Файл: Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов.pdf

родных металла, то свободные электроны будут переходить из одного металла в другой, причем из металла, имеющего большее число свободных электронов, они будут переходить в большем количестве, чем из металла с меньшим числом свободных электронов. Между свободными концами проводников появится разность потенциалов, возникнет э. д. с. С ростом температуры число взаимно проникаю­ щих электронов увеличится и, следовательно, возрастет э. д. с.

т. е. термоэлектродвижущая сила, развиваемая термопарой, равна разности электродвижущих сил рабочего и свободного конца. При tx — t0т. э. д. с. термопары будет равна нулю, так как елв (/і) =

— елв (to), а при /0 у> tx направление результирующей электродви­ жущей силы термопары изменится. В тех случаях, когда температу­ ра свободного конца остается неизменной, развиваемая т. э. д. с. будет зависеть только от температуры рабочего конца термопары

Е аб { Ш = / (0-

Функциональную зависимость для разных материалов опреде­ ляют экспериментально путем градуировки термопары. При этом изменение температуры сводится к определении} Е аб (^Ко). Для измерения температуры в цепь термопары 3 (рис. ШЛО, б) вводят электроизмерительный прибор 4. Этим прибором может быть мил­ ливольтметр или потенциометр. В технике милливольтметр с присо­ единенной к нему термопарой называют термоэлектрическим пиромет­ ром. Включение в цепь термопары дополнительных соединительных проводов 5 и милливольтметра 4 не влияет на величину т. э. д. с., развиваемую термопарой.

39

Наиболее распространены термопары, проводники которых (термоэлектроды) изготовлены из следующих сплавов:

1) хромель-копель; эти термопары имеют условное обозначение ТХК; развивают т. э. д. с. при tx = 100° С и t0 = 0° С, равную 6,95 мВ; их применяют для измерения температур до 700° С;

2) хромель-алюмель; эти термопары имеют условное обозначе­ ние ТХА; развивают т. э. д. с. при tx = 100° С и t0 = 0° С, равную 4,1 мВ; их применяют для измерения температур до 1200° С;

3) платина—платинородий; эти термопары имеют условное обо­ значение ТПП; развивают т. э. д. с. при tx = 100° С и t0 = 0° С, равную 0,64 мВ; их применяют для измерения температур до 1600° С.

Для изготовления термопар используют электроды в виде про­ волоки диаметром 0,5—3,2 мм. Термоэлектроды соединены только в рабочем конце; по всей остальной части они изолированы один от другого. Термоэлектроды помещают в защитный чехол, предо­ храняющий их от механических повреждений и воздействия агрес­ сивных сред. Защитный чехол для температур до 1000° С изготовляют из стали, а для более высоких температур — из фарфора.

Измерительный прибор градуируют вместе с той термопарой, с которой он нормально работает (например, с хромель-копелевой, тогда на шкале прибора стоит индекс ГрХК), и с вполне определен­ ным значением внешнего по отношению к нему сопротивления со­ единительных проводов. Эта величина обозначается R BHи может быть равна 5; 15 или 25 Ом, тогда на шкале прибора может быть указано R EU= 5; 15 или 25 Ом. Места присоединения проводов к термо­ электродам должны иметь одинаковую и постоянную температуру, при которой градуировали измерительный прибор. Термопару де­ лают достаточно длинной, и свободный спай выносят за пределы измеряемого пространства.

Для определения истинной температуры в показание прибора необходимо ввести поправку по следующей приближенной формуле:

t —t' = (t’0—t0)K,

где t — искомая температура горячего спая; f — температура холодного спая в момент измерения; t'ü — температура горячего спая, измеренная прибором; to — температура холодного спая при градуировке прибора; К —-^поправоч­ ный коэффициент, зависящий от характера градуировочной кривой.

Для различных термопар одного и того же наименования по­ правочный коэффициент приблизительно одинаков. Его указывают в паспортных и справочных данных. Для точных лабораторных измерений свободные концы термопар помещают в сосуд с тающим льдом, благодаря чему их температура остается строго постоянной. При менее точных замерах свободные концы помещают в массивную малотеплопроводную коробку, снабженную ртутным термометром, по показаниям которого вносят поправку в показания милливольт­ метра. На практике часто ограничиваются лишь тем, что электроды термопары удлиняют до места установки милливольтметра, а изме­ нением температуры окружающей среды в месте его установки пре­ небрегают,

40

Для удлинения электродов термопары применяют и так называе­ мый компенсационный провод, который представляет собой изоли­ рованный провод с двумя жилами, изготовленными из тех же спла­ вов, что и электроды термопары, или из материалов, которые в паре с материалом термопары при температуре до 100° С не развивают т. э. д. с., искажающую показания приборов. Например, в компен­ сационном проводе для платина-платинородиевой термопары одна жила изготовлена из меди, а вторая — из медно-никелевого сплава (99,4 Си + 0,6% Ni); для хромель-алюмелевой термопары — из ме-

ди и константана (сплав 60% Си + 40% Ni); для хромель-копеле- вой термопары — из хромеля и копеля.

