Контрольно-измерительные приборы

Из учебного пособия «Автоматизации технологических процессов и производств» М.Ю. Богдан, В.Ф. Дунаев.

…

ТЕМА №10: КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

10.1. Введение

Конец ХХ столетия ознаменовался стремительным развитием электронной техники, обновлением парка средств измерения, применяемых в целлюлозно – бумажном производстве. Появились приборы, использующие новые принципы измерения технологических параметров. Информация о новых разработках не всегда вовремя доходит до учебных заведений. Авторы этого учебного пособия понимают, что их работа отстает от новейших требований промышленности, поэтому в тему «Контрольно – измерительные приборы» включили наиболее доступные материалы.

10.2. Измерение температуры

Температурой называют физическую величину, характеризую­щую степень нагретости тела. Это понятие связано со способностью тела с более высокой температурой передавать свою теплоту телу с более низкой температурой до тех пор, пока их температуры не сравняются. Одновременно с изменением температуры тел меняют­ся и их физические свойства.

Приборы для измерения температуры классифицируют в зависимости от того, какой метод измерения положен в основу их конструкции: контактный (метод непосредственного соприкосно­вения измерительного прибора с измеряемой средой) и неконтак­тный (метод, основанный на расположении измерительного прибора на расстоянии от измеряемой среды).

К приборам, основанным на контактном методе измерений, относят жидкостные стеклянные термометры, термометры расширения твердых тел, манометрические термометры, термоэ­лектрические термометры (термопары), термопреобразователи (тер­мометры) сопротивления. Для целей автоматизации применимы только два последних вида термометров.

Термоэлектрические термометры (термопары) являются первичными преобразователями, выходной сигнал которых измеряют магнитоэлек­трическими милливольтметрами или автоматическими потенциометрами.

Термоэлектрический термометр, простейшая цепь которого показана на рис. 10.1, а, представляет собой чувствительный элемент, выполнен­ный в виде двух проводников из раз­ных металлов (или полупроводников) со спаянными концами. Сущность термоэлектрического эффекта заклю­чается в том, что в месте соединения двух проводников из разных металлов возникает электродвижущая сила, на­зываемая термоэлектродвижущей (сокращенно термо-ЭДС).

Термо-ЭДС зависит от материала проводников А и Б, составляющих термоэлектрический термометр, а также от температуры холодного спая, называемого свободным концом 1. Свободный конец термоэлектрического термометра должен находиться в зоне постоянной температуры, имеющей определенное (известное) значение. При этом условии термо-ЭДС термоэ­лектрического термометра, а значит, и показания измерительного прибора будут зависеть только от температуры рабочего конца 2. Фактически свободный конец термоэлектрического термометра, как правило, находится в зоне переменной температуры, поэтому в качестве соединительных применяют так называемые компен­сационные провода, позволяющие перенести свободный конец в зону с постоянной известной температурой.

Для предохранения от повреждений термоэлектрические термо­метры заключают в защитную арматуру (рис. 10.1, б).

Термоэлектрические термометры имеют стабильную харак­теристику: термо-ЭДС, развиваемая ими, стандартизована, что де­лает термоэлектрические термоменты взаимозаменяемыми.

Современные средства микроэлектроники позволяют сигналы от термопар не только усиливать до нормального уровня, но и оцифровывать.

Рис. 10.1. Простейшая термо­электрическая цепь (а) и об­щий вид термоэлектрического термометра (6): 1 - свободный конец; 2 - рабочий конец; 3 - термоэлемент; 4 - жаро­упорный наконечник; 5 - металли­ческий чехол; 6 - фарфоровые изо­ляторы; 7 - головка термометра с зажимами; А, Б - проводники из разных металлов

Предусмотрено изготовление пяти типов термоэлектрических термометров; вольфрамрений (5% рения) —вольфрамрениевые (20% рения) типа ТВР; платинородий — платиновые типа ТПП; платинородий (30% родия) — платинородиевые (6% родия) типа ТПР; хромел ь-алюмелевые типа ТХА; хромель-копелевые типа ТХК. Кроме того, промышленность изготовляет нестандартные вольфраммолибденовые термоэлектрические термометры типа ВМ.

Верхний предел температур, измеряемых термоэлектрическими термометрами, зависит от их типа. Так, термометр ТВР применяют для измерения температур до 2200°С, ТПП —до 1300, ТПР —до 1600, ТХА —до 1000, ТХК —до 600°С.

Термопреобразователи сопротивления (термометры сопротив­ления) широко применяют во всех отраслйх промышленности для измерения температуры в трубопроводах, технологическом обору­довании, электрических вращающихся машинах, нагревательных печах, а также в производственных помещениях.

Действие термопреобразователей сопротивления основано на свойстве применяемых в них проводниковых материалов (химически чистой пл