометры с биметаллической пластиной оборудован двумя металлическими лентами из материалов с различными линейными коэффициентами теплового расширения, сваренными между собой. Изменения температур вызывает деформацию ленты, движение которой передается перу самописца.

 

Термометры сопротивления

Такие приборы для дистанционного измерения температур основаны на свойстве металлической проволоки менять электрическое сопротивление при возрастании температуры. При низких температурах в качестве чувствительного элемента используют никелевую проволоку, при высоких (до 500^оС) – платиновую. Сопротивление изготавливают из тонкой проволоки намотанной на стержень из электроизоляционного материала, и помещают в защитную стеклянную оболочку. Термометры сопротивления устанавливают в сети постоянного тока с выпрямителем. Напряжение в сети может меняться от 6 до 24 В. Сопротивление датчика равно 100 Ом при 0^оС и меняется от 0,6 %/К для никеля и до 0,4 /К для платины. Измерения производятся с помощью приборов, оборудованных подвижными катушками с перекрестной обмоткой (логометрами) или подвижной рамкой. Переключатель позволяет одновременно измерять температуру во многих точках. Такой термометр можно подключать к регуляторам с прерывистой аналоговой регистрацией, например, с помощью регистратора, обеспечивающего запись показаний в виде ряда последовательных точек, который имеет стрелку, закрепленную на подвижной рамке и отмечающую данные через очень короткие расстояния на диаграммной бумаге с медленной подачей.

Термометры на основе терморезисторов используются для измерения мгновенных значений температур, поскольку их постоянная времени не превышает несколько секунд..

 

Термоэлектрические преобразователи (термопары (рис.1.4, 1.5, 1.6))

Термоэлектрические преобразователи (ТП) предназначаются для измерений в широкой области температур (в холодильной технике от —100 до +200 °С). ТП преобразуют температуру в электродвижущую силу (термо-ЭДС).

Действие ТП основано на явлении Зеебека, т. е. на генерации термо-ЭДС в месте соединения двух различных проводников. Величина термо-ЭДС зависит от материалов термоэлектродов и является функцией температуры. В холодильной технике ТП используются в основном при лабораторных и стендовых измерениях с погрешностью ± 0,1 на 1°С.

 

Рис.1.4. Производственные термоэлектрические  преобразователи

 

Распространение получили ТП медь-константановые (МК) и хромель-копелевые (ХК). Медьконстантановые ТП не имеют стандартизованных градуировочных таблиц, однако в силу целого ряда достоинств находят применение в лабораторной практике для измерений в области от —200 до +300 ^оС. Основное достоинство — большое постоянство термоэлектрических свойств. Средняя чувствительность (коэффициент преобразования) в области температур от 0 до 100°С   составляет   41 мкВ/°С.     При  соответствующей  градуировке МК  ТП  позволяют измерять температуру с погрешностями ±(0,1ч-0,2)°С. Хромель-копелевые  ТП  могут использоваться в области температур от –50 до +600⁰С. Достоинство этих ТП—наивысшая чувствительность по сравнению с другими типами ТП. Так, при температурах рабочего спая 100 ⁰С, а свободного 0° термоЭДС е=6,00 мВ, что соответствует чувствительности (коэффициенту преобразования) 69,0 мкВ/°С.

Рис.1.5. Производственные термоэлектрические преобразователи

Недостатками хромель-копелевых ТП являются плохая воспроизводимость функции преобразования (градуировочной характеристики) различными партиями термоэлектродных проводов, а также наличие неоднородностей материала, особенно хромеля, которые приводят к возникновению паразитных термоЭДС. Допускаемое отклонение термоЭДС ХК ТП промышленного изготовления от градуировочных характеристик в области температур от —50 до +300 °С составляет 0,2 мВ (более 2°С). Термоэлектродные провода ХК очень чувствительны к механическим повреждениям, которые приводят к дополнительным неоднородностям.

Рис. 1.6. Термометр TM50 электронный, от –50^о С до +260^о С, CPS (пр-во США)

 

 

В холодильной технике используют ХК ТП, изготовляемые в лабораторных условиях и подвергаемые индивидуальной градуировке. Достижимая точность порядка ± (0,3÷0,5) °С. Реже используют ТП промышленного изготовления.

 

Оптические пирометры

 

Начиная с температур примерно 1600^оС термометры, которые рассматривались выше, применяться не могут. Для измерений высоких температур служат термометры действие которых основано на измерении оптической яркости источника тепла, сравниваемой затем с яркостью нити лампы накаливания или другого источника света с известными характеристиками (Рис. 1.7)

Рис. 1.7. Пирометр