Потенціометричний метод вимірювання опору.

Метод забезпечує дуже високу точність вимірювання і незалежність результатів вимірювання від значення опору з’єднувальних ліній при 4-ьох провідній схемі під’єднання. Метод застосовується для лабораторних вимірювань, а також для побудови мікропроцесорних перетворювачів.

 

П – потенціометр (прилад для вимірювання напруги, може бути двохрядним або однорядним з перемикачем).

У вимірювальному блоці контролера застосовують джерело стабілізованого струму. Послідовно можна ввімкнути 8 ТО по 2-ох провідній схемі під’єднання або 4 ТО по 4-ьох провідній. Для вимірювання спадків напруги застосовують 8-ми канальний АЦП.

Диференційний метод вимірювання опору.

Дуже подібний метод до попереднього, але тут застосовуються два ідентичні джерела струму.

Для диференційної схеми найчастіше застосовуються 3-ьох провідна схема під’єднання ТО і покази схеми не залежать від зміни опорів з’єднувальних ліній від температури.

По такій схемі будують звичайні аналогові перетворювачі, цифрові перетворювачі, перетворювачі, які вбудовані в головку термометра. Зараз це найпоширеніша схема, дуже легко одержати будь-який діапазон на будь-якому рівні.

 

Типи приладів (ТО).

Тип ТО	Градуювання	Діапазон вимірювання	Клас допуску
ТСП – 0879 ТСП – 0979*	50П або 100П	-200 ÷ +600 °С	А, В
ТСМ – 0879 ТСМ – 0979*	50М або 100М	-50 ÷ +200 °С	В, С
ТСП – 1088	50П або 100П	-200 ÷ +600 °С	А, В
ТСМ – 1088	50М або 100М	-50 ÷ +150 °С	В, С

* - тиск до 16 МПа.

 

В промислових умовах ТО застосовуються до +300 ÷ +400 °С, на більші температури беремо термоелектричні термометри.

Ні до ТО, ні до термопари, не можна під’єднувати більш ніж 1 прилад, в іншому випадку потрібно взяти ТО з двома чутливими елементами або 2 ТО (або здвоєну термопару).

Термоелектричний метод вимірювання температури. Термоелектричні термометри.

Дія термоелектричного термометра базується на термоелектричному ефекті (ефекті Зеббека).

 

Термоелектричний ефект полягає в тому, що в електричному колі з послідовно з’єднаних рознорідних провідників виникає струм, якщо в місцях контактів цих провідників підтримується різна температура. Струм виникає за рахунок різної роботи виходу електронів у цих матеріалах. Реально міряють ЕРС, а не струм, бо сила струму ще залежить від опору провідників.

 

Пристрій з двох провідників – термопара.

Термо-е.р.с. залежить від різниці температур вільних (опорних, холодних) кінців, а також від складу провідників, які утворюють термопару.

Переваги методу: проста конструкція; дуже широкий діапазон вимірювання (від 2 К до 3000 °С); висока точність вимірювання (абсолютна похибка до 0.01 К).

Різницю температур цим методом міряють з точністю до 10­^-7 К; мала інерційність; надійність; хороша відтворюваність і взаємозамінність.

Майже всі матеріали мають термоелектричні властивості (провідні матеріали та їх сплави), але мало з них придатні для виготовлення термопар.

Вимоги до матеріалів термопар:

- статична характеристика близька до лінійної;

- висока хімічна стійкість і стійкість до окислення;

- стабільна і відтворювана характеристика;

- широкі межі вимірювання температур;

- максимальна е.р.с..

 

Хромель (Ni Cr) – 89 % нікелю, 9.8 % хрому, 1 % заліза, домішка марганцю; найбільш жаростійкий сплав з хромонікелевої групи.

Алюмель (Ni Al) – 94 % нікелю, 2 % алюмінію, марганець, залізо, кремній; цей сплав має магнітні властивості.

Копель (Cu Ni) – 44 % нікелю, 56 % міді; дуже близький до складу, але менш жарстійкий – константан.

Константан – 55 % міді, 45 % нікелю, домішки марганцю і заліза.

 

Неметалеві електроди на основі провідних карбідів, боридів металів і графіту, застосовуються дуже рідко через високу крихкість, хоча можуть працювати до температури 3000 °С.

