Методы измерения температуры
Температура – это скалярная физическая величина, которая характеризует термодинамическую систему и количественно выражает понятие о различности нагретости тел.
Термодинамическая система – это физическое тело или совокупность тел, которые способны обмениваться с другими телами энергией и/или веществом.
Существуют контактные и бесконтактные способы измерения температуры. В случае контактного способа необходимо обеспечить надежный тепловой контакт чувствительного элемента прибора измерения с объектом измерения. При отсутствии возможности такого контакта применяют различные бесконтактные методы измерения.
Средства автоматизации измерения температуры
Температура представляет собой самый важный параметр большого количества технологических и теплотехнических процессов, характеристику кинетической энергии молекул, которая также характеризует степень нагретости тела. Единица измерения температуры - Кельвин. Допускается измерять температуру в градусах Цельсия. Диапазон измерения температур широк, поэтому различны средства и методы измерения температуры. Самыми распространенными средствами автоматического контроля температуры являются:
- Термометры сопротивления;
- Термоэлектрические термометры;
- Пирометры излучения.
Термометры сопротивления и термоэлектрические термометры используются для контроля температуры воды, подогретых газов, которые поступают в горелочное устройство футеровок, агрегатов жидких металлов и шлаков. Пирометрами измеряется температура внутри пространства агрегата, насадок регенераторов, жидких металлов и шлака и т. п. Принцип действия термометра сопротивления основан на способности металлов и проводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Для производства чувствительных составляющих термометров используется медная, платиновая или никелевая проволока.
В качестве вторичных измерительных приборов в совокупности с термометрами сопротивления могут применяться автоматические измерительные мосты или вторичные приборы, обладающие унифицированным входным сигналом. В том случае, если термометры сопротивления используются с вторичными приборами, имеющими унифицированный вход, включается специальный нормирующий преобразователь «сопротивление - ток», преобразующий электрическое сопротивление термометра в унифицированный токовый сигнал. Широко в комплекте с термометрами сопротивления используются уравновешенные измерительные мосты.
Работа уравновешенных мостов основана на нулевом методе измерений электрического сопротивления. Уравновешенный мост представляет собой одинарный мост, который состоит из двух постоянных резисторов, реохорда, а также термометра сопротивления. В одну диагональ моста подается напряжение питания, а во вторую (измерительная диагональ) включается измерительный прибор. В качестве измерительного прибора могут использоваться милливольтметр или усилитель (если мост автоматический). Мост находится в равновесии, когда сопротивления противоположных плеч равны друг другу. Когда мост неуравновешен, то значение разности потенциалов между вершинами измерительной диагонали поступает в измерительный прибор, а стрелка последнего отклоняется от нулевой отметки. Посредством перемещения ползунка реохорда добиваются установки стрелки в нулевое положение. Получается, что перемещение реохорда в момент равновесия моста является мерой температуры, которая была измерена термометром сопротивления. В автоматических мостах в измерительную диагональ включается фазочувствительный усилитель. В этом случае ползунок реохорда оборудуется приводом в виде реверсивного электрического двигателя, который включается на выход усилителя.
В состав термоэлектрического термометра входит термопара и вторичный измерительный прибор. Термопара представляет собой спай двух разнородных проводников. Принцип действия прибора основан на термоэлектрическом эффекте. В замкнутой цепи двух разнородных проводников появляется электрический ток в том случае, если места соединения этих проводников имеют разную температуру. Данный эффект объясняется наличием в металлах свободных электронов, количество которых в единице объема различно для разных металлов.
Вместе с термопарами в качестве вторичных приборов используются автоматические потенциометры, милливольтметры и приборы с унифицированным входным сигналом.
Пирометры являются бесконтактными датчикам температуры. Их работа основана на принципе использования теплового и светового излучения нагретых тел. Разные типы пирометров могут измерять температуру в диапазоне от 30 до 60000 градусов по Цельсию. Кроме черноты тела на точность измерения сильно влияет промежуточная среда между объектом измерения и датчиком. По этой причине в некоторых случаях при измерении температуры датчик визируется на донышко калильного стакана, который монтируется в кладку. В качестве вторичных измерительных приборов с термопарами и пирометрами используются милливольтметры, автоматические потенциометры, а также приборы с унифицированным входным сигналом.