Для компенсации температуры холодных спаев можно применять мостовую схему. Одну из ветвей соединительных проводов подклю­ чают в диагональ неравновесного измерительного моста (рис. II 1.11). В другую диагональ подключают посторонний источник энергии.

При градуировочной температуре холодных спаев (t = 20° С) мост находится в равновесии, потенциалы в точках диагонали а и Ь одинаковы, поэтому мост не будет влиять на величину т. э. д. с., возникающую в термопаре. При отклонении температуры окружаю­ щего воздуха от градуировочной сопротивление R i изменится (так как изменится температура медной проволоки); в точках а и b в ре­ зультате изменения температуры холодных спаев возникает разность потенциалов, равная по величине изменению т. э. д. с. термопары, но противоположная по знаку. Она скомпенсирует изменение т. э. д. с. термопары под воздействием температуры окружающей среды, и показания электрических приборов будут зависеть только

тока, протекающего по рамке, под действием т. э. д. с. с магнитным полем постоянного магнита, в котором эта рамка помещена.

41

Рамка прибора 1 (рис. III. 12) состоит из витков тонкой изоли­ рованной проволоки. Рамку размещают между полюсами постоян­ ного магнита 2 таким образом, чтобы ее витки при отсутствии тока были параллельны направлению магнитных силовых линий. Когда по рамке протекает ток, то вследствие его взаимодействия с маг­ нитным полем возникают силы, пропорциональные напряжению магнитного поля и току в рамке/. Рамка жестко соединена со стрел­ кой 3 и может поворачиваться вокруг сердечника 4. У опор рамки расположены две противодействующие спиральные пружины 5

1

Рис. II 1.12. Милливольтметр МПЩПр

(нижняя пружина на рисунке не видна). Один конец каждой пру­ жины прикреплен к рамке и соединен с ее обмоткой, другой конец верхней пружины прикреплен к оси рычага корректора нуля 6, а нижней пружины — к неподвижной стойке (на рисунке не показа­ на). Через эти пружины поступает ток в рамку милливольтметра.

Промышленность выпускает переносные милливольтметры и щи­ товые показывающие приборы двух типов — с профильной и плос­ кой шкалой. Кроме того, выпускают милливольтметры для записи температуры на диаграммной ленте (до шести точек одновременно), а также регулирующие милливольтметры.

§ III.5. ПОТЕНЦИОМЕТРЫ

Если измерять малую величину т. э. д. с. прямым методом, т. е. обычным милливольтметром, то погрешность измерений может быть довольно велика. Эта погрешность возникает за счет изменения со­ противления соединительных проводов, переходных контактов и рамки измерительного прибора, изменения жесткости пружин и трения в подшипниках, размагничивания постоянного магнита,

42

влияния внешних магнитных полей и т. и. Более совершенным и точным является компенсационный метод измерения, при котором показания прибора не зависят от перечисленных выше факторов. Принцип компенсационного метода измерения заключается в урав­ новешивании неизвестной измеряемой э. д. с. заранее известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником тока. Для измерения малых э. д. с. компенсационным методом применяют приборы, называемые потенциометрами.

Принципиальная схема измерения э. д. с. термопары компенса­

на Я, когда напряжение меж­ ду точками А В реохорда точ­ но равно э. д. с. термопары, ток в цепи нуль-прибора бу­ дет равен нулю. По положе­ нию ползуна Я в этот момент (когда прибор НП показывает нуль) можно определять ве­ личину измеряемой э. д. с. Таким образом, если с осью ползуна Я жестко связать стрелку С, то она на. соот­ ветственно отградуированной шкале в момент, когда ток

через нуль-прибор не протекает (т. е. в момент полной компенсации), будет показывать либо э. д. с. термопары в милливольтах, либо пря­ мо измеряемую температуру в градусах.

При таком методе измерения сопротивление соединительных проводов, переходных контактов и самого нуль-прибора не оказы­ вает влияния на результат измерения, так как отсчет производится при полной компенсации, когда ток в измерительной цепи равен нулю. Однако для того, чтобы одно и то же положение ползуна Я в момент полной компенсации всегда точно соответствовало одной и той же величине измеряемой т. э. д. с., необходимо, чтобы напря­ жение на сопротивлении было строго постоянным. Это может быть достигнуто поддержанием постоянной величины тока, протека­ ющего по реохорду АБ. Чтобы постепенное снижение напряжения сухого элемента не вносило погрешность в измерения, в приборах предусмотрена контрольная цепь, позволяющая периодически сравнивать напряжение сухого элемента с напряжением нормаль­ ного элемента и подстраивать измерительную цепь так, чтобы обес­

43