 

Застосовуються наступні поєднання електродів:

№	Найменування пар електродів (назва термопари)	Позначення НСХ	Міжнародне позначення НСХ
	Платино-родій – платиновий	ТПП13	R
	Платино-родій – платиновий	ТПП10	S
	Платино-родій – платино-родій, один електрод – 6 % платино-родію, другий – 30 %	ТПР	B
	Залізо-константанові	ТЗК	J
	Мідно-константанові	ТМКн	T
	Ніхросил-нісиловий	ТНН	N
	Хромель-алюмелева	ТХА	K
	Хромель-константанова	ТХКн	E
	Хромель-копелева	ТХК	L
	Вольфрам-ренієва, 5 %, 20 % ренію вольфраму	ТВР	A (A-1; A-2; A-3)

 

Метрологічні характеристики термопар.

В залежності від точності термопари їй присвоюють класи 1, 2, 3 (перший, другий, третій). Для кожного класу є нормована абсолютна похибка, постійне значення або значення яке вираховується по формулі.

Позначення НСХ	Межі вимірювання температур, °С (короткочасно)	Абсолютна похибка, ±°С
ТПП13 (R) ТПП10 (S)	0 – 1300 (1600, 10-50 год)	Клас 1: 0 – 1100 °С ----- Δ = ± 1°С 1100 – 1600 °С ----- Δ = ± (1 + 0.003∙(t – 1100)) Клас 2: 0 – 600 °С ----- Δ = ± 1.5°С 600 – 1600 °С ----- Δ = ± 0.0025∙│t│
ТПР (В)	600 – 1700 (1800)	Клас 2: 600 – 1700 °С ----- Δ = ± 0.0025∙│t│ Клас 3: 600 – 800 °С ----- Δ = ± 4°С 800 – 1700 °С ----- Δ = ± 0.005∙│t│
ТХА (К)	-200 – +1200 (+1300)	Клас 1: -40 – +375 °С ----- Δ = ± 1.5°С +375 – +1000 °С ----- Δ = ± 0.004∙│t│ Клас 2: -40 – +333 °С ----- Δ = ± 2.5°С 333 – 1200 °С ----- Δ = ± 0.0075∙│t│ Клас 3: див. технічні умови на ТП
ТХК (L)	-200 – +600 (+800)	Клас 2: -40 – +300 °С ----- Δ = ± 2.5°С 300 – 800 °С ----- Δ = ± 0.0075∙│t│
А-1, А-2, А-3	0 – +2200 (+2500)	Клас 2: 1000 – 2500 °С ----- Δ = ± 0.005∙│t│ Клас 3: 1000 – 2500 °С ----- Δ = ± 0.007∙│t│

Видовжувальні провідники.

Вихідним сигналом термопари є е.р.с., значення якої залежить від різниці температур гарячого спаю і вільних кінців. Значення температури вільних кінців враховується у вторинному приладі.

Для підведення е.р.с. до вторинного приладу використовуються спеціальні видовжувальні провідники, які мають таку саму ж характеристику, як і термопара в діапазоні температур 0 – 100 °С і виготовляються з дешевих сплавів міді і нікелю (це для дорогоцінних матеріалів). Іноді такі провідники називають компенсаційними, хоча вони нічого не компенсують.

1 – термопара; 2 – видовжувальні провідники; 3 – вторинні прилади.

Конструкція термопари.

Діляться на дві групи: ті, які занурюються в середовище і поверхневі, для вимірювання температури поверхні. Довжина найрізноманітніша: від кількох см до 16 м (спеціальні – до 32 м).

Термопара складається із захисного кожуха, чутливого елементу (може бути 2) і клемної колодки для з’єднання або з’єднувального кабелю з тих же провідників. Є кабельні термопари. Чутливі елементи зроблені так, що їх можна замінювати. Ізоляція для високих температур – різні сорти кераміки (керамічна соломка, буси з каналами). Захисний кожух виготовляються з жаростійких сортів сталі і для високих температур – з кераміки.

 

Типи термопар:

ТХА-151 -50 – +1000 °С

ТХК-151 -50 – +600 °С

ТХА-0515 -50 – +900 °С

ТХК-0515 -50 – +600 °С

ТХА-0806

ТХК-0806

ТХА-0179

ТХК-0179

ТХА-0279

ТХК-0279

ТПП-0555 0 – 1300 °С

ТПР-0555 300 – 1600 °С

ТПП-0679 300 – 1600 °С

ТПР-0679 300 – 1600 °С

ТПП-0779 300 – 1600 °С

ТПР-0779 300 – 1600 °С

ТВР-0687 0 – 1800 °С